《材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)》ppt課件

1、復(fù)習(xí)內(nèi)容復(fù)習(xí)內(nèi)容2021.6期末考試方式期末考試方式2021-2021第二第二學(xué)期學(xué)期類型類型1、概念題、概念題30-40分分2、簡答題、簡答題10分分3、填空題、填空題10分分4、計(jì)算題、計(jì)算題20分分5、分析論述題、分析論述題20分分第一章第一章 原子構(gòu)造與鍵合原子構(gòu)造與鍵合概念：概念：1 1、原子間鍵合類型及本質(zhì)。、原子間鍵合類型及本質(zhì)。2 2、金屬、高分子、陶瓷資料中的鍵類型、典型物質(zhì)稱號(hào)。、金屬、高分子、陶瓷資料中的鍵類型、典型物質(zhì)稱號(hào)。平衡間隔平衡間隔r0 Equilibrium spacing；當(dāng)當(dāng) FA+ FR = 0 時(shí)的原子間距時(shí)的原子間距當(dāng)當(dāng)r = r0 時(shí)，時(shí)，E0稱為

2、結(jié)合能稱為結(jié)合能Bonding energy，將將2個(gè)原子無限分別所需能量。個(gè)原子無限分別所需能量。通常通常r0 0.3nm (3)1.2.1 鍵合力與能量鍵合力與能量 Bonding Forces and EnergyREE EArRrArNNdrFdrFdrF材材 料料 中中 的的 鍵鍵范德瓦爾鍵二次鍵范德瓦爾鍵二次鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵金屬鍵金屬鍵半導(dǎo)體半導(dǎo)體聚合物聚合物離子鍵離子鍵陶瓷和玻璃陶瓷和玻璃金屬金屬結(jié)結(jié) 合合 鍵鍵 的的 特特 性性離子鍵離子鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵金屬鍵金屬鍵構(gòu)造特點(diǎn)構(gòu)造特點(diǎn)無方向性或方向性不明無方向性或方向性不明顯，配位數(shù)大顯，配位數(shù)大方向性明顯，配位數(shù)小，方向性明顯，配位

3、數(shù)小，密度小密度小無方向性，無飽和性，無方向性，無飽和性，配位數(shù)極大，密度大配位數(shù)極大，密度大力學(xué)特點(diǎn)力學(xué)特點(diǎn)強(qiáng)度高，膨脹系數(shù)小，強(qiáng)度高，膨脹系數(shù)小，劈裂性良好，硬度大劈裂性良好，硬度大強(qiáng)度高，硬度大強(qiáng)度高，硬度大有各種強(qiáng)度，有塑性有各種強(qiáng)度，有塑性熱學(xué)特點(diǎn)熱學(xué)特點(diǎn)熔點(diǎn)高，膨脹系數(shù)小，熔點(diǎn)高，膨脹系數(shù)小，熔體中有離子存在熔體中有離子存在熔點(diǎn)高，膨脹系數(shù)小，熔點(diǎn)高，膨脹系數(shù)小，熔體中有的含有分子熔體中有的含有分子有各種熔點(diǎn)高，導(dǎo)熱性有各種熔點(diǎn)高，導(dǎo)熱性好，液態(tài)的溫度范圍寬好，液態(tài)的溫度范圍寬電學(xué)特點(diǎn)電學(xué)特點(diǎn)絕緣體，熔體為導(dǎo)體絕緣體，熔體為導(dǎo)體 絕緣體，熔體為非導(dǎo)體絕緣體，熔體為非導(dǎo)體導(dǎo)電體導(dǎo)電體

4、根據(jù)原子間鍵和的不同，將資料分為金屬、陶瓷和高分子根據(jù)原子間鍵和的不同，將資料分為金屬、陶瓷和高分子金屬資料：金屬鍵金屬資料：金屬鍵陶瓷資料：共價(jià)鍵陶瓷資料：共價(jià)鍵 / 離子鍵離子鍵高分子資料：共價(jià)鍵高分子資料：共價(jià)鍵 / 分子鍵分子鍵 / 氫鍵氫鍵 第二章固體構(gòu)造第二章固體構(gòu)造1 1、概念：、概念：空間點(diǎn)陣、晶體構(gòu)造、晶胞、晶向族、晶面族、晶帶及晶帶空間點(diǎn)陣、晶體構(gòu)造、晶胞、晶向族、晶面族、晶帶及晶帶定律、配位數(shù)、致密度、間隙固溶體、置換固溶體、電子濃定律、配位數(shù)、致密度、間隙固溶體、置換固溶體、電子濃度、電子化合物、間隙相、間隙化合物、超構(gòu)造。度、電子化合物、間隙相、間隙化合物、超構(gòu)造。2

5、 2、計(jì)算、計(jì)算晶向、晶面指數(shù)的標(biāo)定，原子的線、面密度，致密度。晶向、晶面指數(shù)的標(biāo)定，原子的線、面密度，致密度。體心立方體心立方堆垛因子致密度堆垛因子致密度0.68配位數(shù)：配位數(shù)：8面心立方面心立方堆垛因子致密度堆垛因子致密度0.74配位數(shù)：配位數(shù)：12密排六方密排六方堆垛因子致密度堆垛因子致密度0.74配位數(shù)：配位數(shù)：12晶體構(gòu)造晶體構(gòu)造 = 空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣 + 基元基元?jiǎng)偳蚰Ｐ蛣偳蚰Ｐ腿N典型金屬構(gòu)造的晶體學(xué)特點(diǎn)三種典型金屬構(gòu)造的晶體學(xué)特點(diǎn)構(gòu)造特征構(gòu)造特征晶體構(gòu)造類型晶體構(gòu)造類型面心立方面心立方(A1)體心立方體心立方(A2)密排六方密排六方(A3)點(diǎn)陣常數(shù)點(diǎn)陣常數(shù)aaa, c (c/a

6、 =1.633)原子半徑原子半徑R晶胞內(nèi)原子數(shù)晶胞內(nèi)原子數(shù)426配位數(shù)配位數(shù)128 12致密度致密度0.740.680.74a42a43 4321,222caa14種布拉菲點(diǎn)陣種布拉菲點(diǎn)陣與與7個(gè)晶系個(gè)晶系7個(gè)晶系個(gè)晶系棱邊長度及夾角關(guān)系棱邊長度及夾角關(guān)系14種布拉菲點(diǎn)陣種布拉菲點(diǎn)陣立方立方a=b=c,=90簡單立方簡單立方體心立方體心立方面心立方面心立方四方四方a=bc,=90簡單四方簡單四方體心四方體心四方菱方菱方a=b=c,=90簡單菱方簡單菱方六方六方a1=a2=a3c,= 90,=120簡單六方簡單六方正交正交abc,=90簡單正交簡單正交底心正交底心正交體心正交體心正交面心正交面心

7、正交單斜單斜abc,=90簡單單斜簡單單斜底心單斜底心單斜三斜三斜abc,90簡單三斜簡單三斜立方晶系常見晶向立方晶系常見晶向 由于由于3 3個(gè)坐標(biāo)軸存在正、個(gè)坐標(biāo)軸存在正、負(fù)值，因此在晶向指數(shù)中負(fù)值，因此在晶向指數(shù)中也可存在負(fù)值。也可存在負(fù)值。如：如：111,111 , 111 晶向族：晶向族：111立方晶系常見晶面立方晶系常見晶面晶面族：晶面族：100 六角晶系中的晶向、晶面六角晶系中的晶向、晶面a晶向晶向b晶面晶面02110011 0001)0101() 1110()0001( 留意：三指數(shù)系統(tǒng)與四指數(shù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換關(guān)系留意：三指數(shù)系統(tǒng)與四指數(shù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換關(guān)系晶晶 帶帶 定定 律律 一切平行或相交

