晶体材料制备原理与技术思考题汇总
材料科学基础教案中的复习思考题
复习思考题第一章材料中的晶体结构（1）要求学生课后复习并巩固晶体的性质以及原子间相互作用力与原子之间距离的关系方面的教学内容（2）说明为何十四种布拉菲点阵中底心四方点阵和面心四方点阵？（3）画出面心立方晶体中（111）面上的[112]晶向。
（4）何谓晶带定律？判断(110)、(132)和(311)晶面是否属于同一晶带。
（5）分别计算晶格常数为a的面心和体心立方晶体{110}晶面的面间距（6）分别画出面心立方、体心立方、密排六方晶胞，并分别计算面心立方、体心立方、密排六方晶体的致密度。
（7）分别计算面心立方晶体{111}晶面和体心立方晶体{110}晶面原子面密度。
（8）何谓金属的多晶型性？（9）.分别计算面心立方和体心立方结构中八面体和四面体间隙的大小。
（10）何谓间隙固溶体？何谓置换固溶体？（11）M g2Si、Mg2Sn、Mg2Pb、Cu3Al、Cu5Si、Cu5Zn8、CuZn3、Au5Zn8化合物中，哪些属于正常价化合物？哪些属于电子浓度化合物？（12）F e4N、Cr2N、VC、TiH2、Fe3C、Cr7C3、Cr23C6化合物中，哪些属于间隙相？哪些属于间隙化合物？（13）指出间隙相和间隙化合物之间的主要区别。
第2章晶体缺陷（1）按空间几何特征，晶体缺陷共分为几种类型？列举出每种类型晶体缺陷的具体实例。
（2）何谓点缺陷的热力学平衡性？（3）指出刃型位错与螺型位错在结构方面的不同之处。
（4）一个环形位错能否各部分均为刃型位错或螺型位错？为什么？（5）面心立方晶体中（111）晶面上的[]10121=b螺型位错在滑移过程中受阻时，将通过交滑移转移到哪一个{111}晶面上继续滑移？为什么？※（6）何谓位错的滑移与攀移？其实质各是什么？※（7）何谓位错交割？（8）分析柏氏矢量互相垂直的两个刃型位错的交割过程。
第3章固体中的扩散（1）扩散第二定律表达式的推导过程（2）针对实际渗碳问题，根据已知条件计算达到一定渗层深度所需要的时间或计算经过一定渗碳时间后所达到的渗层深度。
晶体材料制备原理与技术
电光晶体
在外加电场的作用下，由于晶体内部发生电极化 作用而使折射率发生变化。
性能要求：
1. 电光系数大、居里温度高； 2. 折射率大、介电损耗小； 3. 电阻率大、半波电压低； 4. 光损伤阈值高、温度稳定性和化学稳定性好； 5. 易于制备质量和尺寸符合使用要求的晶体。
电光调制晶体
LN(铌酸锂)晶体
• 如何提高晶体完整性
“中国实验室成为这种具有重大科学价值的晶体的唯一 来源，它表明中国在材料科学领域实力日益增强。”
“其他国家在晶体生长方面的研究，目前看来还无法缩 小与中国的差距。” 《Nature》
目前，利用非线性光学晶体变频仍是 获得紫外激光的唯一途径；
直到现在，BBO、LBO 晶体仍为紫 外波段最优良的非线性光学晶体；
高新技术
高新技术是指对人类社会的生产、 生活方式和思维方式产生巨大影响的重 大技术。我国的高新技术是指８６３计 划中选择的对中国未来经济和社会发展 有重大影响的生物技术、航天技术、信 息技术、激光技术、自动化技术、能源 技术、新材料和海洋新技术等 8 个高技 术领域内的新技术。目前，８６３计划 共有8个领域、２０个主题。
一部人类史就是一部对材料的认 识、研究和使用的发展史。
绚丽的天然矿物晶体
§1 从 “规则外形” 到 “空间点阵”
♣ 1669年 斯丹诺（丹麦） 晶面角守恒定律
巴尔托林解ຫໍສະໝຸດ 性♣ 1784年 阿羽衣（法国） 晶胞学说
♣ 1855年 布喇菲（法国） 空间点阵学说
♣ 1867年 加多林（俄国） 32种对称群
2
1
定标器
3
低压电源
多
4
道
分
单道分析器
高压电源
复习思考题答案.doc
复习思考题参考答案第二章材料的结构2①多晶体结构；②具有晶体缺陷。
第三章材料的凝固1只有“过冷”，才会存在相变驱动力，即能量条件。
自发形核和非自发形核。
非自发形核需要的过冷度较小。
非自发形核。
2①能量条件：过冷度。
②阶段性：形核、晶核长大。
4否。
如果过冷度超过一定的限度后，晶粒可能变粗。
5相图是表不合金系中各合金在极其缓慢的冷却条件下结晶过程的简明图解。
6纯金属和共晶合金均为恒温凝固。
8微观偏析（枝晶偏析）：扩散退火；宏观偏析：大变形锻造（如高速钢之锻造）。
9游离态的石墨、化合态的渗碳体、固溶体的A和F。
石墨和渗碳体为碳在铁碳合金相图中的主要存在形式。
10非常重要！一定要会写出来（包括含碳量和温度）！略。
