材料科学基础_田民波_PPT_08
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材料科学基础_08PPT课件
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0.85R0 R0 1.15R0 R
Dorken-Gurry graphic
4. Electron concentration factor, e/a e: the number of valence electrons a: the number of atoms e/a = average number of valence electrons per atom.
②
Structure vs. e/a
for CuZn alloy system α(CuZn) —— e/a = 3/2 = 21/14 β(Cu5Zn8)—— e/a = 21/13 γ(CuZn3) —— e/a = 7/4 = 21/12
1. What is size factor metallic radii rA+rB =d Atomic radii
ionic radii r++r - =d
covalent radii single bond radius
Van der Waals radii
CN
radii
BCC
FCC
3 CN of BCC:8( a )+6(a) 2 3 3 a = rα = 0.290nm 4 4 = 0.12557nm
EBB—— bonding energy between B-B atoms EAB—— bonding energy between A-B atoms
3. Electron concentration ( e/a ) Electron concentration ( e/a ) is the number of valence electrons per atom on the average. i.g. for CuZn : e/a = 3/2 =1.5
《材料科学基础》课件
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稳定性
材料在化学环境中保持其组成和结构的能力。
腐蚀性
材料与化学物质反应的能力,一些材料容易受到腐蚀。
活性
材料参与化学反应的能力和程度。
耐候性
材料在各种气候条件下的稳定性,如耐紫外线、耐风雨等。
材料的力学性质
弹性模量
描述材料抵抗弹性变形的能力。
硬度
材料表面抵抗被压入或划痕的能力。
韧性
材料吸收能量并抵抗断裂的能力。
材料科学的发展历程
总结词
概述材料科学的发展历程,包括重要的里程碑和代表 性人物。
详细描述
材料科学的发展历程可以追溯到古代,如中国的陶瓷和 青铜器制作,古埃及的石材加工等。然而,材料科学作 为一门独立的学科是在20世纪中期才开始形成的。在 这个时期,一些重要的里程碑包括开发出高温超导材料 、纳米材料和光电子材料等新型材料,这些材料的出现 极大地推动了科技的发展。同时,一些杰出的科学家如 诺贝尔奖得主也在这个领域做出了卓越的贡献。随着科 技的不断进步,材料科学的发展前景将更加广阔。
。
绿色材料与可持续发展
绿色材料
采用环保的生产方式,开发具有环保性能的新型材料,如可降解 塑料、绿色建材等。
节能减排
通过采用新型材料和技术,降低能源消耗和减少污染物排放,实现 节能减排的目标。
可持续发展
推动材料科学的发展,实现经济、社会和环境的协调发展,促进可 持续发展。
非晶体结构与性质
非晶体的结构特征
非晶体中的原子或分子的排列是无序的,不遵循长程有序的晶体 结构。
非晶体的物理和化学性质
非晶体的物理和化学性质与晶体不同,如玻璃态物质具有较好的化 学稳定性和机械强度。
材料科学基础完整ppt课件
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的,应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失,增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
离子% 结 )= [-1 e 合 -1 4(X A 键 X B )( 2 1% 00
另一种混合键表现为两种类型的键独立 纯在例如一些气体分子以共价键结合,而 分子凝聚则依靠范德瓦力。聚合物和许多 有机材料的长链分子内部是共价键结合, 链与链之间则是范德瓦力或氢键结合。石 墨碳的上层为共价键结合,而片层间则为 范德瓦力二次键结合。
.
5
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的,应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失,增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
八.材料科学研究的内容:材料结构的基础知识、
晶体结构、晶体缺陷、材料的相结构及相图、材
料的凝固、材料中的原子扩散、热处理、工程材
料概论等主要内容。 .
子,因此,它们都是良好的电绝缘体。但当
.
16
处在
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的,应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失,增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
高温熔融状态时,正负离子在外电场作用 下可以自由运动,即呈现离子导电性。
2.共价键
(1)通过共用电子对形成稳定结构
.
