材料科學(xué)基礎(chǔ)課件

材料科學(xué)基礎(chǔ)課件制作人：張通1精選ppt目錄材料結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)材料中的晶體結(jié)構(gòu)高分子材料的結(jié)構(gòu)晶體缺陷材料的相結(jié)構(gòu)及相圖材料的凝固與氣相沉積擴(kuò)散與固態(tài)相變材料的變形與斷裂固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能材料概論2精選ppt導(dǎo)論一.材料使用時(shí)間劃分：石器時(shí)代→青銅器時(shí)代→鐵器時(shí)代→水泥時(shí)代→鋼時(shí)代→硅時(shí)代→新材料時(shí)代二.工程材料劃分：金屬材料（鋼鐵材料和有色金屬）、陶瓷材料（粘土、石英和長(zhǎng)石）、高分子材料(塑料、合成纖維和橡膠）、復(fù)合材料。三.其它材料

電子材料：在電子學(xué)和微電子學(xué)使用的材料，包括半導(dǎo)體材料、介電功能材料和磁性材料

光電子材料：具有光子和電子的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換和傳輸功能的材料。

3精選ppt4精選ppt超導(dǎo)材料：具有一定的低溫條件下呈現(xiàn)出電阻等于零以及排斥磁力線的性質(zhì)的材料。四.材料性能

金屬材料：導(dǎo)電性，高的塑性和韌性，可作導(dǎo)體

陶瓷材料：高硬度，較脆，可作絕緣體

高分子材料:彈性模量，強(qiáng)度，塑性都很低，多數(shù)不導(dǎo)電五.內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分層次：原子結(jié)構(gòu)、結(jié)合鍵、原子的排列方式和顯微組織六.內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定性能

舉例：金屬鍵材料內(nèi)部有大量移動(dòng)電子，使金屬具有良好導(dǎo)電性。變形時(shí)金屬鍵不會(huì)破壞，使金5精選ppt

屬具有良好塑性。金屬鍵結(jié)合的原子排列緊密，晶體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，金屬密度高。共價(jià)鍵結(jié)合的材料，電子受束縛不能自由運(yùn)動(dòng)，通常不導(dǎo)電。共價(jià)鍵結(jié)合力很強(qiáng)，變形時(shí)要破壞局部鍵的結(jié)合，故材料硬而脆。原子排列不緊密，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故共價(jià)鍵晶體陶瓷密度低。七.材料科學(xué)定義：研究各種材料的結(jié)構(gòu)、制備加工工藝與性能之間關(guān)系的學(xué)科。

6精選ppt八.材料科學(xué)研究的內(nèi)容：材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)、晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、材料的相結(jié)構(gòu)及相圖、材料的凝固、材料中的原子擴(kuò)散、熱處理、工程材料概論等主要內(nèi)容。7精選ppt第一章材料結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)合鍵原子排列方式晶體材料的組織材料的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)8精選ppt第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)一、原子的電子排列1.原子組成：原子核（質(zhì)子和中子）和核外電子。2.電子排列：原子核外電子的分布，它不僅決定了單個(gè)原子的行為，也對(duì)工程材料內(nèi)部原子的結(jié)合以及材料的某些性能起著決定性作用。3.電子排列參數(shù)：主量子數(shù)、次量子數(shù)、磁量子數(shù)以及自旋量子數(shù)9精選ppt（1）主量子數(shù)n：

決定原子中電子能量以及與核的平均距離，即電子所處的量子殼層。（n=1、2、3、4…）（2）次量子數(shù)l：也稱為軌道角量子數(shù)，給出電子在同一量子殼層內(nèi)所處的能級(jí)（電子亞殼層）。l=0、1、2、3…，這些亞殼層習(xí)慣上以s、p、d、f表示。（3）磁量子數(shù)m：給出每個(gè)軌道角動(dòng)量量子數(shù)

的能級(jí)數(shù)或軌道數(shù)。它基本上確定了軌道的空間取向。m=0、±1、±2、±3…。（4）自旋量子數(shù)（全名為自旋角動(dòng)量量子數(shù)）

ms：反映電子不同的自旋方向，ms=+1/2，-1/2。10精選ppt11精選ppt5.電子分布服原從理：(1)最低能量原理：原子總是優(yōu)先占據(jù)能量低的軌道，使系統(tǒng)處于最低的能量狀態(tài)。(2)泡利不相容原理：一個(gè)原子中不可能存在有四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子。(3)Hund規(guī)則：在同一亞層中的各個(gè)能級(jí)中，電子的排布盡可能分占不同的能級(jí)，而且自旋的方向相同。當(dāng)電子排布為全充滿、半充滿或全空時(shí)，是比較穩(wěn)定的，整個(gè)原子的能量最低。12精選ppt二.元素周期表1.具有相同核電荷數(shù)的同一類原子為一種元素。2.元素周期表是元素周期律的具體表現(xiàn)形式，它反映了元素之間相互聯(lián)系的規(guī)律，元素在周期表中的位置反映了那個(gè)元素的原子結(jié)構(gòu)和一定的性質(zhì)。13精選ppt14精選ppt三.結(jié)論1.原子核周圍的電子按照四個(gè)量子數(shù)的規(guī)定從低能到高能依次排列在不同的量子狀態(tài)下，同一原子中電子的四個(gè)量子數(shù)不可能完全相同。2.根據(jù)排列次序建立了元素周期表，各個(gè)周期中的元素的性質(zhì)呈現(xiàn)相同的周期變化規(guī)律，元素在周期表上的位置不僅決定了單個(gè)原子的行為，也決定了材料中原子的結(jié)合方式以及材料的化學(xué)性能和物理性能。15精選ppt第二節(jié)原子結(jié)合鍵一.原子結(jié)合鍵

1.存在狀態(tài)：凝聚態(tài)（液態(tài)和固態(tài)）分類

2.一次鍵：結(jié)合力較強(qiáng)，包括離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵。

3.二次鍵：結(jié)合力較弱，包括范德瓦耳斯鍵和氫鍵。16精選ppt二.一次鍵1.離子鍵

（1）通過電子轉(zhuǎn)移形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，存在于大多數(shù)鹽類、堿類和金屬氧化物，如NaCI、MgO、CuO、Mg2Si、CrO2。（2）基本特點(diǎn)是以離子為基本結(jié)合單位。(3）一般離子晶體中正負(fù)離子靜電引力較強(qiáng)，結(jié)合牢固。因此。其熔點(diǎn)和硬度均較高。另外，在離子晶體中很難產(chǎn)生自由運(yùn)動(dòng)的電子，因此，它們都是良好的電絕緣體。但當(dāng)處在17精選ppt

高溫熔融狀態(tài)時(shí)，正負(fù)離子在外電場(chǎng)作用下可以自由運(yùn)動(dòng)，即呈現(xiàn)離子導(dǎo)電性。2.共價(jià)鍵（1）通過共用電子對(duì)形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（2）共價(jià)鍵鍵合的基本特點(diǎn)是核外電子云達(dá)到最大的重疊，形成“共用電子對(duì)”，有確定的方位，且配位數(shù)較小。（3）共價(jià)鍵在亞金屬（碳、硅、錫、鍺等）、聚合物和無機(jī)非金屬材料中均占有重要地位。共價(jià)鍵晶體中各個(gè)鍵之間都有確定的方位，配位數(shù)比較小。共價(jià)鍵的結(jié)合極為18精選ppt

牢固，故共價(jià)晶體具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、熔點(diǎn)高、質(zhì)硬脆等特點(diǎn)。共價(jià)形成的材料一般是絕緣體，其導(dǎo)電性能差。3.金屬鍵（1）金屬中的自由電子和金屬正離子相互作用所構(gòu)成鍵合稱為金屬鍵，例如Na、Mg、Al等。（2）金屬鍵的基本特點(diǎn)是電子的共有化。（3）金屬鍵既無飽和性又無方向性，因而每個(gè)原子有可能同更多的原子相結(jié)合，并趨于形成低能量的密堆結(jié)構(gòu)。當(dāng)金屬受力變形而改變?cè)又g的相互位置時(shí)，不至于使金屬鍵破壞，這就使金屬具有良好延展性，并且，由于自由電子的存在，金屬一般都具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。19精選ppt三.二次鍵1.二次鍵：借原子之間的偶極吸引力結(jié)合，例如CH4、CO2、H2、H2O。2.范德瓦耳斯鍵：屬物理鍵，系一種次價(jià)鍵，沒有方向性和飽和性。比化學(xué)鍵的鍵能少1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，這主要是因?yàn)榕紭O吸引力的作用3.范德瓦耳斯鍵的鍵能低，但它仍然是材料結(jié)合鍵的重要組成部分，依靠它大部分氣體才能聚合為液態(tài)甚至固態(tài)，當(dāng)然它們的穩(wěn)定性極差。20精選ppt4.氫鍵

氫鍵是一種特殊的分子間作用力，本質(zhì)上與范德瓦耳斯鍵一樣，它是由氫原子同時(shí)與兩個(gè)電負(fù)性很大而原子半徑較小的原子（O，F(xiàn)，N等）相結(jié)合而產(chǎn)生的具有比一般次價(jià)鍵大的鍵力。也是靠原子（或分子、原子團(tuán)）的偶極吸引力結(jié)合起來的，只是氫鍵中氫原子起了關(guān)鍵作用。

原子核電子云原子核電子云a）理論電子云的分布b）原子偶極矩的產(chǎn)生21精選ppt

質(zhì)上是一個(gè)裸露的質(zhì)子，對(duì)另一個(gè)電負(fù)性值較大的原子Y表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸引力，這樣，氫原子便在兩個(gè)電負(fù)性很強(qiáng)的原子（或原子團(tuán)）之間形成一個(gè)橋梁，把二者結(jié)合。起來，成為氫鍵。所以氫鍵可以表達(dá)為：X-H—Y。氫與X原子（或原子團(tuán)）為離子鍵結(jié)合，與Y之間為氫鍵結(jié)合，通過氫鍵將X、Y結(jié)合起來，X與Y可以相同或不同。