14①随着含碳量t ,渗碳体含量t ,所以硬度t o②当含碳量小于0.9%时，随着含碳量f,渗碳体含量f,且弥散分布，起到弥散强化的作用，所以强度升高，但含碳量超过0.9%时，二次渗碳体结成连续的网状，不再起到弥散强化的作用，而是主要表现为渗碳体的性能特点，也即脆性大、强度低，故强度第四章金属的塑性变形与再结晶1•塑性变形机理：金属原子在切应力的作用下，以位错运动方式产生滑移。
2.加工硬化：随着塑性变形量的增加，金属的强度、硬度升高、塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化，又称为冷变形强化，或形变强化。
产生加工硬化的原因略（p.68）加工硬化是强化金属材料的重要手段之一。
特别是对那些具有良好塑性目.不能以热处理强化的材料来说，尤为重要。
但是，加工硬化会给金属的进一步加工带来困难。
3.锻造可使铸态金属中的非金属夹杂物沿着变形方向伸长，形成彼此平行的宏观条纹，称为流线，又称锻造流线。
流线使金属材料的性能呈现明显的各向异性，拉伸时沿着流线伸长的方向（纵向）具有较好的力学性能，垂直于与流线方向的力学性能较差。
【在热加工时应力求使流线与零件工作时的最大应力方向一致，而与冲击应力或切应力的方向垂直】4.消除应力；定型。
《工程材料》复习思考题
《工程材料》复习思考题参考答案金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu各属何种晶体结构？3.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？4.金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？5.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？金属的塑性变形与再结晶1．解释下列名词：加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工。
2．产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？3．划分冷加工和热加工的主要条件是什么？4．与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？5．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？6．金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？7．分析加工硬化对金属材料的强化作用？8．在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。
试分析强化原因。
合金的结构与二元状态图1．解释下列名词：合金，组元，相，相图；固溶体，金属间化合物，机械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶强化，弥散强化。
2．指出下列名词的主要区别：1）置换固溶体与间隙固溶体；2）相组成物与组织组成物；3．下列元素在α-Fe 中形成哪几种固溶体?Si、C、N、Cr、Mn4．试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.5．固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？6. 何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点. 7．二元合金相图表达了合金的哪些关系？8．在二元合金相图中应用杠杆定律可以计算什么？9. 已知A（熔点 600℃）与B(500℃) 在液态无限互溶；在固态 300℃时A溶于 B的最大溶解度为 30% ，室温时为10%，但B不溶于A；在 300℃时，含 40% B 的液态合金发生共晶反应。
晶体学基础复习思考题.docx
晶体学基础部分复习思考题一、比较下列基本概念的含义晶体与非晶体；空间点阵与品体结构；扭折与割阶；组元与相；凝固与结晶;固溶体与中间和；间隙固溶体与间隙相；肖脱基（Schottky）空位与弗兰克（Frenkel）空位——晶体屮的原子迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上，而使晶体内部留下空位，称为肖脱基（Schottky）空位；原子挤入点阵的间隙位置，而在晶体屮同时形成数口相等的空位和间隙原子,则称为弗兰克（Frenkel）空位。
