Pb(Fe W )O -BiFeO 多铁性单相固溶体的制备与磁性能

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晶体结构缺陷(二)固溶体

知识点052 固溶体的定义与分类定义分类置换式固溶体：间隙式固溶体：分类无限固溶体：有限固溶体：实例置换式实例：金属和金属形成的固溶体都是置换式的。

如，Cu-Zn系中的α和η固溶体都是置换式固溶体。

在金属氧化物中，主要发生在金属离子位置上的置换，如：MgO-CaO，MgO-CoO，PbZrO3-PbTiO3，Al2O3-Cr2O3等。

间隙式实例：金属和非金属元素H、B、C、N等形成的固溶体都是间隙式的。

如，在Fe-C系的α固溶体中，碳原子就位于铁原子的BCC（体心立方）点阵的八面体间隙中。

实例无限互溶实例： Cu-Ni 系、Cr-Mo 系、Mo-W 系、Ti-Zr 系， MgO-CoO 系统，分子式可写为Mg x Ni 1-x O ，x =0~1 。

PbTiO 3与PbZrO 3，分子式可写成：Pb （Zr x Ti 1-x ）O 3，x =0~1 有限互溶实例： Cu-Zn 系统、Cu-Sn 系统、Fe-C 系统、Pd-H 系统（储氢材料）、NaCl-KCl 系统、MgO-CaO 系统，ZrO 2-CaO 系统、MgO-Al 2O 3系统等。

为什么？形成置换型固溶体的条件（经验规则）相似相溶r = r1–r2r1小于介于注意：只是必要条件而不是充分条件实例形成间隙型固溶体的条件（经验规则）实例随堂练习：答：= r = r 1–r 2 r 1随堂练习：答：经验规则！知识点053.固溶体的性质有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）随堂练习：随堂练习：知识点054 固溶体类型的实验判别VW d 晶胞体积的晶胞质量（含有杂质的）固溶体理论密度理=0N i i i Wi i 阿佛加德罗常数的原子量实际所占分数的晶胞分子数质点质量⨯⨯=∑==ni Wi W 1CaOZrO 2 Ca Zr + O O + V O .. ,,2CaOZrO 2 Ca Zr + 2O O + Ca i.. ,,CaZr0.85O1.850.15有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）CaO ZrO2Ca Zr + O O+ V O..,,Ca0.15Zr0.85O1.85x32423/565.5101.1351018.75cm g V W d =⨯⨯==--理置∑⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯==-++2224210022.6285.18185.04115.04O Zr Ca M M M Wi W 晶胞质量Ca 0.15Zr 0.85O 1.85Ca 0.15Zr 0.85O 1.85y2CaOZrO 2 Ca Zr+ 2O O + Ca i.. ,,Ca0.15Zr0.85O1.85Ca0.3/1.85Zr1.7/1.85O2∑⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯==-++2224210022.6228185.1/7.14185.1/3.04O Zr Ca M M M Wi W 晶胞质量32423/014.6101.1351025.81cm g V W d =⨯⨯==--理间Ca 0.3/1.85Zr 1.7/1.85O 232423/565.5101.1351018.75cm g V W d =⨯⨯==--理置32423/014.6101.1351025.81cm g V W d =⨯⨯==--理间随堂练习：答：1810218 82AlMg0.92O1.160.16Al0.16Mg0.92O1.16 xAl2x Mgl-2xO1+xAl2O3 2MgO2Al Mg.+ 2O O+ O i,,0.16 0.92 1.16=0.148 0.852 1.074密度增加xAl2x Mg1-3x OAl0.16Mg0.92O1.16Al2O3 3MgO2Al Mg.+ 3O O+ V Mg,,Al2x Mg1-3x O Al0.16/1.16Mg0.92/1.16O1.16/1.16有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）0.138 0.793 1密度减小。

金属材料及热处理(最新版)

7、索氏体：在等温转变C形线鼻尖所得到的较细片状铁素体+较细片状渗碳体叫之索氏体。等温转变温度 600－670oC（珠光体的一种）HB250－320，HRC24－32。
8、屈氏体：同上是珠光体的一种，更细片状铁素体+更细片状渗碳体叫之为屈氏体，形成温度 600－550oC。HB330－400（HRC32－38）。
6
生产中防止回火脆性的方法主要有： z 回火后进行快速冷却（油或水冷）为消除重新产生的热应力，则在回火后可再进行
Ms， γ Fe转变为α Fe，碳原子全部被保留在α Fe中，形成一种过饱和的固溶体组织，这就
是马氏体。这种转变也称非扩散形转变。马氏体金相显微组织呈针状，黑色针状物为马氏体，白色基体称为残余奥氏体。性能十分脆硬。HB可达 600－700（HRC60－65）。淬火即可获得这种组织。硬度取决于C含量，低C钢淬不硬，含C量高于 0.8％，硬度几乎不再增加了。马氏体的转变随C含量增高而降低含碳量 0.5％时Mz约 0oC，Ms290oC随着含C增Ms下降，C量小于 0.8％时Mz也随C ↑ 而下降，0.9 以上时Mz在-100oC附近下降不大。奥氏体向马氏体的转变有一个很大的特点：奥氏体不能百分之百转化为马氏体总有较少的奥氏保留下来，称保留下来的为残氏奥氏体。因奥氏体为γ Fe面心产方晶格，比容（单位重量的体积）较小，约只有 0.122—0.125，而马氏体为α Fe过饱和固溶体，比容较大，约有 0.127－0.130，可见，在转变过程中，在马氏体形成的同时还伴随着体积的膨胀，从而会对尚未转变的奥氏体造成一内压力，合使其不易发生向马氏体的转变而被保留下来。Ms Mz点越低剩余奥氏体量也就越多。
金属材料与热处理
一、金属材料及热处理

