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Fe-Mo合金调幅分解的微观相场模拟(精品论文)
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无机材料物化学习题及解答
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晶体结构缺陷习题与解答
1.1 名词解释（a）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b）刃型位错和螺型位错
解：（a）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。（b）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。
1.2试述晶体结构中点缺陷的类型。以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。试举例写出CaCl2中Ca2+置换KCl中K+或进入到KCl间隙中去的两种点缺陷反应表示式。
解：晶体结构中的点缺陷类型共分：间隙原子、空位和杂质原子等三种。在MX晶体中，间隙原子的表示符号为MI或XI；空位缺陷的表示符号为：VM或VX。如果进入MX晶体的杂质原子是A，则其表示符号可写成：AM或AX（取代式）以及Ai（间隙式）。
当CaCl2中Ca2+置换KCl中K+而出现点缺陷，其缺陷反应式如下：
CaCl2++2ClCl
CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为：
CaCl2+2 +2ClCl
1.3在缺陷反应方程式中，所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么？
解：位置平衡是指在化合物MaXb中，M格点数与X格点数保持正确的比例关系，即M：X=a：b。电中性是指在方程式两边应具有相同的有效电荷。质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒。
1.4（a）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。 （b）如果MgO晶体中，含有百万分之一mol的Al2O3杂质，则在1600℃时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。
解：（a）根据热缺陷浓度公式：
△G=6ev=6×1.602×10-19=9.612×10-19J
K=1.38×10-23 J/K
T1=25+273=298K
exp=1.92×10-51
exp=8×10-9
（b）在MgO中加入百万分之一的Al2O3杂质，缺陷反应方程为：
此时产生的缺陷为[ ]杂质。
而由上式可知：[Al2O3]=[ ]杂质
∴当加入10-6 Al2O3时，杂质缺陷的浓度为
[ ]杂质=[Al2O3]=10-6
由（a）计算结果可知：在1873 K，[ ]热=8×10-9
显然： [ ]杂质＞[ ]热，所以在1873 K时杂质缺陷占优势。
1.5对某晶体的缺陷测定生成能为84KJ/mol，计算该晶体在1000K和1500K时的缺陷浓度。
解：根据热缺陷浓度公式：
△G=84KJ/mol=84000J/mol
其中R=8.314J/mol·K
当T1=1000K时， exp（）= exp=6.4×10-3
当T2=1500K时， exp（）= exp=3.45×10-2
1.6试写出在下列二种情况，生成什么缺陷？缺陷浓度是多少？（a）在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生成淡红宝石（b）在Al2O3中，添加0.5mol%的NiO，生成黄宝石。
解：（a）在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生成淡红宝石的缺陷反应式为：
生成置换式杂质原子点缺陷。其缺陷浓度为：0.01%×＝0.004%＝4×10-3 %
（b）当添加0.5mol%的NiO在Al2O3中，生成黄宝石的缺陷反应式为：
2NiO＋＋2OO
生成置换式的空位点缺陷。其缺陷浓度为：0.5%×＝0.3%
1.7非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度将发生怎样变化？增大？减少？为什么？
解：（a）非化学计量化合物Fe1-xO，是由于正离子空位，引起负离子过剩：
2Fe Fe+ O2(g)→2Fe+ V+OO
O2(g)→OO + V+2h
按质量作用定律，平衡常数
[V]﹠ PO1/6
即：铁空位的浓度和氧分压的1/6次方成正比，故当周围分压增大时，铁空位浓度增加，晶体质量减小，则Fe1-xO的密度也将减小
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晶体结构缺陷习题与解答
1.1 名词解释（a）弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷；（b）刃型位错和螺型位错
解：（a）当晶体热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中，形成间隙原子，而原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子，热起伏后获得能量离开平衡位置，跃迁到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。（b）滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。
1.2试述晶体结构中点缺陷的类型。以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。试举例写出CaCl2中Ca2+置换KCl中K+或进入到KCl间隙中去的两种点缺陷反应表示式。
解：晶体结构中的点缺陷类型共分：间隙原子、空位和杂质原子等三种。在MX晶体中，间隙原子的表示符号为MI或XI；空位缺陷的表示符号为：VM或VX。如果进入MX晶体的杂质原子是A，则其表示符号可写成：AM或AX（取代式）以及Ai（间隙式）。
当CaCl2中Ca2+置换KCl中K+而出现点缺陷，其缺陷反应式如下：
CaCl2++2ClCl
CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为：
