发布时间 : 星期四 文章材料科学基础经典习题及答案更新完毕开始阅读
6.液体金属凝固时都需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热，为什么？
7.已知完全结晶的聚乙烯（PE）其密度为1.01g/cm3,低密度乙烯（LDPE）为0.92 g/cm3，而高密度乙烯（HDPE）为0.96 g/cm3，试计算在LDPE及HDPE中“资自由空间”的大小。
8.欲获得金属玻璃，为什么一般选用液相线很陡，从而有较低共晶温度的二元系？
9. 比较说明过冷度、临界过冷度、动态过冷度等概念的区别。 10.分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。
11.什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？ 12.简述纯金属晶体长大的机制。 13.试分析单晶体形成的基本条件。 14.指出下列概念的错误之处，并改正。
(1) 所谓过冷度，是指结晶时，在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差；而动态过冷度是指结晶过程中，实际液相的温度与熔点之差。 (2) 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减少，因此是一个自发过程。
(3) 在任何温度下，液体金属中出现的最大结构起伏都是晶胚。 (4) 在任何温度下，液相中出现的最大结构起伏都是核。 (5) 所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能的增加时的晶胚的大小。
(6) 在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但是只要有足够的能量起伏提供形核功，还是可以成核的。 (7)测定某纯金属铸件结晶时的最大过冷度，其实测值与用公式ΔT=0.2Tm计算值基本一致。
(8) 某些铸件结晶时，由于冷却较快，均匀形核率N1提高，非均匀形核率N2也提高，故总的形核率为N= N1 +N2。
(9)若在过冷液体中，外加10 000颗形核剂，则结晶后就可以形成10 000颗晶粒。
(10)从非均匀形核功的计算公式A非＝A
2?3cos??cos3?（）4中可以看出，均
当润湿角θ＝00时，非均匀形核的形核功最大。
(11)为了生产一批厚薄悬殊的砂型铸件，且要求均匀的晶粒度，则只要在工艺上采取加形核剂就可以满足。
(12)非均匀形核总是比均匀形核容易，因为前者是以外加质点为结晶核心，不象后者那样形成界面，而引起自由能的增加。
(13)在研究某金属细化晶粒工艺时，主要寻找那些熔点低、且与该金属晶格常数相近的形核剂，其形核的催化效能最高。
(14)纯金属生长时，无论液－固界面呈粗糙型或者是光滑型，其液相原子都是一个一个地沿着固相面的垂直方向连接上去。 (15)无论温度如何分布，常用纯金属生长都是呈树枝状界面。 (16)氮化铵和水溶液与纯金属结晶终了时的组织形态一样，前者呈树枝晶，后者也呈树枝晶。
(17)人们是无法观察到极纯金属的树枝状生长过程，所以关于树枝状的生长形态仅仅是一种推理。
(18)液体纯金属中加入形核剂，其生长形态总是呈树枝状。 (19)纯金属结晶时若呈垂直方式长大，其界面时而光滑，时而粗糙，交替生长。
(20)从宏观上观察，若液－固界面是平直的称为光滑界面结构，若是金属锯齿形的称为粗糙界面结构。
(21)纯金属结晶时以树枝状形态生长，或以平面状形态生长，与该金属的熔化熵无关。
(22) 金属结晶时，晶体长大所需要的动态过冷度有时还比形核所需要的临界过冷度大。 答案
1．分析结晶相变时系统自由能的变化可知，结晶的热力学条件为?G<0；由单位体积自由能的变化
?GB??Lm?TTm可知，只有?T>0，才有
?GB<0。即只有过冷，才能使?G<0。动力学条件为液—固界面前沿液体的温度T 4．所谓界面的平衡结构，是指在界面能最小的条件下，界面处于最稳定状态。其问题实质是分析当界面粗糙化时，界面自由能的相对变化。为此，作如下假定：(1) 液、固相的平衡处于恒温条件下；(2) 液、固相在界面附近结构相同；(3) 只考虑组态熵，忽略振动嫡。 设N为液、固界面上总原子位置数，固相原子位置数为n，其占据分数为x＝n/N；界面上空位分数为1一x，空位数为N(1一x)。形成空位引起内能和结构熵的变化，相应引起表面吉布斯自由能的变化为 ?Gs??H?T?S?(?u?P?S)?T?S??u?T?S形成N(1一x)个空位所增加 的内能由其所断开的固态键数和一对原子的键能的乘积决定。内能的变化为?u?N?Lmx(1?x)式中ξ与晶体结构有关，称为晶体学因子。 其次，求熵变。由熵变的定义式，则有 ?S?klnN!N!?kln(Nx)![N?(Nx)]!(Nx)![N(1?x)]!按striling近似式展开，当 N很大时，得?S＝一kN[xlnx+(1一x)In(1一x)]最后，计算液—固界面上自由能总的变化，即 ?Gs??u?Tm?S?N?Lmx(1?x)?kTmN[xlnx?(1?x)ln(1?x)] ?L?Gs?Lm?x(1?x)?xlnx?(1?x)ln(1?x)??mkTm 所以：NkTmkTm令： ?Gs??x(1?x)?xlnx?(1?x)ln(1?x)NkTm所以： 5．在铸锭组织中，一般有三层晶区：（1）最外层细晶区。其形成是由于模壁的温度较低，液体的过冷度交大，因此形核率较高。（2）中间为柱状晶区。其形成是由于模壁的温度升高，晶核的成长速率大