高考申論題
110年
[材料工程] 物理冶金
第 二 題
📖 題組：
為何合金析出相變化中:
為何合金析出相變化中:
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (二)
Al-4Cu 合金析出過程中,強化原子(Cu)是否由高濃度往低濃度方向擴散?為什麼?(10分)
思路引導 VIP
看到此題，應立即打破「擴散必定依循 Fick's 第一定律由高濃度往低濃度」的直覺。析出過程是形成富溶質相（如 CuAl2），代表 Cu 原子必須聚集，發生「上坡擴散」。解題關鍵在於切換至熱力學視角，指出擴散的真正絕對驅動力是「化學電位梯度」而非濃度梯度，並輔以自由能-成分曲線解釋過飽和固溶體的能量狀態。
小題 (一)
常發現析出物在晶界上,比在晶粒內析出得更快且更粗大?(10分)
思路引導 VIP
看到這題，應直覺聯想到相變態的「熱力學（成核）」與「動力學（成長）」兩大面向。熱力學上，利用晶界作為異質成核點可降低成核活化能障解釋「更快」；動力學上，晶界屬於高能缺陷，原子擴散活化能較低，能加速析出物成長解釋「更粗大」。
合金析出與上坡擴散
💡 擴散驅動力為化學電位梯度，導致原子由低往高濃度移動。
| 比較維度 | 下坡擴散 (Downhill) | VS | 上坡擴散 (Uphill) |
|---|---|---|---|
| 濃度流向 | 高濃度往低濃度 | — | 低濃度往高濃度 |
| 熱力學驅動力 | 濃度梯度 (dc/dx) | — | 化學電位梯度 (dμ/dx) |
| 典型案例 | 純金屬滲碳、均質化 | — | 合金析出、旋節線分解 |
| 系統能量狀態 | 消除濃度不均 | — | 降低總吉布斯自由能 |
💬兩者雖流向不同，但本質皆為向化學電位較低方向移動以達成平衡。