氫鍵具有飽和性和方向性，氫鍵在高分子材料中特別重要。22精選ppt（3）混合鍵

對(duì)于某一具體材料而言，似乎只具有單一的結(jié)合鍵，如金屬應(yīng)為金屬鍵，ⅣA族元素應(yīng)為共價(jià)鍵，電負(fù)性不同的元素應(yīng)結(jié)合成離子鍵。然而，實(shí)際材料中單一結(jié)合鍵的情況并不是很多，大部分材料的內(nèi)部原子結(jié)合鍵往往是各種鍵的混合。陶瓷化合物中出現(xiàn)離子鍵和共價(jià)鍵混合的情況很常見，通常金屬正離子與非金屬離子所組成的化合物不是純粹的離子化合物，它們的性質(zhì)不能僅用離子鍵理解?；衔镏须x子鍵的比例取決于組成元素中電負(fù)性差。電負(fù)性差相差越大，則離子鍵比例越高。鮑林推薦以下公式來確定化合物AB中離子結(jié)合鍵的相對(duì)值：23精選ppt

另一種混合鍵表現(xiàn)為兩種類型的鍵獨(dú)立純?cè)诶缫恍怏w分子以共價(jià)鍵結(jié)合，而分子凝聚則依靠范德瓦力。聚合物和許多有機(jī)材料的長(zhǎng)鏈分子內(nèi)部是共價(jià)鍵結(jié)合，鏈與鏈之間則是范德瓦力或氫鍵結(jié)合。石墨碳的上層為共價(jià)鍵結(jié)合，而片層間則為范德瓦力二次鍵結(jié)合。正由于大多數(shù)工程材料的結(jié)合鍵是混合的，混合的方式比例又隨材料的組成而變，因此材料的性能可在很廣的范圍變化。從24精選ppt

而滿足工程實(shí)際各種不同的需要。（4）結(jié)合鍵的本質(zhì)及原子間距

固體中原子是依靠結(jié)合鍵力結(jié)合起來的

不論是何種類型的結(jié)合鍵，固體原子間

總存在著兩種力：一是吸引力，來源于電荷間的靜電吸引；二是同種電荷之間的排斥力。當(dāng)距離很遠(yuǎn)時(shí)，排斥力很小，只有當(dāng)原子間接近至電子軌道互相重疊時(shí)，排斥與吸引力相等，兩原子便穩(wěn)定在此相對(duì)位置上，這一距離r0相當(dāng)于原子的平衡距離，或稱為原子間距。當(dāng)原子距離被外力拉開時(shí)，吸引力則力圖使它們回到平衡距離r025精選ppt

反之，當(dāng)原子壓縮時(shí)，排斥力起作用，使之回到平衡距離r0。

如果從能量的角度來看問題的話，我們說，在作用力等于零的平衡距離下能量應(yīng)該達(dá)到最低值，表明在該距離下體系處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)兩個(gè)原子無限遠(yuǎn)時(shí)，原子間無作用力，作用能為零。當(dāng)距離在吸引力作用下靠近時(shí)，體系的位能逐漸下降,使體系的組態(tài)熵增加，引起自由能下降。

當(dāng)這對(duì)矛盾達(dá)到統(tǒng)一時(shí)，系統(tǒng)就達(dá)到平衡。因?yàn)橄到y(tǒng)都具有最小自由能的傾向，由此確定的點(diǎn)缺陷濃度即為該溫度下的平衡濃度。26精選ppt（5）結(jié)合鍵與性能

材料結(jié)合鍵的類型及鍵能大小對(duì)某些性能有重要影響，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：1.物理性能：（1）熔點(diǎn)的高低代表了材料穩(wěn)定性的程度。物質(zhì)加熱時(shí)，當(dāng)熱振動(dòng)能足以破壞相鄰原子間的穩(wěn)定結(jié)合時(shí)，便會(huì)發(fā)生熔化，所以熔點(diǎn)與鍵能值有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系：共價(jià)鍵、離子鍵化合物的熔點(diǎn)較高，其中純共價(jià)鍵金剛石具有最高熔點(diǎn)，金屬的熔點(diǎn)相對(duì)較低，但過渡族金屬有較高的熔點(diǎn)，特別是難熔金屬W、Mo、Ta等熔點(diǎn)都很高。而具有二次鍵結(jié)合的材料的熔點(diǎn)一般很低，如聚合物27精選ppt

（2）材料的密度與結(jié)合鍵的類型有關(guān)。大多數(shù)金屬有高的密度，主要有兩個(gè)原因：第一，金屬元素有較高的相對(duì)原子質(zhì)量；第二，也是更重要的，金屬鍵的結(jié)合方式?jīng)]有方向性，金屬原子總是趨于密集排列。相反，對(duì)于離子鍵或共價(jià)鍵結(jié)合的情況，原子排列不可能很致密，所以它們的化合物的密度較低。而聚合物由于二次鍵結(jié)合，分子鏈堆垛不緊密，加上組成原子的質(zhì)量較?。–、H、O），在工程材料中具有最低的密度。28精選ppt

原子排列不可能很致密，所以它們的化合物的密度較低。而聚合物由于二次鍵結(jié)合，分子鏈堆垛不緊密，加上組成原子的質(zhì)量較小（C、H、O），在工程材料中具有最低的密度。（3）此外，金屬鍵使金屬材料具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，而由非金屬鍵結(jié)合的陶瓷、聚合物均在固態(tài)下不導(dǎo)電，它們可以作為絕緣體或絕熱體在工程上應(yīng)用。2.力學(xué)性能：

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（1）彈性模量是材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線上彈性變形段的斜率，在拉伸變形中通常稱它為楊式模量，以E表示。而結(jié)合鍵能是影響彈性模量的主要因素，結(jié)合鍵能越大，則“彈簧”越“硬”，原子之間距離的移動(dòng)所需要的外力就越大，即彈性模量越大。如金剛石具有最高的彈性模量值，E=1000GPa；其他一些工程陶瓷如碳化物、氧化物等結(jié)合鍵能也較高，它們的彈性模量為250-600GPa；由金屬鍵結(jié)合的金屬材料，彈性模量略低些，一般約為70-350GPa；而聚合物由于二次鍵的作用，彈性模量?jī)H為0.7-3.5GPa。30精選ppt（2）工程材料的強(qiáng)度與結(jié)合鍵能也有一定的聯(lián)系，一般說來，結(jié)合鍵能高的，強(qiáng)度也高些，然而強(qiáng)度在很大程度上還取決于材料的其他結(jié)構(gòu)因素，如材料的組織，因此它與鍵能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系不是很明顯。此外，材料的塑性與結(jié)合鍵類型有關(guān)，金屬鍵賦予材料良好的塑性；而離子鍵、共價(jià)鍵結(jié)合，使塑性變形困難，所以陶瓷材料的塑性很差。31精選ppt第三節(jié)原子的排列方式1.固體根據(jù)原子（或原子團(tuán)、分子)分為晶體和非晶體。2.晶體

原子排列：粒子(原子、離子或分子)在三維空間呈周期性的規(guī)則重復(fù)排列。

特點(diǎn)：各向異性：不同方向原子的排列方式不相同，因而其表現(xiàn)的性能也有差異；固定的熔點(diǎn)：排列規(guī)律能保持時(shí)呈現(xiàn)固體，溫度升高到某一特定值，排列方式的解體，32精選ppt

原子成無規(guī)則堆積，這時(shí)大多呈現(xiàn)不能保持自己形狀的液體。3.非晶體：粒子(原子、離子或分子)在三維空間呈非周期性的無規(guī)則重復(fù)排列。

特點(diǎn)：

各向同性：不同方向原子的排列方式相同，因而其表現(xiàn)的性能也相同；

無固定的熔點(diǎn)33精選ppt

4.原子排列的研究方法

原子的尺寸極小，用通常的光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡很難直觀的看到材料內(nèi)部的原子及其排列方式。那么，在材料研究中，我們經(jīng)常用下面兩種方法來進(jìn)行研究分析：

1.X射線法；

2.電子束法。

這兩種方法的原理就是光學(xué)中的干涉和衍射。34精選ppt第四節(jié)晶體材料的組織1.材料的組織:各種晶粒的組合特征，即各種晶粒的相對(duì)量，尺寸大小、形狀及分布等特征。2.宏觀組織：粗大的能用肉眼觀察到的組織。顯微組織(金相組織）：需要用金相顯微鏡或電子顯微鏡才能觀察到的組織。3.單相組織：具有單一相的組織，所有晶粒的化學(xué)組成相同，晶體結(jié)構(gòu)也相同。35精選ppt其特征主要用晶粒尺寸和形狀描述。4.固溶體：有些合金中合金元素完全溶解于基體中，形成均勻的合金相，形成單相固溶組織。5.多向組織:具有兩相以上晶體組成。36精選ppt第五節(jié)材料的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)1同一種材料在不同條件下可以得到不同的結(jié)構(gòu)，其中能量最低的結(jié)構(gòu)稱為穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)或平衡態(tài)結(jié)構(gòu)，而能量相對(duì)較高的結(jié)構(gòu)則稱為亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。2.從熱力學(xué)的角度來看，能量最低的結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，因此獲得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)最有利。然而，實(shí)際上體系存在的結(jié)構(gòu)并不一定是穩(wěn)態(tài)的，很多情況下得到的卻是能量較高的亞穩(wěn)態(tài)，這是由結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)條件決定的。因37精選ppt

此，材料最終得到什么結(jié)構(gòu)必須綜合考慮結(jié)構(gòu)形成的熱力學(xué)條件和動(dòng)力學(xué)條件。3.熱力學(xué)條件：是指結(jié)構(gòu)形成時(shí)必須沿著能量降低的方向進(jìn)行，或者說結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變必須存在一個(gè)推動(dòng)力，只有這樣，過程才能自發(fā)進(jìn)行。

動(dòng)力學(xué)條件：是指過程的反應(yīng)速度。任何反應(yīng)都存在著阻力，阻力最小的過程總是進(jìn)行得最快最容易實(shí)現(xiàn)，所以動(dòng)力學(xué)條件的實(shí)質(zhì)是考慮阻力。4.體系最終得到的結(jié)構(gòu)還取決于轉(zhuǎn)變過程的外界條件，如溫度、壓力、冷卻速度等。當(dāng)然這些因素還是通過改變熱力學(xué)條件和動(dòng)力學(xué)條件來影響結(jié)構(gòu)的。38精選ppt第二章材料中的晶體結(jié)構(gòu)晶體學(xué)基礎(chǔ)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)離子晶體的結(jié)構(gòu)共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)39精選ppt第一節(jié)晶體學(xué)基礎(chǔ)1.空間點(diǎn)陣：由幾何點(diǎn)做周期性的規(guī)則排列所形成的三維陣列。它是原子的理想排列，共有14種。陣點(diǎn)：空間點(diǎn)陣中的點(diǎn)。它是純粹的幾何點(diǎn)，各點(diǎn)周圍環(huán)境相同。晶格：描述晶體中原子排列規(guī)律的空間格架。晶胞：空間點(diǎn)陣中最小的幾何單元。40精選ppt

