材料物理基础知识点总结
最全的大学材料科学基础复习要点
第一章材料中的原子排列第一节原子的结合方式1 原子结构2 原子结合键（1）离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。
如氧化物陶瓷。
（2）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。
如高分子材料。
（3）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。
如金属。
金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。
（3）分子键与分子晶体原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。
分子晶体：熔点低，硬度低。
如高分子材料。
氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O（4）混合键。
如复合材料。
3 结合键分类（1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。
（2）二次键（物理键）：分子键和氢键。
4 原子的排列方式（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。
长程有序，各向异性。
（2）非晶体：――――――――――不规则排列。
长程无序，各向同性。
第二节原子的规则排列一晶体学基础1 空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。
（2）特征：a 原子的理想排列；b 有14种。
其中：空间点阵中的点－阵点。
它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。
描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。
空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。
（3）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。
特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。
2 晶胞（1）――－：构成空间点阵的最基本单元。
（2）选取原则：a 能够充分反映空间点阵的对称性；b 相等的棱和角的数目最多；c 具有尽可能多的直角；d 体积最小。
（4）形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。
材料物理性能学知识点
（5）空间电荷极化：在离子多晶体中，界面、缺陷处存在空间电荷。这些混乱分布的 空间电荷，在外电场作用下，趋向于有序化，即空间电荷的正、负质点分别向外电场的负、 正极方向移动，从而表现为极化。空间电荷极化的特点：空间电荷极化常常发生在不均匀介 质中任何宏观不均匀性，均可形成空间电荷极化，所以又称界面极化，由于空间电荷的积累， 可形成很高的与外场方向相反的电场，有时又称为高压式极化。空间电荷极化随温度升高而 下降。温度升高，离子运动加剧，离子容易扩散，因而空间电荷减小，空间电荷极化需要较 长时间，只有直流或低频交流才显示出来。
39、由于温度作用而使电介质电极化强度变化的性质，称为热释电效应。具有热释电效 应的晶体一定具有自发极化(固有极化)的晶体，在结构上应具有极轴。具有对称中心的晶体
不可能有热释电效应。具有压电性的晶体不一定有热释电性。
40、极化强度随外加电场的变化曲线称为电滞回线。具有这种性质的晶体称为铁电体。 自发极化的产生机制与铁电体的晶体结构密切相关，主要是晶体中原子(离子)位置变化的结 果。
9、形成固溶体时，合金导电性能降低。在连续固溶体中合金成份距组元越远，电阻率 越高。
10、除过渡族金属外，在同一溶剂中溶入1%原子溶质金属所引起的电阻率增加，由溶 剂和溶质的价数决定，价数越大电阻率增加越大。
11、X 射线与电子显微镜分析表明该固溶体为单相组织，但固溶体中原子间距的大小显 著地波动，其波动正是组元原子在晶体中不均匀分布的结果，所以称“不均匀固溶体”，又 称“K 状态”。K 状态是“相内分解”的结果，它不析出任何具有自己固有点阵的晶体。
材料物理考试知识点
1、决定材料强度的关键因素是原子之间的结合力。
除了原子间的键合类型和结合力外,对材料强度影响最大的因素是位错。
2、如果在高温下给材料施加一个应力，即使这个应力小于该温度下的材料屈服强度，材料也可能发生塑性变形，以至断裂。
这种现象就称为蠕变。
3、引起材料在较低温度下发生塑性变形的主要原因是位错的滑移，而引起材料在高温下发生蠕变的主要原因则是位错的攀移。
位错攀移，即位错能够在与滑移面垂直而不是平行的平面上移动。
4、加工硬化，又称为应变硬化，是由于位错增值所引起的。
所以能够产生加工硬化的材料必须是位错能够滑移的塑性材料。
通过使金属发生塑性变形的方式，可以使其屈服强度增高。
这就是所谓的加工硬化。
经过了冷加工的金属材料中的位错密度可增殖至1012cm/cm3，比初始的位错密度大近百万倍。
位错密度越大，位错之间的相互作用也越大，对位错进行滑移的阻力也随之增大。
这就是加工硬化的原理。
5、位错增殖方式，参照增殖图（4.20）P65当外加应力超过屈服强度时，位错开始滑移。
如果位错在滑移面上遇到障碍物，就会被障碍物钉住而难以继续滑移。
a图表示的就是一段位错线的两端被障碍物钉住的情况。
继续增大的应力将使位错线不断弯曲（c、d图）并扩展，以求滑移。
最后，相互接近的两段位错刚好具有相反的性质（伯氏矢量相同、位错线方向相反），它们会相互靠近，以至消失。
这样的结果是原来的一段位错线仍然被钉在障碍物上，但在这段位错线的外围却多出来一个位错环（图d），这就是Fr位错原理。
6、固溶体与混合物的区别：混合物：混合物中含有2种以上的相，混合物中的这些相依然保持自己的特性。
固溶体：固溶体本身只是一个相，组成固溶体的各个组元都已经相互溶解，不再保持组元自己的特性。
7、固溶强化的效果决定因素：1. 溶剂原子和溶质原子的尺寸差别越大，固溶强化的效果越大；2. 添加的合金元素越多，固溶强化的效果也越大。
8、所谓弥散强化，是指将多相组织混合在一起所获得的材料强化效应。
材料物理性能复习资料整理
材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变。
材料承受外力作用、抵抗变形的能力及其破坏规律，称为材料的力学性能或机械性能。
材料在单位面积上所受的附加内力称为应力。
法向应力导致材料伸长或缩短，而剪切应力引起材料的切向畸变。
应变是用来表征材料在受力时内部各质点之间的相对位移。
对于各向同性材料，有三种基本类型的应变：拉伸应变ε，剪切应变γ和压缩应变Δ。
若材料受力前的面积为A0，则σ0=F/A0称为名义应力。
若材料受力后面积为A，则σT=F/A称为真实应力。
对于理想的弹性材料，在应力作用下会发生弹性形变，其应力与应变关系服从胡克（Hook）定律（σ=Eε）。
E是弹性模量，又称为弹性刚度。
弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗形变能力（即刚度）的大小。
E越大，越不容易变形，表示材料刚度越大。
弹性模量是原子间结合强度的标志之一。
泊松比：在拉伸试验时，材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加之比值。
粘性形变是指粘性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变，该形变随时间增加而增大。
材料在外应力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性。
材料发生塑性形变而不发生断裂的能力称为延展性。
在足够大的剪切应力τ作用下或温度T较高时，材料中的晶体部分会沿着最易滑移的系统在晶粒内部发生位错滑移，宏观上表现为材料的塑性形变。
滑移和孪晶：晶体塑性形变两种基本形式。
蠕变是在恒定的应力σ作用下材料的应变ε随时间增加而逐渐增大的现象。
位错蠕变理论：在低温下受到阻碍而难以发生运动的位错，在高温下由于热运动增大了原子的能量，使得位错能克服阻碍发生运动而导致材料的蠕变。
扩散蠕变理论：材料在高温下的蠕变现象与晶体中的扩散现象类似，蠕变过程是在应力作用下空位沿应力作用方向（或晶粒沿相反方向）扩散的一种形式。
晶界蠕变理论：多晶陶瓷材料由于存在大量晶界，当晶界位相差大时，可把晶界看成是非晶体，在温度较高时，晶界粘度迅速下降，应力使得晶界发生粘性流动而导致蠕变。
关于初中物理材料世界知识点的总结
关于初中物理材料世界知识点的总结第1篇：关于初中物理材料世界知识点的总结一、我们周围的材料1、金属材料：由金属元素或以金属元素为主制成的材料。
2、无机非金属材料：陶瓷、玻璃、金刚石、半导体是常见的无机非金属材料。
3、有机高分子材料：指以有机高分子为基础构成的材料。
4、复合材料：将优缺点能互补的材料复合在一起，制造出的*能优良的新材料。
5、合金不是复合材料。
6、材料的物理*质：（1）**：材料受力发生形变，除去外力后，材料又自动回复到原状。
（2）硬度：描述材料的坚硬程度。
（3）延展度：材料具有的可以锻打成片、拉成丝的*质。
7、材料与社会发展：如何合理地利用资源，有效保护环境，已成为人类关注的一个重大课题。
二、半导体1、材料的导电*分类：（1）导体：容易导电（2）半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间。