8、于同不斷線的晶面構(gòu)成晶帶，此直線一切平行或相交于同不斷線的晶面構(gòu)成晶帶，此直線稱為晶帶軸，屬于此晶帶的晶面稱為晶帶面。稱為晶帶軸，屬于此晶帶的晶面稱為晶帶面。晶帶軸晶帶軸u v w與該晶帶的晶面與該晶帶的晶面h k l之間存在以下關(guān)系：之間存在以下關(guān)系：hu + kv + lw = 0u v wh k l晶帶軸晶帶軸晶帶面晶帶面晶帶晶帶線性與平面原子密度線性與平面原子密度線原子密度：在特定的晶向上，線矢量經(jīng)過原子中心，線原子密度：在特定的晶向上，線矢量經(jīng)過原子中心，2個(gè)原子中心間的線段長度為個(gè)原子中心間的線段長度為l，此線段中包含的原子部分，此線段中包含的原子部分的尺寸為的尺寸為c， c /

9、l為線原子密度為線原子密度LD。面原子密度：在特定的晶面上，晶面經(jīng)過原子中心，由幾面原子密度：在特定的晶面上，晶面經(jīng)過原子中心，由幾個(gè)原子中心構(gòu)成的平面的面積個(gè)原子中心構(gòu)成的平面的面積Ap，此平面中包含的原子，此平面中包含的原子部分的面積部分的面積Ac， Ac / Ap為面原子密度為面原子密度PD。密度計(jì)算密度計(jì)算AvogardroNVAnAcmolatoms/10023.623x常數(shù)，常數(shù)，阿伏加多羅阿伏加多羅晶胞體積晶胞體積原子分量原子分量晶胞中的原子數(shù)晶胞中的原子數(shù)密度密度r rNVnAAc r r 晶體構(gòu)造可以視為原子密排面在空晶體構(gòu)造可以視為原子密排面在空間一層一層平行堆垛的結(jié)果。間

10、一層一層平行堆垛的結(jié)果。密排密排面面數(shù)數(shù)量量密排密排方向方向數(shù)數(shù)量量體心立方體心立方11064面心立方面心立方11146密排六方密排六方六方六方底面底面1底面對(duì)底面對(duì)角線角線3密排面密排面 密排方向密排方向32種點(diǎn)群、種點(diǎn)群、 230種空間群種空間群點(diǎn)群：是指一個(gè)晶體中一切點(diǎn)對(duì)稱元素的集合。點(diǎn)群點(diǎn)群：是指一個(gè)晶體中一切點(diǎn)對(duì)稱元素的集合。點(diǎn)群在宏觀上表現(xiàn)為晶體外形的對(duì)稱。在宏觀上表現(xiàn)為晶體外形的對(duì)稱。 晶體外形中只能有晶體外形中只能有32種對(duì)稱點(diǎn)群的緣由：種對(duì)稱點(diǎn)群的緣由：(1)點(diǎn)對(duì)稱與平移對(duì)稱兩者共存于晶體構(gòu)造中，它們相互協(xié)調(diào)，點(diǎn)對(duì)稱與平移對(duì)稱兩者共存于晶體構(gòu)造中，它們相互協(xié)調(diào)，彼此制約；彼此

11、制約；(2) 點(diǎn)對(duì)稱元素組合時(shí)必需經(jīng)過一個(gè)公共點(diǎn)，必需遵照一定的規(guī)點(diǎn)對(duì)稱元素組合時(shí)必需經(jīng)過一個(gè)公共點(diǎn)，必需遵照一定的規(guī)那么，使組合的對(duì)稱元素之間可以自洽。那么，使組合的對(duì)稱元素之間可以自洽?？臻g群：用以描畫晶體中原子組合的一切能夠方式，空間群：用以描畫晶體中原子組合的一切能夠方式， 是確定晶體構(gòu)造的根據(jù)。是確定晶體構(gòu)造的根據(jù)。230種空間群：晶體構(gòu)造中種空間群：晶體構(gòu)造中32個(gè)點(diǎn)群和個(gè)點(diǎn)群和14種布拉菲點(diǎn)陣的組種布拉菲點(diǎn)陣的組合得到。合得到。X-射線衍射與射線衍射與Bragg定律定律X-射線與周期性陳列原子發(fā)生衍射的必要條件：射線與周期性陳列原子發(fā)生衍射的必要條件：一樣密勒指數(shù)一樣密勒指數(shù) (

12、hkl) 的的AA，BB面，面，晶面間距晶面間距dhkl；2列列1，2單色單色X射射線波長線波長 ，以，以角入射，散射波為角入射，散射波為(1，2)，途徑差為衍射條件：，途徑差為衍射條件： n = SQ + QT = dhklsin + dhkl sin =2 dhklsin 布拉格定律布拉格定律 Bragg Lawn 為反射級(jí)數(shù)為反射級(jí)數(shù)the order of reflection，為整數(shù)，為整數(shù)1、2、3 2 衍射角衍射角 diffraction angle 合合 金金 相相 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)合金合金Alloy：兩種或兩種以上金屬元素，或金屬元素：兩種或兩種以上金屬元素，或金屬元素與非金屬元素

13、，經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其它方法組合而成并具有與非金屬元素，經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其它方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。金屬特性的物質(zhì)。組元組元Component：組成合金最根本的獨(dú)立的物質(zhì)，通：組成合金最根本的獨(dú)立的物質(zhì)，通常組元就是組成合金的元素，也可以是穩(wěn)定的化合物。組常組元就是組成合金的元素，也可以是穩(wěn)定的化合物。組元間由于物理的或化學(xué)的相互作用，可構(gòu)成各種相。元間由于物理的或化學(xué)的相互作用，可構(gòu)成各種相。相相Phase：是合金中具有同一聚集形狀、一樣晶體構(gòu)：是合金中具有同一聚集形狀、一樣晶體構(gòu)造、成分和性能均一，并以界面相界相互分開的組成造、成分和性能均一，并以界面相界相互分開的組成部分。部分。合金

14、中的相構(gòu)造：可分為固溶體和中間相兩大類。合金中的相構(gòu)造：可分為固溶體和中間相兩大類。合金中的相構(gòu)造：合金中的相構(gòu)造： 固溶體固溶體:置換式固溶體置換式固溶體間隙式固溶體間隙式固溶體 中間相金屬間化合物中間相金屬間化合物 :正常價(jià)化合物正常價(jià)化合物_符合化合物原子價(jià)規(guī)律符合化合物原子價(jià)規(guī)律電子化合物電子化合物(休姆休姆-羅塞里相羅塞里相)_電子濃度決議晶體構(gòu)造電子濃度決議晶體構(gòu)造間隙相間隙相_rX/rM0.59時(shí)，構(gòu)成復(fù)雜晶體構(gòu)造時(shí)，構(gòu)成復(fù)雜晶體構(gòu)造, Fe3C電子濃度電子濃度: : 合金中價(jià)電子數(shù)目與原子數(shù)目的比值，即合金中價(jià)電子數(shù)目與原子數(shù)目的比值，即e/ae/a100)100(/BxxAa

15、eA，B分別為溶劑、溶質(zhì)的原子價(jià)，分別為溶劑、溶質(zhì)的原子價(jià)，x為溶質(zhì)的原子分?jǐn)?shù)為溶質(zhì)的原子分?jǐn)?shù)%固固 溶溶 體體定義：溶質(zhì)原子完全溶于固態(tài)溶劑中，并能堅(jiān)持溶劑元素的定義：溶質(zhì)原子完全溶于固態(tài)溶劑中，并能堅(jiān)持溶劑元素的晶格類型晶格類型, ,這種類型的合金相稱為固溶體。這種類型的合金相稱為固溶體。固溶體種類：根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑中的位置，可分為置換式固溶體種類：根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑中的位置，可分為置換式SubstitutiveSubstitutive固溶體與間隙式固溶體與間隙式InterstitialInterstitial固溶體。固溶體。間隙固溶體間隙固溶體 當(dāng)溶質(zhì)原子半徑小，與溶劑原子半徑差當(dāng)溶質(zhì)