13
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的,应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失,增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
三.结论
1.原子核周围的电子按照四个量子数的规定 从低能到高能依次排列在不同的量子状态 下,同一原子中电子的四个量子数不可能 完全相同。
第一章 材料科学基础 绪论PPT课件
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❖ 功能材料是具有优良的电学、磁学、光学、 热学、声学、力学、化学和生物学功能及 其相互转化的功能,被用于非结构目的的 高技术材料。
1.4.3 材料按服役的领域来分类
根据材料服役的技术领域可分为建筑 材料、信息材料、航空航天材料、能源材 料、生物医用材料等。
❖ 火箭发动机的燃烧室与喷嘴, 需要承受2000℃的高温而不 氧化,它是用石墨表面喷涂 一层二硅化钼材料制成。石 墨已被大量用作核能工业的 “减速剂”。雷达中大型电 子管外壳,既要耐高温,又 要有优良的超高频和绝缘性 能,它是用氧化铝高频陶瓷 制成。核反应堆外部的防护 层是用一种含钡的特种水泥 筑成的。
是为高温技术服务的基础材料。尽管各国对其定义不同, 但基本含义是相同的,即耐火材料是用作高温窑炉等热 工设备的结构材料,以及用作工业高温容器和部件的材 料,并能承受相应的物理化学变化及机械作用。
大部分耐火材料是以天然矿石(如耐火粘土、硅石、菱镁 矿、白云母等)为原料制造的。
按矿物组成分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、 橄榄石质、尖晶石质、含碳质、含锆质耐火材料及特殊 耐火材料;
等系统的材 料科学知识
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
谢谢大家
荣幸这一路,与你同行
1.4.4 材料按结晶状态分类
单晶材料 多晶材料 非晶态材料 准晶材料
单晶材料是由一个比较完整的晶粒构成的 材料,如单晶纤维、单晶硅;
多晶材料是由许多晶粒组成的材料,其性 能与晶粒大小、晶界的性质有密切的关系。
材料科学基础PPT精品课件幻灯片
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❖ 材料发展动力: ▪ 社会需求(市场拉动) ▪ 技术发展(技术推动) ▪ 科学发展(对物质的了 解,是创新的源泉)
• 硅时代(1950年)
• 20新20/材12/1料9 时代(1990年材、料科特学征与工是程多学院种材材料学料教研并室存)
8
2020/12/19
材料科学与工程学院材料学教研室
9
材料的历史:300,000 BC—3,500 BC
川徐家岭楚墓出土。龙首、虎颈、虎身、虎尾、
编钟:春秋中期,1978年河南淅川出土, 龟足,张口吐舌,牙齿犀利。龙首上附六条蛇
最大钟通高120.4厘米,舞修52.3厘米,
形龙。脊背上有有一方座,座上有一神兽也为
铣间59.7厘米。该钟一组26件,形制相同, 龙首,口衔一条龙,龙 首。通身饰动物纹和
大2小02依0/1次2/递19减。
2020/12/19
材料科学与工程学院材料学教研室
3
提到“材料”,同学们会想到什么?列举一下现 代生活中用到了哪些材料?给材料下个定义。
请同学们能不能根据材料的发展来划分历史?如 果能,是怎样划分的? 材料科学与材料工程有什么区别?
请问同学们材料是怎样分类的?
如何认识材料的科学问题? (链接)
2020/12/19
•
由于材料的重要性,历史学家常常根据人类使用的材料来划分
人类社会发展的历史阶段。从古代到现在人类使用材料的历史共经
历了七个时代,其中的有些时代持续了几个世纪,各时代的开始时
间:
• 旧、新石器时代(公元前10万年) • 陶器时代 • 青铜器时代(公元前3000年) • 铁器时代(公元前1000年) • 水泥时代(公元0年) • 钢时代(1800年)
6
《材料科学基础》课件
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1 2
a
101
1 6
a
121
1 3
a
111
3-11
全位错
几何条件:
shockley不全位错
Franker不全位错
• 能量条件:
shockley不全位错
全位错
Franker不全位错
b=a/3<111>和{111}面垂直。纯刃位错。
b垂直于滑移面,不是fcc晶体的滑移方向, 不能滑移,只可攀移。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4、(3-8)比较刃位错和螺位错的异同点。
14、表征晶体中晶向和晶面的方法有 解析法 和 图示 法。(晶 体投影图 )
二、分析计算
1、(2-3)(1)晶面A在x、y、z轴上的截距分别是2a、3b和 6c,求该晶面的米勒指数;(2)晶面B在x、y、z轴上的截 距分别是a/3、b/2和c,求该晶面的米勒指数。
1 : 1 : 1 3: 2:1 236
3 0.40183
0.683
•(4) CsCl的分子量为:
(35.453 +132.905 )=168.358,
•阿佛加得罗常数是6.0238×1023;
•每个CsCl分子的质量A为:
168.358/(6.0238×10 ) 23
ZM / N A a3
1168.358 /(6.02 1023) (0.4018 107 )3
配位数是8.