（3）绝缘体：不容易导电。
2、半导体二极管：单向导电*。
3、半导体三极管：放大电信号。
4、半导体的应用：（1）太阳能电池（2）条形码扫描器（3）微处理器（4）机器人三、探索新材料1、超导材料：电阻为零的材料。
2、超导材料的应用：远距离输电、超导磁悬浮、增加磁*。
3、纳米材料特点：空间尺度小，硬度高、强度大。
4、纳米材料的应用：使计算机运行速度加快，芯片体积减小。
制造纳米机器人未完，继续阅读 >第2篇：关于磁*材料应用的初中物理知识点磁*材料的应用很广泛，可用于电声、电信、电表、电机中，还可作记忆元件、微波元件等。
可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、计算机的磁*存储设备、乘客乘车的凭*和票价结算的磁*卡等。
下面着重谈磁带上所用的磁*材料和作用原理。
我们知道，硬磁*材料被磁化以后，还留有剩磁，剩磁的强弱和方向随磁化时磁*的强弱和方向而定。
录音磁带是由带基、粘合剂和磁粉层组成。
带基一般采用聚碳*脂或*乙烯等制成。
磁粉是用剩磁强的r－fe2o3或cro2细粉。
录音时，是把与声音变化相对应的电流，经过放大后，送到录音磁头的线圈内，使磁头铁芯的缝隙中产生集中的磁场。
材料物理知识点
材料物理知识点材料物理是研究物质的结构、性质和行为的学科，涉及到多个领域，包括固体物理学、材料科学和化学等。
本文将以“材料物理知识点”为标题，介绍一些与材料物理相关的重要知识。
1.原子结构和晶体结构材料物理的基础是对原子结构的认识。
原子由原子核和围绕核运动的电子组成。
不同元素的原子核中有不同数量的质子和中子，而电子的数量则决定了原子的化学特性。
晶体是由原子、分子或离子按照一定的规则排列而成的固体，晶体结构的特征决定了材料的宏观性质。
2.晶体缺陷晶体中可能存在各种缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷是指原子位置的变化，如空位、间隙原子和替代原子等。
线缺陷是沿晶体内部存在的缺陷，如位错和螺旋线等。
面缺陷是晶体表面或晶界上的缺陷，如晶界、堆垛错误和孪生等。
晶体缺陷的存在对材料的性能有重要影响。
3.材料的力学性能材料的力学性能是指材料在外力作用下的变形和破坏行为。
材料的力学性能包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性等指标。
弹性模量是材料在应力作用下的单位应变量，衡量了材料的刚度。
屈服强度是指材料开始塑性变形的应力值，断裂韧性则反映了材料抵抗断裂的能力。
4.材料的导电性和磁性材料的导电性和磁性是材料物理中的重要研究方向。
导电性是指材料对电流的导电能力，与材料中的自由电子浓度和移动性有关。
金属是良好的导电材料，而绝缘体则是导电性很差的材料。
磁性是指材料对磁场的响应能力，材料可以是顺磁性、抗磁性、铁磁性或反铁磁性。
5.半导体材料半导体是介于导电材料和绝缘体之间的一类材料。
半导体的导电性能可以通过施加外界电场或控制温度来调节。
半导体材料在电子学和光电子学中有广泛应用，如晶体管、光电二极管和太阳能电池等。
6.材料的光学性能材料的光学性能与材料与电磁辐射的相互作用有关。
材料的折射率、透明度和吸收系数等光学性能参数决定了材料对光的传播和吸收能力。
材料的光学性能在材料科学和光电子学等领域具有重要应用。
总结：材料物理是研究物质结构、性质和行为的学科。
材料物理与化学材料物理基础知识梳理
材料物理与化学材料物理基础知识梳理材料物理与化学：材料物理基础知识梳理材料物理与化学领域是研究物质结构、性质和相互关系的一门学科。
本文将对材料物理基础知识进行梳理，帮助读者更好地理解材料科学和工程。
一、材料的分类与性质材料可以根据其组成、结构和性质进行分类。
常见的分类包括金属材料、无机非金属材料和有机材料。
金属材料具有良好的导电性和导热性，常用于电子器件和结构材料。
无机非金属材料如陶瓷、玻璃等具有高硬度、高熔点和良好的耐腐蚀性。
有机材料如塑料、纤维等具有轻质、柔韧和可加工性。
材料的性质包括力学性能、热学性能、电学性能等，对应不同应用需求。
二、晶体结构与材料性质晶体结构是材料物理研究的重要内容，它决定了材料的性质。
晶体由周期性排列的原子、离子或分子组成，晶体结构可以通过X射线衍射等方法进行表征。
晶体的结构包括晶格、晶胞和晶面等要素。
晶体的结晶度、晶体缺陷和晶界结构等对材料的性能有重要影响。
三、材料的物理性能材料的物理性能指物质在物理条件下所表现出的性质。
其中力学性能是最基本的性能之一，包括强度、韧性、刚度和硬度等。
热学性能涉及材料的导热性、热膨胀性和热稳定性等。
电学性能与材料的导电性、绝缘性和磁性相关。
光学性能则关乎材料对光的反射、吸收和透射等特性。
四、材料的组织结构与性能材料的组织结构对其性能具有重要影响。
组织结构可以通过显微镜等分析方法观察和分析。
材料的晶体大小、晶体形态以及晶粒的排列等对材料的性能有关键作用。
晶体的取向和位错密度也决定了材料的力学性能。
此外，材料的相变、相分离和物相稳定性等现象也与材料的组织结构密切相关。
五、材料的表面与界面性能材料的表面特性对材料的性能和应用有重要影响。
表面粗糙度、表面能和界面能等直接影响材料的润湿性、附着性和摩擦性等性质。
此外，材料与环境间的相互作用也会改变材料的表面性质和附着力。
六、材料的热处理与性能调控热处理是调控材料性能的重要手段之一。
通过改变材料的加热温度、保温时间和冷却速度等参数，可以调控材料的组织、相变和性能。
无机材料物理性能知识点整理
无机材料物理性能知识点整理1. 铁电体与铁磁体的定义和异同答：铁电体是指在一定温度范围内具有自发极化，并且自发极化方向可随外加电场作可逆转动的晶体。
铁磁体是指具有铁磁性的物质。
2. 本征（固有离子）电导与杂质离子电导答：本征电导是源于晶体点阵的基本离子的运动。
这种离子自身随着热振动离开晶体形成热缺陷。
这种热缺陷无论是离子或者空位都是带电的，因而都可作为离子电导载流子。
显然固有电导在高温下特别显著；第二类是由固定较弱的离子的运动造成的，主要是杂质离子。
杂质离子是弱联系离子，所以在较低温度下杂质电导表现显著。
相同点：二者的离子迁移率和电导率表达形式相同不同点：a.本征离子电导载流子浓度与温度有关，而杂质离子电导载流子浓度与温度无关，仅决定于杂质的含量B.由于杂质载流子的生成不需要提供额外的活化能，即他的活化能比在正常晶格上的活化能要低得多，因此其系数B比本征电导低一些C.低温部分有杂质电导决定，高温部分由本征电导决定，杂质越多，转折点越高3. 离子电导和电子电导答：携带电荷进行定向输送形成电流的带点质点称为载流子。
载流子为离子或离子空位的为离子电导；载流子是电子或空穴的为电子电导不同点：a.离子电导是载流子接力式移动，电子电导是载流子直达式移动B.离子电导是一个电解过程，符合法拉第电解定律，会发生氧化还原反应，时间长了会对介质内部造成大量缺陷及破坏；而电子电导不会对材料造成破坏C.离子电导产生很困难，但若有热缺陷则会容易很多；一般材料不会产生电子电导，一般通过掺杂形式形成能量上的自由电子D.电子电导的电导率远大于离子电导（原因：1.当温度升高时，晶体内的离子振动加剧，对电子产生散射，自由电子或电子空穴的数量大大增加，总的效应还是使电子电导非线性地大大增加；2.在弱电场作用下，电子电导和温度成指数式关系，因此电导率的对数也和温度的倒数成直线关系；3.在强电场作用下，晶体的电子电导率与电场强度之间不符合欧姆定律，而是随场强增大，电导率有指数式增加4.铁电体与反铁电体答：铁电体是指在一定温度范围内具有自发极化，并且自发极化方向可随外加电场作可逆转动的晶体；反铁电体是指晶体中相邻的离子沿反平行方向发生自发极化，宏观上自发极化为零且无电滞回线的材料不同点：1.在反铁电体的晶格中，离子有自发极化，以偶极子形式存在，偶极子成对的按反平行方向排列，这两部分偶极子的偶极矩大小相等，方向相反；而在铁电体的晶格中，偶极子的极性是相同的，为平行排列2.反铁电体具有双电滞回线，铁电体具有电滞回线3.当外电场降至零时，反铁电体无剩余极化，铁电体存在剩余计5.声频支与光频支的异同答：相同点：声频支与光频支都是由于一维双原子点阵的振动引起的，且都是独立的格波，频率都与元胞振动频率相同不同点：1.声频支是相邻原子具有相同的振动方向，表示了元胞的质量中心的振动；光频支是相邻两种原子振动方向相反，表示了元胞的质量中心维持不同，因而引起了一个范围很小，频率很高的振动2.声频支是低温下的格波，频率小影响范围广，是同一类原子不同晶胞之间相互振动引起的；光频支是晶体熔融温度下的格波，频率高，影响范围小，是不同类原子同一晶胞之间相互振动引起的。
材料物理性能复习总结
1、⏹拉伸曲线：⏹拉伸力F－绝对伸长△L的关系曲线。
⏹在拉伸力的作用下，退火低碳钢的变形过程四个阶段：⏹1）弹性变形：O～e⏹2）不均匀屈服塑性变形：A～C⏹3）均匀塑性变形：C～B⏹4）不均匀集中塑性变形：B～k⏹5）最后发生断裂。
k～2、弹性变形定义：⏹当外力去除后，能恢复到原形状或尺寸的变形－弹性变形。
⏹弹性变形的可逆性特点：⏹金属、陶瓷或结晶态的高分子聚合物：在弹性变形内，应力－应变间具有单值线性关系，且弹性变形量都较小。
⏹橡胶态高分子聚合物：在弹性变形内，应力－应变间不呈线性关系，且变形量较大。
⏹无论变形量大小和应力－应变是否呈线性关系，凡弹性形变都是可逆变形。
3、弹性比功：（弹性比能、应变比能），用a e 表示，⏹表示材料在弹性变形过程中吸收弹性变形功的能力。
⏹一般用材料开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
⏹物理意义：吸收弹性变形功的能力。
