材料物理课程复习题终极

《材料物理科学》课程复习题

1简述材料的分类和新材料的特点、要求和发展方向。

工程上分：金属材料，无机非金属材料，有机高分子材料及复合材料

按状态分：单晶，多晶，非晶，准晶和液晶

按化学角度分：无机材料与有机材料

按应用分：信息材料，能源材料，生物材料，建筑材料，航空航天材料等

按用途分：结构材料和功能材料

商品化程度分：传统材料和先进材料

新材料的特点要求：

结构和性能相结合,智能化,减少污染,可再生性,节省能源,长寿命

新材料发展方向（讲义4-5页）

纳米材料,先进多相复合材料,高温超导材料,智能材料,生物医学材料

2简述材料的成分结构和性能的关系。(不全)

材料的性质取决于材料的结构。

材料的结构，是指材料的组元及其排列和运动方式。它包括形貌，化学成分，相组成，晶体结构和缺陷等内涵

3简述计算机模拟在材料物理学科中的作用。

计算机模拟是一种根据实际体系设计，在计算机上进行的模型实验。通常将模拟结果与实际体系的实验数据进行比较。可以检验出模型的准确性，也可以检验由模型导出的解析理论所作的近似是否成功。此外，在模型上获得的微观信息，常常比在实际体系上所作的实验更为详细。往往是在通常实验条件下很难获得的信息。此外，计算机模拟对于理论的发展也有重要的意义，它能为现实模型和实验中无法实现的探索模型作详细的预测，并提供方法。如材料在极端压力或高温下经历相变的四维体系等计算机模拟由于有计算机图形学的帮助，不但能使模拟易于观察和易于理解，而且可进一步与计算机技术中刚开创的虚拟现实的新领域相结合。在虚拟现实中，计算机模拟的不结果不仅可用计算机图形学表达，而且也能用五官来感受。

用计算机辅助设计和模拟的专家系统进行材料设计，可以摆脱实验先行的研究方法，用较少的实验，较短的研制过程，就能获得较为理想的材料。材料科学走计算机辅助设计和计算机模拟之路，从理论和实际两个方面向人们提供了材料研究由必然到自由的可能。

4简述材料物理中各种键合的特点。

5魏德曼--弗朗兹定律说明了什么？

K／σ＝3(k／e)2T

式中k是玻尔兹曼常数, e是电子电荷，T是温度；解释了金属的高电导(σ)和热导(K)特性；也解释了金属的光学特性。这个理论的不足之处是从电子的总能量过高地估计了电子的比热。电导和热导的两种输运过程,如果T变化,会引起两种输运的变化

6简述电子化合物的特点？

如果考虑K空间的电子状态(称做电子结构),则可以从晶体结构的稳定性考察传导性能等金属各种性质。在最简单的情形下，合金的电子结构特征用每个原子的平均价电了数(n)的函数表示。尤其是Cu和Cu合金中，由n产生稳定的晶体结构有规则地变化，即n=1的纯铜是面心立方相，而Cu—Zn合金中，Zn的浓度增加，当n达到1。38时，保持面心立方结构(α-黄铜)，n超过1。38则成为体心立方（β）相，即β—黄铜，当n在1。58 ~1。66之间，则成为稍微复杂结构的γ—黄铜，n在1。78 ~ 1。87之间晶体取密排六方结构，不仅Zn元素如此，加入其他合金元素，这个经验规律也成立，称为休模—饶塞里规律。把服从这一规律的合金称做电子化合物。