全位错与分位错一一柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为全位错；不等于点阵矢量的位错称为不全位错，小于点阵矢量的部分位错或分位错。
相与相变——相是合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质，并以界面相互隔开的均匀组成部分；从一种相到另一种相的转变叫相变。
有序化与有序固溶体一一对于某些合金，当其成分接近一定原子比时，较高温度时为短程有序，缓冷到某一温度以下，会转变为完全有序状态称为有序固溶体，这一转变过程称为固溶体的有序化。
二、填空题1.常见的三种晶体结构分是（）、（）和（）o其中，（）不属于14种布拉菲点阵中的一种。
2.七大晶系分别是（）、（）、（）、（）、（）、（）、和（）。
3.对于刃型位错线，其柏氏矢量（）于位错线，其滑移运动方向（）于柏氏矢量，其攀移运动方向（）于柏氏矢量；对于螺旋位错线，其柏氏矢量（）于位错线，其滑移运动方向（）于柏氏矢量，其交滑移运动方向（）于柏氏矢量。
4.面心立方晶体（A1型结构）屮的两种典型不全位错分别是（）不全位错和（）不全位错，它们的柏氏矢量分别为（）和（）。
其中，（）不全位错也被称为固定位错，只能攀移，不能滑移。
5.如果晶体屮不同的原子面用A、B、C、D等字母來表示，面心立方晶体中密排面的堆垛方式为（），密排六方晶体中密排面的堆垛方式为（）。
常见金属晶体结构特性常见金属晶体结构的柏氏矢量三、简答题（本题共17分）1.简述柏氏矢量的物理意义。
2.为什么说点缺陷为热力学平衡缺陷，位错是热力学不平衡的缺陷？3.点缺陷对材料行为的影响。
材料成型原理思考题及解答..
材料成型原理思考题本课程教学要求：1．掌握液态金属和合金的凝固、结晶基本规律和冶金处理及它们对材质和零件性能的影响。
2．重点掌握塑性成型的基础及塑性成型理论的应用。
3．重点掌握材料成型过程中化学冶金和现象、缺陷的形成机理、影响因素及预防措施。
第二章液态金属重点内容1、液态金属的基本特性2、液态金属的粘度、表面张力、G吸附方程3、流动方程、相似定律4、流变行为和流变铸造思考题1．在固相表面上有液相和气相，且三者处于界面平衡的情况，什么条件下固-液互相之间是润湿的。
到达平衡时，在气、液、固三相交界处，气-液界面和固-液界面之间的夹角称为接触角（contact angle)，用θ表示。
它实际是液体表面张力和液-固界面张力间的夹角。
接触角的大小是由在气、液、固三相交界处，三种界面张力的相对大小所决定的。
从接触角的数值可看出液体对固体润湿的程度。
当、和达平衡时以下关系：γSG-γSL=γLG cosθ上述方程称为杨（Young)方程。
从杨方程我们可以得到下列结论：（1）如果（γSG-γSL）=γLG，则cosθ=1，θ=0°，这是完全润湿的情况.如果（γSG-γSL）>γLG，则直到θ=0还没有达到平衡，因此杨方程不适用，但是液体仍能在固体表面铺展开来。
（2）如果0<（γSG-γSL）<γLG，则1>cosθ>0，θ<90o ，固体能为液体所润湿. （3）如果（γSG-γSL）< 0，则cosθ<0，θ>90o ，固体不为液体所润湿.2．分析物质表面张力产生的原因以及与物质原子间结合力的关系。
表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均所造成。
由于液体或固体的表面原子受内部的作用力较大，而朝着气体的方向受力较小，这种受力不均引起表面原子的势能比内部原子的势能高。
因此，物体倾向于减小其表面积而产生表面张力。
原子间结合力越大，表面内能越大，表面张力也就越大。
晶体材料制备原理与技术思考题汇总
A
30
60
85
B
第六章 思考题
名词解释： 相变与亚稳相 临界晶核 均匀成核 结构 起伏 形状因子 点阵匹配原理 成核控制 2. 成核相变的基本条件，具体包括哪些内容 3. 为什么有些熔体可以在过冷亚稳态下保持很长时间而 不结晶 4. 总结计算临界半径，临界晶核形成功 体积与表面能的 方法 5. 在一光滑衬底上，形成半径为r， 厚度为b的圆柱体。 若晶核与流体的表面能为σ 1，晶格与衬底为，流体与 衬底为，试求此二维临界晶核的形成功与V之间的关系。 6. 在亚稳流体中形成边长为a的立方晶体，求临界晶核形 成功与体积的关系 7. 试证明，在同样的过冷度下均匀成核，球形核较立方 晶核更容易形成（假设晶核各向同性） 1.
