北科大《固态转变》研究生课程考题历年整理及部分答案
1. 从自由能成分曲线，相界面，原子扩散方式，新相的成分和结构状态，驱动
力，形核的方式，显微组织区分调幅分解和形核长大型相变。 ? 调幅分解 形核长大型变形 相始终保持平衡成分，不成分 连续变化，最后达到平衡新 随时间变化 开始无明显相界面，最后才相界面 始终都有明显的相界面 变明显 两相大小分布规则，一般不大小不一，分布漫乱，常组织形态 是球状，组织均匀性好 呈球状，组织均匀性差 新相和母相在结构、成分结构 成分不同，结构相同的两相 均不同 2. 什么是第一类相变，什么是第二类相变，并举例？ ?
分类标志：热力学势及其导数的连续性。自由能和内能都是热力学函数，它们的第一阶导数是压力（或体积）和熵（或温度）等，而第二阶导数是比热、膨胀率、压缩率和磁化率等。
第一类相变（一级相变）：凡是热力学势本身连续，而第一阶导数不连续的状态突变，称为第一类相变。第一阶导数不连续，表示相变伴随着明显的体积变化和热量的吸放(潜热)。普通的气液相变、液固相变、金属和合金的多数固态相变、在外磁场中的超导转变，属于第一类相变。
第二类相变（二级相变）：热力学势和它的第一阶导数连续变化，而第二阶导数不连续的情形，称为第二类相变。这时没有体积变化和潜热，但膨胀率、压缩率和比热等物理量随温度的变化曲线上出现跃变或无穷的尖峰。超流、没有外磁场的超导转变、气液临界点、磁相变、合金中部分有序-无序相变，属于第二类相变。习惯上把第二类以上的高阶相变，通称为连续相变或临界现象。玻色-爱因斯坦凝结现象是三级相变。
按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变??<材基P595> 按原子迁移特征分类：扩散型相变、无扩散型相变 相似问题：相变的分类有哪些，其分类标准是什么？
3. 下图哪个是第一类相变，哪个是第二类相变，并说明理由？
第一类相变第二类相变
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从热力学函数的性质看，第一类相变点不是奇异点（singularity），它只是对应两个相的函数的交点。交点两侧每个相都可能存在，通常能量较低的的那个得以实现。这是出现“过冷”或“过热”的亚稳态以及两相共存的原因。第二类相变则对应热力学函数的奇异点，它的奇异性质目前并不完全清楚。在相变点每侧只有一个相能够存在，因此不容许“过冷”和“过热”和两相共存。
4. 根据经典形核公式计算再结晶临界形核尺寸（给定存储能和界面能）；若位
错提供主要的储存能，（给定位错密度和单位位错的能量）导出临界形核尺寸和位错密度的关系；评论经典形核理论的可行性？ ?
经典形核理论假设核心的界面能与大块晶体的界面能相等，但是小原子团的界面非常漫散，尤其是当脱溶转变的母相成分接近调幅分解成分时，没有明确的相界面。这样，漫散的相界面体积占晶胚体积的一个可观分数。因此，这个假设只能是一种近似，只有界面的厚度比核心尺寸小得多时才合理。经典形核理论的另外一个问题是没有考虑核心颗粒熟化效应，熟化效应会使一些成长的核心再度溶解而消失。但是，经典形核理论优点明显。首先，模型简单，可以成功解释很多相变实际问题——如形核率随过冷度微弱增加，或者脱溶因过饱和度微弱变化而急促增加；还可以解释新相和母相间出现的各种取向关系。
5. 朗道理论的基本思想？什么是序参量，在结构转变和铁磁转变中可以选什么
作为序参量？连续相变的本质是什么？ ?