[CsCl 8] 或 [ClCs8]配位六面体。
(4)
对CsCl晶体,晶体结构为简 单立方,晶胞中含有一个 正离子一个负离子,沿体 对角线正负离子相切:
3a 2r 2r
a=0.4018nm
3a 2 (0.167 0.181) 0.696
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11
• 这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的, 因主链带极性,易水解,醇解或酸解
• 优点:耐热性好,强度高 • 缺点:易水解
• 这类聚合物主要用作工程塑料
12
元素高分子
➢主链中不含碳原子,而是由Si 、B 、As等元素和O元 素组成,但在侧链上含有有机取代基团。这类高分 子兼具无机和有机高分子特性,如有机硅高分子。
• 支化高分子的形式:星形(Star)、 梳形 (Comb)、无规(Random)
23
网状(交联)大分子
• 缩聚反应中有三个或三个以上官能 度的单体存在时,高分子链之间通 过支链联结成一个三维空间网形大 分子时即成交联结构
• 交联与支化有本质区别 支化(可溶,可熔,有软化点) 交联(不溶,不熔,可膨胀)
2
•
3-1 材料组成和结构的基本内容
Principal Contents of Materials Composition and Structures
• 材料的组成: 构成材料的基本单元的成分及数目
• 材料的结构: 材料的组成单元(即原子或分子)之间相互吸引 和相互排斥作用达到平衡时在空间的几何排列。
(2)
结构单元 的键接方式 ( 几何构型 Geometric
Configuration) (链节)
16
加聚
缩聚
• 由以上知:
• 由于高分子是链状结构,所以把简单重复(结构)单元称为“链节”(chains) • 简单重复(结构)单元的个数称为聚合度DP(Degree of Polymerization1
28
无 规 共 聚 ( random)
• 两种高分子无规则地平行联结
ABAABABBAAABABBAAA
• 这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的, 因主链带极性,易水解,醇解或酸解
• 优点:耐热性好,强度高 • 缺点:易水解
• 这类聚合物主要用作工程塑料
12
元素高分子
➢主链中不含碳原子,而是由Si 、B 、As等元素和O元 素组成,但在侧链上含有有机取代基团。这类高分 子兼具无机和有机高分子特性,如有机硅高分子。
• 支化高分子的形式:星形(Star)、 梳形 (Comb)、无规(Random)
23
网状(交联)大分子
• 缩聚反应中有三个或三个以上官能 度的单体存在时,高分子链之间通 过支链联结成一个三维空间网形大 分子时即成交联结构
• 交联与支化有本质区别 支化(可溶,可熔,有软化点) 交联(不溶,不熔,可膨胀)
2
•
3-1 材料组成和结构的基本内容
Principal Contents of Materials Composition and Structures
• 材料的组成: 构成材料的基本单元的成分及数目
• 材料的结构: 材料的组成单元(即原子或分子)之间相互吸引 和相互排斥作用达到平衡时在空间的几何排列。
(2)
结构单元 的键接方式 ( 几何构型 Geometric
Configuration) (链节)
16
加聚
缩聚
• 由以上知:
• 由于高分子是链状结构,所以把简单重复(结构)单元称为“链节”(chains) • 简单重复(结构)单元的个数称为聚合度DP(Degree of Polymerization1
28
无 规 共 聚 ( random)
• 两种高分子无规则地平行联结
ABAABABBAAABABBAAA
材料科学基础 第8章PPT课件
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20
第20页/共34页
8.2.4.2 固相中的非均匀形核 固态相变时,各种晶体缺陷,如晶界、位错、
相界、空位、层错等都可以作为择优形核的位置, 这些晶体缺陷本身具有较高的能量,在这些位置 形核,可以降低形核功,因此非均匀形核比均匀 形核要容易得多,固态相变时的形核通常是非均 匀形核。
21
第21页/共34页
界面能和体积应变能是固态相变过程的阻力,但在不同条 件下,所起的主导作用不同。 当新旧两相形成共格界面或半共格界面时,相变阻力主要 是体积应变能。 当新旧两相形成非共格界面时,相变阻力主要是界面能。
15
第15页/共34页
8.2.4 相的非均匀形核 8.2.4.1 液相中的非均匀形核
液态金属过冷后,主要的形核障碍是晶核的液-固相 界面使系统自由能升高。
12
第12页/共34页
形核功因子
原子扩散几率因子
13
第13页/共34页
