问答题试分析应变能及表面能对固态相变热力学、动力学及新相形状的影响。

题目

问答题

试分析应变能及表面能对固态相变热力学、动力学及新相形状的影响。

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相似问题和答案

第1题：

简述固态相变形成新相的形状与界面能和界面应变能的关系。

正确答案:圆盘形粒子所导致的应变能最小，其次是针状，球形粒子最大。界面不共格时，盘状应变能最低，界面能较高，球形界面能最低，但应变能最大。

第2题：

请分析温度对相变热力学及动力学的影响。

正确答案:当温度降低，过冷度增大，成核势垒下降，成核速率增大，直至达到最大值；当温度继续下降，液相粘度增加，原子或分子扩散速率下降。温度过高或过低对成核和生长速率均不利，只有在一定的温度下才有最大成核和生长速率。

第3题：

试分析应变能及表面能对固态相变热力学、动力学及新相形状的影响。

正确答案:物质的表面具有表面张力σ，在恒温恒压下可逆地增大表面积dA，则需功σdA，因为所需的功等于物系自由能的增加，且这一增加是由于物系的表面积增大所致，故称为表面自由能或表面能。应变能和表面能可以影响相变驱动力的大小，和新相的形状。

第4题：

试讨论金属晶体缺陷对其固态相变形核过程的影响。

正确答案:母相中存在的晶体缺陷如空位、位错、层错、晶界、相界等对固态相变起促进作用。由于晶格缺陷处存在有晶格畸变能，在缺陷处形核形成功减小。此外，晶体缺陷对原子迁移和新相生长也具有促进作用。一般来说，母相的晶体缺陷越多、晶粒越细，新相形核部位越多，相变速度也越快。晶界形核：由于现成界面的存在可以减少形核界面能，对形核起促进作用，新相和母相的界面只需部分重建且界面上原子扩散速率比晶内快，所以新相晶核往往优先在晶界处形成。位错形核：固态下，金属晶体中存在大量位错缺陷，固态相变新相晶核沿畸变能较高的位错线形核，使形核功减小。空位形核：空位缺陷对原子的迁移扩散具有加速作用，降低了扩散激活能对新相形核具有促进作用。

第5题：

说明固态相变的一般特征，并分析固态相变的阻力。

正确答案: 一般特征：
1）相界面。相变过程中母相和新相之间，不同新相之间都有相界面。
2）位相关系。相变后新旧两相晶体之间往往存在一定的位相关系以降低表面能。
3）惯习面。固态相变时，新相往往在母相的一定的结晶面上开始形成，这个晶面称为惯习面。
4）应变能。与固相在流体中形成不同，固态相变的新相在固态的母相中产生，新相与母相的比容不同，所以新相生成后发生的体积的膨胀或收缩必然受到周围母相的约束，不能自由膨胀而产生应变，使系统额外增加了应变能。
分析固态相变的阻力：固态相变的阻力除了新旧相界面的界面能外，还有应变能。应变能使相变阻力增大，使固态相变的发生需要更大的驱动力，相变需要很大的过冷（热）度。

第6题：

晶体缺陷对固态相变形核有什么影响？

正确答案:晶体缺陷是能量起伏、结构起伏和成分起伏最大的区域，在这些区域形核时，原子扩散激活能低，扩散速度快，相变应力容易被松弛。在固态相变中，从能量的观点来看，均匀形核的形核功最大，空位形核次之，位错形核更次之，晶界非均匀形核的形核功最小。

第7题：

明界面能和弹性应变能对第二相形状的影响。如果新旧相之间的界面为共格、半共格、非共格界面，新相易于生成什么形状？

正确答案:当一定体积的新相生成时，其总界面能和应变能都与新相的形状有关。由于新相生成的阻力越小，在热力学上越有利于生成，所以新相的形状与应变能和界面能的对比值有关。球状粒子引起的应变能最大，针状次之，盘状粒子引起的应变能最小。当应变能和界面能相比相对较小时，尽量减少表面积可有效降低相变总阻力，此时新相容易呈球状；而应变能与界面能相比相对较大时，减少新相的厚度有利于降低相变总阻力，此时新相容易呈针状或盘状。共格界面的界面能小，所以如果新相与母相之间形成共格界面，新相容易呈针状或盘状；如果新相与母相之间形成非共格界面，则新相容易呈球状。

第8题：

简述固态相变过程中界面应变能产生的原因。

正确答案:新相和母相的比容不同，新相形成时的体积变化将受到周围母相的约束而产生弹性应变。两项界面不匹配也引起弹性应变能，以共格界面为最大，半共格次之，非共格为0.

第9题：

试分析地球的大小、形状、运动及日地距离对地球表层环境的影响。

正确答案: 大小—质量—引力—大气组成与密度—温度、水的相态、水的保存；
日地距离—太阳辐射—地表温度—人与生物的生存；
形状—热量分配—地表温度的分布—地带性；
运动—昼夜变化、季节交替、地转偏向力、地方时、对温度及其变差的调节。

第10题：

为什么固态相变中出现过渡相？

正确答案:当稳定的新相与母相的晶体结构差异较大时，母相往往不直接转变为自由能最低的稳定新相，而是先形成晶体结构或成分与母相比较接近、自由能比母相稍低些的亚稳定的过渡相。此时，过渡相往往具有界面能较低的共格界面或半共格界面，以降低形核功，使形核容易进行。

试分析应变能及表面能对固态相变热力学、动力学及新相形状的影响。

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