多铁性材料及磁性液体简介-(1)

1.3 多铁性材料的磁电耦合效应
多铁性材料不仅同时具有磁有序和铁电有序，其共存的磁有序和铁电有序之间还可能存在相互作用从而产生磁电耦合效应，即电极化翻转（或电场）可以带来磁有序的变化，或者反过来磁有序的变化（或磁场）可以引起电极化的改变多铁性材料内部同时存在自发极化和自发磁化，两种有序度之间存在交换耦合作用，根据 Landau 理论，其体系的自由能可展开如下:
多铁性材料及磁性液体介绍
髙榮禮
磁学国家重点实验室M03组
中国科学院物理研究所，北京，100190
2012年12月27日
主要内容
1、多铁性材料 1.1 多铁性材料的概念 1.2 多铁性材料的铁性材料的分类
1.5 BiFeO3（BFO）单相多铁性材料
多铁性材料的分类：
多铁材料可以简单地分为两大类，一类是单相材料，另一类是复合体系。
单相材料中近年来研究较热的材料，主要有如下几类：
（1）Bi 系钙钛矿结构多铁材料，如BiMnO3，BiFeO3 等。它们都具有钙钛矿的 ABO3 结构，其铁电性来源于 A 位 Bi 离子的6s2孤对电子与O2-的2 p 电子之间的轨道杂化，这一点与PbTiO3 的铁电性来源有些类似，因此它们同PbTiO3 一样都具有较大的饱和电极化强度。该类材料中的 BFO 具有 ABO3 的钙钛矿结构，是一种典型的单相多铁性材料。相比于其它的单相多铁性材料，BFO 的铁电相变温度 (TC = 830 °C) 和反铁磁相变温度 (TN = 370 °C) [38, 39]，都在室温以上，在室温下具有大的电极化和 G 型反铁磁性（或弱铁磁性）
2、磁性液体
2.1 磁性液体的概念 2.2 磁性液体的性质，用途及合成 2.3 二元磁性液体介绍

《材料科学基础》课件——第五章相平衡与相图第一节第二节第三节第四节

相和相平衡
Байду номын сангаас四、自由度与相律
1、自由度：平衡系统中独立可变的因素
自由度数：独立可变的强度变量的最大数目
(强度变量与广度变量的区别）
2、相律：自然规律
在平衡系统中由于受平衡条件的制约，系统内
存在的相数有一定限制。组元数相数P≥1
吉布斯相律：不可为负数
f=c-p+n
外界影响因素
通常外界影响因素只考虑T、P，所以f=c-p+2
• 掌握匀晶，包晶，共晶相图的特点，进而了解二元合金的一些平衡凝固，固相转变的规律。
• 重点难点： • 二元系相图的建立，杠杆定律 • 包晶相图，共晶相图，共晶合金 • 相图分析，各种液固，固相转变的判断
材料的性能决定于内部的组织结构，而组织结构
又由基本的相所组成。
相：均匀而具有物理特性的部分，并和体系的其他部分有明显界面。
晶型转变过程都是在恒温下进行，并伴随有体积、密度的变化。 2、SiO2系统相图 α-石英与β-石英相变相当慢， β-石英常因冷却过快而被保留到室温，在常压下，低于573℃
单元系相图
β-石英很稳定，所以自然界或低温时最常见的是 β-石英。晶型转变时，体积效应特别显著。 Al2O3、ZrO2也具有多晶型转变。 3、聚合物相图（1）状态由分子间作用力决定，分子间约束力弱
共晶相图，平衡凝固，共晶合金，包晶相图，形成化合物的相图，含有双液共存区的相图，熔晶相图等，二元相图的几何规律，单相，双相及三相共存区，相图特征，二元系相图的分析，分析的方法与步骤，分析举例。
• 教学目的： • 学习相平衡与相图的基本知识，了解相图在材料科学学习中的重要性，学会
相图的使用。