8.2.3.2 固相中的均匀形核
体积自由能差
界面能
体积应变能
14
第14页/共34页
界面能的大小取决于界面的结构和界面成分的变化。固态 相变中形成的界面结构有三种形式,即共格界面、半共格界 面和非共格界面。
固态相变中,体积应变能来自新旧两相的比容差和界面结 构两个因素。应变能由两项组成,一项是由新相和旧相比容 不同所产生的弹性应变能;另一项是由界面上两相晶格不匹 配而产生的弹性应变能。
数学表达式:X = 1 - exp[ - (kt)n ] (式8-12)
31
第31页/共34页
构造等温转变图 32 第32页/共34页
End
33
第33页/共34页
感谢您的观看!
34
第34页量起伏
第20页/共34页
8.2.4.2 固相中的非均匀形核 固态相变时,各种晶体缺陷,如晶界、位错、
相界、空位、层错等都可以作为择优形核的位置, 这些晶体缺陷本身具有较高的能量,在这些位置 形核,可以降低形核功,因此非均匀形核比均匀 形核要容易得多,固态相变时的形核通常是非均 匀形核。
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界面能和体积应变能是固态相变过程的阻力,但在不同条 件下,所起的主导作用不同。 当新旧两相形成共格界面或半共格界面时,相变阻力主要 是体积应变能。 当新旧两相形成非共格界面时,相变阻力主要是界面能。
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8.2.4 相的非均匀形核 8.2.4.1 液相中的非均匀形核
液态金属过冷后,主要的形核障碍是晶核的液-固相 界面使系统自由能升高。
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形核功因子
原子扩散几率因子
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8.2.3.2 固相中的均匀形核
体积自由能差
界面能
体积应变能
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界面能的大小取决于界面的结构和界面成分的变化。固态 相变中形成的界面结构有三种形式,即共格界面、半共格界 面和非共格界面。
固态相变中,体积应变能来自新旧两相的比容差和界面结 构两个因素。应变能由两项组成,一项是由新相和旧相比容 不同所产生的弹性应变能;另一项是由界面上两相晶格不匹 配而产生的弹性应变能。
数学表达式:X = 1 - exp[ - (kt)n ] (式8-12)
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构造等温转变图 32 第32页/共34页
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材料科学基础课件-绪论
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2021/3/18
10
三、材料的分类
◎ 按物质种类区分 金属材料
无机非金属材料
高分子材料
2021/3/18
钢铁材料 铜基材料 铝基材料
镍基材料 钛基材料 镁基材料
氧化物材料 氮化物材料 碳化物材料 砷化物材料 硅化物材料 硼化物材料
硅酸盐材料
聚甲醛塑料 环氧树脂 聚酰胺塑料 氨基树脂
聚砜塑料 有机硅树脂
11
◎ 按性质特征区分
结构材料
力学性能
硬度
强度 塑性
韧性 耐疲劳
高强度、超塑性、 强韧性、高断裂韧 性材料,高温合金, 低温合金,超硬材
料,耐磨材料
功能材料
物理化 学性能
磁性 芯片,永磁,软磁,
电性 导电,超导,光导
光学性 纤维,热电偶,膨
热学 胀材料,热磁材料,
热电性
磁记录,
2021/3/18
12
◎ 按用途区分(以钢铁材料为例)
建筑用钢 工字钢 角钢 槽钢
工程结构钢
大型构件用钢 桥梁 球罐 车体 钢轨用钢 重轨 轻轨 道岔
造船钢
船舰艇
管线钢 机器制造钢
输油 输气
汽车部件用钢 机床部件用钢
其他机器用钢
工具钢
切削工具 模具 量具
不锈耐热钢
耐酸 耐碱 耐热 生活装饰
磁钢
硅钢 纯铁
2021/3/18
13
结构材料
硬度
强度 塑性
韧性 耐疲劳
大型交通工具壳体
2021/3/18
14
结构材料
硬度
强度 塑性
韧性 耐疲劳
大型结构骨架
2021/3/18
15
材料科学基础PPT精品课件
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绪 论
材料科学基础
Foundations of Materials Science
绪 论
绪
教学目的与要求
论
1.掌握材料科学研究的内容及其要素之间的逻辑关系. 2.了解材料发展的现状与发展趋势. 3.了解本课程的主要内容和学习方法.
