P2.1简答题

1. 分别说明玻尔兹曼统计分布和费米分布的统计式子。

   答：

   • 玻尔兹曼分布：

   • 费米分布：

2. 解释费米能级，说明绝对零度的时候能级分布情况。

   答：

   • 费米能级：绝对零度时固体能带中充满电子的最高能级

   • 能级分布情况：

     若,若。表明能量小于的能级均被占满，能量大于的能级为空。

3. 说明两个刃型位错的交割情况。

   答：

   两个位错相互交割后，有可能产生屈折线段，其位向由与其相交的位错的柏氏向量所决定。

   如果此柏氏向量与位错线平行，则位错保持不变不形成屈折线段。

   屈折线段实际上是位错段，它保持原来位错线的伯氏矢量。

   屈折位错线段与柏氏矢量确定的滑移面如果不在原来位错的滑移面上，则此屈折线段是稳定的，称为割阶；如果此滑移面仍在原来位错的滑移面上时，则由于位错线张力的作用，是不稳定的，此屈折线段就不能称为割阶，往往可以通过位错的滑移而消失。

   两个螺型位错相交割形成的割阶对位错运动起阻碍作用，因为如果位错继续运动，割阶必须攀移。

4. 推出菲克（扩散）第一定律，并说明适用条件。

   答：

   • 推出菲克（扩散）第一定律：

     假定轴上的A，B两平面，溶质浓度为,溶质原子的跳动距离为，秒跳动频率为,原子向扩散方向跳动的概率为(不同晶格大小不等)。

     因此，每秒从A到B扩散的溶质原子数为,从B到A为，相减即为纯流动的单位时间内通过单位面积的溶质原子数：
     
     两浓度关系近似为：
     
     所以有：
     
     此式子即为菲克第一定律，D为扩散系数。

   • 适用条件:在扩散过程中各截面浓度不随之间变化，即

5. 举例说明什么是一级相变，什么是二级相变。

   答：

   • 一级相变：两相化学势相等，对温度，压强的一阶微分不相等。

     一级相变时伴随有能量吸收和释放，体积变化。

     如水到冰的转变即为一级相变。

   • 二级相变：两相化学势相等，对温度，压强的一阶微分相等，二阶不相等。

     二级相变时无能量吸收释放和体积变化，只有热容量、热膨胀系数、等温压缩系数等物理量有变化。

     如居里点处铁磁体转化为顺磁体。

6. 说明增幅分解，增幅分解是否属于相变，根据是什么？

   答：

   增幅分解是指过饱和固溶体在一定温度下分解成结构相同、成分不同的两个相的过程，因此属于相变。

7. 什么是完全位错，什么是分位错？什么是弗兰克分位错？

   答：

   • 完全位错：柏氏矢量的大小等于滑移方向上原子间距大小整数倍

   • 分位错：柏氏矢量的大小小于滑移方向上原子间距

   • 弗兰克分位错：

     插入半层最密排面所形成的不全位错为正弗兰克分位错；

     而抽出型层错的不全位错为负弗兰克分位错。

8. 举例说明上坡扩散，说明其本质原因。

   答：

   • 在1050°C下将原始状态的Fe-Si-C与Fe-C合金经十几天扩散后，C原子从低浓度区向高浓度区扩散，这种异常扩散即为上坡扩散。

   • 上坡扩散本质是化学势降低的过程，是一种自发过程

9. 利用金属自由电子论解释：为什么金属电子对比热贡献小。

   答：

   常温下的能量,这点能量不能使得以下的电子跃迁到以上，仅能影响附近的小部分电子，其对比热的贡献仅极小。

10. 什么是能带，导带，价带和禁带。

    答：

    • 能带：晶体内部每个原子的电子都处于特定能级上，当原子间距不断减少时，同一能级的电子云开始重叠，能级发生分裂形成能带

    • 导带：固体结构内自由电子所处的能带

    • 价带：已充满带脑子的原子能级所形成的低能带

    • 禁带：能带结构中能态密度为零的能量区间

11. 什么是交滑移，双滑移，多滑移。

    答：

    • 交滑移：出现两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替的滑移
    • 双滑移：在两组滑移系上同时或交替地进行的滑移
    • 多滑移：在多组滑移系上同时或交替地进行的滑移

12. 总结两个位错互相交割的规律。

    答：

    两个位错相互交割后，有可能产生屈折线段，其位向由与其相交的位错的柏氏向量所决定。

    如果此柏氏向量与位错线平行，则位错保持不变不形成屈折线段。

    屈折线段实际上是位错段，它保持原来位错线的伯氏矢量。

    屈折位错线段与柏氏矢量确定的滑移面如果不在原来位错的滑移面上，则此屈折线段是稳定的，称为割阶；如果此滑移面仍在原来位错的滑移面上时，则由于位错线张力的作用，是不稳定的，此屈折线段就不能称为割阶，往往可以通过位错的滑移而消失。

    两个螺型位错相交割形成的割阶对位错运动起阻碍作用，因为如果位错继续运动，割阶必须攀移。

13. 举例说明上坡扩散，反应扩散，短路扩散。

    答：

    • 上坡扩散：1050°C下将原始状态的Fe-Si-C与Fe-C合金经十几天扩散后，C原子从低浓度区向高浓度区扩散，这种异常扩散即为上坡扩散。
    • 反应扩散：通过扩散使固溶体内的溶质组员超过固溶极限而形成新相的过程。
    • 短路扩散：700°C时，锌在晶粒大小为0.13nm的多晶样品中比在单晶中的扩散速度增加40倍。这种在晶体表面、晶界、位错处的扩散为短路扩散。

14. 简述马氏体形成的动力学有哪几种情况。

    答：

    • 变温转变：变温瞬时形核，瞬时长大
    • 等温转变：等温形核，瞬时长大
    • 爆发时转变
    • 表面转变

15. 扩散第一定律，扩散第二定律适用条件各是什么?并推导扩散第二定律。

    答：

    • 扩散第一定律适用条件：扩散过程中各截面浓度不随时间变化，即

    • 扩散第二定律适用条件：扩散过程中扩散流量随时间位置变化

    • 第二定律推导过程：

      假定轴上两点相距，溶质浓度随时间的变化率为，则有
      
      由菲克第一定律：
      
      可得：
      
      所以有：
      
      此即为菲克第二定律。