微量元素地球化学

有很低成分比例的溶质的溶液称为稀溶液。微量元素在岩石矿物中的分布
正是这种状态。如玄武岩中的镍橄榄石，其中的(Mg,Fe)2SiO4为溶剂，而
Ni2SiO4就是溶质。对于Ni2SiO4而言，这种橄榄石就是一种稀溶液。在稀溶
液中，溶质和溶质间的作用是微不足道的，而溶质和溶剂的相互作用制约
着溶质和溶剂的性质，亨利定律和拉乌尔定律就是用来描述这种性质的。

拉乌尔定律：

拉乌尔定律是稀溶液所遵循的另一规律，它是基于在溶剂中加入非挥
发性溶质后溶剂活度降低而得出的。其表述为“稀溶液中溶剂的活度等于
纯溶剂的活度乘以溶液中溶剂的摩尔分数”，即为
其中，aoj为纯溶剂的活度，Xj为溶剂的摩尔数， aj为溶液中溶剂的活度。

溶剂在全部浓度范围内都符合
拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。
ratio)，优先进入晶体。如在碱性长石中Ba2+ (1.44 Å) 或Sr2+ (1.21 Å) 替代K+
(1.46 Å)时，需要有一个Al3+ 替代 Si4+来维持电价平衡。
主要的微量元素代替

橄榄石中Ni替代Fe2+和Mg2+ 。
尖晶石和磁铁矿中Cr和V 替代Fe3+ 。
斜长石中 Sr 替代 Ca 。
Nb，Ta，Zr，Hf等），稀土元素（La，Ce，Nd等），过渡族元素（Fe
，Co，Ni，Cu，Zn等）。
c.按地球化学作用过程分类：当固相（结晶相）和液相（熔体相，流体
相）共存时，若微量元素易进入固相，称为相容元素（Compatible
element）。反之，若微量元素易进入液相，称为不相容元素（

2012年武汉科技大学考研试题810材料科学基础及答案

三、画图题（材料加工 44分，其他专业 40 分）
3
1、12 分
共4页
fcc: {110}, <111>; bcc: {111}, <110>; hcp: {0001},<1120>
2、8 分在简单立方晶体的晶胞中画出晶面（101）和（110 ），并在（101）上画出 [010]
-
和[101 ]晶向。
细晶强化既提高材料的强度，也提高材料的塑韧性，该方法最好。 4、 6 分奥氏体中碳的最大溶解度为 2.11%，而在铁素体中的最大溶解度仅为 0.02%，在 γ -Fe 中可以获得更大的浓度梯度。 γ -Fe 的致密度 0.74，而.α -Fe的 0.68，后者原子间距大，所以
C 是间隙扩散。间隙扩散快。 Fe原子是自扩散，原子与空位交换位置而进行； 5、6 分
1、布拉菲点阵共有
种，归纳为
个晶系。面心立方晶体的晶格常数为
a，则一个晶胞中原子数为
，原子半径为
。
2、晶体中常见的点缺陷有
和
，它们的平衡浓度主要受
影响。
3、金属结晶时在固相在液相中生长界面，其按微观结构可以分为
和
界面。
界面
4、三元合金无限缓慢冷却达到四相平衡时，此时不仅合金的
且合金中
也保持不变，自由度为
0.0218%、0.77%和 6.69%，S 点共析点。四、计算题（材控专业 36 分，其他专业 34 分）
1、18分解：含 50%Sn的合金平衡凝固后的相为：共晶 α相
相的相对含量：
α相和 β相；组织为： α +β共晶相和先组织的相对含量：
第5 页共7 页
共4页

钢的合金化原理介绍

扩大γ相区并与γ-Fe 有限互溶的Fe-Me 相图(a)及Fe-C 相图(b)
（2）α相稳定化元素合金元素使A4降低，A3升高，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了γ相区。根据Fe-Me相图的不同，可分为： ①封闭γ相区(无限扩大α相区) 当合金元素达到某一含量时， A3 与 A4 重合，其结果使 δ 相与 α 相区连成一片。当合金元素超过一定含量时，合金不再有 α-γ 相变，与 α-Fe 形成无限固溶体（这类合金不能用正常的热处理制度）。
3．形成金属间化合物
（ 1 ）金属化合物的类型通常分为正常价化合物、电子化合物及间隙化合物三类。金属间化合物通常仅指电子化合物。（ 2 ）在奥氏体不锈钢、马氏体时效钢及许多高温合金中较为重要的金属间化合物是： σ(Cr46Fe54) 、 η(TiFe2) 、 χ(Cr21Mo17Fe62) 、 μ(Co7Mo6) 、 P(Cr18Ni40Mo42) 、 R(Cr18Co51Mo31) 、 Ni3(Al,Ti) 、 Ni3(Al,Nb) 、 δ(TiAl3) 、 γ(TiAl) 、 NiAl 、 NiTi 、 FeAl 、 α2(Ti3Al)等。
Ⅳ、Ⅴ族金属的碳化物与氮化物具有简单的点阵结构，如TiC、VC、TiN、TaC等； Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ金属的碳化物与氮化物具有复杂的点阵结构，如 Cr7C3 、 Cr23C6 、 W2C 、 Mo2C 、 (W 、 Mo、Fe)6C等。
（ 3 ）在钢中，铁的碳化物与合金碳化物相比，是最不稳定的。渗碳体中Fe的原子可以被若干合金元素的原子所取代。如 (Fe,Mn)3C 、 (Fe,Cr)23C等。
②马氏体形成时产生高密度位错，位错强化效应很大；
③奥氏体转变为马氏体时，形成许多极细小的、取向不同的马氏体束，产生细晶强化效应。 ④淬火后回火，马氏体中析出细碳化物粒子，间隙固溶强化效应大大减小，但产生强烈的析出强化效应。由此可知，马氏体强化充分而合理地利用了全部四种强化机制，是钢的最经济和最有效的强化方法。