2015/11/23
材料科学与工程学院材料学教研室
2
绪 论
绪论部分主要介绍以下几个方面的内容:
绪 论
2015/11/23
材料科学与工程学院材料学教研室
9
绪 论 材料的历史:300,000 BC—3,500 BC
• 燧石:神奇的石头,这种容易制成工具 的石头,开始了制陶业的发展 (300000BC)。 • 天然金与铜被用作工具与武器,开始了 人类金属的使用(5500 BC) • 熔炼和锤击改变了铜的性能-材料开始发 展 (5000 BC)
绪 论
云纹铜禁:春秋中期,1978年河南淅川下寺出土。 高28.8厘米,器身长103厘米,宽46厘米,禁为 承置酒器的案,其器身以粗细不同的铜梗支撑多 层镂空云纹,十二只龙形异兽攀缘于禁的四周, 另十二只蹲于禁下为足。这是我国迄今发现用失 蜡法铸造的时代最早的铜器,其工艺精湛复杂, 莲鹤方壶:春秋,1923年河南 令人叹为观止。 新郑李家园出土。高117厘米, 2015/11/23 15 材料科学与工程学院材料学教研室 口长30.5厘米,口宽24.9厘米。
一. 什么是材料和材料科学基础?
二. 材料科学的地位和作用。
三. 材料的分类。
四. 为什么要学习《材料科学基础》?
五.《材料科学基础》课程的主要内容。
六.《材料科学基础》课程的特点、学习方法和安排。
2015/11/23 材料科学与工程学院材料学教研室 3
材料科学基础
Foundations of Materials Science
绪 论
绪
教学目的与要求
论
1.掌握材料科学研究的内容及其要素之间的逻辑关系. 2.了解材料发展的现状与发展趋势. 3.了解本课程的主要内容和学习方法.
2015/11/23
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2
绪 论
绪论部分主要介绍以下几个方面的内容:
绪 论
2015/11/23
材料科学与工程学院材料学教研室
9
绪 论 材料的历史:300,000 BC—3,500 BC
• 燧石:神奇的石头,这种容易制成工具 的石头,开始了制陶业的发展 (300000BC)。 • 天然金与铜被用作工具与武器,开始了 人类金属的使用(5500 BC) • 熔炼和锤击改变了铜的性能-材料开始发 展 (5000 BC)
绪 论
云纹铜禁:春秋中期,1978年河南淅川下寺出土。 高28.8厘米,器身长103厘米,宽46厘米,禁为 承置酒器的案,其器身以粗细不同的铜梗支撑多 层镂空云纹,十二只龙形异兽攀缘于禁的四周, 另十二只蹲于禁下为足。这是我国迄今发现用失 蜡法铸造的时代最早的铜器,其工艺精湛复杂, 莲鹤方壶:春秋,1923年河南 令人叹为观止。 新郑李家园出土。高117厘米, 2015/11/23 15 材料科学与工程学院材料学教研室 口长30.5厘米,口宽24.9厘米。
一. 什么是材料和材料科学基础?