⏹几何意义：应力σ-应变ε曲线上弹性阶段下的面积。
4、理想弹性材料：在外载荷作用下，应力-应变服从虎克定律，即σ＝Eε，并同时满足3个条件，即：⏹①应变对于应力的响应是线性的；⏹②应力和应变同相位；⏹③应变是应力的单值函数。
⏹材料的非理想弹性行为：⏹可分为滞弹性、伪弹性及包申格效应等几种类型5、滞弹性(弹性后效)⏹滞弹性：是指材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的现象。
6、实际金属材料具有滞弹性。
⏹1）单向加载弹性滞后环⏹在弹性区内单向快速加载、卸载时，加载线与卸载线会不重合（应力和应变不同步），形成一封闭回线，称为弹性滞后环。
⏹2）交变加载弹性滞后环⏹交变载荷时，若最大应力＜宏观弹性极限，加载速率比较大，则也得到弹性滞后环(图b)。
⏹3）交变加载塑性滞后环⏹交变载荷时，若最大应力＞宏观弹性极限，则得到塑性滞后环（图c）。
7、材料存在弹性滞后环的现象说明：材料加载时吸收的变形功> 卸载时释放的变形功，有一部分加载变形功被材料所吸收。
材料物理要点总结归纳
材料物理要点总结归纳材料物理是研究材料的性质、结构和行为的分支学科，涉及多种材料，如金属、陶瓷、塑料等。
本文将对材料物理的要点进行总结归纳，以帮助读者更好地理解和应用这一学科。
一、晶体结构晶体是具有有序排列的原子、离子或分子的固体。
其晶体结构对于材料的性能具有重要影响。
晶体结构可分为简单晶格和复式晶格。
简单晶格包括立方晶系、正交晶系、单斜晶系、斜方晶系、蜂窝晶系等。
而复式晶格则由多个原子、离子或分子组成。
二、晶体缺陷晶体中存在各种缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷包括空位、插入性杂质和替位杂质。
线缺陷包括位错和螺旋位错。
面缺陷包括晶界和孪晶。
三、材料的力学性能力学性能是材料物理研究的重要内容。
其中包括材料的弹性、塑性、韧性、脆性等性能。
弹性是指材料在外力作用下产生的形变能够消除，其应力-应变关系遵循胡克定律。
塑性是指材料在外力作用下形变能够保留，其应力-应变关系不遵循胡克定律。
四、导电材料导电材料是指能够传导电流的材料，包括金属和半导体。
金属是导电性能最好的材料，其导电机制主要由自由电子贡献。
而半导体的导电性能则可以通过施加杂质或外加电场进行调控。
五、磁性材料磁性材料是指在外磁场作用下产生磁化强度的材料。
根据磁化机制的不同，可将磁性材料分为顺磁性、抗磁性、铁磁性和自旋玻璃等。
六、光学材料光学材料是指能够对光进行传播、转换和控制的材料。
常见的光学材料包括玻璃、晶体、半导体等。
光学材料的性能包括透射率、折射率、吸收系数等，对于光学器件的设计和应用至关重要。
七、材料表面与界面材料的表面和界面结构对于材料的性质和表现具有重要影响。
材料表面的化学和物理性质不同于内部材料，对于材料的附着、润湿性等起着重要作用。
而材料的界面结构和性质则关系到多相材料的稳定性和性能。
八、材料的热学性能材料的热学性能包括热传导性、热膨胀性、热导率等。
热传导性是指材料对热的传导能力，热膨胀性是指材料在温度变化时的尺寸变化。
九、材料的化学性能材料的化学性能包括材料的化学稳定性、化学反应性以及与其他物质的相互作用等。
中考物理知识点总结：材料世界
中考物理知识点总结：材料世界
一、我们周围的资料
1、金属资料：由金属元素或以金属元素为主制成的资料。
2、无机非金属资料：陶瓷、玻璃、金刚石、半导体是罕见的无机非金属资料。
3、无机高分子资料：指以无机高分子为基础构成的资料。
4、复合资料：将优缺陷能互补的资料复合在一同，制造出的功用优秀的新资料。
5、合金不是复合资料。
6、资料的物理性质：〔1〕弹性：资料受力发作形变，除去外力后，资料又自动回复到原状。
〔2〕硬度：描画资料的稳固水平。
〔3〕延展度：资料具有的可以锻打成片、拉成丝的性质。
7、资料与社会开展：如何合理地应用资源，有效维护环境，已成为人类关注的一个严重课题。
二、半导体
1、资料的导电性分类：〔1〕导体：容易导电〔2〕半导体：导电才干介于导体与绝缘体之间。
〔3〕绝缘体：不容易导电。
2、半导体二极管：单导游电性。
3、半导体三极管：缩小电信号。
4、半导体的运用：〔1〕太阳能电池〔2〕条形码扫描器〔3〕微处置器〔4〕机器人
三、探求新资料
1、超导资料：电阻为零的资料。
2、超导资料的运用：远距离输电、超导磁悬浮、添加磁性。
3、纳米资料特点：空间尺度小，硬度高、强度大。
4、纳米资料的运用：使计算机运转速度加快，芯片体积减小。
制造纳米机器人。
材料物理基础知识点总结
材料物理基础知识点总结材料物理是研究物质的性质和行为的一个学科，它涉及材料的结构、力学行为、电学行为、热学行为以及光学行为等方面。
在材料科学与工程领域中，材料物理的基础知识是非常重要的。
下面是材料物理基础知识点的总结：1.原子结构：原子是材料的基本单位，它由原子核和围绕核运动的电子组成。
原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子不带电。
电子带负电荷，质子和电子的数量相等，因此原子是电中性的。
2.原子排列：原子可以通过共价键、离子键或金属键等方式相互结合，从而形成晶体结构。
晶体结构可以分为立方晶系、正交晶系、单斜晶系、斜方晶系、菱方晶系和三斜晶系等不同类型。
3.晶体缺陷：晶体中常常存在一些缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷，这些缺陷可以对材料的力学行为、电学行为和热学行为等性质产生重要影响。
4.材料力学行为：材料力学行为主要包括弹性行为、塑性行为和断裂行为。
弹性行为是指材料在受力后能够恢复原来形状和大小的能力；塑性行为是指材料在受力后能够产生变形而不会恢复到原来的形状和大小；断裂行为是指材料在受到过大的力作用时发生破裂。
5.材料电学行为：材料电学行为是指材料在电场或磁场中的行为。
材料可以分为导电材料、绝缘材料和半导体材料等不同类型。
6.材料热学行为：材料热学行为是指材料在温度变化时的行为。
材料的热学性质包括热导率、热膨胀系数和比热容等。
7.材料光学行为：材料光学行为是指材料在光照射下的行为。
材料可以表现出吸光、透光、反射等不同行为。
8.材料的选择和设计：根据材料的物理性质和需求，可以选择合适的材料。
材料的选择和设计要考虑到材料的力学性能、电学性能以及热学性能等方面。
9.材料的制备和加工：材料的制备和加工方法有很多种，如溶液法、凝聚法、熔融法和沉积法等。
选择合适的制备和加工方法可以改变材料的结构和性能。
10.材料的应用：材料学的最终目的是将材料应用于实际生产中。
材料可以应用于机械制造、电子工程、能源技术、医疗器械以及航空航天等领域。
物理九年级基础知识：材料世界
2019年物理九年级基础知识：材料世界
2019年物理九年级基础知识：材料世界
一、我们周围的材料
1、金属材料：由金属元素或以金属元素为主制成的材料。
2、无机非金属材料：陶瓷、玻璃、金刚石、半导体是常见的无机非金属材料。
3、有机高分子材料：指以有机高分子为基础构成的材料。
4、复合材料：将优缺点能互补的材料复合在一起，制造出的性能优良的新材料。
5、合金不是复合材料。
6、材料的物理性质：(1)弹性：材料受力发生形变，除去外力后，材料又自动回复到原状。
(2)硬度：描述材料的坚硬程度。
(3)延展度：材料具有的可以锻打成片、拉成丝的性质。
7、材料与社会发展：如何合理地利用资源，有效保护环境，已成为人类关注的一个重大课题。
二、半导体
1、材料的导电性分类：(1)导体：容易导电(2)半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间。
(3)绝缘体：不容易导电。
2、半导体二极管：单向导电性。
3、半导体三极管：放大电信号。
4、半导体的应用：(1)太阳能电池(2)条形码扫描器(3)微处理器(4)机器人
三、探索新材料
1、超导材料：电阻为零的材料。
2、超导材料的应用：远距离输电、超导磁悬浮、增加磁性。
3、纳米材料特点：空间尺度小，硬度高、强度大。
4、纳米材料的应用：使计算机运行速度加快，芯片体积减小。
制造纳米机器人。
材料物理性能部分知识点
1. 名义应力：真实应力：正应力——伸长或缩短的量——正应变，用ζ表示；剪切应力——畸变或转动的量——剪切应变，用η表示。
名义应变：真实应变：正应变：xx，yy，zz；剪切应变：xy，yz，zx。
2. 材料受力形变的三个阶段：弹性形变：当外力去除后，能恢复到原来形状和尺寸的形变。
塑性形变：外力去除后，形状或尺寸不能恢复的形变。
断裂。
3. 根据受力形变特征，材料可分为：脆性材料（非金属材料）：只有弹性形变，无塑性，形变或塑性形变很小。
延性材料（金属材料）：有弹性形变和塑性形变。
弹性材料（橡胶）：弹性变形很大，没有残余形变（无塑性形变）。
4. 结论：弹性形变的物理本质：原子间结合力抵抗外力的宏观表现。
弹性系数ks和弹性模量E是反映原子间结合强度的标志。
5. 影响弹性模量的因素即影响原子间结合力的因素。
（1）键合方式：共价键和离子键结合力强，弹性模量E较大；金属键和分子键结合力弱，E较低。
（2）晶体结构因材料的方向不同差别很大，排列越致密的方向结合越紧密，E越大。
（3）温度大部分固体，受热后渐渐开始膨胀、变软，原子间结合力减弱，弹性常数降低。
（4）复相的弹性模量在二相系统中，总模量介于高模量成分和低模量成分间，类似于二相系统的热膨胀系数，通过假定材料有许多层组成，这些层平行或垂直于作用单轴应力，找出最宽的可能界限。
6. 一些非晶体有时甚至多晶体在比较小的应力作用下可同时表现出弹性和粘性，称为粘弹性。
理想弹性体受应力作用立即产生应变，与时间无关。