7请罗列出材料中缺陷类型和特征。

晶体缺陷大致分为两类：化学缺陷和点阵缺陷

(1)化学缺馅：置换型固溶洽原子，间隙型固溶原子，析出物

(2)点阵缺陷：A 点缺陷：原子空位，间隙原子

B 位错：刃型位错，螺型位错，混合位错

C 面缺陷：层错，相界，晶界

D 体缺陷：空腔，气泡

点缺陷的特征：点缺陷是晶体在热平衡状态下存在的唯一点阵缺陷。能量越小点缺陷存在的越多。

位错的特征：位借是晶体中存在的唯一线缺陷，对晶体塑性变形起重要作用。位错周围产生长程应变场，应变能非常大，在晶体内部位错位置移动，晶体的外形才变化。

8就你的理解，给出相变的定义。

一定条件下（温度，电，磁力等外场）由一种凝聚态向另外一种凝聚态转变的过程

9简述相变的分类。

按热力学分类分为一级相变,二级相变。

按相变方式分为成核长大型和连续型相变。

按质点迁移特征分为扩散型和非扩散型。非扩散相变中具有代表性的是马氏体相变，它是原子相互之间不改变其位置关系，而是由协调运动发生的相变。相反，扩散相变是原子被热激活离开原来的阵点位置，向邻接的位置移动，即把扩散过程作媒介发生的相变。共析反应，磁铁分解等各种析出反应(相分离过程)和有序无序转变都是这种相变的例子。其它的转变如同素异构转变，许多情况下可以是扩散转变。

10叙述一级相变与二级相变在物理图象特征及差异。

一次相变自由能一阶导数不连续，有潜热放出，体积变化，为非连续相变，新相产生明显。

二次相变自由能一阶导数连续，二阶导数不连续，比热容，可压缩性，热膨胀系数等发生变化，为动态变化趋势，一种趋势掩盖另一种趋势。

11有序-无序转变与相分离说明了什么？

不同原子无规则地占有晶格，两种原子或离子相互间呈随机分布，没有一定秩序，称为无序;占据方式有规则的，各种原子或离子都有使其周围为异种原子或离子排列的趋势，称为有序。温度变化引起有序相转变到无序相(或者与之相反)的相变现象，称为有序无序转变。而相分离是由单一相分为两个或以上相的现象。在公式Tc = - ZV／2k中,如果V>0,说明会出现相分离倾向,即同类原子作用时更稳定,出现同类相吸,异类相斥现象,而当V<0,会出现有序化倾向,即异类作用时更稳定,出现异类相吸,同类相斥现象。

12简述平均场的实质。

所谓平均场理论,就是把所有其他粒子对一个粒子所有作用力看作是由一个平均场所产生的,即把粒子看作在其他粒子形成的平均场运动。平均场理论本质上是热力学唯象理论。

13什么是非平衡过程，材料制备过程中有哪些获得非平衡组织的方法？

一种材料发生相变，或者结构变化，需要改变它的温度或者施加应力，外力。如果相变或结构变化在热力学上从一种稳定状态向另一种稳定状态迁移时保持热平衡，则为平衡过程，否则称为非平衡过程。

利用液体急冷法，气相急冷法(真空蒸发沉积，化学蒸发沉积，溅射法)，机械合金化等方法，可以制备各非晶状态等非平衡相，亚稳平衡相。

14说明晶体、非晶体、液晶和准晶的特点。

晶体:有规则的外形,短,长程有序,各向异性,有固定的熔点。

非晶体:各向同性,没有规则的外形和固定的熔点,长程无序,短程有序。

液晶:有流动性,具有晶体的某些各向异性,往往具有一维或二维取向有长程有序。

准晶:有旋转对称无平移对称,难以塑性变形,硬而脆。

15说明组织与结构的差异以及怎样通过控制它们来改善材料的性能。

组织是在显微镜下看到的对象,而结构是指晶体原子组态的微观对象,跟原子排列组态有关,主要是通过淬火,回火,退火,时效等热处理方法来改善材料的性质。

16简述回复与再结晶的区别，二次再结晶有何特点。

将加工后的材料加热，由于位错等晶体缺陷的消失和重新排列产生稳定化，称

之为回复。从消除缺陷意义上说，再结晶也是一种回复，但再结晶是晶界移动引起

晶体缺陷被急剧吸收的过程。