材料热力学和动力学答案 .pdf

Gibbs-Thomsoneffect:

1.TheGibbs–ThomsonEffect,incommonphysicsusage,referstovariationsinvapor

pressureorchemicalpotentialacrossacurvedsurfaceorinterface.Theexistenceofa

highcurvature,andtheseparticleswillexhibitanincreasedvaporpressure.

SeeOstwald–Freundlichequation.

2.Morespecifically,theGibbs–Thomsoneffectreferstotheobservationthatsmallcrystals

areinequilibriumwiththeirliquidmeltatalowertemperaturethanlargecrystals.In

size,asgivenbytheGibbs–Thomsonequation.

（为什么在一个相对较低的温度，溶质趋向于通过晶界的运输比晶格和位错运输更有效？请

举一种材料作为例子详述）

答：在多晶体中的扩散除了再晶粒点阵内部进行之外，还会沿表面、晶界、位错等缺陷

部位进行。由于这些部位的点阵畸变较大，原子处于较高的能量状态，易于跳动，因而沿表

面、晶界、位错迁移的扩散系数恒大于原子穿越点阵内部的体扩散系数。

晶界扩散的作用因温度不同而不同，在温度较低时，由于晶界激活能比点阵激活能小得

多，晶界扩散对整个扩散起了重要作用。这也就是为什么在一个相对较低的温度，溶质趋向

于通过晶界的运输比晶格和位错运输更有效。但随着温度的升高，晶内空位浓度逐渐增加，

点阵扩散系数相应增大，比例很小的晶界扩散伴随着温度的升高其作用逐步减弱。

例如：单晶体银与多晶体银自扩散系数进行比较实验中可以发现，在温度较低时，多晶

o

体银的自扩散系数要远远大于单晶银的自扩散系数。而当温度上升到700C时，二者相当。

Afternucleationofbothphases,thecolonycangrowedgewisebythemovementoftheincoherent

relationship.（两相形核之后，集落能够通过不连续的界面沿边生长，一个珠光体长成两个无

定向关系的奥氏体晶粒）

答：当温度达到一定温度后，先在形核晶界处形成一小片渗碳体（片状是为了减小应变

能），然后通过临近原子沿着不连续界面聚集长大，一个珠光体长成两个无定向关系的奥氏

体。

TheadvantageanddisadvantagebetweenDSCandDTA（DSC曲线和DTA曲线相比的优缺点）

DTA与DSC两种方法的主要差别是DTA测定的是试样与参比物的温度差△T，而DSC

测定的是保持试样与参比物温差为零时的热流率（功率差）dH/dt。尽管两者曲线形状及定

量校正方法都很相似，但其原理和曲线方程是不同的。DSC的主要优点是热量定量方便，

分辨率高好，灵敏度高。DSC的第一个缺点是使用温度低，最高只能用到800℃，一般在

600℃以上，基线明显变坏已不能用最高灵敏度档。DSC仪器使用温度提不高的原因，一是

DSC样品支持器下有测温热电阻，又有加热丝，对绝缘材料要求很高，而耐高温的绝缘材

料不易找到。所以使用DSC仪器尽量不用太高温度，这样可以延长样品支持器的寿命。二

是，800℃以上红外线辐射已很严重，试样的颜色、颗粒形状对吸收辐射热已有明显的影响，

虽然有的仪器加了白金保护罩，辐射还是对基线有影响。而DTA没有内加热问题，所以绝

缘材料好解决。超高温DTA仪可以用到2400℃，一般高温炉也能用到1500~1700℃。因此，

需要在高温区测定试样的矿物、冶金等领域还只能用DTA仪。DSC的第二个缺点是“起始

温度”高。如室温20℃开始升温，可以测定30~40℃出峰的试样。而DSC开机后样品支持

器就开始补热，用低档时，基线要在50℃左右才能平衡，用高档平衡后可达60~70℃，开始

升温