晶體結(jié)構(gòu)：原子、離子或原子團(tuán)按照空間點(diǎn)陣的實(shí)際排列?？赡艽嫠诰植咳毕?，可有無限多種。2.晶胞選取原則：能夠充分反映空間點(diǎn)陣的對(duì)稱性；相等的棱和角的數(shù)目最多；具有盡可能多的直角；體積最小。3.晶胞的描述：

有三個(gè)棱邊的長(zhǎng)度a,b,c及其夾角α,β,γ示晶胞中點(diǎn)的位置表示（坐標(biāo)法）。41精選ppt4.布拉菲點(diǎn)陣：

根據(jù)每個(gè)陣點(diǎn)的周圍環(huán)境相同的要求，將空間點(diǎn)陣分為14種點(diǎn)陣分屬7個(gè)晶系。5.晶向：空間點(diǎn)陣中各陣點(diǎn)列的方向。

晶面：通過空間點(diǎn)陣中任意一組陣點(diǎn)的平

面。

國(guó)際上通用米勒指數(shù)標(biāo)定晶向和晶面。

晶向指數(shù)的標(biāo)定。6.晶相指數(shù)的確定步驟：42精選ppt（1）建立坐標(biāo)系，確定原點(diǎn)（陣點(diǎn)）、坐標(biāo)軸和度量單位（棱邊）。（2）確定坐標(biāo)值（3）化整并加方括號(hào)注意：指數(shù)意義是代表相互平行、方向一致

的所有晶向。

負(fù)值：標(biāo)于數(shù)字上方，表示同一晶向

的相反方向。43精選ppt

晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不同的一組晶向。用<uvw>表示，數(shù)字相同，但排列順序不同或正負(fù)號(hào)不同的晶向?qū)儆谕痪蜃濉?.晶相指數(shù)的確定步驟：

（1）建立坐標(biāo)系：確定原點(diǎn)（非陣點(diǎn)）、坐標(biāo)軸和度量單位。

（2）求截距：x,y,z。

（3）取倒數(shù)：h’,k’,l’。

（4）化整數(shù)加加圓括號(hào)：h、k、l,加后(hkl)。注意：指數(shù)意義:代表一組平行的晶面；44精選ppt

0的意義：面與對(duì)應(yīng)的軸平行；

平行晶面：指數(shù)相同，或數(shù)字相同但正負(fù)號(hào)相反;

晶面族：晶體中具有相同條件（原子排列和晶面間距完全相同），空間位向不同的各組晶面。用{hkl}表示。若晶面與晶向同面，則hu+kv+lw=0;

若晶面與晶向垂直，則u=h,k=v,w=l45精選ppt8.六方系晶向指數(shù)和晶面指數(shù)

六方系指數(shù)標(biāo)定的特殊性：四軸坐標(biāo)系（等價(jià)晶面不具有等價(jià)指數(shù)）。

晶面指數(shù)的標(biāo)定:

標(biāo)法與立方系相同(四個(gè)截距)；用四個(gè)數(shù)字(hkil)表示；i=-(h+k)。

晶向指數(shù)的標(biāo)定標(biāo)法與立方系相同(四個(gè)坐標(biāo))；用四個(gè)數(shù)字(uvtw)表示；t=-(u+w)。

依次平移法：適合于已知指數(shù)畫晶向（末點(diǎn)）。

坐標(biāo)換算法：[UVW]~[uvtw]

u=(2U-V)/3,v=(2V-U)/3,t=-(U+V)/3,w=W。

46精選ppt9.晶帶：相交和平行于某一晶向直線所有晶面的組合。此直線叫晶帶軸。同一晶帶中的晶面叫共晶面。晶帶用晶帶軸的晶向指數(shù)表示。晶帶軸與該晶帶中任一晶面之間均滿足下列關(guān)系：

hu+kv+lw=0，

凡滿足上式的晶面都屬于以[uvw]為晶帶軸的晶帶。47精選ppt10.（1）由兩晶面(h1k1l1)(h2k2l2)求其

晶帶軸[uvw]：u=k1l2-k2l1;v=l1h2-l2h1;

w=h1k2-h2k1。（2）由兩晶向[u1v1w1][u2v2w2]求其決定

的晶面(hkl)。（3）H=v1w1-v2w2;k=w1u2-w2u1;

l=u1v2-u2v1。（4）晶面間距（簡(jiǎn)單立方）：

d=a/(h2+k2+l2)1/248精選ppt第二節(jié)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.典型晶體結(jié)構(gòu):面心立方（A1或fcc)、體心立方(A2或bcc)、密排六方(A3或hcp)。2.配位數(shù)（CN）：晶體結(jié)構(gòu)中任一原子周圍最近且等距離的原子數(shù)。致密度（K）：晶體結(jié)構(gòu)中原子體積占總體積的百分?jǐn)?shù)。K=nv/V。

間隙半徑（rB）：間隙中所能容納的最大圓球半徑。49精選ppt三種典型晶體結(jié)構(gòu)的特征50精選ppt3.多晶型性：元素的晶體結(jié)構(gòu)隨外界條件的變化而發(fā)生轉(zhuǎn)變的性質(zhì)。4.四影響原子半徑的因素：溫度與應(yīng)力、結(jié)合鍵的影響、配位數(shù)的影響（高配位結(jié)構(gòu)向低配位結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，體積膨脹，原子半徑減小減緩體積變化）、核外電子分布的影響（一周期內(nèi)，隨核外電子數(shù)增加至填滿，原子半徑減小至一最小值。51精選ppt第三節(jié)離子晶體的結(jié)構(gòu)1.離子晶體的主要特點(diǎn)：（1）硬度高強(qiáng)度大，熔點(diǎn)沸點(diǎn)較高，熱膨脹系數(shù)較小，脆性大。（2）良好的絕緣性（3）無色透明2.離子半徑：從原子核中心到最外層電子的平衡距離，反映了核對(duì)核外電子的吸引和核外電子之間排斥的平均效果，是決定離子結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)類型的一個(gè)重要幾何因素。52精選ppt

配位數(shù)（CN）：晶體結(jié)構(gòu)中任一原子周圍最近且等距離的原子數(shù)。

致密度（K）：晶體結(jié)構(gòu)中原子體積占總體積的百分?jǐn)?shù)。K=nv/V。

間隙半徑（rB）：間隙中所能容納的最大圓球半徑。3.離子的堆積：立方最密堆積、六方最密堆積、立方體心密堆積、四面體堆積。正離子居于負(fù)離子空隙。4.負(fù)離子配位多面體：在離子晶體結(jié)構(gòu)中，與某一個(gè)正離子成配位關(guān)系而緊鄰的各個(gè)負(fù)離子中心線所構(gòu)成的多面體。53精選ppt5.離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則：

（1）鮑林第一規(guī)則（負(fù)離子配位多面體規(guī)則）：在離子晶體中，正離子周圍形成一個(gè)負(fù)離子配位多面體，正負(fù)離子間的平衡距離取決于正負(fù)離子半徑之和，正離子的配位數(shù)取決于正負(fù)離子的半徑比。

（2）鮑林第二規(guī)則（電價(jià)規(guī)則含義）：一個(gè)負(fù)離子必定同時(shí)被一定數(shù)量的負(fù)離子配位多面體所共有。（3）鮑林第三規(guī)則（棱與面規(guī)則）：在配位結(jié)構(gòu)中，共用棱特別是共用面的存在，會(huì)降低這個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。54精選ppt第四節(jié)共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)1.共價(jià)晶體：由兩種非金屬元素的原子或異種元素的原子通過共價(jià)鍵結(jié)合而形成的無限大分子。又名原子晶體。2.主要特點(diǎn)：共價(jià)鍵具有明顯的飽和性和強(qiáng)烈的方向性，原子配位數(shù)比離子型晶體和金屬性晶體小。共價(jià)鍵的結(jié)合力比離子鍵強(qiáng)，晶體具有高強(qiáng)度高硬度。脆性大沸點(diǎn)高和揮發(fā)性低的特點(diǎn)，導(dǎo)電性差。55精選ppt第三章高分子材料的結(jié)構(gòu)高分子材料概述高分子鏈的結(jié)構(gòu)及構(gòu)象高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)高分子材料的性能與結(jié)構(gòu)56精選ppt第一節(jié)高分子材料概述1.高分子化合物：一種或多種低分子化合物聚合而成的相對(duì)分子質(zhì)量很大的化合物，又稱聚合物或高聚物。相對(duì)分子質(zhì)量大于5000。低分子化合物：對(duì)分子質(zhì)量小于5000，分子有幾個(gè)或幾十個(gè)原子。評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：高分子化合物具有較好的強(qiáng)度、塑性和彈性，低分子化合物沒有這些性能。2.單體:組成高分子化合物的低分子化合物。它是化合物獨(dú)立存在的基本單元，是單個(gè)分子存在的穩(wěn)定狀態(tài)。57精選ppt3.鏈節(jié)：組成大分子的結(jié)構(gòu)單元。

聚合度：大分子鏈中鏈節(jié)的重復(fù)次數(shù)，反映了大分子鏈的長(zhǎng)短和相對(duì)分子質(zhì)量。4.官能度：在一個(gè)單體上能與別的單體發(fā)生鍵合的位置數(shù)目。單體分子的官能度決定了高分子的結(jié)構(gòu)。5.多分散性:高分子化合物中各個(gè)分子的相對(duì)分子質(zhì)量不等的現(xiàn)象叫做相對(duì)分子質(zhì)量的多分散性。它只存在于高分子化合物，決定了它的物理和化學(xué)性能的大分散度。6.平均相對(duì)分子質(zhì)量分為數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量和重均相對(duì)分子質(zhì)量。58精選ppt7.加聚反應(yīng)：由一種或多種單體相互加成而連接成聚合物的反應(yīng)，其產(chǎn)物為聚合物。

組成：與單體相同。反應(yīng)過程中沒有副產(chǎn)物。

均聚反應(yīng)：由一種單體參與的加聚反應(yīng)。

共聚反應(yīng)：由兩種或兩種以上單體參與的加聚反應(yīng)。8.縮聚反應(yīng)：由一種或多種單體相互混合而連接成聚合物，同時(shí)析出某種低分子化合物的反應(yīng)。