16、原子半徑小，與溶劑原子半徑差r41% 時(shí)，溶質(zhì)原子能夠進(jìn)入溶劑晶格間隙時(shí)，溶質(zhì)原子能夠進(jìn)入溶劑晶格間隙中構(gòu)成間隙固溶體中構(gòu)成間隙固溶體 通常原子半徑小于通常原子半徑小于0.1nm的非金屬元素，如的非金屬元素，如H、C、N、O等容易成為溶質(zhì)間隙原子等容易成為溶質(zhì)間隙原子 由于溶質(zhì)原子大小比晶格間隙的尺寸大，引起由于溶質(zhì)原子大小比晶格間隙的尺寸大，引起溶劑點(diǎn)陣畸變，故間隙固溶體都是有限固溶體溶劑點(diǎn)陣畸變，故間隙固溶體都是有限固溶體面心立方晶格中的間隙面心立方晶格中的間隙位于晶胞中心，由六個(gè)原子所組成位于晶胞中心，由六個(gè)原子所組成的八面體中心共的八面體中心共4個(gè)個(gè)rB/rA = 0.414位于晶胞體

17、對(duì)角線上靠結(jié)點(diǎn)位于晶胞體對(duì)角線上靠結(jié)點(diǎn)1/4處，由四處，由四個(gè)原子所組成的四面體中心共個(gè)原子所組成的四面體中心共8個(gè)個(gè)rB/rA = 0.225設(shè)原子半徑為設(shè)原子半徑為rA, 間隙中能包容的最大圓球半徑為間隙中能包容的最大圓球半徑為rB體心立方晶格中的間隙體心立方晶格中的間隙位于晶胞六面體的面中心，由六個(gè)原位于晶胞六面體的面中心，由六個(gè)原子所組成的八面體中心共子所組成的八面體中心共6個(gè)個(gè)rB/rA = 0.15由四個(gè)原子所組成的四面由四個(gè)原子所組成的四面體中心體中心 共共12個(gè)個(gè)rB/rA = 0.29 設(shè)原子半徑為設(shè)原子半徑為rA, 間隙中能包容的最大圓球半徑為間隙中能包容的最大圓球半徑為r

18、B注：體心立方構(gòu)造的四面體和八面體間隙不對(duì)稱注：體心立方構(gòu)造的四面體和八面體間隙不對(duì)稱( (其棱邊長度不全其棱邊長度不全相等相等) )，這會(huì)對(duì)間隙原子的固溶及其產(chǎn)生的畸變有明顯的影響。，這會(huì)對(duì)間隙原子的固溶及其產(chǎn)生的畸變有明顯的影響。置換固溶體置換固溶體 溶解度的影響要素溶解度的影響要素 晶體構(gòu)造：晶體構(gòu)造一樣是組元間構(gòu)成無限固溶體的必要條晶體構(gòu)造：晶體構(gòu)造一樣是組元間構(gòu)成無限固溶體的必要條件。組元的晶體構(gòu)造類型不同，其溶解度只能是有限的。件。組元的晶體構(gòu)造類型不同，其溶解度只能是有限的。 原子尺寸：組元的原子半徑差原子尺寸：組元的原子半徑差r15%時(shí)，有利于構(gòu)成溶解時(shí)，有利于構(gòu)成溶解度較大的

19、固溶體；當(dāng)度較大的固溶體；當(dāng)r 15%時(shí)，時(shí)， r 越大那么溶解度越小。越大那么溶解度越小。 化學(xué)親和力電負(fù)性要素：組元間電負(fù)性相近，能夠具有化學(xué)親和力電負(fù)性要素：組元間電負(fù)性相近，能夠具有大的溶解度；電負(fù)性差大，那么化學(xué)親和力大，易構(gòu)成化合物，大的溶解度；電負(fù)性差大，那么化學(xué)親和力大，易構(gòu)成化合物，而不利于構(gòu)成固溶體，固溶體的溶解度愈小。而不利于構(gòu)成固溶體，固溶體的溶解度愈小。 原子價(jià)要素：溶質(zhì)的原子價(jià)電子濃度影響固溶體的溶解原子價(jià)要素：溶質(zhì)的原子價(jià)電子濃度影響固溶體的溶解度，最大溶解度時(shí)，電子濃度度，最大溶解度時(shí)，電子濃度 e/a 接近接近1.4。中間相金屬間化合物中間相金屬間化合物 兩組

20、元兩組元A和和B組成合金時(shí)，除了可構(gòu)成固溶體之外，假設(shè)溶質(zhì)含量超組成合金時(shí)，除了可構(gòu)成固溶體之外，假設(shè)溶質(zhì)含量超越其溶解度時(shí)，便能夠構(gòu)成新相，其成分處于越其溶解度時(shí)，便能夠構(gòu)成新相，其成分處于A在在B中、和中、和B在在A中的中的最大溶解度之間，故稱為中間相。最大溶解度之間，故稱為中間相。 中間相可以是化合物，也可以是以化合物為基的固溶體第二類固溶中間相可以是化合物，也可以是以化合物為基的固溶體第二類固溶體或二次固溶體。它的晶體構(gòu)造不同于其任一組元，結(jié)合鍵中通常體或二次固溶體。它的晶體構(gòu)造不同于其任一組元，結(jié)合鍵中通常是金屬鍵和其它典型鍵如離子鍵、共價(jià)鍵和分子鍵相混合。因此是金屬鍵和其它典型鍵如

21、離子鍵、共價(jià)鍵和分子鍵相混合。因此中間相具有一定的金屬特性，又稱為金屬間化合物。中間相具有一定的金屬特性，又稱為金屬間化合物。 金屬間化合物種類很多，主要包括三種：金屬間化合物種類很多，主要包括三種： 正常價(jià)化合物正常價(jià)化合物 電子化合物電子化合物 間隙相和間隙化合物間隙相和間隙化合物正常價(jià)化合物正常價(jià)化合物 正常價(jià)化合物是指符合化合物正常價(jià)化合物是指符合化合物原子價(jià)規(guī)律的金屬間化合物。它原子價(jià)規(guī)律的金屬間化合物。它們具有嚴(yán)厲的化合比，成分固定們具有嚴(yán)厲的化合比，成分固定不變。不變。 它的構(gòu)造與相應(yīng)分子式的離子它的構(gòu)造與相應(yīng)分子式的離子化合物晶體構(gòu)造一樣，如分子式化合物晶體構(gòu)造一樣，如分子式具

22、有具有AB型的正常價(jià)化合物其晶體型的正常價(jià)化合物其晶體構(gòu)造為構(gòu)造為NaCl型。型。 正常價(jià)化合物常見于陶瓷資料，正常價(jià)化合物常見于陶瓷資料，多為離子化合物。多為離子化合物。例如：例如：Mg2Pb、Mg2Sn、Mg2Ge、Mg2Si 等等等等電子化合物休姆電子化合物休姆-羅塞里相羅塞里相Hume-Rothery phase 電子化合物是指按照一定價(jià)電子濃度的比值組成一定電子化合物是指按照一定價(jià)電子濃度的比值組成一定晶格類型的化合物，即電子濃度決議晶體構(gòu)造。晶格類型的化合物，即電子濃度決議晶體構(gòu)造。 電子化合物不符合化學(xué)價(jià)規(guī)律，原子間以金屬鍵為主，電子化合物不符合化學(xué)價(jià)規(guī)律，原子間以金屬鍵為主，具