一旦应力撤除，应变也随之立即消除。
实际固体材料的应变产生与消除需要有限时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。
7. 应变蠕变固体材料在恒定荷载下，变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程，或材料受力后内部原子由不平衡到平衡的过程，也叫徐变。
当外力除去后，徐变变形不能立即消失。
应力弛豫在持续外力作用下，发生变形着的物体，在总的变形值保持不变的情况下，由于徐变变形渐增，弹性变形相应的减小，由此使物体的内部应力随时间延续而逐渐减少的现象。
材料物理性能知识点总结
材料性能的影响因素材料化学组成和显微结构不同，决定其有不同的特性；材料的内部分子层次上，原子、离子之间的相互作用和化学键合对材料性能产生决定性的影响；多晶多相材料的显微结构的不同，影响材料的大部分性能。
晶体结合类型、特征：（1）离子晶体：离子键合、高硬度、高升华热，可溶于极性溶剂、低温不导电，高温离子导电。
（2）共价晶体：共价键合、高硬度、高熔点，几乎不溶于所有溶剂，高折射率，强反射本领。
（3）金属晶体：金属键合、高密度、导电率高，延展性好，只溶于液体金属。
（4）分子晶体：范德华力结合，高热膨胀，易溶于非极性有机溶剂中，低熔点、沸点，压缩系数大，保留分子的性质。
（5）氢键：低熔点、沸点，结合力高于无氢键的类似分子。
单晶体是由一个微小的晶核各向均匀生长而成，其内部的粒子基本上按其特有的规律整齐排列。
晶体微粒（包括离子、原子团）在空间排列有一定的规律晶体性质：1.均与性；2.各向异性；3.规则的多面体外形；4.确定的熔点；5.对称性晶体可分为单晶、多晶、微晶等微晶：粒度很小的晶体组成的物质（显晶质、隐晶质、单晶、多晶）晶体和非晶体的区别如下：晶体有规则的几何外形非晶体没有一定的外形晶体有固定的熔点非晶体没有固定的熔点晶体显各向异性非晶体显各向同性按热力学观点看：晶体一般都具有最低的能量，因而较稳定非晶体一般能量较高，都处于介稳或亚稳态晶格确定步骤：1.确定基本结构单元；2.将结构基元看做一点；3.这些几何点聚焦形成点阵（面角守恒：同组晶体和对应面之间夹角恒定不变）材料应用考虑因素：使用寿命、性能、可靠性、环境适应性、性价比。
材料性能是一种用于表征材料在给定外界条件下的行为参量。
同一材料不同性能，只是相同的内部结构，在不同的外界条件下所表现出的不同行为。
材料性能的研究：材料性能的研究，既是材料开发的出发点，也是其重要归属。
材料强度、表面光洁度、绝缘性能、热导性、热膨胀系数等是衡量基板材料好坏的重要指标。
《材料物理化学》课程知识要点
《材料物理化学》课程知识要点1．高分子的聚集态结构是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构，高分子的聚集态结构也称三级结构，或超分子结构。
2．宏观量子隧道效应：当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒, 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。
一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。
3．竟聚率：单体自聚和共聚反应速率常数之比, 表示某一结构单元结尾的活性链与其自身单体加成反应的速率常数与另一单体加成反应的速率常数的比值。
4．久保理论：由于超微粒子中原子数的减少，使得能带汇总能级间距加大，变为不连续能级，金属超微粒子的电子能级具有像孤立原子中的能级不连续性。
高分子的聚集态结构是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构，高分子的聚集态结构也称三级结构，或超分子结构。
5．杠杆定律：在金属学中用来计算相图上两相区的相或组织组成物相对数量的定律。
由于形式上与力学中杠杆定律十分相似，故称为杠杆定律6．非晶(non-crystal)、准晶(quasi-crystal) 和介晶：非晶固体是指内部原子缺乏周期性排列的固体，如玻璃、松香等。
准晶是内部结构介于晶体和非晶之间的一种新状态，其内部结构具有长程有序，但不具有晶体结构的平移周期性。
介晶是纳米晶体的取向超结构，是从非球形结晶的建筑单元形成的新型胶体晶。
7．反斯托克斯效应: 气态自由原子吸收了光源的特征辐射后，原子的价电子跃迁到较高能级，然后又跃迁返回基态或较低能级，同时发射出小于光源激发辐射的波长的荧光，称为反斯托克斯效应。
8．肖特基缺陷：正常晶格上的原子迁移到晶体表面，在正常结点上留下空位。
9．本征扩散：空位来源于晶体结构中本征热缺陷而引起的质点迁移。
10．烧结：粉体在一定温度作用下，发生团结，使气孔率下降，致密度提高，强度增大，晶粒增长，这种现象即为烧结。
11．非化学计量缺陷化合物指偏离正常化学计量的化合物。
材料物理性能基础知识点
材料物理性能基础知识点<<材料物理性能>>基础知识点一，基本概念：1.摩尔热容: 使１摩尔物质在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1K所需要的热量称为摩尔热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
2.比热容：质量为1kg的物质在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1K所需要的热量称为比热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
3.比容：单位质量（即1kg物质）的体积，即密度的倒数（m3/kg）。
4.格波：由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用，因此晶格中一个质点的微振动会引起临近质点随之振动。
因相邻质点间的振动存在着一定的位相差，故晶格振动会在晶体中以弹性波的形式传播，而形成“格波”。
5.声子（Phonon）: 声子是晶体中晶格集体激发的准粒子，就是晶格振动中的简谐振子的能量量子。
6.德拜特征温度: 德拜模型认为:晶体对热容的贡献主要是低频弹性波的振动，声频支的频率具有0～ωmax分布,其中,最大频率所对应的温度即为德拜温度θD,即θD=ћωmax/k。
7.示差热分析法（Differential Thermal Analysis, DTA ）: 是在测定热分析曲线（即加热温度T与加热时间t的关系曲线）的同时，利用示差热电偶测定加热（或冷却）过程中待测试样和标准试样的温度差随温度或时间变化的关系曲线ΔT~T（t），从而对材料组织结构进行分析的一种技术。
8.示差扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry, DSC）: 用示差方法测量加热或冷却过程中，将试样和标准样的温度差保持为零时，所需要补充的热量与温度或时间的关系。
9.热稳定性（抗热振性）：材料承受温度的急剧变化（热冲击）而不致破坏的能力。
10.塞贝克效应：当两种不同的导体组成一个闭合回路时，若在两接头处存在温度差则回路中将有电势及电流产生，这种现象称为塞贝克效应。
11.玻尔帖效应：当有电流通过两个不同导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，还要在两接头处出现吸热或放出热量Q的现象。
《材料物理》复习汇总.doc
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期末求助攻呀。
1.何为晶界？答：晶界就是空间取向（或位向）不同的相邻晶粒Z间的分界。
2 •三种典型晶胞的符号，原子数，配位数，致密度。
答：面心立方：，fee, 4, 12, 74%。
体心立方：bee, 2, 8, 68%。
排六方：hep, 6, 12, 74%。
3、实际晶体存在品体缺陷，按照几何特点、这些缺陷可以分为三大类：点缺陷、线缺陷、面缺陷4.影响：（1）空位浓度升高，导体的电升高・（2, 空位引起体积增加、密度减小。
（3,辐照损损你用电子、中字、质子、。
粒子等高能粒子照射材料, 在材料中导入大量空位和间隙原子，引起材料损伤.5•试比较弗伦克尔和肖特基缺陷的特点答：弗兰克尔缺陷的形成是宙于点阵中某原子迁移到晶体内的其他位置，在形成空位的时形成一个间隙原子。
肖脱基缺陷的形成是由于点中原子移至衣面、品界等处形成空位。
比较可知，在弗兰克尔缺陷中，空位和间隙原子时成对岀现的，而在肖脱丛缺陷中只出现空位。
6,在位错滑移时，刃位错上原子受的力和螺位错上原子受的力各有什么特点？答：在位错滑移时，刃位错上原子受力的方向就是错滑移的方向。
但螺位错滑移时，螺位错上原子受力的方向与位错滑移的方向相垂直。
7.采用示意图说明刃型位错的滑移运动。
答：：在图示的品体上施加一切应力，当应力足够人时，冇使品体上部向冇发生移动的趋势。
假如品体中有一刃型位错，显然位错在晶体中发生移动比整个晶体移动要容易。
因此，（1）位错的运动在外加切应力的作用下发生；（2）位错移动的方向和位错线乖宜；3）运动位错扫过的区域品体的两部分发生了柏氏矢量大小的和对运动（滑移）；（4）位错移出晶体农血将在晶体的农面上产生柏氏矢量大小的台阶。
材料物理基础知识点总结