均縮聚反應(yīng)：由一種單體參加的縮聚反應(yīng)。

共縮聚反應(yīng)：由兩種或兩種以上單體參加的縮聚反應(yīng)。59精選ppt9.分子化合物的分類：

加聚聚合物按聚合反應(yīng)的類型分為加聚聚合物和縮聚聚合物。按高分子的幾何結(jié)構(gòu)分為線型聚合物和體型聚合物。按聚合物的熱行為分為熱塑性聚合物和熱固性聚合物。60精選ppt第二節(jié)高分子鏈的結(jié)構(gòu)及構(gòu)象1.高分子鏈的結(jié)構(gòu)是指組成高分子結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成鏈接方式、空間構(gòu)型、高分子鏈的幾何形狀及構(gòu)象等。2.高分子是由單體通過加聚和縮聚反應(yīng)連結(jié)而成的鏈狀分子。高分子鏈中的重復(fù)結(jié)構(gòu)為鏈節(jié)。根據(jù)鏈節(jié)中化學(xué)組成不同，高分子鏈主要有以下幾種：碳鏈高分子、雜鏈高分子、元素有機(jī)高分子。3.鏈接方式：均聚物中單體的連接方式：頭－尾連接、頭－頭或尾－尾相連、無軌連接。61精選ppt聚物中單體的連接方式：無軌共聚：ABBABBABA交替共聚：ABABABAB嵌段共聚：AAAABBAAAABB接枝共聚：AAAAAAAAAAA

BB

BB

BB4.高分子鏈的空間構(gòu)型（按取代基的位置與排列規(guī)律）分類：

全同立構(gòu)：取代基R全部處于主鏈一側(cè)。

62精選ppt

間同立構(gòu)：取代基R相間分布在主鏈兩側(cè)。

無軌立構(gòu)：取代基R在主鏈兩側(cè)不規(guī)則分布。5.高分子鏈的幾何形狀：線型、支化型、體型。

高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（鏈間結(jié)構(gòu)、分子間結(jié)構(gòu)）

無定形結(jié)構(gòu)、部分結(jié)晶結(jié)構(gòu)、結(jié)晶型結(jié)構(gòu)。6.高分子鏈的構(gòu)象：由于單鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起的原子在空間據(jù)不同位置所構(gòu)成的分子鏈的各種形象。7.高分子鏈的柔順性：高分子由于構(gòu)象變化獲得不同卷曲程度一般用兩端點(diǎn)間的直線距離衡量。63精選ppt

影響因素：高分子鏈的結(jié)構(gòu)和所處條件（溫度壓力介質(zhì)等），也與高分子作用力有關(guān)。

結(jié)構(gòu)因素：主鏈結(jié)構(gòu)和側(cè)基性質(zhì)。主鏈全由單鏈組成時(shí)，分子鏈柔順性最好。極性的側(cè)基使柔順性降低；側(cè)基體積越大，柔順性越低。對(duì)稱側(cè)基使柔順性增高。側(cè)基沿分子鏈分布的距離、分子間的化學(xué)鍵等結(jié)構(gòu)因素對(duì)柔順性也有影響。64精選ppt第三節(jié)高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)1.高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：聚合物本體中分子鏈的排列和堆積結(jié)構(gòu)。按照高分子排列的特點(diǎn)，固體聚合物的聚集狀態(tài)結(jié)構(gòu)分為晶態(tài)和非晶態(tài)。2.晶態(tài)聚合物主要有櫻狀膠束結(jié)構(gòu)模型和折疊鏈狀結(jié)構(gòu)模型。3.非晶態(tài)聚合物主要有無序結(jié)構(gòu)模型和局部有序結(jié)構(gòu)模型。65精選ppt4.結(jié)晶度：結(jié)晶的程度，并用結(jié)晶部分的質(zhì)量和體積占整體重量或體積的百分比表示。測(cè)定方法：X射線衍射法、密度法、紅外光譜法、核磁共振法和量熱法，最簡(jiǎn)單易行最常用密度法。5.線型聚合物結(jié)晶能力受分子結(jié)構(gòu)影響規(guī)律：

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單規(guī)整度高對(duì)稱性好的高分子容易結(jié)晶。（2）等規(guī)聚合物結(jié)晶能力強(qiáng)。（3）縮聚物都能結(jié)晶（4）高分子鏈的支化不利于結(jié)晶66精選ppt6.玻璃化溫度：當(dāng)一塊玻璃冷卻到熔點(diǎn)溫度以下時(shí)，在某一溫度范圍內(nèi)仍是塑形的，但冷卻到某一溫度時(shí)，發(fā)生玻璃硬化，這時(shí)的溫度叫做玻璃化溫度。67精選ppt第四節(jié)高分子材料的性能與結(jié)構(gòu)

1.高分子材料的主要性能特點(diǎn):（1）彈性模量和強(qiáng)度都較低（2）從液態(tài)凝固后多為非晶態(tài)（3）容易老化（4）原料豐富，成本低，密度小，化學(xué)穩(wěn)定好，有良好絕緣性能。（5）良好光學(xué)性能2.高分子材料分為熱塑性塑料、熱固性塑料和橡膠。

68精選ppt3.改變高分材料性能的途徑（1）改變結(jié)晶度（2）改變側(cè)基的性質(zhì)（3）改變主鏈的結(jié)構(gòu)（4）共聚（5）拉拔強(qiáng)化69精選ppt

4.熱缺陷的產(chǎn)生：原子一定溫度下熱振動(dòng)，能量是按麥克斯威爾—波茲曼分布出現(xiàn)起伏，總有一些高能量原子，離開平衡位置，造成缺陷。

熱缺陷兩種主要形態(tài)：

弗倫克爾缺陷：原子離開平衡位置后，擠到格子點(diǎn)的間隙中，形成間隙離子，而原來位置上形成空位，成對(duì)產(chǎn)生。

肖特基缺陷：原子獲得較大能量，移到表面外新的位置上去，原來位置則形成空位，空位逐漸轉(zhuǎn)移到內(nèi)部，體積增加。70精選ppt第四章晶體缺陷點(diǎn)缺陷位錯(cuò)的基本概念位錯(cuò)的能量機(jī)交互作用晶體中的界面71精選ppt第一節(jié)點(diǎn)缺陷1.缺陷的分類

缺陷是一種局部原子排列的破壞。按照按缺陷的幾何形狀缺陷可以分為：（1）點(diǎn)缺陷

在三維方向上尺寸都很?。ㄟh(yuǎn)小于晶體或晶粒的線度），又稱零維缺陷。典型代表有空位、間隙原子等。（2）線缺陷

在兩個(gè)方向尺寸很小，一個(gè)方向尺寸較大（可以和晶體或晶粒線度相比擬），又稱為一維缺陷。位錯(cuò)是典型的線缺陷，是一種非常重要的缺陷。72精選ppt（3）面缺陷

在一個(gè)方向尺寸很小，另兩個(gè)方向尺寸較大，又稱二維缺陷。如晶粒間界、晶體表面、層錯(cuò)等。2.點(diǎn)缺陷的種類有很多，但金屬中常見的基本點(diǎn)缺陷有兩種類型：空位和間隙原子。3.一定溫度下，點(diǎn)缺陷的數(shù)目是一定的，這就是點(diǎn)缺陷的平衡濃度。

空位及間隙原子在熱力學(xué)上是平衡濃度為：

73精選ppt

其中Ce為某一種類型點(diǎn)缺陷的平衡濃度，N為晶體的原子總數(shù)，A為材料常數(shù)，T－熱力學(xué)溫度，k－玻爾茲蔓常數(shù)，u－該類型缺陷的形成能。

對(duì)點(diǎn)缺陷的平衡濃度的理解：

(1)

一方面，晶體中點(diǎn)缺陷的形成引起了點(diǎn)陣的畸變，使晶體的內(nèi)能增加，提高了系統(tǒng)的自由能。

(2)

另一方面，由于點(diǎn)缺陷的形成，增加了點(diǎn)陣排列的混亂度，系統(tǒng)的微觀狀態(tài)數(shù)目發(fā)生變化。74精選ppt點(diǎn)缺陷的類型75精選ppt返回76精選ppt

4.赫姆霍茲自由能：A=U–TS赫姆霍茲自由能變化：ΔA=ΔU–TΔS

U——內(nèi)能

H——焓

S——熵

T——熱力學(xué)溫度由公式可以看出，點(diǎn)缺陷產(chǎn)生使內(nèi)能增加，自由能有增大趨勢(shì)；同時(shí)點(diǎn)缺陷產(chǎn)生使系統(tǒng)混亂程度增加，熵值增加，自由能有減小趨勢(shì)；自由能變化由二者共同決定。

熵值的增加隨缺陷數(shù)量的變化是非線性的，少量點(diǎn)缺陷的存在使熵增快速增加，繼續(xù)增加點(diǎn)缺陷使熵增變化逐漸變緩。ΔU和ΔS這兩項(xiàng)相反作用的結(jié)果使自由能變化ΔA如圖所示。77精選ppt

先隨晶體中缺陷數(shù)目的增多，自由能逐漸降低，然后又逐漸增高，這樣體系中在一定溫度下存在著一個(gè)平衡的點(diǎn)缺陷濃度，在該濃度下體系的自由能最低。也就是說由熱振動(dòng)產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷屬于熱力學(xué)平衡缺陷，晶體中存在這些缺陷使自由能是降低的；相反，如果沒有這些卻陷，自由能反而升高。