23、有明顯的金屬特性。具有明顯的金屬特性。如：價(jià)電子濃度如：價(jià)電子濃度e/a： 3/2 體心立方體心立方 相；相； 7/4 密排六方晶格密排六方晶格 相；相；21/13 復(fù)雜立方復(fù)雜立方 相；相； 電子化合物的熔點(diǎn)和硬度都很高，而塑性較差，是有電子化合物的熔點(diǎn)和硬度都很高，而塑性較差，是有色金屬中的重要強(qiáng)化相。色金屬中的重要強(qiáng)化相。間間 隙隙 相相 當(dāng)非金屬原子半徑當(dāng)非金屬原子半徑rX與金屬原子半徑與金屬原子半徑rM的比值的比值rX/rM0.59時(shí)，時(shí)，將構(gòu)成具有復(fù)雜晶體構(gòu)造的金屬間化合物，其中非金屬原將構(gòu)成具有復(fù)雜晶體構(gòu)造的金屬間化合物，其中非金屬原子也位于晶格的間隙處，故稱之為間隙化合物。子也

24、位于晶格的間隙處，故稱之為間隙化合物。例如例如Fe3C是鐵碳合金中的重要組成相，稱為滲碳體，具是鐵碳合金中的重要組成相，稱為滲碳體，具有復(fù)雜的正交晶格。有復(fù)雜的正交晶格。Fe3C中的中的Fe原子可以部分地被其它金原子可以部分地被其它金屬原子屬原子Mn、Cr、Mo、W所置換，構(gòu)成所置換，構(gòu)成(Fe、Mn)3C等，等，稱為合金滲碳體。稱為合金滲碳體。 間隙化合物中原子間結(jié)合鍵為共價(jià)鍵和金屬鍵。間隙化間隙化合物中原子間結(jié)合鍵為共價(jià)鍵和金屬鍵。間隙化合物也具有很高的熔點(diǎn)和硬度，脆性較大，也是鋼中重要合物也具有很高的熔點(diǎn)和硬度，脆性較大，也是鋼中重要的強(qiáng)化相之一。但與間隙相相比，間隙化合物的熔點(diǎn)、硬的強(qiáng)

25、化相之一。但與間隙相相比，間隙化合物的熔點(diǎn)、硬度、以及化學(xué)穩(wěn)定性都要低一些。度、以及化學(xué)穩(wěn)定性都要低一些。第三章第三章 晶體缺陷晶體缺陷1 1、概念、概念肖脫基空位、弗侖克爾空位、刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、柏氏矢肖脫基空位、弗侖克爾空位、刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、柏氏矢量、位錯(cuò)密度、位錯(cuò)的滑移及攀移、弗蘭克量、位錯(cuò)密度、位錯(cuò)的滑移及攀移、弗蘭克- -瑞德源、湯普森瑞德源、湯普森四面體、位錯(cuò)反響、擴(kuò)展位錯(cuò)、外表能、界面能、重整位置四面體、位錯(cuò)反響、擴(kuò)展位錯(cuò)、外表能、界面能、重整位置點(diǎn)陣、失配度、對(duì)稱傾側(cè)晶界、非共格晶界。點(diǎn)陣、失配度、對(duì)稱傾側(cè)晶界、非共格晶界。2 2、計(jì)算、計(jì)算點(diǎn)缺陷濃度，位錯(cuò)密度。點(diǎn)缺陷濃

26、度，位錯(cuò)密度。3 3、分析判別、分析判別位錯(cuò)反響條件，位錯(cuò)受力分析。位錯(cuò)反響條件，位錯(cuò)受力分析。缺缺 陷陷 種種 類類 Imperfections, Defects 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷Point defects：最簡單的晶體缺陷，在結(jié)點(diǎn)上或臨：最簡單的晶體缺陷，在結(jié)點(diǎn)上或臨近的微觀區(qū)域內(nèi)偏離晶體構(gòu)造的正常陳列。在空間三維方向上近的微觀區(qū)域內(nèi)偏離晶體構(gòu)造的正常陳列。在空間三維方向上的尺寸都很小，約為一個(gè)、幾個(gè)原子間距，又稱零維缺陷。的尺寸都很小，約為一個(gè)、幾個(gè)原子間距，又稱零維缺陷。 包括空位、間隙原子、雜質(zhì)、溶質(zhì)原子等。包括空位、間隙原子、雜質(zhì)、溶質(zhì)原子等。線缺陷線缺陷Linear defects：

27、在一個(gè)方向上的缺陷擴(kuò)展很大，其：在一個(gè)方向上的缺陷擴(kuò)展很大，其它兩個(gè)方向上尺寸很小，也稱為一維缺陷。主要為位錯(cuò)。它兩個(gè)方向上尺寸很小，也稱為一維缺陷。主要為位錯(cuò)。面缺陷面缺陷Interfacial defects：在兩個(gè)方向上的缺陷擴(kuò)展很大，：在兩個(gè)方向上的缺陷擴(kuò)展很大，其它一個(gè)方向上尺寸很小，也稱為二維缺陷。其它一個(gè)方向上尺寸很小，也稱為二維缺陷。 包括晶界、相界、孿晶界、堆垛層錯(cuò)等。包括晶界、相界、孿晶界、堆垛層錯(cuò)等。點(diǎn)缺陷的構(gòu)成條件點(diǎn)缺陷的構(gòu)成條件 原子熱運(yùn)動(dòng)原子熱運(yùn)動(dòng)點(diǎn)缺陷的平衡濃度：點(diǎn)缺陷的平衡濃度：設(shè)由設(shè)由N個(gè)原子組成的晶體中含有個(gè)原子組成的晶體中含有n個(gè)空位，構(gòu)成一個(gè)空位所需能個(gè)

28、空位，構(gòu)成一個(gè)空位所需能量為量為Ev，振動(dòng)熵為，振動(dòng)熵為Sf，k為波爾茲曼常數(shù)，那么空位在為波爾茲曼常數(shù)，那么空位在T溫度溫度時(shí)的空位平衡濃度時(shí)的空位平衡濃度C：類似的，間隙原子平衡濃度類似的，間隙原子平衡濃度C：普通，晶體中間隙原子的構(gòu)成能比空位的構(gòu)成能大普通，晶體中間隙原子的構(gòu)成能比空位的構(gòu)成能大3-4倍，間隙倍，間隙原子的量與空位相比可以忽略。原子的量與空位相比可以忽略。熱平衡缺陷熱平衡缺陷thermalequilibriumdefects：由于熱起伏促：由于熱起伏促使原子脫離點(diǎn)陣位置而構(gòu)成的點(diǎn)缺陷。使原子脫離點(diǎn)陣位置而構(gòu)成的點(diǎn)缺陷。kTEAkTEkSNnCvvfexpexpexp kT

29、EAkTEkSNnCvvfexpexpexp刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是位錯(cuò)的重要性質(zhì)之一，它與晶體的力學(xué)性能，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是位錯(cuò)的重要性質(zhì)之一，它與晶體的力學(xué)性能，如強(qiáng)度、塑性、斷裂等親密相關(guān)如強(qiáng)度、塑性、斷裂等親密相關(guān)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方式主要是：位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方式主要是： 滑移滑移 slip slip 攀移攀移 climbclimb位錯(cuò)的滑移守恒運(yùn)動(dòng)：在外加切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)中位錯(cuò)的滑移守恒運(yùn)動(dòng)：在外加切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不斷作少量位移心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不斷作少量位移小于一個(gè)原子間距而逐漸實(shí)現(xiàn)小于一個(gè)原子間距而逐漸實(shí)

30、現(xiàn)位錯(cuò)滑移的特點(diǎn)位錯(cuò)滑移的特點(diǎn)刃型位錯(cuò)：滑移的切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線垂直；刃型位錯(cuò)：滑移的切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線垂直； 螺型位錯(cuò)：滑移的切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線平行。螺型位錯(cuò)：滑移的切應(yīng)力方向與位錯(cuò)線平行。 2) 2) 刃型位錯(cuò)：滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向一致；刃型位錯(cuò)：滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向一致； 螺型位錯(cuò)：滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向垂直。螺型位錯(cuò)：滑移方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向垂直。 3) 3) 螺型位錯(cuò)：假設(shè)在原滑移面上運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，有能夠轉(zhuǎn)螺型位錯(cuò)：假設(shè)在原滑移面上運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，有能夠轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面上繼續(xù)滑移，這稱為交滑移。移到與之相交的另一滑移面上繼續(xù)滑移，這稱為交滑移。/位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力

