材料物理化学是一门深入研究物质在固态、液态、气态下的物理特性和化学反应的学科,它在材料科学领域扮演着至关重要的角色。试卷中的内容主要涉及了成核、扩散、相变、马氏体相变以及固相反应等方面的基础知识。
1. **非均相成核**:这是材料在形成新相时的一个关键过程。当母液中有空位、杂质或位错等界面存在时,新相的形成倾向于在这些界面上开始,而非均匀地分散在整个溶液中。非均相成核比均相成核更容易进行,因为在界面处成核所需的能量通常较低,如题目中所述,非均相成核所需能量仅为均相成核的一半。
2. **非稳定扩散**:在扩散过程中,物质的浓度随时间发生变化,这与稳定扩散(浓度保持恒定)相对。这种现象通常发生在扩散动力学复杂或环境因素不断变化的环境中。
3. **无序扩散**:这是一种没有化学位梯度、浓度梯度和外场推动力的扩散现象,由热能引起的随机扩散。扩散的质点运动无规律,随机性强。
4. **烧结**:烧结是粉末材料在高温下发生的一种现象,通过降低气孔率、增加致密度和强度,以及晶粒生长,实现材料的致密化。这一过程广泛应用于陶瓷、金属粉末等材料的制备。
5. **互扩散推动力**:互扩散是指两种或多种组分在相界面上的相互渗透。推动力主要来自于化学位梯度,即不同区域间的化学势差。
6. **相变过程的推动力**:相变是由系统实际温度与相平衡温度之间的差异(过冷度或过热度)驱动的。自发相变发生时,吉布斯自由能ΔG必须小于零,而相变是否放热或吸热决定了实际温度需高于还是低于相变平衡温度。
7. **斯宾那多分解相变与成核-生长相变的区别**:斯宾那多分解相变通常涉及成分不变但相分布和尺寸有规律的变化,形成的相颗粒连续性较差且呈现非球形;而成核-生长相变则涉及到成分变化,相的分布和尺寸无规律,相颗粒的连续性较好,通常呈现球形。
8. **马氏体相变**:马氏体相变是钢在淬火过程中经历的一种快速、无扩散性的相变,产生高硬度的构造。其特点包括剪切对称性、不涉及原子扩散、相变速度快(接近声速)以及有一定的相变范围。
9. **影响固相反应的因素**:主要包括反应物的化学组成和结构、颗粒大小和分布、反应温度、压力和气氛,以及矿化剂的存在。
10. **影响扩散的因素**:扩散受化学键类型影响,共价键扩散以空位为主,金属键和离子键以空位扩散为主,但间隙扩散也存在;缺陷可以加速扩散;温度升高会增大扩散系数;杂质可以降低扩散速度,但特定情况下也能促进扩散;扩散物质的性质和扩散介质的结构也会影响扩散速率。
试卷中的这些问题涵盖了材料物理化学的基本概念和原理,对于理解和研究材料的性质、合成和加工过程至关重要。掌握这些知识点有助于深入理解材料科学中的各种现象和工艺。