材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)ppt課件(完整版)

　　

【正文】 并或分解 幾何條件： 反應(yīng)前后諸位錯(cuò)的柏氏矢量之和相等， b → b 1 + b2 能量條件： 反應(yīng)后位錯(cuò)的總能量小于反應(yīng)前位錯(cuò)的能量 ∣ b∣ 2 ∣b 1∣ 2 +∣b 2∣ 2 位錯(cuò)的應(yīng)變能 位錯(cuò)的能量： 位錯(cuò)周?chē)c(diǎn)陣畸變引起的彈性應(yīng)力場(chǎng)，導(dǎo)致晶體能量的增加 ? 位錯(cuò)中心畸變能 Ec (大約為總應(yīng)變能的 1/101/15) ? 位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)引起的彈性應(yīng)變能 Ee (主要部分 ) 單位長(zhǎng)度 刃型位錯(cuò) 的應(yīng)變能 : 02ln)1(4 rRGbE ee ??? ??單位長(zhǎng)度 螺型位錯(cuò) 的應(yīng)變能 : 02 ln4 rRGbE se ?? ?簡(jiǎn)化的單位長(zhǎng)度位錯(cuò)的 總應(yīng)變能 ： E = αGb2 α約為 1 單位長(zhǎng)度 混合位錯(cuò) 的應(yīng)變能 : 02 ln4 rRKGbE me ?? ?G — 切變模量 K — 角度因素 ? — 幾何系數(shù) b — 柏氏矢量 ? — 泊松比 作用在位錯(cuò)的力 ? 在 外切應(yīng)力 ? 的作用下，位錯(cuò)的移動(dòng)可以理解為有一個(gè)垂直于位錯(cuò)線的力 Fd 作用于位錯(cuò)線上。e x p39。 面缺陷（ Interfacial defects）： 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(chēng)為 二維缺陷 。 第三章 晶體缺陷 概念 肖脫基空位、弗侖克爾空位、刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、柏氏矢量、位錯(cuò)密度、位錯(cuò)的滑移及攀移、弗蘭克 瑞德源、湯普森四面體、位錯(cuò)反應(yīng)、擴(kuò)展位錯(cuò)、表面能、界面能、重整位置點(diǎn)陣、失配度、對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界、非共格晶界。間隙相具有 極高的熔點(diǎn)和硬度 ，同時(shí)其脆性也很大，是高合金鋼和硬質(zhì)合金中的重要 強(qiáng)化相 。 它的結(jié)構(gòu)與相應(yīng)分子式的 離子化合物晶體結(jié)構(gòu)相同 ，如分子式具有 AB型的正常價(jià)化合物其晶體結(jié)構(gòu)為 NaCl型。 化學(xué)親和力（電負(fù)性因素）： 組元間 電負(fù)性相近 ，可能具有大的溶解度； 電負(fù)性差大 ，則化學(xué)親和力大，易形成化合物，而不利于形成固溶體，固溶體的溶解度愈小。 相（ Phase）： 是合金中具有 同一聚集狀態(tài) 、 相同晶體結(jié)構(gòu) 、 成分和性能均一 ，并以 界面（相界） 相互分開(kāi)的組成部分。 密排面 數(shù)量 密排 方向 數(shù)量 體心立方 {110} 6 111 4 面心立方 {111} 4 110 6 密排六方 六方底面 1 底面對(duì) 角線 3 密排面 密排方向 32種點(diǎn)群、 230種空間群 點(diǎn)群： 是指一個(gè)晶體中所 有點(diǎn)對(duì)稱(chēng)元素的集合 。 通常 r0 ? (3197。) 鍵合力與能量 （ Bonding Forces and Energy） REE E ????? ??????ArRrArNN drFdrFdrF材 料 中 的 鍵 范德瓦爾鍵（二次鍵） 共價(jià)鍵 金屬鍵 半導(dǎo)體 聚合物 離子鍵 陶瓷和玻璃 金屬 結(jié) 合 鍵 的 特 性 離子鍵 共價(jià)鍵 金屬鍵 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 無(wú)方向性或方向性不明顯，配位數(shù)大 方向性明顯，配位數(shù)小，密度小 無(wú)方向性，無(wú)飽和性，配位數(shù)極大，密度大 