31、位錯(cuò)滑移方向位錯(cuò)滑移方向柏氏矢量柏氏矢量位錯(cuò)線方向位錯(cuò)線方向位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向/運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的交割：運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的交割：扭折：位錯(cuò)交割構(gòu)成的曲折線段在位錯(cuò)的扭折：位錯(cuò)交割構(gòu)成的曲折線段在位錯(cuò)的滑移面上。滑移面上。割階：該曲折線段垂直于位錯(cuò)的滑移面。割階：該曲折線段垂直于位錯(cuò)的滑移面。位錯(cuò)反響：位錯(cuò)線之間可以合并或分解位錯(cuò)反響：位錯(cuò)線之間可以合并或分解幾何條件：反響前后諸位錯(cuò)的柏氏矢量之和相幾何條件：反響前后諸位錯(cuò)的柏氏矢量之和相等，等，b b1 + b2能量條件：反響后位錯(cuò)的總能量小于反響前位能量條件：反響后位錯(cuò)的總能量小于反響前位錯(cuò)的能量錯(cuò)的能量 b 2 b1 2 + b2 2位錯(cuò)的應(yīng)變能位錯(cuò)

32、的應(yīng)變能位錯(cuò)的能量：位錯(cuò)周圍點(diǎn)陣畸變引起的彈性應(yīng)力場，導(dǎo)致晶體位錯(cuò)的能量：位錯(cuò)周圍點(diǎn)陣畸變引起的彈性應(yīng)力場，導(dǎo)致晶體能量的添加能量的添加 位錯(cuò)中心畸變能位錯(cuò)中心畸變能Ec (大約為總應(yīng)變能的大約為總應(yīng)變能的1/10-1/15) 位錯(cuò)應(yīng)力場引起的彈性應(yīng)變能位錯(cuò)應(yīng)力場引起的彈性應(yīng)變能Ee (主要部分主要部分 )單位長度刃型位錯(cuò)的應(yīng)變能單位長度刃型位錯(cuò)的應(yīng)變能: : 02ln)1 (4rRGbEee單位長度螺型位錯(cuò)的應(yīng)變能單位長度螺型位錯(cuò)的應(yīng)變能: : 02ln4rRGbEse簡化的單位長度位錯(cuò)的總應(yīng)變能：簡化的單位長度位錯(cuò)的總應(yīng)變能：E = Gb2 約為約為0.5 - 1 單位長度混合位錯(cuò)的應(yīng)變能

33、單位長度混合位錯(cuò)的應(yīng)變能: : 02ln4rRKGbEmeG 切變模量切變模量K 角度要素角度要素 幾何系數(shù)幾何系數(shù)b 柏氏矢量柏氏矢量 泊松比泊松比 作用在位錯(cuò)的力作用在位錯(cuò)的力 在外切應(yīng)力在外切應(yīng)力 的作用下，位錯(cuò)的挪動(dòng)可以了解為有一個(gè)垂直于位錯(cuò)的作用下，位錯(cuò)的挪動(dòng)可以了解為有一個(gè)垂直于位錯(cuò)線的力線的力 Fd 作用于位錯(cuò)線上。作用于位錯(cuò)線上。Fd = b Fd 的方向總是與位錯(cuò)線相垂直，并指向滑移面的未滑移部分的方向總是與位錯(cuò)線相垂直，并指向滑移面的未滑移部分 作用在位錯(cuò)上的力只是一種組態(tài)力，它不代表位錯(cuò)附近原子實(shí)踐所受作用在位錯(cuò)上的力只是一種組態(tài)力，它不代表位錯(cuò)附近原子實(shí)踐所受力，也區(qū)別

34、于作用在晶體上的力，其方向與外切應(yīng)力方向不一定一致力，也區(qū)別于作用在晶體上的力，其方向與外切應(yīng)力方向不一定一致 一根位錯(cuò)具有獨(dú)一的柏氏矢量，只需作用在晶體上的切應(yīng)力是均勻的，一根位錯(cuò)具有獨(dú)一的柏氏矢量，只需作用在晶體上的切應(yīng)力是均勻的，那么各段位錯(cuò)所受的力大小一樣那么各段位錯(cuò)所受的力大小一樣 FdFd 位錯(cuò)的線張力位錯(cuò)的線張力 線張力線張力T可以了解為使位錯(cuò)添加單位長度所需的能量，可以了解為使位錯(cuò)添加單位長度所需的能量， 故：故： T = kGb2， k 約為約為0.5-1 假設(shè)位錯(cuò)長度為假設(shè)位錯(cuò)長度為ds，單位長度位錯(cuò)線所受的力為，單位長度位錯(cuò)線所受的力為 b， 那么：那么： bds = 2

35、Tsin(d/2)， 由于由于ds = rd，當(dāng)，當(dāng)d 很小時(shí)，很小時(shí)，sind/2d/2 因此：因此： b = T/r Gb2/2r 兩端固定的位錯(cuò)在切應(yīng)力兩端固定的位錯(cuò)在切應(yīng)力 作用下作用下 與位錯(cuò)線彎曲度與位錯(cuò)線彎曲度 r 的關(guān)系的關(guān)系 = Gb/2r位錯(cuò)間的交互作用力位錯(cuò)間的交互作用力1 1兩平行螺位錯(cuò)的交互作用兩平行螺位錯(cuò)的交互作用rbGbbf221212兩平行刃位錯(cuò)的交互作用兩平行刃位錯(cuò)的交互作用 沿沿x方向的切應(yīng)力分量滑移：方向的切應(yīng)力分量滑移： 沿沿y方向的正應(yīng)力分量攀移：方向的正應(yīng)力分量攀移：22222212)()()1 (2yxyxxbGbbfyxx22222212)()3

36、()1 (2yxyxybGbbfxxy 在同一滑移面上的位錯(cuò)，同性相斥、異在同一滑移面上的位錯(cuò)，同性相斥、異性相吸見右圖性相吸見右圖 在不同滑移面上的位錯(cuò)，小角度晶界的在不同滑移面上的位錯(cuò)，小角度晶界的構(gòu)成。構(gòu)成。 相互平行的螺位錯(cuò)和刃位錯(cuò)之間不發(fā)生相互平行的螺位錯(cuò)和刃位錯(cuò)之間不發(fā)生相互作用柏氏矢量相互垂直相互作用柏氏矢量相互垂直 混合位錯(cuò)，先分解、再疊加混合位錯(cuò)，先分解、再疊加 位錯(cuò)的生成和增殖位錯(cuò)的生成和增殖位錯(cuò)的密度位錯(cuò)的密度 Density of dislocations Density of dislocations： 位錯(cuò)密度是單位體積晶體中所含的位錯(cuò)線的總長度：位錯(cuò)密度是單位體積

37、晶體中所含的位錯(cuò)線的總長度： = L/V = L/V1/cm21/cm2 普通，位錯(cuò)密度也定義為單位面積所見到的位錯(cuò)數(shù)目普通，位錯(cuò)密度也定義為單位面積所見到的位錯(cuò)數(shù)目 充分退火的多晶體金屬中，充分退火的多晶體金屬中，= 106 108 cm-2= 106 108 cm-2 猛烈冷變形的金屬中：猛烈冷變形的金屬中：= 1010 1012 cm-2= 1010 1012 cm-2 超純金屬單晶體：超純金屬單晶體： 103 cm-2 103 cm-2面面 缺缺 陷陷 Interfacial Defects 外表及界面外表及界面 Surface、Interface、Boundary 界面：通常包含幾個(gè)