5.過飽和點(diǎn)缺陷：有時(shí)晶體中缺陷的數(shù)目會(huì)明顯超過平均值，這種點(diǎn)缺陷成為過飽和點(diǎn)缺陷。這是由于高溫淬火、輻照冷加工造成的。6.點(diǎn)缺陷可以造成金屬物理性能與力學(xué)性能的變化78精選ppt（1）引起電阻的增加。破壞了原子排列的規(guī)律性，使電子在傳導(dǎo)時(shí)的散射增加，從而增加了電阻。（2）空位使晶體的密度下降，體積膨脹（3）空位的存在及其運(yùn)動(dòng)是晶體高溫下發(fā)生蠕變的重要原因之一。（4）高溫快速冷卻時(shí)保留的空位，或經(jīng)輻照處理后空位，這些過量空位往往沿一些晶面聚集，形成空位片，或它們與其他晶體缺陷發(fā)生交互作用，因而使材料強(qiáng)度有所提高，但同時(shí)也引起顯著的脆性。79精選ppt第二節(jié)位錯(cuò)的基本概念1.位錯(cuò)：原子行列間相互滑移，不再符合理想晶格的有序的排列，為線缺陷。2.位錯(cuò)最重要、最基本的形態(tài)有刃形位錯(cuò)和螺形位錯(cuò)兩種，另有介于它們之間的混合型位錯(cuò)等。3.刃型位錯(cuò)：滑移面和未滑移面交界處的一條交界線（如動(dòng)畫所示），也即一個(gè)多余半原子面與滑移面相交的交線上，由于原子失掉正常的相鄰關(guān)系，形成的晶格缺陷。它與滑移方向垂直。80精選ppt

刃型位錯(cuò)的正負(fù)：多余半原子面在滑移面上邊的刃型位錯(cuò)稱為正刃型位錯(cuò)，反之稱為負(fù)刃型位錯(cuò)

位錯(cuò)核心：畸變?cè)谖诲e(cuò)中心處最大，隨著距離的增大逐漸減小。一般是原子錯(cuò)排嚴(yán)重到失掉正常相鄰關(guān)系的區(qū)域。4.螺型位錯(cuò)：滑移面和未滑移面交界處的一條交界線（如動(dòng)畫所示），它所貫穿的一組原來是平行的晶面變成了一個(gè)以此為軸的螺旋面，原子失掉正常的相鄰關(guān)系，形成的晶格缺陷。它與滑移方向平行。

螺型位錯(cuò)的左右旋：螺旋面為右旋的為右旋螺型

位錯(cuò)，反之為左旋螺型位錯(cuò)

螺型位錯(cuò)的晶體生長(zhǎng)特點(diǎn)：蜷線臺(tái)階81精選ppt5.混合型位錯(cuò)：位錯(cuò)線與滑移方向既不平行也不垂直，原子排列介于螺型位錯(cuò)與刃型位錯(cuò)之間。6.螺型位錯(cuò)與刃型位錯(cuò)的區(qū)別（1）螺型位錯(cuò)中不存在多余半原子面，而是垂直于位錯(cuò)線的原子平面發(fā)生了螺旋狀的扭曲。（2）螺位錯(cuò)線的b與其位錯(cuò)線相平行，而刃位錯(cuò)線的b與其位錯(cuò)線相互垂直，這是區(qū)別螺位錯(cuò)與刃位的主要依據(jù)。（3）螺型位錯(cuò)可分為左螺型位錯(cuò)和右螺型位錯(cuò)，與正負(fù)刃位錯(cuò)不同，左右螺型位錯(cuò)是不能相互轉(zhuǎn)

82精選ppt

化的，不管從哪個(gè)方向看，旋轉(zhuǎn)的方向是不會(huì)變（4）螺位錯(cuò)與刃位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)有一個(gè)重要的差別，即刃位錯(cuò)有確定的滑移面

刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)和混合位錯(cuò)在本質(zhì)上的共同點(diǎn)：（1）它們都是線缺陷；（2）它們都可以在外力的作用下發(fā)生滑移運(yùn)動(dòng)，而且運(yùn)動(dòng)的結(jié)果都是在位錯(cuò)線滑移過的區(qū)域之中，造成了上下兩半晶晶體整體相對(duì)位移過一個(gè)b的距離，這一點(diǎn)是非常重要的。83精選ppt

7.柏式矢量的表示：通常用其沿晶體主軸的分量來表示，刃型位錯(cuò)與其柏格斯矢量互相垂直，而螺型位錯(cuò)與其柏格斯矢量互相平行。

位錯(cuò)強(qiáng)度：指柏格斯矢量的大小。

位錯(cuò)柏格斯矢量的守恒性：（1）一個(gè)位錯(cuò)只具有唯一的柏格斯矢量。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)或形態(tài)變化矢量不變，矢量的大小及方向完全決定于位錯(cuò)本身，而與回路之大小與形狀無關(guān)（2）位錯(cuò)線不能在晶體內(nèi)部中斷?？蛇B接晶體表面，形成封閉位錯(cuò)環(huán)等84精選ppt7.柏式回路：在好區(qū)中圍繞位錯(cuò)作一閉合回路，回路的每一步，都連接相鄰的同類原子，并且始終保持在晶體的好區(qū)，這個(gè)回路稱柏式回路（螺型位錯(cuò)與刃型位錯(cuò)）。

柏式矢量：反映含與不含位錯(cuò)的兩個(gè)晶體的差別，體現(xiàn)實(shí)際晶體所含位錯(cuò)根本特征的矢量。為閉合在兩種晶體上繞走同樣步數(shù)而無法閉合的回路所附加的矢量。（3）位錯(cuò)與其他位錯(cuò)相聯(lián)，指向節(jié)點(diǎn)(即位錯(cuò)線交點(diǎn))的諸位錯(cuò)的柏格斯矢量之和，必然等于離開節(jié)點(diǎn)的諸位錯(cuò)的柏格斯矢量之和。

柏式矢量的表示：通常用其沿晶體主軸的分量來表示，刃型位錯(cuò)與其柏格斯矢量互相垂直，而螺型位錯(cuò)與其柏格斯矢量互相平行。

85精選ppt位錯(cuò)強(qiáng)度：指柏格斯矢量的大小。

柏式矢量方向確定：回路的正向與位錯(cuò)線正向組成右手螺旋關(guān)系。（位錯(cuò)正向?yàn)閺募埍车郊埫妫?6精選ppt8.位錯(cuò)密度：在單位體積晶體中所包含的位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度。A——截面積n——穿過截面積的位錯(cuò)線數(shù)目9.交滑移：如果由于某種原因，螺位錯(cuò)在某一平面上的滑移運(yùn)動(dòng)受阻，那麼只要應(yīng)力條件具備，它可以繞過障礙向另一個(gè)滑移面上繼續(xù)滑移，稱為交滑移。螺位錯(cuò)交滑移時(shí)，滑移面改變了，但b矢量不變。10.位錯(cuò)的觀察：浸蝕技術(shù)和透射電鏡觀察87精選ppt●位錯(cuò)的滑移特征下頁上頁88精選ppt第三節(jié)位錯(cuò)的能量及交互作用位錯(cuò)的應(yīng)變能89精選ppt第三節(jié)位錯(cuò)的能量及交互作用1.位錯(cuò)的能量：位錯(cuò)在晶體中引起畸變，具有能量。包括位錯(cuò)核心能和應(yīng)變能（核心以外的能量）兩部分

應(yīng)變能：位錯(cuò)周圍的原子偏離了平衡位置，處于較高能量狀態(tài)，高出的能量稱為位錯(cuò)的應(yīng)變能，簡(jiǎn)稱位錯(cuò)能。

刃型位錯(cuò)：

螺型位錯(cuò)：90精選ppt

r0－位錯(cuò)內(nèi)部半徑

r1－位錯(cuò)在晶體中的影響范圍

無論是刃型、螺型還是混合型位錯(cuò)，均有：

a常取0.5~1.0，螺型位錯(cuò)取0.5，刃型位錯(cuò)取1.0，即位錯(cuò)的能量與切變模的平方成正比，所以柏氏矢量的模是影響位錯(cuò)能量的最重要因素91精選ppt2.位錯(cuò)的線張力

由此可知，保持位錯(cuò)線彎曲所需的切應(yīng)力曲率半徑成反比，這一關(guān)系式對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)及增殖有重要意義92精選ppt第四節(jié)晶體中的界面1.面缺陷主要包括晶界、相界和表面，它們對(duì)材料的力學(xué)和物理化學(xué)性能具有重要影響。2.大角度晶界：晶粒位向差大于10度的晶界。其結(jié)構(gòu)為幾個(gè)原子范圍內(nèi)的原子的混亂排列，可視為一個(gè)過渡區(qū)。

小角度晶界：晶粒位向差小于10度的晶界。其結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)列，又分為對(duì)稱傾側(cè)晶界和扭轉(zhuǎn)晶界。

晶界能：原子偏離了平衡位置，相對(duì)于晶體內(nèi)部，晶界處于較高的能量狀態(tài)，高出的那部分能量。93精選ppt

孿晶界：兩塊相鄰孿晶的共晶面。分為共格孿晶界和非共格孿晶界。

表面吸附：外來原子或氣體分子在表面上富集的現(xiàn)象。

物理吸附：由分子鍵力引起，無選擇性，吸附熱小，結(jié)合力小。

化學(xué)吸附：由化學(xué)鍵力引起，有選擇性，吸附熱大，結(jié)合力大。3.界面特性：

（1）界面能會(huì)引起界面吸附。（2）界面上原子擴(kuò)散速度較快。（3）對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用。（4）易被氧化和腐蝕。（5）原子的混亂排列利于固態(tài)相變的形核。94精選ppt第五章材料的相結(jié)構(gòu)及相圖材料的相結(jié)構(gòu)二元相圖及其類型復(fù)雜相圖分析相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)三元系相圖及其類型95精選ppt第一節(jié)材料的相結(jié)構(gòu)1合金：兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬經(jīng)一定方法合成的具有金屬特性的物質(zhì)。

組元：組成合金最基本的物質(zhì)。（如一元、二元、三元合金）

合金系：給定合金以不同的比例而合成的一系列不同成分合金的總稱。

相：材料中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一的組成部分。（如單相、兩相、多相合金。）

96精選ppt2.相的分類

固溶體：以合金中某一祖元為溶劑其他組元為溶質(zhì)，所形成的與溶劑有相同晶體結(jié)構(gòu)、晶格常數(shù)稍有變化的固相。

中間相（金屬化合物）：組成原子有固定比例，其結(jié)構(gòu)與組成組元均不相同的相。3.按溶質(zhì)原子位置不同，可分為置換固溶體和間隙固溶體。

按固溶度不同，可分為有限固溶體和無限固溶體。

按溶質(zhì)原子分布不同，可分為無序固溶體和有序固溶體。97精選ppt1.置換固溶體：溶質(zhì)原子位于晶格點(diǎn)陣位置的固溶體。

影響置換固溶體溶解度的因素:

(1)原子尺寸因素:原子尺寸差越小，越易形成置換固溶體，且溶解度越大?！鱮=(rA-rB)/rA,當(dāng)△r<15%時(shí)，有利于大量互溶。

(2)晶體結(jié)構(gòu)因素:結(jié)構(gòu)相同，溶解度大，有可能形成無限固溶體。(3)電負(fù)性因素:電負(fù)性差越小，越易形成固98精選ppt

溶體，溶解度越大。(4)電子濃度因素:電子濃度e/a越大，溶解度越小。e/a有一極限值，與溶劑晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。一價(jià)面心立方金屬為1.36，一價(jià)體心立方金屬為1.48。（上述四個(gè)因素并非相互獨(dú)立，其統(tǒng)一的理論的是金屬與合金的電子理論）2.間隙固溶體影響因素：原子半徑和溶劑結(jié)構(gòu)。溶解度：一般都很小，只能形成有限固溶體3.陶瓷材料中的固溶方式：置換或間隙固溶，甚至形成無限固溶體。99精選ppt4.中間相是由金屬與金屬，或金屬與類金屬元素之間形成的化合物，也稱為金屬間化合物。（1）正常價(jià)化合物

形成：電負(fù)性差起主要作用，符合原子價(jià)規(guī)則。

鍵型：隨電負(fù)性差的減小，分別形成離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵。

組成：AB或AB2。（2）電子化合物（電子相）形成：電子濃度起主要作用，不符合原子價(jià)規(guī)則。鍵型：金屬鍵（金屬－金屬）。

100精選ppt（3）組成：電子濃度對(duì)應(yīng)晶體結(jié)構(gòu)，可用化學(xué)式表示，可形成以化合物為基的固溶體。（4）間隙化合物

形成：尺寸因素起主要作用。

結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)單間隙化合物（間隙相）：金屬原子呈現(xiàn)新結(jié)構(gòu)，非金屬原子位于其間隙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。（5）復(fù)雜間隙化合物：主要是鐵、鈷、鉻、錳的化合物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

組成：可用化學(xué)式表示，可形成固溶體，復(fù)雜間隙化合物的金屬元素可被置換。101精選ppt第二節(jié)二元相圖及其類型1.相圖：描述系統(tǒng)的狀態(tài)、溫度、壓力及成分之間關(guān)系的圖解。

相律：描述材料在不同條件下相平衡狀態(tài)所準(zhǔn)尋的法規(guī)，是理解分析相圖十分重要的理論依據(jù)。相圖和相律只在熱力學(xué)平衡條件下成立，不能反映各平衡相的結(jié)構(gòu)，分布狀態(tài)及其具體形貌。102精選ppt2.相律：熱力學(xué)平衡條件下，系統(tǒng)的組元數(shù)、相數(shù)和自由度數(shù)之間的關(guān)系。

表達(dá)式：f=c-p+2;

壓力一定時(shí)，f=c-p+1。

應(yīng)用：可確定系統(tǒng)中可能存在的最多平衡相數(shù)。如單元系2個(gè)，二元系3個(gè)?？梢越忉尲兘饘倥c二元合金的結(jié)晶差別純金屬結(jié)晶恒溫進(jìn)行，二元合金變溫進(jìn)行。3.相圖的表示與建立

狀態(tài)表示：溫度－成分坐標(biāo)系。坐標(biāo)系中的點(diǎn)－表象點(diǎn)。4.杠桿定律：平衡相成分的確定（根據(jù)相率，若溫度一定，則自由度為0，平衡相成分隨103精選ppt之確定。）數(shù)值確定：直接測(cè)量計(jì)算或投影到成分軸測(cè)量計(jì)算。注意：只適用于兩相區(qū)；三點(diǎn)（支點(diǎn)和端點(diǎn)）要選準(zhǔn)5.勻晶相圖及其分析

勻晶轉(zhuǎn)變：由液相直接結(jié)晶出單相固溶體的轉(zhuǎn)變。

勻晶相圖：具有勻晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。

兩點(diǎn)：純組元的熔點(diǎn)；

兩線：L,S相線；

三區(qū)：L,α,L+α。104精選ppt6.（1）共晶轉(zhuǎn)變：由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)一定成分固相的轉(zhuǎn)變。

共晶相圖：具有共晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。

（液態(tài)無限互溶、固態(tài)有限互溶或完全不溶，且發(fā)生共晶反應(yīng)。

共晶組織：共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。（是兩相混合

物）

成分表示：質(zhì)量分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)。

相圖的建立

方法：實(shí)驗(yàn)法和計(jì)算法。105精選ppt過程：配制合金－測(cè)冷卻曲線－確定轉(zhuǎn)變溫度－填入坐標(biāo)－繪出曲線。相圖結(jié)構(gòu)：兩點(diǎn)、兩線、三區(qū)。（2）相圖分析（相圖三要素）

點(diǎn)

：純組元熔點(diǎn)；最大溶解度點(diǎn)；共晶（是亞共晶、過共晶成分分界點(diǎn)）等。

線：結(jié)晶開始、結(jié)束線；溶解度曲線；共晶線等。區(qū)：3個(gè)單相區(qū)；3個(gè)兩相區(qū)；1個(gè)三相區(qū)。（3）合金的平衡結(jié)晶及其組織（以Pb-Sn相圖為例）

106精選ppt

Wsn<19％的合金①凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。②二次相（次生相）的生成：脫溶轉(zhuǎn)（二次析出或二次再結(jié)晶）。③室溫組織（α＋βⅡ）及其相對(duì)量計(jì)算。

（4）共晶合金

組織組成物與組織圖

組織組成物：組成材料顯微組織的各個(gè)不同本質(zhì)和形態(tài)的部分。

組織圖：用組織組成物填寫的相圖。

107精選ppt

共晶成分的合金得到的亞、過共晶組織（偽共晶區(qū)偏移）

不平衡共晶：位于共晶線以外成分的合金發(fā)生共晶反應(yīng)而形成的組織。

原因：不平衡結(jié)晶。成分位于共晶線以外端點(diǎn)附件。

離異共晶：兩相分離的共晶組織。

形成原因：平衡條件下，成分位于共晶線上兩端點(diǎn)附近;不平衡條件下，成分位于共晶線外兩端點(diǎn)附。

消除：擴(kuò)散退火。（5）不平衡結(jié)晶及其組織

偽共晶：

①偽共晶：由非共晶成分的合金所得到的108精選ppt完全共晶組織。

②形成原因：不平衡結(jié)晶。成分位于共晶點(diǎn)附近。

③不平衡組織：由非共晶成分的合金得到的完全共晶組織

包晶轉(zhuǎn)變：由一個(gè)特定成分的固相和液相生成109精選ppt第三節(jié)復(fù)雜的相圖分析1.分析方法：（1）相圖中若有穩(wěn)定中間相，可以把相圖分為幾個(gè)部分，根據(jù)需要選取某一部分進(jìn)行分析。（2）許多相圖往往只標(biāo)注單向區(qū)，為了便于分析相圖，應(yīng)根據(jù)相區(qū)接觸法則填寫各空白相區(qū)，也可用組織組成物填寫相圖。（3）利用典型成分分析合金的結(jié)晶過程及組織相變，并利用杠桿定律分析各相相對(duì)量隨變化情況。110精選ppt2.二鐵－碳合金相圖（1）組元和相

組元：鐵－石墨相圖：Fe,C;鐵－滲碳體相圖：Fe-Fe3C。

相：L,δ,A(γ),F(α),Fe3C(K)。（其定義）

（2）相圖分析

點(diǎn)：16個(gè)。

線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條等溫轉(zhuǎn)變線；

其余三條線：GS,ES,PQ。

區(qū)：5個(gè)單相區(qū)，7個(gè)兩相區(qū)，3個(gè)三相區(qū)。相圖標(biāo)注：相組成物標(biāo)注的相圖。111精選ppt

組織組成物標(biāo)注的相圖。（3）合金分類：

工業(yè)純鈦（C%<0.0218%）

碳鋼（0.0218<C%<2.11%）

鑄鐵（C%>2.11%）3.平衡結(jié)晶過程及其組織

典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過程、組織化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。

重要問題：Fe3CⅠ,Fe3CⅡ,Fe3CⅢ的意義及其最大含量計(jì)算。

112精選ppt5含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響

對(duì)平衡組織的影響（隨C%提高）：

組織：α＋Fe3CⅢLd`＋Fe3CⅠ；

相：α減少，F(xiàn)e3C增多；

Fe3C形態(tài)：Fe3CⅢ（薄網(wǎng)狀、點(diǎn)狀）析Fe3C（層片狀）Fe3CⅡ（網(wǎng)狀）共晶Fe3C（基體）Fe3CⅠ（粗大片狀）

對(duì)力學(xué)性能的影響：

強(qiáng)度、硬度升高，塑韌性下降。

對(duì)工藝性能的影響:

適合鍛造：C%<2.11%，可得到單相組織。

適合鑄造：C%～4.3%。，流動(dòng)性好。

適合冷塑變：C%<0.25%，變形阻力小。

適合熱處理：0.0218~2.11，有固態(tài)相變。113精選ppt第四節(jié)相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)

化學(xué)位與相平衡條件（1）化學(xué)位：偏摩爾吉布斯自由能。用表示。

化學(xué)位的確定：在自由能—成分曲線上，過成分點(diǎn)的切線與兩縱軸的交點(diǎn)。（2）相平衡的條件：兩組元在各相中的化學(xué)位分別相等

在自由能—成分曲線上，表現(xiàn)為各曲線間有公切線。114精選ppt第五節(jié)三元系相圖及其類型1.三元相圖與二元相圖比較，組元數(shù)增加了1個(gè),即成分變量是兩個(gè)，故表示成分的坐標(biāo)軸應(yīng)為2個(gè),需要用一個(gè)平面表示，再加上垂直于該平面的溫度軸，這樣三元相圖就演變成一個(gè)在三維空間的立體圖形，分隔相區(qū)的是一系列空間曲面，而不是二元相圖的平面曲線。2.三元相圖的成分表示方法

(1)等邊成分三角形

常用三角形來表示三元合金的成分，這樣的三角形稱為濃度三角形或成分三角。115精選ppt

常用的成分三角形是等邊三角形和直角三角形。116精選ppt

(2)直角成分坐標(biāo)表示法

當(dāng)三元系成分以某一組元為主，其他兩個(gè)組元含量很少時(shí)，合金成分點(diǎn)將靠近等邊三角形某一頂點(diǎn)。若采用直角坐標(biāo)表示成分，則可使該部分相圖更為清楚的表示出來，一般用坐標(biāo)原點(diǎn)代表高含量組元，而兩個(gè)互相垂直的坐標(biāo)軸代表其他兩個(gè)組元的成分，如下圖所示。117精選ppt118精選ppt