点缺陷1范围分类1点缺陷.在三维空间各方向上尺寸都很小,在原子尺寸大小的晶体缺陷.2线缺陷在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量级),另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷.其具体形式就是晶体中的位错3面缺陷在三维空间的两个方向上的尺寸很大,另外一个方向上的尺寸很小的晶体缺陷2点缺陷的类型1空位.在晶格结点位置应有原子的地方空缺,这种缺陷称为“空位”2.间隙原子.在晶格非结点位置,往往是晶格的间隙,出现了多余的原子.它们可能是同类原子,也可能是异类原子3.异类原子.在一种类型的原子组成的晶格中,不同种类的原子替换原有的原子占有其应有的位置3点缺陷的形成弗仑克耳缺陷:原子离开平衡位置进入间隙,形成等量的空位和间隙原子.肖特基缺陷:只形成空位不形成间隙原子.（构成新的晶面）金属:离子晶体:1 负离子不能到间隙2 局部电中性要求4点缺陷的方程缺陷方程三原则: 质量守恒, 电荷平衡, 正负离子格点成比例增减.肖特基缺陷生成:0＝V M,,+ V O··弗仑克尔缺陷生成: M M＝V M,,+ M i ··非计量氧化物:1/2O2 (g)＝V M,,+ 2h· + O O不等价参杂:Li2O＝2Li M, + O O + V O··Li2O+ 1/2O2 (g) ＝2Li M, + 2O O + 2h· .Nb2O5＝2Nb Ti ·+ 2 e, + 4O O + 1/2O2 (g)5过饱和空位.晶体中含点缺陷的数目明显超过平衡值.如高温下停留平衡时晶体中存在一平衡空位,快速冷却到一较低的温度,晶体中的空位来不及移出晶体,就会造成晶体中的空位浓度超过这时的平衡值.过饱和空位的存在是一非平衡状态,有恢复到平衡态的热力学趋势,在动力学上要到达平衡态还要一时间过程.6点缺陷对材料的影响.原因无论那种点缺陷的存在,都会使其附近的原子稍微偏离原结点位置才能平衡即造成小区域的晶格畸变.效果1提高材料的电阻定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力(陷阱),增加了阻力,加速运动提高局部温度(发热)2加快原子的扩散迁移空位可作为原子运动的周转站3形成其他晶体缺陷过饱和的空位可集中形成内部的空洞,集中一片的塌陷形成位错4改变材料的力学性能.空位移动到位错处可造成刃位错的攀移,间隙原子和异类原子的存在会增加位错的运动阻力.会使强度提高,塑性下降.位错7刃型位错若将上半部分向上移动一个原子间距,之间插入半个原子面,再按原子的结合方式连接起来,得到和(b)类似排列方式(转90度),这也是刃型位错.8螺型位错若将晶体的上半部分向后移动一个原子间距,再按原子的结合方式连接起来(c),同样除分界线附近的一管形区域例外,其他部分基本也都是完好的晶体.而在分界线的区域形成一螺旋面,这就是螺型位错9柏氏矢量.确定方法,首先在原子排列基本正常区域作一个包含位错的回路,也称为柏氏回路,这个回路包含了位错发生的畸变.然后将同样大小的回路置于理想晶体中,回路当然不可能封闭,需要一个额外的矢量连接才能封闭,这个矢量就称为该位错的柏氏矢10柏氏矢量与位错类型的关系刃型位错,柏氏矢量与位错线相互垂直.(依方向关系可分正刃和负刃型位错).螺型位错,柏氏矢量与位错线相互平行.(依方向关系可分左螺和右螺型位错).混合位错,柏氏矢量与位错线的夹角非0或90度. 柏氏矢量守恒1同一位错的柏氏矢量与柏氏回路的大小和走向无关.2位错不可能终止于晶体的内部,只能到表面,晶界和其他位错,在位错网的交汇点, 11滑移运动--刃型位错的滑移运动在晶体上施加一切应力,当应力足够大时,有使晶体上部向有发生移动的趋势.假如晶体中有一刃型位错,显然位错在晶体中发生移动比整个晶体移动要容易.因此,①位错的运动在外加切应力的作用下发生;②位错移动的方向和位错线垂直;③运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相对运动(滑移);④位错移出晶体表面将在晶体的表面上产生柏氏矢量大小的台阶.螺型位错的滑移在晶体上施加一切应力,当应力足够大时,有使晶体的左右部分发生上下移动的趋势.假如晶体中有一螺型位错,显然位错在晶体中向后发生移动,移动过的区间右边晶体向下移动一柏氏矢量.因此,①螺位错也是在外加切应力的作用下发生运动;②位错移动的方向总是和位错线垂直;③运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相对运动(滑移);④位错移过部分在表面留下部分台阶,全部移出晶体的表面上产生柏氏矢量大小的完整台阶.这四点同刃型位错.刃,螺型位错滑移的比较.1因为位错线和柏氏矢量平行,所以螺型位错可以有多个滑移面,螺型位错无论在那个方向移动都是滑移2晶体两部分的相对移动量决定于柏氏矢量的大小和方向,与位错线的移动方向无关. 12刃位错的攀移运动:刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动.刃位错发生攀移运动时相当于半原子面的伸长或缩短,通常把半原子面缩短称为正攀移,反之为负攀移.滑移时不涉及单个原子迁移,即扩散.刃型位错发生正攀移将有原子多余,大部分是由于晶体中空位运动到位错线上的结果,从而会造成空位的消失;而负攀移则需要外来原子,无外来原子将在晶体中产生新的空位.空位的迁移速度随温度的升高而加快,因此刃型位错的攀移一般发生在温度较高时;另外,温度的变化将引起晶体的平衡空位浓度的变化,这种空位的变化往往和刃位错的攀移相关.切应力对刃位错的攀移是无效的,正应力的存在有助于攀移(压应力有助正攀移,拉应力有助负攀移),但对攀移的总体作用甚小.13位错点缺陷交互.晶体内同时含由位错和点缺陷时(特别时溶入的异类原子),它们会发生交互作用异类原子在刃位错处会聚集,如小原子到多出半原子面处,大原子到少半原子面处,而异类原子则溶在位错的间隙处. 空位会使刃位错发生攀移运动.界面14表面能的来源.材料表面的原子和内部原子所处的环境不同,内部在均匀的力场中,能量较低,而表面的原子有一个方向没有原子结合,处在与内部相比较高的能量水平.另一种设想为一完整的晶体,按某晶面为界切开成两半,形成两个表面,切开时为破坏原有的结合键单位面积所吸收的能量.由于不同的晶面原子的排列方式不同,切开破坏的化学键的量也不同,故用不同的晶面作表面对应的表面能也不相同,一般以原子的排列面密度愈高,对应的表面能较小15表面能与晶体形状之间的关系.在晶体形成的过程中,为了使系统的自由能最低,尽量降低表面的总能量,即ΣσA最小.一方面尽量让σ最小的晶面为表面,当然也可能是表面能略高但能明显减小表面积的晶面为表面.如fcc结构的晶体自由生长就为14面体粗糙表面与平滑表面晶体的表面在宏观为一能量较低的平面,但表面原子的缺陷,局部表面原子缺少或有多余原子,以表面存在的阵点数与实有原子数的比x来表示,这些缺陷的存在可提高表面的熵,是必然存在的.每种材料有特定的x值下表面能最低,其中x=0.5的表面稳定的称为粗糙表面,大多数的金属材料是属于粗糙表面;x值仅在0或1附近稳定的称为平滑表面,大多是非金属材料. 17晶界与杂质原子的相互作用.少量杂质或合金元素在晶体内部的分布也是不均匀的,它们常偏聚于晶界,称这种现象为晶界内吸附.产生的原因可参见位错与点缺陷的作用,一般杂质原子与晶体的尺寸或性质差别愈大,这种偏聚愈严重.杂质原子在晶界的偏聚对晶体的某些性能产生重要的影响,18相界面.两种不同相的分界面.液体的表面是液相和气相的分界面;晶体的表面是晶体和气相(或液相)的分界面;两个不同的固相之间的分界面也是相界面,在我们的课程中主要是指后者.相界面的特性:相界面的结构和晶界有一定的共性,也有一些明显的差别.非共格界面类似大角度晶界,而完全的共格是困难的,共格面两边微少的差别可以用晶格的畸变来调整,界面两边差别不十分大时,将可以补充一定的位错来协调,组成半共格界面.无论那种情况,界面都存在自己的界面能,都将对材料的结构形貌带来明显的影响.第三章相固溶体分类位置分置换固溶体.溶质原子取代了部分溶剂晶格中某些节点上的溶剂原子而形成的固溶体.间隙固溶体.溶质原子嵌入溶剂晶格的空隙中,不占据晶格结点位置固溶体分类溶解度无限溶解固溶体.溶质可以任意比例溶入溶剂晶格中.这是把含量较高的组元称为溶剂,含量较少的组元称为溶质.有限溶解固溶体.溶质原子在固溶体中的浓度有一定限度,超过这个限度就会有其它相(另一种固溶体或化合物)的形成.间隙固溶体都是有限溶解固溶体.通常是过渡族金属为溶剂,小尺寸的C,N,H,O,B等元素为溶质. 4影响固溶体溶解度的因素在一定条件下,溶质元素在固溶体中的极限浓度叫该元素在固溶体中的溶解度.影响溶解度的因素很多,目前还在研究中,现在公认的有1尺寸因素.在置换固溶体中,溶质原子的尺寸和溶剂相近,溶解度也愈大,Δr小于15%时才有利于形成置换固溶体,要能达到无限互溶,Δr 的值还要小一些.间隙固溶体的形成的基本条件D质/D剂<0.59.在间隙固溶体中,显然D质/D剂愈小,即溶质原子的尺寸愈小,溶解度也大.间隙固溶体只能有限溶解2．晶体结构因素.组元间晶体结构相同时,固溶度一般都较大,而且才有可能形成无限固溶体.若组元间的晶体结构不同,便只能生成有限固溶体3电负性差.电负性为这些元素的原子自其它原子夺取电子而变为负离子的能力.反映两元素的化学性能差别.两元素间电负性差越小,则越容易形成固溶体,且所形成的固溶体的溶解度也就越大;随两元素间电负性差增大,溶解度减小,当其差别很大时,往往形成较稳定的化合物4电子浓度.在金属材料(合金)中,价电子数目(e)与原子数目(a)之比称为电子浓度.由于溶质和溶剂的价电子数可能不同,电子浓度e/a = V A(1-x) + V B x.其中x为溶质的原子百分比浓度(摩尔分数),V A,V B分别为溶剂和溶质的价电子数.一方面,溶质和溶剂的价电子数目相差大,它们的电负性的差别也大,溶解度会下降.