38、原子層厚的區(qū)域，其原子陳界面：通常包含幾個(gè)原子層厚的區(qū)域，其原子陳列及化學(xué)成分不同于晶體內(nèi)部，可視為二維構(gòu)造列及化學(xué)成分不同于晶體內(nèi)部，可視為二維構(gòu)造分布，也稱為晶體的面缺陷。界面對(duì)晶體的物理、分布，也稱為晶體的面缺陷。界面對(duì)晶體的物理、化學(xué)和力學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響化學(xué)和力學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響 外外表：指固體資料與氣體或液體的分界面。它外外表：指固體資料與氣體或液體的分界面。它與摩擦、吸附、腐蝕、催化、光學(xué)、微電子等親與摩擦、吸附、腐蝕、催化、光學(xué)、微電子等親密相關(guān)密相關(guān) 內(nèi)界面：分為晶粒界面、亞晶界、孿晶界、相界內(nèi)界面：分為晶粒界面、亞晶界、孿晶界、相界面等面等晶界分類晶界分類(根據(jù)相鄰

39、晶粒位相差根據(jù)相鄰晶粒位相差)小角度晶界小角度晶界Low-anglegrainboundary：相鄰晶粒的位相差小于相鄰晶粒的位相差小于10，亞晶界普通為亞晶界普通為2左右。左右。大角度晶界大角度晶界High-anglegrainboundary：相鄰晶粒的位相差大于相鄰晶粒的位相差大于10晶界能晶界能晶界上原子畸變引起的系統(tǒng)自在能的升高，單位：晶界上原子畸變引起的系統(tǒng)自在能的升高，單位：J/m2 小角度晶界能量主要小角度晶界能量主要來自位錯(cuò)能量，與位相差來自位錯(cuò)能量，與位相差 有關(guān)：有關(guān)： = 0(A-ln) 大角度晶界能量根本大角度晶界能量根本為定值，與晶粒之間位相為定值，與晶粒之間位相差

40、差無關(guān)無關(guān) ： 0.25 1.0 J/m2 作業(yè)題答案：作業(yè)題答案：試分析在試分析在111面上運(yùn)動(dòng)的柏氏矢量為面上運(yùn)動(dòng)的柏氏矢量為 的螺型位錯(cuò)受阻時(shí)，能的螺型位錯(cuò)受阻時(shí)，能否經(jīng)過交滑移轉(zhuǎn)移到否經(jīng)過交滑移轉(zhuǎn)移到 面中的某個(gè)面上繼續(xù)運(yùn)動(dòng)？為什么？面中的某個(gè)面上繼續(xù)運(yùn)動(dòng)？為什么？相關(guān)知識(shí)：相關(guān)知識(shí)：1012ab )111(),111(),111 (abfedc位錯(cuò)線位錯(cuò)線交滑移：由于螺型位錯(cuò)可有多個(gè)滑移面，螺型位錯(cuò)在原滑移面上運(yùn)動(dòng)受阻交滑移：由于螺型位錯(cuò)可有多個(gè)滑移面，螺型位錯(cuò)在原滑移面上運(yùn)動(dòng)受阻時(shí)，可轉(zhuǎn)移到與之相交的另一個(gè)滑移面上繼續(xù)滑移。時(shí)，可轉(zhuǎn)移到與之相交的另一個(gè)滑移面上繼續(xù)滑移。晶帶：一切平

41、行或相交于同不斷線的晶面構(gòu)成晶帶，此直線稱為晶帶軸，晶帶：一切平行或相交于同不斷線的晶面構(gòu)成晶帶，此直線稱為晶帶軸，屬于此晶帶的晶面稱為晶帶面。屬于此晶帶的晶面稱為晶帶面。晶帶軸晶帶軸u v wu v w與該晶帶的晶與該晶帶的晶面面h k lh k l之間存在以下關(guān)之間存在以下關(guān)系：系：hu + kv +lw = 0hu + kv +lw = 0稱為晶帶定律稱為晶帶定律1012ab ) 111 ()111()111(晶帶軸伯氏矢量：晶帶軸伯氏矢量：在在 中屬于以上晶帶的晶帶面：中屬于以上晶帶的晶帶面：101)111()111(),111(),111 (101第四章第四章 凝固與分散凝固與分散1

42、、概念、概念凝固、結(jié)晶、過冷、過冷度、構(gòu)造起伏、能量起伏、均勻形凝固、結(jié)晶、過冷、過冷度、構(gòu)造起伏、能量起伏、均勻形核、非均勻形核、臨界晶核半徑、臨界形核功及物理意義、核、非均勻形核、臨界晶核半徑、臨界形核功及物理意義、形核率、光滑界面、粗糙界面；分散通量、穩(wěn)態(tài)分散、非穩(wěn)形核率、光滑界面、粗糙界面；分散通量、穩(wěn)態(tài)分散、非穩(wěn)態(tài)分散、分散系數(shù)、分散激活能、菲克第一定律、菲克第二態(tài)分散、分散系數(shù)、分散激活能、菲克第一定律、菲克第二定律、柯肯達(dá)爾效應(yīng)、互分散定律、柯肯達(dá)爾效應(yīng)、互分散(化學(xué)分散、自分散、上坡分化學(xué)分散、自分散、上坡分散、反響分散。散、反響分散。2、分析、判別、計(jì)算、分析、判別、計(jì)算 液

43、態(tài)金屬在正、負(fù)溫度梯度下的生長過程，控制凝固后晶粒液態(tài)金屬在正、負(fù)溫度梯度下的生長過程，控制凝固后晶粒大小方法；大小方法； 分散相關(guān)物理量計(jì)算；分散相關(guān)物理量計(jì)算； 分析影響分散的要素，解釋一些景象；分析影響分散的要素，解釋一些景象； 利用一些結(jié)論。如利用一些結(jié)論。如“鋼鐵資料滲碳處置時(shí)，分散需求的時(shí)間鋼鐵資料滲碳處置時(shí)，分散需求的時(shí)間 t 與分散間隔與分散間隔 x 的平方成正比，即的平方成正比，即t x2 ; 以及以及“同一個(gè)分散同一個(gè)分散系統(tǒng)，分散系數(shù)系統(tǒng)，分散系數(shù) D 與分散時(shí)間與分散時(shí)間 t 的乘積為一常數(shù)，即的乘積為一常數(shù)，即 Dt = 常常數(shù)數(shù) 處理實(shí)踐問題。處理實(shí)踐問題。 構(gòu)造起

44、伏構(gòu)造起伏 Structural undulation：液態(tài)金屬中存在著原子陳：液態(tài)金屬中存在著原子陳列規(guī)那么有序的小區(qū)域原子團(tuán)，這些大小不一的原列規(guī)那么有序的小區(qū)域原子團(tuán)，這些大小不一的原子集團(tuán)是與固態(tài)構(gòu)造類似的；這些原子集團(tuán)不穩(wěn)定，一會(huì)兒子集團(tuán)是與固態(tài)構(gòu)造類似的；這些原子集團(tuán)不穩(wěn)定，一會(huì)兒在這里消逝，一會(huì)兒在那里出現(xiàn)原子重新聚集，此起彼在這里消逝，一會(huì)兒在那里出現(xiàn)原子重新聚集，此起彼伏，這種景象稱為構(gòu)造起伏。伏，這種景象稱為構(gòu)造起伏。 能量起伏能量起伏 Energy undulation：呵斥構(gòu)造起伏的緣由是液態(tài)：呵斥構(gòu)造起伏的緣由是液態(tài)金屬中存在著能量起伏，能量低的地方有序原子團(tuán)才干構(gòu)成