(3)等腰成分三角形

當(dāng)三元系中某一組元含量較少，而另兩組元含量較大時(shí)，合金成分點(diǎn)將靠近等邊成分三角形的某一邊。為了使該部分相圖清晰的表示出來，常采用等腰三角形，即將兩腰的刻度放大,而底邊的刻度不變。如圖5-103所示119精選ppt120精選ppt

對(duì)于O點(diǎn)成分的合金，其成分的確定方法與前述等邊三角形的確定方法相同，即過O點(diǎn)分別引兩腰的平行線與AC邊相交于a和c點(diǎn)，則：

Ca＝WA＝30％

Ac＝WC＝60％

Ab＝WB＝10％。

雖然，上述成分表示方法在三元相圖中都有應(yīng)用，但應(yīng)用最為廣泛的還是等邊三角形。121精選ppt3.等邊成分三角形中特定意義的線

(1)平行于三角形某一邊的直線。凡成分位于該線上的所有合金，它們所含的由這條邊對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)所代表的組元的含量為一定值。如圖中ef直線上代表B組元的含量均為Ae。(2)通過三角形頂點(diǎn)的任一直線

凡成分位于該直線上的所有合金它們所含的由另兩個(gè)頂點(diǎn)所代表的兩組元的含量之比為一定值。如圖5-104中Bg線上的所有合金A、C兩組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為WA/WC=Cg/Ag。122精選ppt123精選ppt

4.直線法則：三元合金中兩相平衡時(shí)，合金的成分點(diǎn)和兩個(gè)平衡相的成分點(diǎn)，必須在同一直線上。

由直線法則可得到以下規(guī)律：

(1)當(dāng)溫度一定時(shí)，若已知兩平衡相的成分，則合金的成分必位于兩平衡相成分的連線上；

(2)當(dāng)溫度一定時(shí)，若已知一相的成分及合金的成分，則另一平衡相的成分必位于兩已知成分點(diǎn)的連線的延長(zhǎng)線上；

(3)當(dāng)溫度變化時(shí)，兩平衡相的成分變化

時(shí)，其連線一定繞合金的成分點(diǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)。124精選ppt5.三組元在液相和固相均完全互溶的相圖為三元?jiǎng)蚓鄨D。6.等溫截面是由表示溫度的水平面與空間模型中各個(gè)相界面相截得到交線投影到成分三角形中得到的，它表示三元系合金在某一溫度下的狀態(tài)。

125精選ppt第六章材料的凝固與氣體沉積材料凝固時(shí)晶核的形成材料凝固時(shí)晶體的生長(zhǎng)固溶體合金的凝固共晶合金的凝固制造工藝與凝固組織用凝固法材料的制備技術(shù)材料非晶態(tài)材料的氣固轉(zhuǎn)變氣體沉積法的材料制備技術(shù)126精選ppt第一節(jié)材料凝固時(shí)晶核的形成1.凝固：物質(zhì)從液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變過程若凝

固后的物質(zhì)為晶體，則稱之為結(jié)晶。

凝固過程影響后續(xù)工藝性能、使用性能和

壽命。凝固是相變過程，可為其它相變的

研究提供基礎(chǔ)。2.結(jié)晶過程（1）結(jié)晶的基本過程：形核－長(zhǎng)大。127精選ppt（2）描述結(jié)晶進(jìn)程的兩個(gè)參數(shù)

形核率：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位體積液體中形成的晶核數(shù)量。用N表示。

長(zhǎng)大速度：晶核生長(zhǎng)過程中，液固界面在垂直界面方向上單位時(shí)內(nèi)遷移的距離。用G表示。3.熱力學(xué)條件（1）G-T曲線a是下降曲線：由G-T函數(shù)的一次導(dǎo)數(shù)（負(fù)）確定。dG/dT=-S128精選ppt

b是上凸曲線：由二次導(dǎo)數(shù)（負(fù)）確定。d2G/d2T=-Cp/T

c液相曲線斜率大于固相：由一次導(dǎo)數(shù)大小確定。

二曲線相交于一點(diǎn)，即材料的熔點(diǎn)。129精選ppt（2）熱力學(xué)條件

△Gv=－Lm△T/Tm

a△T>0,△Gv<0－過冷是結(jié)晶的必要條件（之一）。

b△T越大,△Gv越?。^冷度越大，越有利于結(jié)晶。

c△Gv的絕對(duì)值為凝固過程的驅(qū)動(dòng)力。130精選ppt4.均勻形核：新相晶核在遍及母相的整個(gè)體積內(nèi)無軌則均勻形成。(1）晶胚形成時(shí)的能量變化△G＝V△Gv+σS

＝(4/3)πr3△Gv+4πr2σ

(2)臨界晶核d△G/dr=0,rk=-2σ/△Gv臨界晶核：半徑為rk的晶胚。

(3)臨界過冷度

rk=-2σTm/Lm△T

臨界過冷度：形成臨界晶核時(shí)的過冷度

△Tk

△T≥△Tk是結(jié)晶的必要條件。131精選ppt（4）形核功與能量起伏

△Gk＝Skσ/3

臨界形核功：形成臨界晶核時(shí)需額外對(duì)形核所做的功。

能量起伏：系統(tǒng)中微小區(qū)域的能量偏離平均能量水平而高低不一的現(xiàn)象（是結(jié)晶的必要條件之三）。（5）形核率與過冷度的關(guān)系

N=N1(?GK).N2(?GA)

由于N受N1(形核）.N2（擴(kuò)散）兩個(gè)因素132精選ppt

控制，形核率與過冷度之間是呈拋物線的關(guān)系。5.非均勻形核

影響非均勻形核的因素

a過冷度：（N-△T曲線有一下降過程）。

b外來物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)：θ越小越有利。點(diǎn)

陣匹配原理：結(jié)構(gòu)相似，點(diǎn)陣常數(shù)相近。

c外來物質(zhì)表面形貌：表面下凹有利。133精選ppt6.晶核長(zhǎng)大的條件（1）動(dòng)態(tài)過冷

動(dòng)態(tài)過冷度：晶核長(zhǎng)大所需的界面過冷度（是材料凝固的必要條件）（2）足夠的溫度（3）合適的晶核表面結(jié)構(gòu)134精選ppt第二節(jié)材料凝固時(shí)晶體的生長(zhǎng)1.熔化熵的影響:表征材料晶體生長(zhǎng)特性的基本參數(shù)，常以2.溫度梯度的影響:在液固面為正溫度梯度下，晶體生長(zhǎng)按連續(xù)生長(zhǎng)機(jī)制，呈平面式相液相推進(jìn)；但在負(fù)溫度梯度下，晶體則呈樹枝狀向液體中生長(zhǎng)。135精選ppt第三節(jié)固溶體合金的凝固1.固溶體合金的平衡結(jié)晶

（1）平衡結(jié)晶：每個(gè)時(shí)刻都能達(dá)到平衡的結(jié)晶過程。

（2）與純金屬結(jié)晶的比較

①

相同點(diǎn)：基本過程：形核－長(zhǎng)大；熱力學(xué)條件：⊿T>0；能量條件：能量起伏；結(jié)構(gòu)條件：結(jié)構(gòu)起伏。

②不同點(diǎn)：合金在一個(gè)溫度范圍內(nèi)結(jié)晶（可能性：相律分析；必要性：成分均勻化。）合金結(jié)晶是選分結(jié)晶：需成分起伏。136精選ppt2.固溶體的不平衡結(jié)晶（1）原因:冷速快(假設(shè)液相成分均勻、固相成分不均勻)。（2）結(jié)晶過程特點(diǎn)：固相成分按平均成分線變化（但每一時(shí)刻符合相圖）；結(jié)晶的溫度范圍增大；組織多為樹枝狀。（3）成分偏析：

晶內(nèi)偏析：一個(gè)晶粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻現(xiàn)

象。

枝晶偏析：樹枝晶的枝干和枝間化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。

（消除：擴(kuò)散退火，在低于固相線溫度長(zhǎng)時(shí)間保溫。）137精選ppt3.成分過冷及其對(duì)晶體生長(zhǎng)形態(tài)的影響（1）成分過冷：由成分變化與實(shí)際溫度分布共同決定的過冷。（2）形成：界面溶質(zhì)濃度從高到低→液相線溫度從低到高。

138精選ppt第四節(jié)共晶合金的凝固1.共晶體的結(jié)構(gòu):

(1)兩個(gè)低熔化熵的組元的共晶:多數(shù)金屬構(gòu)成的共晶合金，共晶體中的兩相以成片狀或棒狀平行生長(zhǎng)。（2）低熔化上和高熔化熵組員組成的共晶：金屬和非金屬組成的共晶，工業(yè)上重要的有Ai-Si、Fe-C合金均屬此類。（3）兩種高熔化熵組員組成的共晶：在共晶凝固中兩相各自獨(dú)立形核與成長(zhǎng)，兩者沒有結(jié)晶學(xué)關(guān)系，共晶組織很不規(guī)則。139精選ppt2.雜質(zhì)對(duì)共晶生長(zhǎng)的影響（1）雜質(zhì)可使純共晶的平面式生長(zhǎng)變?yōu)榘麪钌L(zhǎng)。（2）雜質(zhì)的影響還可使片狀共晶結(jié)構(gòu)改變?yōu)榘魻罟簿А?40精選ppt第五節(jié)制造工藝與凝固組織1.鐵錠三區(qū)

表層細(xì)晶區(qū)：強(qiáng)過冷,非均勻形核

柱狀晶區(qū):純金屬:過冷度減小,形核困難,沿散熱方向生長(zhǎng);合金:成分過冷,一次軸發(fā)達(dá),沿散熱方向生長(zhǎng)。

中心等軸晶區(qū):均勻散熱、液相區(qū)成分過冷、熔體對(duì)流導(dǎo)致細(xì)晶漂移或枝晶破碎。2.組織控制：受澆鑄溫度、冷卻速度、化學(xué)成分、變質(zhì)處理、機(jī)械振動(dòng)與攪拌等因素影響。141精選ppt3.（1）宏觀偏析:整個(gè)鑄錠范圍內(nèi)的成分不均勻現(xiàn)象.