黑色金属中各元素的作用和影响

硼(B)
钢铁中加入少量的硼，对钢的性质有很大的影响。它能使钢的淬火性显著增强，提高钢的机械强度，如增加硬度和抗张力。硼在钢中多以固溶体、氧化物、碳化物以及其他硼化物形态存在。钢中的硼含量一般在0.001~0.005%，耐热钢中硼含量一般在 0.001~0.005%，耐热钢中硼含量一般在 0.03~0.15%左右。测定钢中的硼主要是酸 0.03~0.15%左右。测定钢中的硼主要是酸溶硼和酸不溶硼。
锑(Sb)
锑是一种低熔点的脆性金属，在冶炼过程中伴随矿石与各种辅助材料进入钢中。在钢中，锑是一种有害成分，它可降低钢的强度。因此，钢中锑含量应减少为好，一般在0.01%以下。但是也有特殊要求，如耐磨 0.01%以下。但是也有特殊要求，如耐磨铸铁，其锑含量可达1%以上。铸铁，其锑含量可达1%以上。
硅（Si）硅（Si）
硅在钢中为有益元素，能增强钢的抗张力、弹性、耐酸性和耐热性，并能使钢的电阻系数增大，同时它又是钢的有效脱氧剂。硅在钢中主要以硅化铁（FeSi 硅在钢中主要以硅化铁（FeSi、 Fe2Si)形式 FeSi、 Si)形式存在。普通钢中硅含量为0.1~0.4%，低合金硅钢普通钢中硅含量为0.1~0.4%，低合金硅钢中的硅含量在0.5~2.0%。硅钢片中的硅含中的硅含量在0.5~2.0%。硅钢片中的硅含量可达4%，生铁中硅一般在0.3~1.5%，量可达4%，生铁中硅一般在0.3~1.5%，铸铁中硅含量为3%。铸铁中硅含量为3%。
镁(Mg)
镁是一种十分活泼的金属元素，与氧、氮，硫都有很强的亲和力。因此它在钢铁冶炼中是一种良好的脱氧和脱硫剂，同时也是铸铁良好的球化剂。但是镁难溶于铸铁的基体中，而以化合物MgS、MgO、基体中，而以化合物MgS、MgO、Mg3N2、 Mg2Si等状态存在。镁和碳可以形成一系列 Si等状态存在。镁和碳可以形成一系列得化合物，如MgC 得化合物，如MgC2、Mg2C3。镁在球墨铸铁中，回收率很低，其最后残存量一般在 0.02~0.10%范围内。只有残存量为0.04% 0.02~0.10%范围内。只有残存量为0.04% 以上才能制成球墨铸铁。

材料科学基础I第七章(相图)

二、相图的建立
建立相图的方法有两种：利用已有的热力学参数，通过热力学计算和分析建立相图；依靠实验的方法建立相图。
目前计算法还在发展之中，实际使用的相图都是实验法建立的。
实验法建立相图的原理和步骤：
以A-B二元合金相图的建立为例。
➢首先，将A-B二元合金系分成若干种不同成分的合金。 1) 合金成分间隔越小，合金数目越多，测得的相图越精确； 2) 合金成分间隔不需要相等。
设计合金的成分
➢将上述合金分别熔化后，以非常缓慢的速度冷却到室温，测出各合金的(温度－时间)冷却曲线。合金在冷却过程中发生转变(如：结晶)的起始温度和结束温度，对应着冷却曲线上的折点(如：L1、L2 和 S1、S 2等)，即临界点。
测量合金的冷却曲线
1) 冷却速度越慢，越接近平衡条件，测量结果越准确； 2) 纯金属在恒温下结晶，冷却曲线应有一段水平线。Le c ຫໍສະໝຸດ c f Ⅱ d g Ⅱwc
ed100% cd
h
I
j
ce
wd
100% cd
fh
jg
wmax
10% 0 fg
wmax
10% 0 fg
edfh
ww cwm
10% 0 an cdfg
cejg
wwdwm
10% 0 an cdfg
③亚共晶合金合金Ⅲ w(Sn）＝50％
F = 0的含义是：在保持系统平衡状态不变的条件下，
没有可以独立变化的变量。即，任何变量的变化都会造成系统平衡状态的变化。
二元系统(C=2)
压力不变的二元合金系统(以后所涉及的二元合金系统都是压力不变的，不再特别说明)，C = 2，F = 0时，P = 3。这说明，当二元合金系统同时出现三个相时，就没有可以独立变化的因素了。也就是说，只有在一定的温度、成分所确定的某一点才会出现三相同时存在的状态。