力學(xué)特點(diǎn) 強(qiáng)度高，膨脹系數(shù)小，劈裂性良好，硬度大 強(qiáng)度高，硬度大 有各種強(qiáng)度，有塑性 熱學(xué)特點(diǎn) 熔點(diǎn)高，膨脹系數(shù)小，熔體中有離子存在 熔點(diǎn)高，膨脹系數(shù)小，熔體中有的含有分子 有各種熔點(diǎn)高，導(dǎo)熱性好，液態(tài)的溫度范圍寬 電學(xué)特點(diǎn) 絕緣體，熔體為導(dǎo)體 絕緣體，熔體為非導(dǎo)體 導(dǎo)電體 根據(jù)原子間鍵和的不同，將材料分為金屬、陶瓷和高分子 金屬材料：金屬鍵 陶瓷材料：共價(jià)鍵 / 離子鍵 高分子材料：共價(jià)鍵 / 分子鍵 / 氫鍵 第二章固體結(jié)構(gòu) 概念： 空間點(diǎn)陣、晶體結(jié)構(gòu)、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、電子濃度、電子化合物、間隙相、間隙化合物、超結(jié)構(gòu)。點(diǎn)群在宏觀上表現(xiàn)為晶體外形的對(duì)稱(chēng)。 合金中的相結(jié)構(gòu)： 可分為 固溶體 和 中間相 兩大類(lèi)。 原子價(jià)因素： 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 e/a 接近 。 正常價(jià)化合物常見(jiàn)于 陶瓷材料 ，多為離子化合物。 通過(guò)化學(xué)熱處理或氣相沉積等方法，在鋼的表面形成 致密的間隙相薄層 ，可顯著提高鋼的 耐磨性或耐腐蝕性 。 計(jì)算 點(diǎn)缺陷濃度，位錯(cuò)密度。 包括晶界、相界、孿晶界、堆垛層錯(cuò)等。39。 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 ? 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)際所受力，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)具有唯一的柏氏矢量，只要作用在晶體上的切應(yīng)力是均勻的，則各段 位錯(cuò)所受的力大小相同 ? ? Fd Fd ? ? 位錯(cuò)的線張力 ? 線張力 T可以理解為使位錯(cuò)增加單位長(zhǎng)度所需的能量， 故： T = kGb2， k 約為 ? 若位錯(cuò)長(zhǎng)度為 ds，單位長(zhǎng)度位錯(cuò)線所受的力為 ?b， 則： ?b?ds = 2Tsin(dθ/2)， 由于 ds = rdθ，當(dāng) dθ 很小時(shí)， sin（ dθ/2） ≈（ dθ/2） 因此： ?b = T/r ≈ Gb2/2r ? 兩端固定的位錯(cuò)在切應(yīng)力 ? 作用下 與位錯(cuò)線彎曲度 r 的關(guān)系 ? = Gb/2r 位錯(cuò)間的交互作用力 1）兩平行 螺位錯(cuò) 的交互作用 rbGbbf?? 22121 ??2）兩平行 刃位錯(cuò) 的交互作用 沿 x方向 的切應(yīng)力分量（滑移） ： 沿 y方向 的正應(yīng)力分量（攀移） ： 22222212 )()()1(2 yxyxxbGbbfyxx ?????? ???22222212 )()3()1(2 yx yxybGbbfxxy ??????? ??? 在同一滑移面上的位錯(cuò)， 同性相斥、異性相吸（見(jiàn)右圖） 在不同滑移面上的位錯(cuò)， 小角度晶界 的形成。 晶帶： 所有平行或相交于同一直線的晶面構(gòu)成 晶帶 ，此直線稱(chēng)為 晶帶軸 ，屬于此晶帶的晶面稱(chēng)為 晶帶面 。隨著結(jié)晶 過(guò)程的進(jìn)行，固相逐漸增多，液相逐漸減少，直至全部轉(zhuǎn)變?yōu)?固相 結(jié)構(gòu)起伏、能量起伏 驅(qū)動(dòng)力 Driving force： 固、液兩相的自由能之差 ΔG = GS GL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由能之差為： “ ” — 表示由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)自由能降低； Lm — 熔化潛熱 。 光滑界面（小平面界面）： 指固相表面為基本完整的 原子密排面 ，固液兩相截然分開(kāi)，從 微觀上 看界面是 光滑的 ，但是從宏觀來(lái)看，界面呈鋸齒狀的折線。 