另一方面,当e/a 为某些特定值时形成一新的晶体结构,因此它们的溶解度也就受到相应的限制.5固溶体的性能特点.1由于固溶体的晶体结构与溶剂相同,固溶体的性能基本上与原溶剂的性能相近,即固溶体的性能主要决定于溶剂的性能,或在溶剂性能基础上发生一些改变2固溶体的性能与原溶剂性能的差别,或称性能变化的大小,随着溶质的浓度的增加而加大3以金属元素为溶剂的固溶体,随着溶质的溶入,强度将提高,称为固溶强化,溶质的溶入可造成晶格畸变,材料的塑性变形的阻力加大,塑性略有下降,但不明显.是有效提高金属材料力学性能的途径之一6金属化合物类型.1.正常价化合物两组元服从原子价规律而生成的正常化学中所称的化合物.通常是金属元素与非金属元素组成,组元间电负性差起主要作用,两组元间电负性差较大,它们符合一般化合物的原子价规律.例如MnS,Al2O3,TiN,ZrO2等,其结合键为离子键;也有的是共价键,如SiC;少数也有以金属键结合,如Mg2Pb2电子化合物这类化合物大多是以第Ⅰ族或过渡族金属元素与第Ⅱ至第Ⅴ族金属元素结合而成.它们也可以用分子式表示,但大多不符合正常化学价规律.当e/a 为某些特定值时形成一新的晶体结构,并且电子浓度不同,其对应的晶体结构的类型也就不同.常见的电子浓度值有21/14,21/13,21/12.由于这类中间相与电子浓度有关,所以就称为电子化合物,主要出现在金属材料中,它们的结合键为金属键.一些常见的电子化合物可参看教材.例如Cu31Sn8,电子浓度21/13,具有复杂立方晶格3.间隙化合物.主要受组元的原子尺寸因素控制,通常是由过渡族金属原子与原子半径小于0.1nm 的非金属元素碳,氮,氢,氧,硼所组成.由于非金属元素(X)与金属元素(M)原子半径比不同,结构也有所不同.当r X/r M<0.59时,形成具有简单晶体结构的化合物,如fcc,bcc,cph或简单立方,通常称它们为间隙相,相应的分子式也较简单,如M4X,M2X,MX,MX2 .当r X/r M>0.59时,形成的化合物的晶体结构也较复杂,通常称它们为间隙化合物,相应的分子式也较复杂,如钢中常见的Fe3C,Cr7C3,Cr23C6等.7金属化合物的性能特点.大多数化合物,特别是正常价化合物,熔点都较高(结合键强的表现之一),力学性能表现为硬而脆.单一由化合物在金属材料中比较少见,而陶瓷材料则是以化合物为主体.少量硬度高的质点加入到塑性材料中,将明显提高材料的强度,即第二相强化机制.另一方面,化合物往往由特殊的物理,化学(电,磁,光,声等)性能,从而在功能材料中的应用得到迅速发展.相图热力学8克劳修斯-克莱普隆方程.设在一定温度和压力下,某物质处于两相平衡状态,若温度改变为dT,压力相应的改变dp之后,两相仍呈平衡状态.根据等温定压下的平衡条件△G=0,考虑1mol物质吉布斯自由能变化,由于平衡状态△G=G2-G1=0即 d G2=d G1按 d G=-SdT+Vdp因为过程是在恒温恒压的条件下进行的即为克劳修斯-克莱普隆方程,适应于任何物质的两相平衡体系.9公切线法则-两相平衡.在二元的情况,温度一定时,若AB组元可能形成αβ两种相,其自由能与成分的关系曲线.合金成分为X时: 以单一的α相存在,自由能在1点;以单一的β相存在,自由能在2点;作GαGβ的公切线,切点分别为P,Q,延长交坐标轴为a,b.a点为组元A在α和β的化学位b点为组元B在α和β的化学位,显然二者相等,所以P点的α相成分为x1;Q点的β相成分为x2;它们是平衡相.两相的数量满足杠杆定律,以这两相混合的自由能在M点.这时的自由能最低,它们才是这个温度下的平衡相.注意平衡相是以共切点的成分来分配,如果连接两曲线的最低点,以这样的成分的两相混合,尽管每一相的自由能比切点低,但数量按杠杆定律分配后的混合自由能在3点,依然高于M点结论:二元合金两相平衡的条件是能够作出这两相自由能曲线的工切线.公切线在两条曲线上的切点的成分坐标值便是这两个相在给定温度下的平衡成分.推论三个溶体平衡共存的条件是在给定的温度下,公切线能同时切过三条自由能曲线.或曰这三个溶体的自由能曲线有公切线.这三个切点的成分坐标值便是这三个相在给定温度下的平衡成分. 10相律—相律是描述系统的组元数,相数和自由度间关系的法则.相律有多种,其中最基本的是吉布斯相律,其通式f=C-P+2式中,C为系统的组元数,P为平衡共存的相的数目.自由度f不能为负值.对于恒压条件:f = c – p + 1.系统中有p相,c个组元,则成分引起的变数p(c-1)个.系统总的变数为p(c-1)+1.在多相平衡时,任一组元在各相间的化学位相等, 每个组元可写出个p-1等式,平衡条件总数为c(p-1)11几种二元相图.匀晶相图.两组元在液态和固态都能无限互溶.如Cu—Ni,Ag—Au形成二元合金对应的相图就是二元匀晶相图.相图的构成:由两条曲线将相图分为三个区.左右两端点分别为组元的熔点.上面的一条曲线称为液相线,液相线之上为液相的单相区,常用L表示;下面的一条曲线称为固相线,固相线之下为固溶体的单相区,常用α表示;两条曲线之间是双相区,标记L+α表示.二元共晶相图.两组元在液态下无限互溶,固态下有限溶解,一组元溶入另一组元中时都使凝固温度下降,并发生共晶转变.如Pb—Sn,Ag—Cu 等形成二元合金对应的相图就是二元匀晶相图.相图的构成:t A E和t B E为两液相线,与其对应的t A C和t B D为两固相线;CG和DH固溶体α,β的溶解度随温度变化线;CED为水平共晶线.将相图分成三个单相区L,α,β;三个双相区L＋α,L＋β,α＋β和一个三相区L＋α＋β,即CED为共晶线.二元包晶相图.两组元在液态下无限互溶,固态下有限溶解,并且发生包晶转变.相图的构成:ac和bc 为两液相线,与其对应的ad和bp为两固相线;df和pg固溶体α,β的溶解度随温度变化线;dpc为包晶转变线.它们分隔相图为三个单相区L,α,β;三个双相区L＋α,L＋β,α＋β; 一个三相区L＋α＋β,即水平线dpc 为包晶线.第四章单组元材料的结晶1凝固状态的影响因素1物质的本质.原子以那种方式结合使系统吉布斯自由能更低.温度高时原子活动能力强排列紊乱能量低,而低温下按特定方式排列结合能高可降低其总能量.这是热力学的基本原则2熔融液体的粘度:粘度表征流体中发生相对运动的阻力,随温度降低,粘度不断增加,在到达结晶转变温度前,粘度增加到能阻止在重力作用物质发生流动时,即可以保持固定的形状,这时物质已经凝固,不能发生结晶.例如玻璃,高分子材料3熔融液体的冷却速度:冷却速度快,到达结晶温度原子来不及重新排列就降到更低温度,最终到室温时难以重组合成晶体,可以将无规则排列固定下来.金属材料需要达到106℃/s才能获得非晶态.2结晶的热力学条件.结晶过程不是在任何情况下都能自动发生.自然界的一切自发转变过程总是向着自由能降低的方向进行.因为液体的熵值恒大于固体的熵,所以液体的曲线下降的趋势更陡,两曲线相交处的温度T m,当温度T= T m时,液相和固相的自由能相等,处于平衡共存,所以称T m为临界点,也就是理论凝固温度.当T< T m时,从液体向固体的转变使吉布斯自由能下降,是自发过程,发生结晶过程;反之,当T> T m时,从固体向液体的转变使吉布斯自由能下降,是自发过程,发生熔化过程.所以结晶过程的热力学条件就是温度在理论熔点以下.3结晶过程.温度变化规律:材料的熔体在熔点以上不断散热,温度不断下降,到理论结晶温度并不是马上变成固态的晶体,继续降温而出现过冷.过冷到某一程度开始结晶,放出结晶潜热,可能会使其温度回升.到略低于熔点的温度时,放出的热量和散热可达到平衡,这时处于固定温度,在冷却曲线上出现平台.结晶过程完成,没有潜热的补充,温度将重新不断下降,直到室温.组织的变化在一定的过冷度下,液态的熔体内首先有细小的晶体生成,称为形核.随后已形成的晶核不断的长大,同时在未转变的液体中伴随新的核心的形成.生长过程到相邻的晶体互相接触,直到液体全部转变完毕.每个成长的晶体就是一个晶粒,它们的接触分界面就形成晶界. 4自发形核1能量变化.在一定的过冷度下,液体中若出现一固态的晶体,该区域的能量将发生变化,一方面一定体积的液体转变为固体,体积自由能会下降,另一方面增加了液－固相界面,增加了表面自由能2临界大小.在一定过冷度下,ΔG V为负值,而σ恒为正值.可见晶体总是希望有最大的体积和最小的界面积.设ΔG V和σ为常数,最有利的形状为球.当细小晶体的半径大于临界尺寸,晶体长大时吉布斯自由能下降,这种可以长大的小晶体称为晶核.如果它的半径小于临界尺寸,晶体长大时吉布斯自由能将上升,自发过程为不断减小到消失3晶核的来源.熔体在熔点附近时,处在液态总体的排列是无序的,但局部的小区域并非静止不动的,原子的运动可造成局部能量在不断变化,其瞬间能量在平均值的上下波动,对应的原子排列在变化,小范围可瞬间为接近晶体的排列,其范围大小对应的能量于平均能量之差ΔG小于临界尺寸的(晶胚)下一步减小到消失,大于临界尺寸的可能不断长大,晶核.等于临界尺寸大小的晶核高出平均能量的那部分称为“形核功”.过冷度愈小,固—液自由能差也小,临界尺寸大,形核功也高,出现的几率也小.太小的过冷度在有限的时空范围内不能形核5非自发形核.如果形核不是在液体内部,如附着在某些已存在的固体(液体中存在的未熔高熔点杂质),例如在固体上形成球冠形,这时可以利用附着区原液体和杂质的界面能,特别是核心和杂质间可能有小的界面能.这种依附在某些已有的固体上形核称之为6晶核的长大一长大条件.从热力学分析可知,要使系统的自由能下降,在液—固界面附近的部分液体转变为固体,依然要求在界面附近要存在过冷度,前面冷却曲线上平台和理论结晶温度之差就是长大所要求的过冷度,也称为“动态过冷度”.金属材料的动态过冷度很小,仅0.01—0.05℃,而非金属材料的动态过冷度就大得多.若液—固界面处于平衡,则界面的温度应该为理论结晶温度.二长大速度.凝固过程中,晶体在不断长大,界面在单位时间向前推移的垂直距离称为长大线速度三正温度梯度下晶体的长大.