45、，金屬中存在著能量起伏，能量低的地方有序原子團(tuán)才干構(gòu)成，遇到能量頂峰又散開成無序形狀。遇到能量頂峰又散開成無序形狀。 構(gòu)造起伏與能量起伏是對(duì)應(yīng)的構(gòu)造起伏與能量起伏是對(duì)應(yīng)的結(jié)晶過程結(jié)晶過程 晶核構(gòu)成形核：晶核構(gòu)成形核： 在過冷的金屬液體中，在過冷的金屬液體中，尺寸較大的晶胚不再被熔化尺寸較大的晶胚不再被熔化掉，可以穩(wěn)定保管下來的晶掉，可以穩(wěn)定保管下來的晶胚就成了開場結(jié)晶的中心；胚就成了開場結(jié)晶的中心； 晶核長大：晶核長大： 然后晶核不斷長大。隨然后晶核不斷長大。隨著結(jié)晶過程的進(jìn)展，固相逐著結(jié)晶過程的進(jìn)展，固相逐漸增多，液相逐漸減少，直漸增多，液相逐漸減少，直至全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嘀寥哭D(zhuǎn)變?yōu)楣滔?構(gòu)造

46、起伏、能量起伏驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力 Driving force：固、液兩相的自在能之差：固、液兩相的自在能之差G = GS - GL就是結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力就是結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力 在恒溫、恒壓的條件下，單位體積的液體與固體的自在能在恒溫、恒壓的條件下，單位體積的液體與固體的自在能之差為：之差為： “ - 表示由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)自在能降低；表示由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)自在能降低；Lm 熔化潛熱熔化潛熱;T = Tm - T 過冷度過冷度 Undercooling 過冷度過冷度T 越大，結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力也就越大；越大，結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力也就越大； T = 0，Gv = 0，即沒有驅(qū)動(dòng)力，結(jié)晶不能進(jìn)展，即沒有驅(qū)動(dòng)力，結(jié)晶不能進(jìn)展 結(jié)晶的熱力

47、學(xué)條件：結(jié)晶必需有一定的過冷度熱過冷結(jié)晶的熱力學(xué)條件：結(jié)晶必需有一定的過冷度熱過冷mmVTTLG自在能隨溫度變化表示圖自在能隨溫度變化表示圖驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力過冷度過冷度形形 核核 Nucleation金屬結(jié)晶時(shí)，形核方式有兩種：金屬結(jié)晶時(shí)，形核方式有兩種： 均勻形核均勻形核 Homogeneous nucleation： 指在均勻單一的液相中構(gòu)成固相結(jié)晶中心的指在均勻單一的液相中構(gòu)成固相結(jié)晶中心的過程過程 非均勻形核非均勻形核 Heterogeneous nucleation： 由于外界要素，如雜質(zhì)顆粒、鑄型內(nèi)壁等，由于外界要素，如雜質(zhì)顆粒、鑄型內(nèi)壁等，促進(jìn)結(jié)晶晶核的構(gòu)成促進(jìn)結(jié)晶晶核的構(gòu)成均勻形核

48、的自在能變化均勻形核的自在能變化 在過冷的條件下，金屬液體中晶胚的構(gòu)成和增大，將引起在過冷的條件下，金屬液體中晶胚的構(gòu)成和增大，將引起系統(tǒng)自在能變化：系統(tǒng)自在能變化： 轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的那部分體積，引起自在能下降；轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的那部分體積，引起自在能下降； 晶胚與液相之間添加的界面，呵斥自在能外表能增大晶胚與液相之間添加的界面，呵斥自在能外表能增大23434VGG 設(shè)單位體積自在能的下降為設(shè)單位體積自在能的下降為Gv (Gv 0，x = 0， r r = r rs x = ，r r = r r0那么濃度那么濃度r r(x,t)可表示為求解過程見講義：可表示為求解過程見講義：)2()(),(0Dtxer

49、ftxssrrrrt x2Dt = 常數(shù)常數(shù) 分散的熱力學(xué)分析分散的熱力學(xué)分析下坡分散：菲克第一定律描畫了物質(zhì)從高濃度向低濃度分下坡分散：菲克第一定律描畫了物質(zhì)從高濃度向低濃度分散的景象，分散的結(jié)果導(dǎo)致濃度梯度的減小，使成份趨于散的景象，分散的結(jié)果導(dǎo)致濃度梯度的減小，使成份趨于均勻均勻上坡分散逆向分散：物質(zhì)也能夠從低濃度區(qū)向高濃度上坡分散逆向分散：物質(zhì)也能夠從低濃度區(qū)向高濃度區(qū)分散，分散的結(jié)果提高了濃度梯度區(qū)分散，分散的結(jié)果提高了濃度梯度分散的驅(qū)動(dòng)力：并不是濃度梯度，而分散前后自在能之差分散的驅(qū)動(dòng)力：并不是濃度梯度，而分散前后自在能之差化學(xué)勢梯度化學(xué)勢梯度 固態(tài)分散的分類固態(tài)分散的分類 化學(xué)分

50、散、互分散化學(xué)分散、互分散 interdiffusion：依賴于濃度梯度的分：依賴于濃度梯度的分散散 包括：原子分散、反響分散、上坡分散、下坡包括：原子分散、反響分散、上坡分散、下坡分散分散 自分散自分散 self-diffusion：僅由熱振動(dòng)而產(chǎn)生分散，不依賴：僅由熱振動(dòng)而產(chǎn)生分散，不依賴于濃度梯度的分散于濃度梯度的分散 互分散、自分散的區(qū)別：在于分散前后能否有濃度互分散、自分散的區(qū)別：在于分散前后能否有濃度的變化，有濃度變化那么為互分散化學(xué)分散，無的變化，有濃度變化那么為互分散化學(xué)分散，無濃度變化那么為自分散濃度變化那么為自分散分散機(jī)制分散機(jī)制 Diffusion mechanisms

51、分散原子實(shí)際分散原子實(shí)際分散機(jī)制，就是分散原子在晶體點(diǎn)陣中遷移的詳細(xì)方式分散機(jī)制，就是分散原子在晶體點(diǎn)陣中遷移的詳細(xì)方式 包括：包括： 1、交換分散、交換分散exchange diffusion 2、間隙分散、間隙分散interstitial diffusion 3、空位分散、空位分散vacancy diffusion 4、晶界及外表分散、晶界及外表分散grain boundary or surface diffusion 5、位錯(cuò)分散、位錯(cuò)分散dislocation diffusion第四章第四章 凝固與分散凝固與分散 思索題及答案思索題及答案1、金屬液體在熔點(diǎn)溫度保溫，那么、金屬液體在熔點(diǎn)

52、溫度保溫，那么a 需求很長時(shí)間才干結(jié)晶；需求很長時(shí)間才干結(jié)晶； b 到熔點(diǎn)溫度就會(huì)結(jié)晶；到熔點(diǎn)溫度就會(huì)結(jié)晶； c 永不結(jié)晶。永不結(jié)晶。答案：答案：c在熔點(diǎn)保溫，就是沒有過冷。在熔點(diǎn)保溫，就是沒有過冷。2、下述哪些景象結(jié)晶時(shí)出現(xiàn)？、下述哪些景象結(jié)晶時(shí)出現(xiàn)？ a 在低于熔點(diǎn)的溫度下結(jié)晶才干進(jìn)展；在低于熔點(diǎn)的溫度下結(jié)晶才干進(jìn)展；b 結(jié)晶時(shí)有熱量放出；結(jié)晶時(shí)有熱量放出； c 液態(tài)金屬冷卻到熔點(diǎn)時(shí)就開場結(jié)晶。液態(tài)金屬冷卻到熔點(diǎn)時(shí)就開場結(jié)晶。答案：答案：a,b3、構(gòu)成臨界晶核時(shí)需求的形核功由什么提供？、構(gòu)成臨界晶核時(shí)需求的形核功由什么提供？ a由外界加熱提供；由外界加熱提供； b由能量起伏提供；由能量起伏