正偏析:k0<1的合金鑄錠中心溶質(zhì)含量較高的現(xiàn)象.

反偏析:k>1的合金鑄錠中心溶質(zhì)含量較高的現(xiàn)象.

密度偏析:由于初生相與剩余液體密度差異而導(dǎo)致鑄錠上下部分成分不均勻的現(xiàn)象.

(2)顯微偏析:晶粒內(nèi)部的成分不均勻現(xiàn)象,包括胞狀偏析和樹枝偏析。142精選ppt4.鑄錠缺陷

（1）夾雜：外來夾雜和內(nèi)生夾雜。

氣孔：析出型和反應(yīng)型。（2）縮孔和疏松形成：凝固時(shí)體積縮?。a(bǔ)縮不足－形成縮孔。

分類：集中縮孔（縮孔、縮管）和分散（疏松，枝晶骨架相遇，封閉液體，造成補(bǔ)縮困難形成。）143精選ppt第六節(jié)用凝固法材料的制備技術(shù)1.區(qū)域熔煉:獲得高純度材料的方法，首先用于半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)，基于合金在不平衡凝固時(shí)液體內(nèi)合金的成分不能均勻化原理。2.制備單晶方法:保證一個(gè)晶核形成并長(zhǎng)大，坩堝直拉法和懸浮區(qū)熔化法3.金屬玻璃制法：快速冷凝發(fā)4.定向凝固法：?jiǎn)我环较蛏岖@得柱狀晶，可獲得單一方向延伸的柱狀晶，或片狀棒狀共晶體。144精選ppt第七節(jié)材料非晶態(tài)1.非晶態(tài)材料：SiO2、B2O3、P2O5等。2.金屬材料冷凝后皆為為晶體，陶瓷中玻璃（硅酸鹽類）屬于工程上常用非晶態(tài)材料。高分子材料熱固性塑料和橡膠屬于非晶態(tài)，熱塑性塑料中有些屬于非晶態(tài)，有些為部分靜態(tài)。3.影響線形聚合物結(jié)晶的主要因素：

（1）鏈結(jié)構(gòu)的對(duì)稱型和柔順性（2）結(jié)構(gòu)的規(guī)整性（3）共聚145精選ppt第八節(jié)材料的氣—固轉(zhuǎn)變1.固體蒸發(fā)步驟：（1）原子離開扭折位置沿著臺(tái)階運(yùn)動(dòng)（2）當(dāng)原子具有更高能量時(shí)，就不依靠臺(tái)階運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到小平臺(tái)成為被吸附的原子（3）吸附原子在固體表面上擴(kuò)散（4)吸附原子離開表面進(jìn)入氣相2.蒸發(fā)分為物理蒸發(fā)和化學(xué)蒸發(fā)146精選ppt第九節(jié)氣相沉積法的材料制備技術(shù)1.晶體的外延生長(zhǎng)：液相晶體外延生長(zhǎng)、氣相晶體外延生長(zhǎng)、分子束外延生長(zhǎng)。2.用化學(xué)氣相沉積制取B纖維和SiC纖維3.用惰性氣體凝結(jié)發(fā)制取納米材料147精選ppt第七章擴(kuò)散與固態(tài)相變擴(kuò)散定律及其應(yīng)用擴(kuò)散機(jī)制影響擴(kuò)散的因素和擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力幾個(gè)有關(guān)擴(kuò)散的實(shí)際問題固態(tài)相變中的形核固態(tài)相變的晶體生長(zhǎng)擴(kuò)散型相變無擴(kuò)散型相變148精選ppt第一節(jié)擴(kuò)散定律及其應(yīng)用1.擴(kuò)散的現(xiàn)象與本質(zhì)

擴(kuò)散：熱激活的原子通過自身的熱振動(dòng)克服束縛而遷移它處的過程。

本質(zhì)：原子無序躍遷的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。（不是原子的定向移動(dòng)）。2.菲克第一定律

（1）第一定律描述：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的某一單位面積截面的擴(kuò)散物質(zhì)流量（擴(kuò)散通量J）與濃度梯度成正比。

（2）表達(dá)式：J=-D(dc/dx)。（C－溶質(zhì)原子濃度；D-擴(kuò)散系數(shù)。）

149精選ppt（3）適用條件：穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，dc/dt=0。濃度及濃度梯度不隨時(shí)間改變。

3.擴(kuò)散第二定律

適用條件：無限長(zhǎng)棒和半無限長(zhǎng)棒。

表達(dá)式：C=C1－(C1-C2)erf(x/2√Dt)(半無限長(zhǎng)棒)。

在滲碳條件下：C:x,t處的濃度；C1:表面含碳量;C2:鋼的原始含碳量。

正弦解

Cx=Cp-A0sin(πx/λ)

Cp:平均成分；A0：振幅Cmax-Cp；λ:枝晶間距的一半。

對(duì)于均勻化退火，若要求枝晶中心成分偏150精選ppt

析振幅降低到1/100,則：

[C(λ/2,t)-Cp]/(Cmax-Cp)=exp(-π2Dt/λ2)=1/100。4.擴(kuò)散第二定律

用來解擴(kuò)散問題時(shí)，最主要的是要搞清楚起始條件和邊界條件，并假定任意時(shí)刻溶質(zhì)的濃度是按怎樣的規(guī)律分布。151精選ppt第二節(jié)擴(kuò)散機(jī)制1.間隙擴(kuò)散：C、N、H、O這類尺寸很小的原子在金屬晶體內(nèi)的擴(kuò)散?？瘴粩U(kuò)散2.空位擴(kuò)散：原子躍遷到與之相鄰的空位的擴(kuò)散。

條件：原子近旁存在空位。（金屬和置換固溶體中原子的擴(kuò)散）152精選ppt3.擴(kuò)散系數(shù)：表征擴(kuò)散的一個(gè)參量。是物質(zhì)的一個(gè)物性指標(biāo)。與擴(kuò)散機(jī)構(gòu)及擴(kuò)散介質(zhì)和外部條件有關(guān)。擴(kuò)散的宏觀現(xiàn)象：由大量原子的無數(shù)次隨機(jī)行走所造成。從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)考慮，會(huì)有較多的原子從濃度高的一邊沿濃度減小的方向運(yùn)動(dòng)。153精選ppt第三節(jié)影響擴(kuò)散的因素和擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力1.影響擴(kuò)散的因素(1)溫度:溫度越高，擴(kuò)散系數(shù)越大。(2)原子鍵力和晶體結(jié)構(gòu):原子鍵力越強(qiáng)，擴(kuò)散激活能越高；致密度低的結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散系大；在對(duì)稱性低的結(jié)構(gòu)中，可出現(xiàn)明顯的擴(kuò)散各向異性。(3)固溶體類型和組元濃度的影響

間隙擴(kuò)散機(jī)制的擴(kuò)散激活能低于置換型擴(kuò)散；提高組元濃度可提高擴(kuò)散系數(shù)。154精選ppt

(4)晶體缺陷的影響:缺陷能量較高，擴(kuò)散激活能小;空位是空位擴(kuò)散機(jī)制的必要條件；位錯(cuò)是空隙管道，低溫下對(duì)擴(kuò)散起重要促進(jìn)作用；界面擴(kuò)散－（短路擴(kuò)散）：原子界面處的快速擴(kuò)散。(5)第三組元的影響:如在鋼中加入合金元素對(duì)碳在中擴(kuò)散的影響。強(qiáng)碳化物形成元素，如W,Mo,Cr,與碳親和力大，能顯著組織碳的散；弱碳化物形成元素，如Mn，對(duì)碳的擴(kuò)散影響不大；固溶元素，如Co,Ni,提高碳的擴(kuò)散系數(shù)；Si降低碳的擴(kuò)散。2.影響激活能的主要因素：

（1)擴(kuò)散機(jī)制（2）晶體結(jié)構(gòu)（3）原子結(jié)合力（4）合金成分155精選ppt3.上坡擴(kuò)散：原子由低濃度處向高濃度處遷移的擴(kuò)散。

驅(qū)動(dòng)力：

(1)化學(xué)位梯度。

(2)彈性應(yīng)力的作用－大直徑原子跑向點(diǎn)陣的受拉部分，小直徑原子跑向點(diǎn)陣的受壓部分。

(3)晶界的內(nèi)吸附：某些原子易富集在晶界上。

(4)電場(chǎng)作用：大電場(chǎng)作用可使原子按一定方向156精選ppt

4.擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力:對(duì)于多元體系，設(shè)n為組元i的原子數(shù)，則在等溫等壓條件下組元i原子的自由能可用化學(xué)位表示：μi=G/ni。擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力為化學(xué)位梯度，即F=-μi/x，負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力指向化學(xué)位降低的方向。157精選ppt第四節(jié)幾個(gè)特殊的有關(guān)擴(kuò)散的實(shí)際問題1.離子晶體的擴(kuò)散:肖特基空位和弗蘭克爾空位。2.燒結(jié)過程：將壓實(shí)的粉末加熱到高溫，在燒結(jié)初期粉末連接成頸，中期形成篩網(wǎng)狀，后期空隙分布在晶界或角隅處。驅(qū)動(dòng)力：表面能

燒結(jié)速率影響因素：粉末原料的顆粒粗細(xì)和原子的擴(kuò)散速率（取決于溫度）。3.納米晶體材料的擴(kuò)散158精選ppt第五節(jié)固態(tài)相變中的形核1.固相的相界面：共格、半共格和非共格。2.共格晶面：新相與母相在界面上原子匹配的和很好，最理想的情況是兩相的晶體結(jié)構(gòu)相同，晶格常數(shù)相等，兩者實(shí)現(xiàn)完全的共格，界面能最小。半共格晶面：界面上存在有失配位錯(cuò)來調(diào)整原子的匹配。

非共格晶面：配位數(shù)大于等于0.25159精選ppt3.均勻形核：新相晶核在遍及母相的整個(gè)體積內(nèi)無軌則均勻形成。非均勻形核：新相晶核依附于其它物質(zhì)擇優(yōu)形成。160精選ppt第六節(jié)固態(tài)相變的晶體生長(zhǎng)1.擴(kuò)散控制長(zhǎng)大：通過擴(kuò)散使新相得以長(zhǎng)大的方式。2.界面控制長(zhǎng)大：新相界面移動(dòng)速度快，母相中溶質(zhì)原子擴(kuò)散到界面上的過程慢，因而新相的長(zhǎng)