二. 材料科学的地位和作用。
三. 材料的分类。
四. 为什么要学习《材料科学基础》?
五.《材料科学基础》课程的主要内容。
六.《材料科学基础》课程的特点、学习方法和安排。
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材料科学基础课件第二章 材料结构第一节
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Intercepts Intercepts (in terms of lattice parameters) Reciprocals Reductions (unnecessary) Enclosure
x yz
∞a -b c/2 ∞ -1 1/2 0 -1 2
(0 1 2 )
晶体学基础
(hkl)—表示一组相互平行的平面
Lni
(2)在晶体中若有一个对称面P垂直于偶次轴
Ln(n=2,4,6),则在其交点必存在对称中心C
(3)在晶体中若有一个对称面P包含Ln,则必有n 个对称面包含Ln,即P+Ln→LnnP (一垂时4个直,)对 必L在ni称 有晶和面n体/n2包个个中含PL,包2L垂若ni含)直有,Lni一当L,ni个n和即为2n次L奇/ni2轴个数nL垂P时2包n直则P含于,必当LL有ninin.n为(个或偶L有2数
晶体:晶体是质点(原子、分子或离子)以周期性 重复方式在三维空间作有规则的排列的固 体。
A3B2(SiO4)3
第一节 晶体学基础
晶体学:晶体生成学、几何晶体学、晶体结构 学、晶体化学,以及晶体物理学等
二、空间点阵和晶胞 1、晶胞:晶体构造的最小体积单位。如NaCl (1)反映质点排列的周期性和对称性 (2)反映最小体积单位 (3)反映出质点
{hkl}—表示原子排列和分布规律完全相同及晶 面间距相同的一组等同晶面,而晶面的空间位 向不同,晶面族。
晶体学基础
(231), (132)
晶体学基础
宏观晶体中的单形:由对称要素联系起来的一组 晶面,也用{hkl}表示。同一单形的各个晶面 指数绝对值不变,而只有顺序与正负号的区别。
晶体学基础
α=β=90°,γ=120°, a b d
x yz
∞a -b c/2 ∞ -1 1/2 0 -1 2
(0 1 2 )
晶体学基础
(hkl)—表示一组相互平行的平面
Lni
(2)在晶体中若有一个对称面P垂直于偶次轴
Ln(n=2,4,6),则在其交点必存在对称中心C
(3)在晶体中若有一个对称面P包含Ln,则必有n 个对称面包含Ln,即P+Ln→LnnP (一垂时4个直,)对 必L在ni称 有晶和面n体/n2包个个中含PL,包2L垂若ni含)直有,Lni一当L,ni个n和即为2n次L奇/ni2轴个数nL垂P时2包n直则P含于,必当LL有ninin.n为(个或偶L有2数
晶体:晶体是质点(原子、分子或离子)以周期性 重复方式在三维空间作有规则的排列的固 体。
A3B2(SiO4)3
第一节 晶体学基础
晶体学:晶体生成学、几何晶体学、晶体结构 学、晶体化学,以及晶体物理学等
二、空间点阵和晶胞 1、晶胞:晶体构造的最小体积单位。如NaCl (1)反映质点排列的周期性和对称性 (2)反映最小体积单位 (3)反映出质点
{hkl}—表示原子排列和分布规律完全相同及晶 面间距相同的一组等同晶面,而晶面的空间位 向不同,晶面族。
晶体学基础
(231), (132)
晶体学基础
宏观晶体中的单形:由对称要素联系起来的一组 晶面,也用{hkl}表示。同一单形的各个晶面 指数绝对值不变,而只有顺序与正负号的区别。
晶体学基础
α=β=90°,γ=120°, a b d
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d A dB dA
100%
2. What is Electrochemical factor —— Electronegativity X X represents the ability of an atom of an element in the compond to attract electrons to itself.
0.85R0 R0 1.15R0 R
Dorken-Gurry graphic
4. Electron concentration factor, e/a e: the number of valence electrons a: the number of atoms e/a = average number of valence electrons per atom.