有一个二元合金相图，将B 40%的样品在瓷舟内保持液态，并从一 段缓慢凝固，温度梯度大到足以保持平直界面。且液相中的溶质完 全均匀，并无任何偏聚。1、该体系的k0为多少,Kef？2、运用正常凝 固方程，确定共晶体占式样的百分比。画出凝固后的试棒图，并标 明共晶体位置，做出试棒中的溶质分布曲线。3、完全平衡凝固后， 试计算试棒中的共晶体百分比。 8. 在CZ法中，为何以及如何控制固液界面形状以及晶体直径。 9. 直径相应方程的意义以及对实际的指导意义。 10. 掌握晶体质量有关的相关控制参数。 7.
2. 什么是组元？独立组元？相？相与组元有何不同。
3. 什么是平衡凝固，以及平衡凝固的特点
4. 什么是相律？有何实际意义 5. 在相图理论中，共晶体能够称之相？为什么？ 6. 化合物与固溶体结构上有何区别？ 7. 生长晶体时，若遇到包晶体应该采用什么技术手段？ 试画图说明。
8、“相”有两种不同的定义：
第一章 思考题
1. 什么是单晶体、多晶体和非晶体？结构上有何区别？
材料合成与制备思考题
材料合成与制备思考题共沉淀法沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合液中加人适当的沉淀剂制备前驱体沉淀物,再将沉淀物进行干燥或锻烧，从而制得相应的粉体颗粒。
共沉淀法是指在溶液中含有两种或多种阳离子，它们以均相存在于溶液中，加入沉淀剂，经沉淀反应后，可得到各种成分的均一的沉淀，它是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法。
水热合成法水热与溶剂热合成：在一定温度(100～1000℃)和压力(1～100MPa)条件下，利用溶液中物质化学反应所进行的合成。
水热合成：在水体系中进行。
溶剂热合成：在非水（主要是有机溶剂）体系中进行。
水热与溶剂热反应主要以液相反应为其特点。
化学气相沉积化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。
它本质上属于原子范畴的气态传质过程。
热CVD，等离子体CVD，激光CVDCVD涉及的反应有：分解反应、氧化还原反应、化合反应、复分解反应、化学输运反应、各种物理手段（等离子体、激光等）增强的反应等。
CVD技术对原料、产物及反应类型等的要求：(1) 反应原料是气态或易于挥发成蒸气的液态或固态物质；(2) 反应易于生成所需要的沉积物而其它副产物保留在气相排出或易于分离；(3) 整个操作较易于控制。
Ostwald RipeningOstwald ripening是一种材料生长的机理，简单点说就是材料从分子阶段开始，首先形成一定尺寸的晶核，然后所有的分子都依附于晶核生长，这个阶段不会再形成新的晶核了，只是晶核生长的越来越大，最经典的一种，就是“从液态转变为固态的过程首先要成核，然后生长，这个过程叫晶粒的成核长大。
晶粒内分子、原子都是有规则地排列的，所以一个晶粒就是单晶”烧结末或压坯粉在低于主要组分熔点温度下加热，使颗粒间产生连接，以提高制品性能的方法。
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第六章 思考题
名词解释： 相变与亚稳相 临界晶核 均匀成核 结构 起伏 形状因子 点阵匹配原理 成核控制 2. 成核相变的基本条件，具体包括哪些内容 3. 为什么有些熔体可以在过冷亚稳态下保持很长时间而 不结晶 4. 总结计算临界半径，临界晶核形成功 体积与表面能的 方法 5. 在一光滑衬底上，形成半径为r， 厚度为b的圆柱体。 若晶核与流体的表面能为σ 1，晶格与衬底为，流体与 衬底为，试求此二维临界晶核的形成功与V之间的关系。 6. 在亚稳流体中形成边长为a的立方晶体，求临界晶核形 成功与体积的关系 7. 试证明，在同样的过冷度下均匀成核，球形核较立方 晶核更容易形成（假设晶核各向同性） 1.