正温度梯度是指液—固界面前沿的液体温度随到界面的距离的增加而升高,这时结晶过程的潜热只能通过已凝固的固体向外散失.平衡时界面的温度为理论结晶温度,液体的温度高于理论结晶温度.当通过已凝固的固体散失热量时,达到动态过冷的部分液体转变为固体,界面向前推移,到达理论结晶温度处,生长过程将停止.所以这时界面的形状决定于散热,实际上为理论结晶温度的等温面.在小的区域内界面为平面,局部的不平衡带来的小凸起因前沿的温度较高而放慢生长速度,因此可理解为齐步走,称为平面推进方式生长.四负温度梯度下晶体的长大.负温度梯度是指液—固界面前沿的液体温度随到界面的距离的增加而降低,这时结晶过程的潜热不仅可通过已凝固的固体向外散失,而且还可向低温的液体中传递.在小的区域内若为平面,局部的不平衡可带来某些小凸起,因前沿的温度较低而有利生长,因而凸起的生长速度将大于平均速度,凸起迅速向前发展,可理解赛跑的竞争机制,在凸起上可能再有凸起,如此发展而表现为数枝晶的方式长大.枝晶间的空隙最后填充,依然得到完整的晶体. 7树枝晶的生长按树枝方式生长的晶体称为树枝晶,先凝固的称为主干,随后是分支,再分支.①纯净的材料结晶完毕见不到树枝晶,但凝固过程中一般体积收缩,树枝之间若得不到充分的液体补充,树枝晶可保留下来②生长中晶体分支受液体流动,温差,重力等影响,同方向的分支可能出现小的角度差,互相结合时会留下位错③材料中含有杂质,在结晶时固体中的杂质比液体少,最后不同层次的分枝杂质含量不相同,其组织中可见树枝晶8非金属晶体的长大正温度梯度下,等温面和有利的晶体表面不相同时,界面会分解为台阶形.在表面的台阶处有利晶体的生长,这时原子从液体转移到固体中增加的表面积较小,台阶填充完后在表面生长也需要一定的临界尺寸,表现为非金属生长的动态过冷度比金属大,其中特别是螺位错造成的表面台阶对生长有利,并且是永远填不满的台阶. 9界面结构对晶体生长影响-受界面能和表明熵的影响,液－固界面的微观结构有两中类型:平滑型(晶面型)界面上原子排列平整,通常为晶体的某一特定晶面,界面上缺位或单贴原子较少.粗糙型(非晶面型) 界面上缺位或单贴原子较多,粗糙不平,不显示任何晶面特征.大多金属材料时如此.粗糙界面生长时向各个方向无区别.对于平滑界面能低的晶面与等温面不重和,原子将在台阶面处生长.（无台阶时,少量的原子很难吸附在光滑平面上,需要一批原子<二维晶核>,所需的动态过冷度较大.最终的形状与晶体的各向异性相关,对应独特的外形10铸件晶粒大小的控制从液体凝固后,每个晶核生长成一个晶粒,晶核多晶粒的尺寸自然就小.凝固理论分析表明晶粒尺寸决定于N/G,即形核率高晶粒细小,而长大速度快,晶粒尺寸增大.控制原理与方法:生产过程通常希望材料得到细小的尺寸,为此控制晶粒尺寸的方法有:第一,降低浇注温度和加快冷却速度,如金属模,或加快散热,尽管形核率和长大速度都提高,但形核率的提高快得多,所得到的晶粒将细化,可是快冷却速度会增加零件的内应力有时甚至可能造成开裂,有时因生产环境和零件尺寸达不到快速冷却.第二,加变质剂即人为加入帮助形核的其它高熔点细粉末,如在铜中加少量铁粉或铝中加Al2O3粉等,以非均匀方式形核并阻碍长大.第三,铸件凝固中用机械或超声波震动等也可细化晶粒尺寸.若希望晶粒粗大,如用于高温的材料,对这些因素进行相反的操作.。
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点缺陷1范围分类1点缺陷.在三维空间各方向上尺寸都很小,在原子尺寸大小的晶体缺陷.2线缺陷在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量级),另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷.其具体形式就是晶体中的位错3面缺陷在三维空间的两个方向上的尺寸很大,另外一个方向上的尺寸很小的晶体缺陷2点缺陷的类型1空位.在晶格结点位置应有原子的地方空缺,这种缺陷称为“空位”2.间隙原子.在晶格非结点位置,往往是晶格的间隙,出现了多余的原子.它们可能是同类原子,也可能是异类原子3.异类原子.在一种类型的原子组成的晶格中,不同种类的原子替换原有的原子占有其应有的位置3点缺陷的形成弗仑克耳缺陷:原子离开平衡位置进入间隙,形成等量的空位和间隙原子.肖特基缺陷:只形成空位不形成间隙原子.（构成新的晶面）金属:离子晶体:1 负离子不能到间隙2 局部电中性要求4点缺陷的方程缺陷方程三原则: 质量守恒, 电荷平衡, 正负离子格点成比例增减.肖特基缺陷生成:0＝V M,,+ V O··弗仑克尔缺陷生成: M M＝V M,,+ M i ··非计量氧化物:1/2O2 (g)＝V M,,+ 2h· + O O不等价参杂:Li2O＝2Li M, + O O + V O··Li2O+ 1/2O2 (g) ＝2Li M, + 2O O + 2h· .Nb2O5＝2Nb Ti ·+ 2 e, + 4O O + 1/2O2 (g)5过饱和空位.晶体中含点缺陷的数目明显超过平衡值.如高温下停留平衡时晶体中存在一平衡空位,快速冷却到一较低的温度,晶体中的空位来不及移出晶体,就会造成晶体中的空位浓度超过这时的平衡值.过饱和空位的存在是一非平衡状态,有恢复到平衡态的热力学趋势,在动力学上要到达平衡态还要一时间过程.6点缺陷对材料的影响.原因无论那种点缺陷的存在,都会使其附近的原子稍微偏离原结点位置才能平衡即造成小区域的晶格畸变.效果1提高材料的电阻定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力(陷阱),增加了阻力,加速运动提高局部温度(发热)2加快原子的扩散迁移空位可作为原子运动的周转站3形成其他晶体缺陷过饱和的空位可集中形成内部的空洞,集中一片的塌陷形成位错4改变材料的力学性能.空位移动到位错处可造成刃位错的攀移,间隙原子和异类原子的存在会增加位错的运动阻力.会使强度提高,塑性下降.位错7刃型位错若将上半部分向上移动一个原子间距,之间插入半个原子面,再按原子的结合方式连接起来,得到和(b)类似排列方式(转90度),这也是刃型位错.8螺型位错若将晶体的上半部分向后移动一个原子间距,再按原子的结合方式连接起来(c),同样除分界线附近的一管形区域例外,其他部分基本也都是完好的晶体.而在分界线的区域形成一螺旋面,这就是螺型位错9柏氏矢量.确定方法,首先在原子排列基本正常区域作一个包含位错的回路,也称为柏氏回路,这个回路包含了位错发生的畸变.然后将同样大小的回路置于理想晶体中,回路当然不可能封闭,需要一个额外的矢量连接才能封闭,这个矢量就称为该位错的柏氏矢10柏氏矢量与位错类型的关系刃型位错,柏氏矢量与位错线相互垂直.(依方向关系可分正刃和负刃型位错).螺型位错,柏氏矢量与位错线相互平行.(依方向关系可分左螺和右螺型位错).混合位错,柏氏矢量与位错线的夹角非0或90度. 柏氏矢量守恒1同一位错的柏氏矢量与柏氏回路的大小和走向无关.2位错不可能终止于晶体的内部,只能到表面,晶界和其他位错,在位错网的交汇点, 11滑移运动--刃型位错的滑移运动在晶体上施加一切应力,当应力足够大时,有使晶体上部向有发生移动的趋势.假如晶体中有一刃型位错,显然位错在晶体中发生移动比整个晶体移动要容易.因此,①位错的运动在外加切应力的作用下发生;②位错移动的方向和位错线垂直;③运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相对运动(滑移);④位错移出晶体表面将在晶体的表面上产生柏氏矢量大小的台阶.螺型位错的滑移在晶体上施加一切应力,当应力足够大时,有使晶体的左右部分发生上下移动的趋势.假如晶体中有一螺型位错,显然位错在晶体中向后发生移动,移动过的区间右边晶体向下移动一柏氏矢量.因此,①螺位错也是在外加切应力的作用下发生运动;②位错移动的方向总是和位错线垂直;③运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相对运动(滑移);④位错移过部分在表面留下部分台阶,全部移出晶体的表面上产生柏氏矢量大小的完整台阶.这四点同刃型位错.刃,螺型位错滑移的比较.1因为位错线和柏氏矢量平行,所以螺型位错可以有多个滑移面,螺型位错无论在那个方向移动都是滑移2晶体两部分的相对移动量决定于柏氏矢量的大小和方向,与位错线的移动方向无关. 12刃位错的攀移运动:刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动.刃位错发生攀移运动时相当于半原子面的伸长或缩短,通常把半原子面缩短称为正攀移,反之为负攀移.滑移时不涉及单个原子迁移,即扩散.刃型位错发生正攀移将有原子多余,大部分是由于晶体中空位运动到位错线上的结果,从而会造成空位的消失;而负攀移则需要外来原子,无外来原子将在晶体中产生新的空位.空位的迁移速度随温度的升高而加快,因此刃型位错的攀移一般发生在温度较高时;另外,温度的变化将引起晶体的平衡空位浓度的变化,这种空位的变化往往和刃位错的攀移相关.切应力对刃位错的攀移是无效的,正应力的存在有助于攀移(压应力有助正攀移,拉应力有助负攀移),但对攀移的总体作用甚小.13位错点缺陷交互.晶体内同时含由位错和点缺陷时(特别时溶入的异类原子),它们会发生交互作用异类原子在刃位错处会聚集,如小原子到多出半原子面处,大原子到少半原子面处,而异类原子则溶在位错的间隙处. 空位会使刃位错发生攀移运动.界面14表面能的来源.材料表面的原子和内部原子所处的环境不同,内部在均匀的力场中,能量较低,而表面的原子有一个方向没有原子结合,处在与内部相比较高的能量水平.另一种设想为一完整的晶体,按某晶面为界切开成两半,形成两个表面,切开时为破坏原有的结合键单位面积所吸收的能量.