固溶體中溶質(zhì)原子的 擴(kuò)散系數(shù) D是隨濃度變化 ，為了使求解擴(kuò)散方程簡(jiǎn)單些，往往近似地把 D看作恒量處理。 答案：（ a,b） 形成臨界晶核時(shí)需要的形核功由什么提供？ a由外界加熱提供； b由能量起伏提供； c由體積自由能提供。 (單選 ) 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(shù)枝狀向液相一方推進(jìn)。 a 是 b 否 答案：（ a） 1對(duì)于濃度不均勻的固溶體中的擴(kuò)散，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散屬于互擴(kuò)散，溶劑（基體）原子的擴(kuò)散則屬于自擴(kuò)散。 1已知 Mg(鎂 )在 Al(鋁 )中的擴(kuò)散常數(shù) D0 = 104 m2/s，擴(kuò)散激活能 Q =131000 J/mol, 500℃ 時(shí)擴(kuò)散系數(shù) D = 1013 m2/s，問(wèn) 400℃ 時(shí) Mg在 Al中的擴(kuò)散系數(shù) D是多少？ a 1015 m2/s b 1013 m2/s c 1011 m2/s 答案：（ a） 1怎樣理解擴(kuò)散原子對(duì)基體造成的晶格畸變?cè)酱螅瑪U(kuò)散則越容易。隨應(yīng)力的增加，發(fā)生滑移的晶面增加，塑性變形量加大。 第五章作業(yè)答案及提示： 一長(zhǎng)度為 10mm的鋁合金試樣承受 6000 N的拉伸載荷，且其屈服極限＝ 145MPa，泊松比 υ＝ ，試計(jì)算試樣承載后的直徑。 答案：園棒的變形量大于長(zhǎng)方截面的試樣，所以冷加工后硬度高些。 相律： F = C – P + 1 （壓力確定） F ——系統(tǒng)的自由度數(shù)，即不影響系統(tǒng)狀態(tài)的條件下，能夠獨(dú)立變化的因素?cái)?shù) C ——組成物的組元數(shù) P ——系統(tǒng)中能夠同時(shí)存在的相數(shù) 杠桿定律： )(12aoobxxxx L ???兩相的重量比為： 組織組成物與相 組織組成物 是指組成合金顯微組織的獨(dú)立部分， 差別主要在形態(tài)上。 （ C） A、 52%； B、 60%； C、 48%。 （ C） A、 %C； B、 %C； C、 %。 物。 試說(shuō)明回復(fù)與再結(jié)晶的主要區(qū)別。 設(shè)采用細(xì)化晶粒的方法來(lái)強(qiáng)化低碳鋼。 位錯(cuò)在晶界處的 位錯(cuò)塞積效應(yīng)抑制了位錯(cuò)源的開(kāi)動(dòng)。 答案：（ b） 1 在相同的溫度下，碳在 αFe中的擴(kuò)散比在 γFe中的擴(kuò)散更容易，速度更快。 1在穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程中，擴(kuò)散組元的濃度 C只隨距離 x變化，而不隨時(shí)間 t變化。 (單選 ) a 是 b 否 c 不能確定 答案：（ a）一個(gè)晶核長(zhǎng)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)晶粒就越小；晶體生長(zhǎng)越慢，一個(gè)晶粒能夠長(zhǎng)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。 a 是 b 否 答案： (a) 因?yàn)榕R界晶核形成時(shí)能量增大到最高，此時(shí)無(wú)論晶核繼續(xù)長(zhǎng)大，還是減小，都可以使能量降低，所以都是自發(fā)過(guò)程。mol1) bcc (堿金屬 ) Rb K Na Li 312 337 371 454 bcc (其它金屬 ) βTi Cr Ta W 1933 2130 3269 3683 fcc Al Ni γFe Pt 933 1726 1805 2046 hcp Zn∥ c Zn⊥ c Mg∥ c Mg⊥ c 692 922 柯肯達(dá)爾效應(yīng) — 置換型固溶體中的擴(kuò)散 柯肯達(dá)爾 Kirkendall 效應(yīng)： 對(duì)于 置換固溶體 ，即溶劑與溶質(zhì)原子半徑相差不大時(shí)，原子擴(kuò)散時(shí)必須與相