《材料科学与工程基础》顾宜第三章课后答案

3-1.解释以下名词：金属键、晶格、晶胞、合金、组元、相、机械混合物、铁素体、奥氏体、渗碳体、马氏体、黄铜、青铜、形变铝合金、非晶态金属键：是化学键的一种，主要在金属中存在。

由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。

无方向性和饱和性.晶格：表示晶体结构周期重复规律的简单几何图形.晶胞：晶体内部的基本重复单元（最小重复单元）.合金：是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的混合物。

一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。

组元：组成合金的独立的、最基本的单元称为组元，组元可以是组成合金的元素或稳定的化合物。

相：指一个宏观物理系统所具有的一组状态，也通称为物态。

机械混合物：指由两种或以上的互不相溶晶体结构(纯金属、固溶体或化合物)机械地混合而形成的显微组织。

机械混合物的性能主要取决于组成它的各组成物的性能以及其数量、形状、大小和分布情况。

铁素体：是碳溶解在α-Fe中的间隙固溶体，常用符号F表示。

具有体心立方晶格，其溶碳能力很低.奥氏体：是钢铁的一种层片状的显微组织，通常是ɣ-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，也称为沃斯田铁或ɣ-Fe。

一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。

渗碳体：铁与碳形成的稳定化合物，其化学式为Fe3C。

渗碳体的含碳量为ωc=6.69%，熔点为1227℃。

其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高HBW=800，塑性、韧性几乎为零，脆性很大。

马氏体：是黑色金属材料的一种组织名称，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体黄铜：由铜和锌所组成的合金，由铜、锌组成的黄铜就叫作普通黄铜，如果是由二种以上的元素组成的多种合金就称为特殊黄铜。

黄铜有较强的耐磨性能，黄铜常被用于制造阀门、水管、空调内外机连接管和散热器等。

青铜：是金属冶铸史上最早的合金，在纯铜(紫铜)中加入锡或铅的合金，有特殊重要性和历史意义，与纯铜(紫铜)相比，青铜强度高且熔点低(25%的锡冶炼青铜，熔点就会降低到800℃。

第四章固溶体

第四章固溶体本章重点：至今，我们认为缺陷如果和具有化学计量比的晶体联系在一起，那么它们就是本征缺陷，如果和掺杂物或杂质联系在一起，就是非本征缺陷。

对于后一种情况，掺杂物或者占据间隙位置，或者在基质晶格中取代原子或离子的位置。

随着掺杂物浓度的增加，大于～0.1到1%，这种材料常被认为是固溶体而不是掺杂材料，在结晶态材料中固溶体是十分常见的。

材料的某些性质，如导电性、铁磁性，往往能通过形成固溶体的途径通过改变组成而变化，这在设计具有特殊性质的新材料时会有极大用处。

固溶体基本上是一种允许有可变组成的结晶相。

对于掺杂晶体来说，简单的固溶体有两种类型：取代固溶体（substitution solid solution）和填隙固溶体（interstitial solid solution）。

在取代固溶体中，导入的原子或离子直接代替母体结构中带相同电荷的原子或离子；在填隙固溶体中，导入的物种占据晶体结构中空位而无任何离子或原子被取代。

从这两种类型出发，可以通过取代和填隙两种形式并存或在主体结构中导入不同电荷的离子等方式，导出许许多多更为复杂的固溶体机理。

在正常情况下，一个特殊的化合物不会显示出一个较宽范围的组分，非整比化合物（non-stoichiometric compound）的表达式并不是简单原子整数比，它们通常表现一定范围的组成。

非整比化合物能够通过在体系中引入杂质来制备，在工业上有着潜在的应用，它们的电学、光学、磁性和机械性能够通过改变原子组分的比例来改变，在电子学和其它工业领域被广泛开发和研究。