53、提供； c由體積自在能提供。由體積自在能提供。答案：答案：b根據(jù)形核功的概念可知根據(jù)形核功的概念可知4、臨界晶核有能夠繼續(xù)長大，也有能夠消逝熔化。、臨界晶核有能夠繼續(xù)長大，也有能夠消逝熔化。 a 是是 b 否否答案：答案：(a) 由于臨界晶核構(gòu)成時(shí)能量增大到最高，此時(shí)無論晶核繼續(xù)長大，還是減小，都由于臨界晶核構(gòu)成時(shí)能量增大到最高，此時(shí)無論晶核繼續(xù)長大，還是減小，都可以使能量降低，所以都是自發(fā)過程。故這兩種能夠都存在?？梢允鼓芰拷档停远际亲园l(fā)過程。故這兩種能夠都存在。5、在一樣過冷度的條件下，下述說法哪些正確？多項(xiàng)選擇、在一樣過冷度的條件下，下述說法哪些正確？多項(xiàng)選擇 a 非均勻形核比均勻形

54、核的形核率高；非均勻形核比均勻形核的形核率高； b 均勻形核與非均勻形核具有一樣的臨界晶核半徑；均勻形核與非均勻形核具有一樣的臨界晶核半徑； c 非均勻形核比均勻形核的形核功?。环蔷鶆蛐魏吮染鶆蛐魏说男魏斯π?； d 非均勻形核比均勻形核的臨界晶核體積小。非均勻形核比均勻形核的臨界晶核體積小。答案：答案：a，b，c，d6 非均勻形核時(shí)，非均勻形核時(shí)，角越小，形核越容易。這是由于下述說法哪些正確？多項(xiàng)選擇角越小，形核越容易。這是由于下述說法哪些正確？多項(xiàng)選擇 a 臨界晶核的體積和外表積越?。慌R界晶核的體積和外表積越?。?b 形核需求的過冷度越?。恍魏诵枨蟮倪^冷度越??； c 需求的形核功越小。需求的

55、形核功越小。答案：答案：a，b，c 7、在負(fù)的溫度梯度下，晶體生長以平面狀前推進(jìn)。(單項(xiàng)選擇) a 是 b 否 c 不能確定答案：b在負(fù)溫度梯度下，液-固界面呈樹枝狀向液相一方推進(jìn)。由于前方具有更大的過冷度8、形核率越高、晶體生長速率越小，最后得到的晶粒越細(xì)小。(單項(xiàng)選擇)a 是 b 否 c 不能確定答案：a一個(gè)晶核長成一個(gè)晶粒，所以形核率越高，單位體積晶體中的晶粒數(shù)量越多，單個(gè)晶粒就越?。痪w生長越慢，一個(gè)晶?？梢蚤L大的程度就越小，同時(shí)，新的晶核也會(huì)不斷出現(xiàn)，因此晶粒數(shù)越多，晶粒越細(xì)小。9、快速凝固技術(shù)能獲得的新資料有：非晶態(tài)合金，超細(xì)晶態(tài)金屬或合金。a 是 b 否 答案：a非晶態(tài)合金，超細(xì)

56、晶態(tài)金屬或合金的制取需求快速冷卻。10、單向凝固要求不僅具有正溫度梯度，而且溫度梯度要很大。a 是 b 否答案：a正溫度梯度，而且溫度梯度要很大，這是保證液-固界面以平面形狀向前推進(jìn)的必要條件，也是實(shí)現(xiàn)單向凝固的技術(shù)關(guān)鍵。11、制取單晶體的技術(shù)關(guān)鍵是保證液體結(jié)晶時(shí)只需一個(gè)晶核。 a 是 b 否答案：a12、對(duì)于濃度不均勻的固溶體中的分散，溶質(zhì)原子的分散屬于互分散，溶劑基體原子的分散那么屬于自分散。a 是 b 否答案：b由于不均勻的固溶體中的分散伴有濃度變化，無論是溶劑還是溶質(zhì)原子的分散都屬于互分散。13、在穩(wěn)態(tài)分散過程中，分散組元的濃度C只隨間隔x變化，而不隨時(shí)間t變化。a 是 b 否答案：a

57、這就是穩(wěn)態(tài)分散的定義。14、在非穩(wěn)態(tài)分散過程中，分散組元的濃度C也是只隨間隔x變化，而不隨時(shí)間t變化。a 是 b 否答案：b在非穩(wěn)態(tài)分散過程中，分散組元的濃度C不只是隨間隔x變化，而且也隨時(shí)間t變化。15、分散系數(shù)D是描畫分散速度的重要物理量，D值越大那么分散越慢。a 是 b 否答案：b分散系數(shù)D值越大，分散越快。16、知Mg(鎂)在Al(鋁)中的分散常數(shù)D0 = 1.210-4 m2/s，分散激活能Q =131000 J/mol, 500時(shí)分散系數(shù)D = 1.810-13 m2/s，問400時(shí)Mg在Al中的分散系數(shù)D是多少？ a 8.110-15 m2/s b 1.810-13 m2/s c

58、 2.810-11 m2/s答案：a17、怎樣了解分散原子對(duì)基體呵斥的晶格畸變越大，分散那么越容易。單項(xiàng)選擇a 分散原子具有更低的能量，需求的分散激活能變大，分散系數(shù)變小，所以分散容易；b 分散原子具有更高的能量，需求的分散激活能變小，分散系數(shù)變大，所以分散容易；c 基體原子具有更高的能量，呵斥的勢壘變小，分散系數(shù)變小，所以分散容易。答案：b18、 在一樣的溫度下，碳在-Fe中的分散比在-Fe中的分散更容易，速度更快。這主要是由于, a 碳原子在-Fe中固溶呵斥的晶格畸變卦大; b 其它合金元素的影響所致；c 溫度對(duì)分散系數(shù)的影響所致。答案：a第五章第五章 形變與再結(jié)晶形變與再結(jié)晶1 1、概念

59、、概念應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)力應(yīng)變曲線、滯彈性、彈性模量、泊松比、應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)力應(yīng)變曲線、滯彈性、彈性模量、泊松比、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、塑性、滑移、孿生、滑移帶、臨界分屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、塑性、滑移、孿生、滑移帶、臨界分切應(yīng)力、加工硬化、柯氏氣團(tuán)、形變織構(gòu)、剩余應(yīng)力、金屬切應(yīng)力、加工硬化、柯氏氣團(tuán)、形變織構(gòu)、剩余應(yīng)力、金屬強(qiáng)化機(jī)制、斷裂脆性、延性、回復(fù)、再結(jié)晶、多邊化、強(qiáng)化機(jī)制、斷裂脆性、延性、回復(fù)、再結(jié)晶、多邊化、二次再結(jié)晶、弓出形核。二次再結(jié)晶、弓出形核。2 2、計(jì)算、分析、判別、計(jì)算、分析、判別形變相關(guān)物理量計(jì)算、相關(guān)機(jī)理分析判別。形變相關(guān)物理量計(jì)算、相關(guān)機(jī)理分析判別。晶體的塑性變形晶體的塑性

60、變形 單晶體單晶體變形的微觀過程變形的微觀過程 彈性變形外力抑制單晶原子間的鍵合力，使原彈性變形外力抑制單晶原子間的鍵合力，使原子偏離其平衡位置，試樣開場伸長子偏離其平衡位置，試樣開場伸長 晶面滑移當(dāng)外力大于屈服極限后，沿單晶的某晶面滑移當(dāng)外力大于屈服極限后，沿單晶的某一特定晶面原子的產(chǎn)生相對(duì)滑移。隨應(yīng)力的添加，一特定晶面原子的產(chǎn)生相對(duì)滑移。隨應(yīng)力的添加，發(fā)生滑移的晶面添加，塑性變形量加大。發(fā)生滑移的晶面添加，塑性變形量加大。單晶體的塑性變形，主要經(jīng)過滑移，還有孿生、扭折等單晶體的塑性變形，主要經(jīng)過滑移，還有孿生、扭折等滑移系滑移系 = = 滑移面滑移面 + + 滑移方向滑移方向coscosA