物理参数的无穷小变化引起对称性的破缺，是连续相变的本质。 基本思想：用序参量的幂级数展开式来表示相变温度附近的自由能。 序参量：一个系统从高对称相转变为低对称相时，系统的某一个物理量η将从高对称相中的0值转变为低对称相中的非0值，这个物理量η称为序参量。
Γ(M)=Γ0(T)+1/2a(T)M2+1/4b(T)M4+…
连续相变：是指T=Tc时序参量连续地从0值变到非0值的相变。 连续相变的本质：物理参数的无穷小变化引起对称性的破缺。
共同特征：物质有序程度的改变以及与之相伴的物质对称性的改变。 无体积变化和潜热；不需消耗有限能量；序参量变化连续；相变为一种突变。
6. 什么是连续再结晶？静态再结晶和动态再结晶中都能发生连续再结晶吗？
解释点阵旋转动态再结晶和几何动态再结晶的现象及发生的条件？ ?
由于再结晶的驱动力(储存能)远比一般相变的驱动力小，而晶界能却和相变的相界能差不多，所以形核的临界核心尺寸非常大(>0.1mm)，以至实际上不能实现。这样，所谓再结晶核心并不是热力学意义上的核心，它只是在变形结构中再结晶前预先存在的几乎没有变形的小体积。再结晶时的脱溶本质是两种转变(再结晶和脱溶相变)的交互作用。基本规律：变形引入缺陷促进脱溶和再结晶形核，脱溶析出粒子影响再结晶形核并钉扎晶界从而延缓再结晶。
如果在回复时发生脱溶，析出的第二相粒子尺寸小、间距小，使再结晶不易形核，因为析出的质点对晶界钉扎，结果可以完全抑制再结晶。随着保温时间延长，脱溶质点聚集长大，变形基体的位错排列发生改变，逐渐减小位错密度和调
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整亚晶的取向差和尺寸，最后使基体恢复为变形前的结构状态。把这个过程称为连续再结晶或原位再结晶。通过再结晶的“形核”和“长大”来消除高能的变形态，一般称作“不连续再结晶”。但是，对于较高层错能材料，如铝、铁等，在变形或变形后退火过程中亚晶界持续吸收位错，最终转变为大角度晶界，没有“形核”和“长大”过程，即没有大角度晶界迁移来消除高能的变形态，这称作“连续再结晶”。在静态再结晶和动态再结晶过程中都可能发生连续再结晶。
7. 回答以下问题：（1）经典形核理论的均匀形核和非均匀形核的临界核心的曲
率半径哪个更大？为什么？（2）均匀形核和非均匀形核的临界核心形成功哪个更大，为什么？（3）均匀形核和非均匀形核的形核速率哪个更大，为什么？（4）经典形核理论对再结晶核心的形成是否适用，为什么？（5）两相转变的平衡温度与再结晶温度的本质有何区别，并给出解释。 ?
非均匀形核：
（1）应该特别注意到，在相同的过冷度下，非均匀形核的临界曲率半径和均匀形核临界半径是相同的。
（2）非均匀形核时，因为和浸润角有关的f(θ)总是小于1，所以非均匀形核的临界形核功总比均匀形核小。
（3）在凝固时液相中都含有大量的形核靠背，例如盛放液体的容器模壁、液体中含的微小固态微粒等。所以，实际的凝固过程中非均匀形核率总比均匀形核的形核率要高得多；在固态相变时，由于位错，层错，晶界的影响，非均匀形核的形核率大于均匀形核。
（4）不适用。由于再结晶的驱动力(储存能)远比一般相变的驱动力小，而晶界能却和相变的相界能差不多，所以形核的临界核心尺寸非常大(>0.1mm)，以至实际上不能实现。或者，从另一个角度看，当形成一个合理尺寸的核心时，必须在几个nm范围内有20%数量级的局部弹性应变，这也是不可能的。这样，所谓再结晶核心并不是热力学意义上的核心，它只是在变形结构中再结晶前预先存在的几乎没有变形的小体积。
（5）相变必有一个临界温度，该临界温度是热力学意义的温度。再结晶临界温度只是一个动力学意义的温度，无明确值。定义：在一定时间内(1小时)刚好完成(常用完成95%或98%)再结晶的温度。变形量足够大时，一般纯金属的再结晶温度为：(0.35～0.4)Tm
8. 在金属和合金中，一般的扩散型相变的临界核心尺寸的数量级有多大？临界
核心形成功的数量级有多大？
<材基P600>临界晶核尺寸纳米级临界形核功10-18J.
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