§ 4.1概述4.1.1固溶体的定义液体分为纯净液体和含有溶质的液体，固体也分为纯晶体和含有杂质的固体。

我们把含有杂质原子的晶体称为固体液体，即固溶体。

可以将原来的晶体（基质晶体）看作溶剂，掺杂物看作溶质。

例如：原来纯晶体为AC和BC，生成固溶体以后，化学式为(A x B y)C。

如MgO和CaO生成固溶体，可写为(Mg1-x Ca x)O。

微量元素在钢中的作用机理

0.48 0.24 0.133 0.028Fra bibliotek4.8
4.8
0.047 0.021 0.019 0.028 0.0066
0.052 0.025 0.028 0.069 0.0066
23
含Cr
不含Cr
含/不含Cr钢的CO2腐蚀段面形貌
第24页
（A）
腐蚀产物的XRD衍射能谱
第25页
腐蚀产物膜
Cr的分布
60℃时钢腐蚀产物膜中Cr的分布
成低熔点共晶 (985℃) ，热加工时
(1150~1200℃) ，由于其熔化而导致开裂，称热脆性。 • 硫对钢的低温冲击韧性影响很大，降低硫含量可显著提高冲击韧性。 • 硫还导致钢各向异性，在横向和厚度方向上韧性恶化。
合金晶界的低熔点硫化物共晶
拉伸断口孔洞及分析
“轴心裂纹”状的缺陷

Cr在耐腐蚀方面有着得天独厚的条件，得到广泛的使用，利用其惰性的氧化膜，协助铜共同抵御腐蚀。
第22页
某钢铁水中的元素含量
审核一级品一级品一级品一级品二类二类二类 Si 0.5 0.4 Mn 0.32 P 0.13 S 0.023 C 4.72 4.61 4.73 4.65 4.8 4.83 4.6
Cr 钢形成 Cr 7 C 3 或 Cr 23 C 6 ，还可以与碳形成复合碳化物。在低碳钢中加入 Cr能提高强度，

硬度和耐磨性，但焊接性能和塑
性有所降低；（Ceq Cr=1/5C）

Rel=170+1300C+160Mn+130M
o+160Cr+88Ni+63W+45Cu+27

第五章固溶体

用焰熔法制备镁铝尖晶石——得不到纯尖晶石，而生成“富Al
尖晶石”。原因是尖晶石与Al2O3形成SS时存在2Al3+置换3Mg2+的
不等价置换。缺陷反应式为：Al2O3
MgAlO4
2
Al
Mg
VMg

3OO
2Al3+ 3Mg2+ VMg'' 通式：
2 :3 2x/3 : x
以 CaO 加入到 ZrO2 中为例，以 1mol 为基准，掺入xmolCaO，形成置换式固溶体：
—生成固溶体。固溶后并不破坏原有晶体结
构。
现代材料研究常用生成固溶体的方法来提高和改善材料性能，例如： • A转l2变O为3晶有体激中光溶性入能0.的5~红2W宝t%石的；Cr3+后，由刚玉 • P广b泛TiO应3用和于Pb电Zr子O3、固无溶损生检成测锆、钛医酸疗铅等压技电术陶领瓷域，。
• Si3N4和Al2O3之间形成sialon固溶体应用于高
结构的宽容性提高。
• Fe2O3和Al2O3(0.0645nm和0.0535nm),比值： 0.0645 0.0535 17.05% 0.0645
虽然结构同为刚玉型，但它们只能形成有限固溶体；
• TiO2和SiO2结构类型不同，不能形成连续SS，但能形成有限的 SS。
• 在钙钛矿和尖晶石结构中，SS 特别易发生。它们的结构基本上是——较小的阳离子占据在
二、固溶体类型的实验判别
对于金属氧化物系统，最可靠而简便的方法是写出生成不同类型固溶体的缺陷反应方程，根据缺陷方程计算出杂质浓度与固溶体密度的关系，并画出曲线，然后把这些数据与实验值相比较，哪种类型与实验相符合即是什么类型。

金属材料学第一章

△R,%
14.2
7.1
0.8
3.1
—
0.8
2.4
0.8
注：1、电子结构是3d层电子结构；2、原子半径是配位数12的数值
（1）Ni、Co、Mn与γ-Fe的点阵结构相同，原子半径和电子结构相似--与γ-Fe无限互溶。
（2）Cr、V 与α-Fe的点阵结构，原子半径和电子结构相似---与α-Fe无限互溶。
（a）Fe-C-Mn系（b）Fe-C-Cr系图1-3 M对Fe-C相图的影响
（2）对临界点的影响 A形成元素，随Me元素的增加，A1线下降； F形成元素，随Me元素的增加，A1线上升。
图1-4Me对共析温度的影响
图1-5 M对共析含碳量的影响
思考题： 1、40，40Mn2，哪个淬火温度？ 2、40，40Cr 哪个淬火温度高？ 3、40,40Cr,40CrMnMo这三种钢 P量排序？ 4、65Mn在820-840℃温度淬火，变形量大，硬度低，出现开裂现象，解释原因？
合金元素：为了改善和提高钢的力学性能和使之获得某些特殊的物理、化学性能而专门加入的元素。合金钢：在化学成分上有目的加入合金元素，用以保证一定的生产和加工工艺及力学性能要求的铁基合金，称合金钢。
钢中常常加入的合金元素有：
第二周期：B、C、N 第三周期：Al、Si 第四周期：Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu 第五周期：Zr、Nb、Mo 第六周期：W 第七周期：稀土Re
复杂点阵结构：M23C6，M7C3，M3C 特点：硬度、熔点较低，稳定性较差；
简单点阵结构：MC，M2C。又称间隙相特点：硬度高，熔点高，稳定性好。
M6C型不属于金属型碳化物，复杂结构，性能特点接近于简单点阵结构