有一个二元合金相图，将B 40%的样品在瓷舟内保持液态，并从一 段缓慢凝固，温度梯度大到足以保持平直界面。且液相中的溶质完 全均匀，并无任何偏聚。1、该体系的k0为多少,Kef？2、运用正常凝 固方程，确定共晶体占式样的百分比。画出凝固后的试棒图，并标 明共晶体位置，做出试棒中的溶质分布曲线。3、完全平衡凝固后， 试计算试棒中的共晶体百分比。 8. 在CZ法中，为何以及如何控制固液界面形状以及晶体直径。 9. 直径相应方程的意义以及对实际的指导意义。 10. 掌握晶体质量有关的相关控制参数。 7.
若在亚稳体系中形成一半径为r的球形晶胚，单个原子 的体积为 。试求出临界球形晶核中所包含的固相原子 个数。 9. 若非均匀成核时其晶核为球冠形，试证明临界晶核形 成功与临界晶核体积之间同样存在上述关系。 10. 试证明，在同样过冷度下均匀成核时，球形晶核较立 方晶核更易形成。 11. 分别求出晶核为立方体和园球形时的形状因子η。 12. 金属银依附于基底上形成一球冠状晶胚，其中， = 4×10-5J/cm2， = 2.27×10-5J/cm2， = 1.9×105J/cm2。⑴ 计算接触角的大小；⑵计算非均匀成核 功与均匀成核功的比值。 8.
2. 什么是组元？独立组元？相？相与组元有何不同。
3. 什么是平衡凝固，以及平衡凝固的特点
4. 什么是相律？有何实际意义 5. 在相图理论中，共晶体能够称之相？为什么？ 6. 化合物与固溶体结构上有何区别？ 7. 生长晶体时，若遇到包晶体应该采用什么技术手段？ 试画图说明。
8、“相”有两种不同的定义：
第一章 思考题
1. 什么是单晶体、多晶体和非晶体？结构上有何区别？
2. 分析晶体的宏观物理性质与其结构的关系。
3. 根据晶体的功能并结合其主要应用领域，人工晶体如何 分类？ 4. 什么是光功能晶体？举出其中一到两个在高新技术中有 广泛应用的 晶体。 5. 晶体与非晶体融化过程的不同。 6. 人工晶体的研究趋势。 7. 名词解释
晶面角守恒定律，结晶习性，晶体生长
第二章
1. 什么是晶体生长的技术要求和生长方法选 择的基本原则。 2. 熟悉晶体生长的常用工艺方法及其局限性。 3. 试讲述提拉法生长技术的主要特点及其操 作基本过程。 4. 提拉法的几个改进分布解决了什么问题。 5. PVD和CVD的基本原理。
第三章 思考题
1. 名词：临界点，同成分点，共晶点，包晶点，固溶 度曲线，相区接触法则
a)它是一个成分及其他各方面都均一的区域； b)它仅仅是一个单一的区域，在这个区域中可能存在成 分梯度； 分析相变时使用那种定义比较合适。
第四章 思考题
1. 在CZ法中籽晶杆的旋转对熔体中的溶质边界层和 温度梯度有何影响？为什么特别强调生长过程中 一定要采用合理的旋转速度。 2. 解释：稳态温场 稳定溶质分布 等温面 溶质边界 层 强迫对流 3. 分凝与分凝系数（平衡，有效），平衡凝固 4. 有效分凝系数是如何引入的？与k0有何关系？ 5. 画出仅考虑扩散效应的条件下，k0>1的系统一维 稳态溶质分布示意图。 6. 简单叙述准静态生长机制的模型，其物理思想和 结论。