CaCl2+2 +2ClCl
1.3在缺陷反应方程式中，所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么？
解：位置平衡是指在化合物MaXb中，M格点数与X格点数保持正确的比例关系，即M：X=a：b。电中性是指在方程式两边应具有相同的有效电荷。质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒。
1.4（a）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。 （b）如果MgO晶体中，含有百万分之一mol的Al2O3杂质，则在1600℃时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。
解：（a）根据热缺陷浓度公式：
△G=6ev=6×1.602×10-19=9.612×10-19J
K=1.38×10-23 J/K
T1=25+273=298K
exp=1.92×10-51
exp=8×10-9
（b）在MgO中加入百万分之一的Al2O3杂质，缺陷反应方程为：
此时产生的缺陷为[ ]杂质。
而由上式可知：[Al2O3]=[ ]杂质
∴当加入10-6 Al2O3时，杂质缺陷的浓度为
[ ]杂质=[Al2O3]=10-6
由（a）计算结果可知：在1873 K，[ ]热=8×10-9
显然： [ ]杂质＞[ ]热，所以在1873 K时杂质缺陷占优势。
1.5对某晶体的缺陷测定生成能为84KJ/mol，计算该晶体在1000K和1500K时的缺陷浓度。
解：根据热缺陷浓度公式：
△G=84KJ/mol=84000J/mol
其中R=8.314J/mol·K
当T1=1000K时， exp（）= exp=6.4×10-3
当T2=1500K时， exp（）= exp=3.45×10-2
1.6试写出在下列二种情况，生成什么缺陷？缺陷浓度是多少？（a）在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生成淡红宝石（b）在Al2O3中，添加0.5mol%的NiO，生成黄宝石。
解：（a）在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生成淡红宝石的缺陷反应式为：
生成置换式杂质原子点缺陷。其缺陷浓度为：0.01%×＝0.004%＝4×10-3 %
（b）当添加0.5mol%的NiO在Al2O3中，生成黄宝石的缺陷反应式为：
2NiO＋＋2OO
生成置换式的空位点缺陷。其缺陷浓度为：0.5%×＝0.3%
1.7非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度将发生怎样变化？增大？减少？为什么？
解：（a）非化学计量化合物Fe1-xO，是由于正离子空位，引起负离子过剩：
2Fe Fe+ O2(g)→2Fe+ V+OO
O2(g)→OO + V+2h
按质量作用定律，平衡常数
[V]﹠ PO1/6
即：铁空位的浓度和氧分压的1/6次方成正比，故当周围分压增大时，铁空位浓度增加，晶体质量减小，则Fe1-xO的密度也将减小
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FeMo合金调幅分解的微观相场模拟.pdf 80页
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FeMo合金调幅分解的微观相场模拟论文
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Classified Index ：TG454
U.D.C: 621.791.36
Dissertation for the Master Degree in Engineering
THE COMPUTER SIMULATION OF THE Fe-Mo
BINARY ALLOY SPINODAL DECOMPOSITION
WITH MICROSCOPIC PHASE-FIELD MODEL
Zhang Baoliang
Candidate ：
Prof. Zhu Jingchuan
Supervisor：
Master of Engineering
Academic Degree Applied for ：
Material Science
Specialty ：
Affiliation ：
Engineering
Date of Defence:
June, 2006
Degree-Conferring-Institution:
Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
本论文采用微观相场方法研究了二元合金调幅分解过程，并在此基础上
结合微观弹性力学理论和离散格点形式的微观扩散方程研究了弹性能作用下
的调幅分解。此模型可用于研究二元置换型沉淀合金的共性问题，无需预先
设定新相结构和相变路径，可自动描述可能的非平衡相、原子簇聚等，包容
沉淀的全过程和全部成分范围。最后对真实二元 Fe-Mo
合金的调幅分解进
行模拟，获得调幅组织的时间相关信息，对体系早期调幅分解和后期的粗化
进行了研究。
对简单调幅分解及后期粗化过程的模拟表明，分解及粗化的速度均与体
系初始成分有关，并在溶质浓度为 50% 时达到最大。对弹性能作用下的调
幅分解进行了模拟：当弹性应变能为零时，沉淀相为球状弥散分布的颗粒或
“海绵状”组织，呈各向同性特征；随着弹性应变能的增加，沉淀相分布的
取向性越来越明显，趋于沿弹性“软”方向分布，形成椭圆片状、条状、类
方格阵等结构，呈各向异性特征。
根据模拟结果，得出了铁钼合金的失稳分解曲线，在CMo =0.5
生调幅分解的最高温度为 770 ℃，CMo =0.1
时，可发生调幅分解的最高温度
为 320 ℃。得出的曲线规律和理论基本一致。在相同温度下，溶质浓度越接
近CMo =0.5 ，发生调幅分解的速度越快；而对于溶质浓度一定的情况，在相
对低温下调幅分解的速度比较快。
调幅分解；弹性应变能；微观相场方程；Fe-Mo 合金
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
decomposition
microscropic
phase-field
the spinodal
decomposition
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