材料热力学与动力学复习资料+课后习题

材料热力学与动力学（复习资料）一、概念•热力学基本概念和基本定律1. 热0：一切互为热平衡的物体，具有相同的温度。

2. 热1： - 焓：恒压体系→吸收的热量=焓的增加→焓变等于等压热效应 - 变化的可能性→过程的方向；限度→平衡3. 热2：任何不受外界影响体系总是单向地趋向平衡状态→熵+自发过程+可逆过程→隔绝体系的熵值在平衡时为最大→熵增原理（隔离体系）→Gibbs 自由能：dG<0，自发进行（同T ，p ：）4. 热3：- (H.W.Nernst ，1906)： - (M ．Plank ，1912)：假定在绝对零度时，任何纯物质凝聚态的熵值为零S*(0K)=0 - (Lewis ，Gibson ，1920)：对于过冷溶体或内部运动未达平衡的纯物质，即使在0K 时，其熵值也不等于零，而是存在所谓的“残余熵” - Final ：在OK 时任何纯物质的完美晶体的熵值等于零• 单组元材料热力学1. 纯金属固态相变的体积效应- 除非特殊理由，所有纯金属加热固态相变都是由密排结构（fcc ）向疏排结构（bcc ）的转变→加热过程发生的相变要引起体积的膨胀→BCC 结构相在高温将变得比其他典型金属结构（如FCC 和HCP 结构）更稳定（除了Fe ）- 热力学解释1→G ：温度相同时，疏排结构的熵大于密排结构；疏排结构的焓大于密排结构→低温：H ；高温：TS - 热力学解释2→ Maxwell 方程： - α-Fe →γ-Fe ：磁性转变自由能- Richard 规则：熔化熵-Trouton 规则：蒸发熵（估算熔沸点）2. 晶体中平衡状态下的热空位- 实际金属晶体中空位随着温度升高浓度增加，大多数常用金属（Cu 、Al 、Pb 、W 、Ag …）在接近熔点时，其空位平衡浓度约为10-4；把高温时金属中存在的平衡空位通过淬火固定下来，形成过饱和空位状态，对金属中的许多物理过程（例如扩散、时效、回复、位错攀移等）产生重要影响3. 晶体的热容- Dulong-Petit ：线性谐振动子+能量均分定律→适应于较高温度及室温附近，低温时与实验不符U Q W∆=-dH PV U d Q =+=)(δRd Q S Tδ=()d dH TdS G H d TS =--=00lim()lim()0p T T T GS T→→∂∆-=∆=∂()()V T T P V V S ∂∂=∂∂//()()()T T T V P V V S T V H ∂∂+∂∂=∂∂///RK mol J T H S mm m ≈⋅≈∆=∆/3.8/K mol J T H S b v v ⋅≈∆=∆/9.87/3V V VQ dU C RdT dT δ⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭-Einstein(固体振动热容理论)：晶体总共吸收了n 个声子，被分配到3N 个谐振子中；不适用于极低温度，无法说明在极低温度时定容热容的实验值与绝对温度的3次方成比例。

无机材料科学基础第五章固溶体

将外来组元引入晶体结构，占据主晶相质点位置一部分或间隙位置一部分，仍保持一个晶相，这种晶体称为固溶体(即溶质溶解在溶剂中形成固溶体），也称为固体溶液。
固溶体的分类
置换型固溶体
间隙型固溶体
形成固溶体后对晶体性质的影响
固溶体的研究方法
第五章固溶体
A
根据外来组元在主晶相中所处位置，可分为置换固溶体和间隙固溶体。
在金属氧化物中，主要发生在金属离子位置上的置换，如：MgO-CaO，MgO-CoO，PbZrO3-PbTiO3，Al2O3-Cr2O3等。
C3S的固溶体C54S16MA2.相当于18个Si中有两个被置换。
间隙式固溶体，亦称填隙式固溶体，其溶质原子位于点阵的间隙中。
01
金属和非金属元素H、B、C、N等形成的固溶体都是间隙式的。如：在Fe-C系的α固溶体中，碳原子就位于铁原子的BCC点阵的八面体间隙中。
3、固溶强化
实际应用：铂、铑单独做热电偶材料使用，熔点为1450℃，而将铂铑合金做其中的一根热电偶，铂做另一根热电偶，熔点为1700℃，若两根热电偶都用铂铑合金而只是铂铑比例不同，熔点达2000℃以上。
4、形成固溶体后对材料物理性质的影响固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而塑性则较低。
主要是氧化镁杂质的存在，阻碍了晶界的移动速度，使气体容易消除，从而得到透明氧化铝陶瓷。
另外，氧化铝掺杂其他一些氧化物可制的相应颜色的各类宝石制品。
详见P79页。
透明Al2O3 陶瓷
”
A
B
C
固溶体类型的大略估计
固溶体类型的实验判别
固溶体组成的确定
五、固溶体的研究方法