Ⅲ. Classification of Alloy Phases
1. According to structure
Solid Solution Compound In Solid Solution, atoms of different component share a common lattice in variable proportion.
Ⅲ. Hume-Rothery Rule for primary solid solubility
Hale Waihona Puke 1. Size factor: Size factor=
d 0- d t
d0
×100%
If size factor > 15% solubility is very small.
Example
NiO can be added to MgO to produce a solid solution. What other ceramic systems are likely to exhibit 100% solid solubility with MgO?
②
Structure vs. e/a
for CuZn alloy system α(CuZn) —— e/a = 3/2 = 21/14 β(Cu5Zn8)—— e/a = 21/13 γ(CuZn3) —— e/a = 7/4 = 21/12
1. What is size factor metallic radii rA+rB =d Atomic radii
ionic radii r++r - =d
covalent radii single bond radius
Van der Waals radii
CN
radii
BCC
FCC
3 CN of BCC:8( a )+6(a) 2 3 3 a = rα = 0.290nm 4 4 = 0.12557nm
Pauli’s empirical rule:
n: valence
n 1 X 0.31 0.5 r(1)
r(1): simple bond radius
X A X B
2
EAA EBB ( ) EAB 2
EAA—— bonding energy between A-A atoms
§3.3 Solid Solution
Ⅰ. Classification
1. According the position of solute atoms in the lattice of the solvent Substitutional S.S. Interstitial S.S.
2. According the regularity of the position occupied by solute atoms Ordered S.S. Disordered S.S.
Lesson eight
Chapter Ⅲ
The Structures of Alloys
§3.1 Basic concepts of alloys
Ⅰ.Definition
An alloy is the combination of metal(s) with
other elements through chemical bonding.
nM exp V
∴
n
Vρexp M
M is the average atomic weigh
weighted by composition
Compare n with no (atoms per unit cell of solvent) n=no : ideal substitutional S.S. n>no : interstitial S.S. n<no : vacant S.S.
Ex. Write out in full the coordinates of all cations and anions in nucleus, Wurtzite and CaF2 referred to a b c axes of the anions sublattice.
Ⅱ. Determination of types of S.S
X ai
Wmi M i
(Xm
j 1
n
X mi
X ai M i
j
M j)
( X aj M j )
j 1
n
3. Phase
A phase is a homogeneous part of the material in which no abrupt change in composition, structure and properties occurs. An alloy may be single phase or multi-phase material. 4. Structure Structure is a general term for the combination of atom arrangement including the types amounts and distribution of all types of material as well as grain size, defect etc.
2. According to position of the alloy in phase diagram
Terminal S.S. α α+β A B β
Intermediate S.S. or secondary S.S.
§3.2 Factors Affecting the Structure of Alloy Phase
3. Electrochemical factor If the difference in X is great, the solubility is also very restricted. Formation of stable compound will restrict the solid solubility.
EBB—— bonding energy between B-B atoms EAB—— bonding energy between A-B atoms
3. Electron concentration ( e/a ) Electron concentration ( e/a ) is the number of valence electrons per atom on the average. i.g. for CuZn : e/a = 3/2 =1.5
substitutional S.S interstitial S.S ordered S.S disordered S.S primary (terminal) secondary (intermediate) continuous S.S S.S with restricted solubility
2 a) CN of FCC:12( 2 2 2 0.364nm a = rβ= 4 4 = 0.128674nm
Goldschmidt atomic radii is the radii of atom in structures with CN=12
Size factor is defined as
d
1.15d0
d0 0.85d0
Z1
Z2
Z
2. Crystal structure The materials must have the same crystal structure; otherwise there is some point at which a transition occurs from one phase to a second phase with a different structure.
0.72
0.74 1.12 0.74
9
12 70 12
NaCl
NaCl NaCl NaCl
FeO-MgO system will probably display unlimited solid solubility. CoO and ZnO systems also have appropriate radius ratios and crystal structures.
Al : 4 Fe : 12
1+3+12×1/4+4+1=12 ∴ Fe12Al4=Fe3Al
3. According to solid solubility
0~100% continuous series of S.S S.S with restricted solubility
summary