铁电材料和反铁电材料

• 在室温温度及0.2Hz下的PBZ10陶瓷的电滞回线进行了研究，陶瓷的剩余极化强度Pr = 4.8 μ C/cm2，矫顽场为Ec=13.6 kV/cm。
锆酸铅钡基反铁电陶瓷的介电性能研究
3.Mn掺杂对（Pb0.9Ba0.1)ZrO3陶瓷介电性影响：高温固相法制备 (Pb0.9Ba0.1)ZrO3-Xmol %MnO2( x=0.1，0.2，0.3，0.4，0.5) 陶瓷样品，测定在不同的频率下从27 到350 C下的电介质相变关系。五组样品的居里温度200 C附近除了存在一个铁电到顺电的相变峰(FE—PE)外，在40到50 C之间发现另一个微弱的反铁电到铁电(AFE—FE)的相变峰。
典型的铁电材料
铁电材料概括起来可以分为两大类： a.一类以磷酸二氢钾 KH2PO4 --简称KDP--为代表，具有氢键，他们从顺电相过渡到铁电像是无序到有序的相变； b.另一类则以钛酸钡为代表，从顺电相到铁电相的过渡是由于其中两个子晶格发生相对位移
典型的反铁电材料
1. NH4H2PO4型（包括NH4H2AsO4及氘代盐等）； 2. （NH4）2SO4型（包括NH4HSO4 及 NH4LiSO4等）； 3. （NH4）2H3IO6型（包括Ag2H3IO6 等）； 4. 钙钛矿型（包括NaNbO3、PbZrO3、PbHfO3 等）； 5. RbNO3等。
铁电体的特性
A. 极化强度P和电场强度E有复杂的非线性关系， εr不是常量，它随E变； B. 有电滞现象，在周期性变化的电场作用下，出现电滞回线，有剩余极化强度； C. 当温度超过某一温度时，铁电性消失，这一温度叫做居里（Pierre Curie）温度； D. 铁电体内存在自发极化小区，把这种小区叫做电畴。正是因为存在电畴，铁电体才具有以上这些独特的性质。

后材料科学基础名词解释

后材料科学基础名词解释第二章固体构造1、晶体 : 是指原子（或分子）在三维空间按必定规律作周期性摆列的固体。

非晶体 : 原子凌乱散布，或仅有局部地区为短程规则摆列。

2、晶体构造（晶体点阵）:晶体中，实质原子、分子、离子或原子公司按必定几何规律的详细摆列方式。

5、空间点阵：由四周环境同样的阵点在空间摆列的三维阵列。

3、晶格：用直线将空间点阵的各阵点连结起来，构成一个三维空间格架。

这类用于描绘晶体中原子摆列规律的空间格架称为晶格。

4、晶胞：晶格中，能完整反应晶格特色的最小几何单元称为晶胞。

6、构造晶胞：假如在点阵晶胞的范围内，标出相应晶体构造中各原子的地点，这部分原子构成了晶体构造中有代表性额部分，含有这一附带信息的晶胞称为构造晶胞。

8、晶体构造与空间点阵的差异：空间点阵只有14种，晶体构造是无穷多的；9、构造晶胞与点阵晶胞的差异：点阵晶胞—仅反应周期性最小的，体积最小，但不必定反应点阵的对称性，只含一个结点。

构造晶胞 -- 拥有较高对称性的最小重复单元，既反应周期性，也反应对称性，但不必定最小。

10、晶向：晶体中，穿过两个以上阵点的随意直线，都代表晶体中一个原子列的空间位向，称为晶向.晶面：晶体中，某些原子构成的原子平面，称为晶面.11、密勒指数 :国际通用、用以表示晶向和晶面空间地点的符号, 分晶向指数和晶面指数.12、晶向族：原子摆列同样但空间位向不一样的所有晶向。

13、面心立方构造 (A1) Al,贵金属,α -Fe, Ni, Pb, Pd, Pt等体心立方构造 (A2)碱金属, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, -Fe等密排六方构造 (A3)α-Ti, Be, Zn, Mg, Cd等14、配位数 CN —晶体中，与任一原子近来邻且等距离的原子数致密度：晶体构造中原子体积占整体积的百分数。

k = nv/V n：晶胞原子数v：单原子的体积V ：晶胞体积15、晶体的多晶型性（同素异构）：化学构成同样的物质在不一样温度或压力条件下拥有不一样的晶体构造的现象，称为多晶型性（同素异构 ) 。