由于不同的晶面原子的排列方式不同,切开破坏的化学键的量也不同,故用不同的晶面作表面对应的表面能也不相同,一般以原子的排列面密度愈高,对应的表面能较小15表面能与晶体形状之间的关系.在晶体形成的过程中,为了使系统的自由能最低,尽量降低表面的总能量,即ΣσA最小.一方面尽量让σ最小的晶面为表面,当然也可能是表面能略高但能明显减小表面积的晶面为表面.如fcc结构的晶体自由生长就为14面体粗糙表面与平滑表面晶体的表面在宏观为一能量较低的平面,但表面原子的缺陷,局部表面原子缺少或有多余原子,以表面存在的阵点数与实有原子数的比x来表示,这些缺陷的存在可提高表面的熵,是必然存在的.每种材料有特定的x值下表面能最低,其中x=0.5的表面稳定的称为粗糙表面,大多数的金属材料是属于粗糙表面;x值仅在0或1附近稳定的称为平滑表面,大多是非金属材料. 17晶界与杂质原子的相互作用.少量杂质或合金元素在晶体内部的分布也是不均匀的,它们常偏聚于晶界,称这种现象为晶界内吸附.产生的原因可参见位错与点缺陷的作用,一般杂质原子与晶体的尺寸或性质差别愈大,这种偏聚愈严重.杂质原子在晶界的偏聚对晶体的某些性能产生重要的影响,18相界面.两种不同相的分界面.液体的表面是液相和气相的分界面;晶体的表面是晶体和气相(或液相)的分界面;两个不同的固相之间的分界面也是相界面,在我们的课程中主要是指后者.相界面的特性:相界面的结构和晶界有一定的共性,也有一些明显的差别.非共格界面类似大角度晶界,而完全的共格是困难的,共格面两边微少的差别可以用晶格的畸变来调整,界面两边差别不十分大时,将可以补充一定的位错来协调,组成半共格界面.无论那种情况,界面都存在自己的界面能,都将对材料的结构形貌带来明显的影响.第三章相固溶体分类位置分置换固溶体.溶质原子取代了部分溶剂晶格中某些节点上的溶剂原子而形成的固溶体.间隙固溶体.溶质原子嵌入溶剂晶格的空隙中,不占据晶格结点位置固溶体分类溶解度无限溶解固溶体.溶质可以任意比例溶入溶剂晶格中.这是把含量较高的组元称为溶剂,含量较少的组元称为溶质.有限溶解固溶体.溶质原子在固溶体中的浓度有一定限度,超过这个限度就会有其它相(另一种固溶体或化合物)的形成.间隙固溶体都是有限溶解固溶体.通常是过渡族金属为溶剂,小尺寸的C,N,H,O,B等元素为溶质. 4影响固溶体溶解度的因素在一定条件下,溶质元素在固溶体中的极限浓度叫该元素在固溶体中的溶解度.影响溶解度的因素很多,目前还在研究中,现在公认的有1尺寸因素.在置换固溶体中,溶质原子的尺寸和溶剂相近,溶解度也愈大,Δr小于15%时才有利于形成置换固溶体,要能达到无限互溶,Δr 的值还要小一些.间隙固溶体的形成的基本条件D质/D剂<0.59.在间隙固溶体中,显然D质/D剂愈小,即溶质原子的尺寸愈小,溶解度也大.间隙固溶体只能有限溶解2．晶体结构因素.组元间晶体结构相同时,固溶度一般都较大,而且才有可能形成无限固溶体.若组元间的晶体结构不同,便只能生成有限固溶体3电负性差.电负性为这些元素的原子自其它原子夺取电子而变为负离子的能力.反映两元素的化学性能差别.两元素间电负性差越小,则越容易形成固溶体,且所形成的固溶体的溶解度也就越大;随两元素间电负性差增大,溶解度减小,当其差别很大时,往往形成较稳定的化合物4电子浓度.在金属材料(合金)中,价电子数目(e)与原子数目(a)之比称为电子浓度.由于溶质和溶剂的价电子数可能不同,电子浓度e/a = V A(1-x) + V B x.其中x为溶质的原子百分比浓度(摩尔分数),V A,V B分别为溶剂和溶质的价电子数.一方面,溶质和溶剂的价电子数目相差大,它们的电负性的差别也大,溶解度会下降.另一方面,当e/a 为某些特定值时形成一新的晶体结构,因此它们的溶解度也就受到相应的限制.5固溶体的性能特点.1由于固溶体的晶体结构与溶剂相同,固溶体的性能基本上与原溶剂的性能相近,即固溶体的性能主要决定于溶剂的性能,或在溶剂性能基础上发生一些改变2固溶体的性能与原溶剂性能的差别,或称性能变化的大小,随着溶质的浓度的增加而加大3以金属元素为溶剂的固溶体,随着溶质的溶入,强度将提高,称为固溶强化,溶质的溶入可造成晶格畸变,材料的塑性变形的阻力加大,塑性略有下降,但不明显.是有效提高金属材料力学性能的途径之一6金属化合物类型.1.正常价化合物两组元服从原子价规律而生成的正常化学中所称的化合物.通常是金属元素与非金属元素组成,组元间电负性差起主要作用,两组元间电负性差较大,它们符合一般化合物的原子价规律.例如MnS,Al2O3,TiN,ZrO2等,其结合键为离子键;也有的是共价键,如SiC;少数也有以金属键结合,如Mg2Pb2电子化合物这类化合物大多是以第Ⅰ族或过渡族金属元素与第Ⅱ至第Ⅴ族金属元素结合而成.它们也可以用分子式表示,但大多不符合正常化学价规律.当e/a 为某些特定值时形成一新的晶体结构,并且电子浓度不同,其对应的晶体结构的类型也就不同.常见的电子浓度值有21/14,21/13,21/12.由于这类中间相与电子浓度有关,所以就称为电子化合物,主要出现在金属材料中,它们的结合键为金属键.一些常见的电子化合物可参看教材.例如Cu31Sn8,电子浓度21/13,具有复杂立方晶格3.间隙化合物.主要受组元的原子尺寸因素控制,通常是由过渡族金属原子与原子半径小于0.1nm 的非金属元素碳,氮,氢,氧,硼所组成.由于非金属元素(X)与金属元素(M)原子半径比不同,结构也有所不同.当r X/r M<0.59时,形成具有简单晶体结构的化合物,如fcc,bcc,cph或简单立方,通常称它们为间隙相,相应的分子式也较简单,如M4X,M2X,MX,MX2 .当r X/r M>0.59时,形成的化合物的晶体结构也较复杂,通常称它们为间隙化合物,相应的分子式也较复杂,如钢中常见的Fe3C,Cr7C3,Cr23C6等.7金属化合物的性能特点.大多数化合物,特别是正常价化合物,熔点都较高(结合键强的表现之一),力学性能表现为硬而脆.单一由化合物在金属材料中比较少见,而陶瓷材料则是以化合物为主体.少量硬度高的质点加入到塑性材料中,将明显提高材料的强度,即第二相强化机制.另一方面,化合物往往由特殊的物理,化学(电,磁,光,声等)性能,从而在功能材料中的应用得到迅速发展.相图热力学8克劳修斯-克莱普隆方程.设在一定温度和压力下,某物质处于两相平衡状态,若温度改变为dT,压力相应的改变dp之后,两相仍呈平衡状态.根据等温定压下的平衡条件△G=0,考虑1mol物质吉布斯自由能变化,由于平衡状态△G=G2-G1=0即 d G2=d G1按 d G=-SdT+Vdp因为过程是在恒温恒压的条件下进行的即为克劳修斯-克莱普隆方程,适应于任何物质的两相平衡体系.9公切线法则-两相平衡.在二元的情况,温度一定时,若AB组元可能形成αβ两种相,其自由能与成分的关系曲线.合金成分为X时: 以单一的α相存在,自由能在1点;以单一的β相存在,自由能在2点;作GαGβ的公切线,切点分别为P,Q,延长交坐标轴为a,b.a点为组元A在α和β的化学位b点为组元B在α和β的化学位,显然二者相等,所以P点的α相成分为x1;Q点的β相成分为x2;它们是平衡相.两相的数量满足杠杆定律,以这两相混合的自由能在M点.这时的自由能最低,它们才是这个温度下的平衡相.注意平衡相是以共切点的成分来分配,如果连接两曲线的最低点,以这样的成分的两相混合,尽管每一相的自由能比切点低,但数量按杠杆定律分配后的混合自由能在3点,依然高于M点结论:二元合金两相平衡的条件是能够作出这两相自由能曲线的工切线.公切线在两条曲线上的切点的成分坐标值便是这两个相在给定温度下的平衡成分.推论三个溶体平衡共存的条件是在给定的温度下,公切线能同时切过三条自由能曲线.或曰这三个溶体的自由能曲线有公切线.这三个切点的成分坐标值便是这三个相在给定温度下的平衡成分. 10相律—相律是描述系统的组元数,相数和自由度间关系的法则.相律有多种,其中最基本的是吉布斯相律,其通式f=C-P+2式中,C为系统的组元数,P为平衡共存的相的数目.自由度f不能为负值.对于恒压条件:f = c – p + 1.系统中有p相,c个组元,则成分引起的变数p(c-1)个.系统总的变数为p(c-1)+1.在多相平衡时,任一组元在各相间的化学位相等, 每个组元可写出个p-1等式,平衡条件总数为c(p-1)11几种二元相图.匀晶相图.两组元在液态和固态都能无限互溶.如Cu—Ni,Ag—Au形成二元合金对应的相图就是二元匀晶相图.相图的构成:由两条曲线将相图分为三个区.左右两端点分别为组元的熔点.上面的一条曲线称为液相线,液相线之上为液相的单相区,常用L表示;下面的一条曲线称为固相线,固相线之下为固溶体的单相区,常用α表示;两条曲线之间是双相区,标记L+α表示.二元共晶相图.两组元在液态下无限互溶,固态下有限溶解,一组元溶入另一组元中时都使凝固温度下降,并发生共晶转变.如Pb—Sn,Ag—Cu 等形成二元合金对应的相图就是二元匀晶相图.相图的构成:t A E和t B E为两液相线,与其对应的t A C和t B D为两固相线;CG和DH固溶体α,β的溶解度随温度变化线;CED为水平共晶线.将相图分成三个单相区L,α,β;三个双相区L＋α,L＋β,α＋β和一个三相区L＋α＋β,即CED为共晶线.二元包晶相图.两组元在液态下无限互溶,固态下有限溶解,并且发生包晶转变.相图的构成:ac和bc 为两液相线,与其对应的ad和bp为两固相线;df和pg固溶体α,β的溶解度随温度变化线;dpc为包晶转变线.它们分隔相图为三个单相区L,α,β;三个双相区L＋α,L＋β,α＋β; 一个三相区L＋α＋β,即水平线dpc 为包晶线.第四章单组元材料的结晶1凝固状态的影响因素1物质的本质.原子以那种方式结合使系统吉布斯自由能更低.温度高时原子活动能力强排列紊乱能量低,而低温下按特定方式排列结合能高可降低其总能量.这是热力学的基本原则2熔融液体的粘度:粘度表征流体中发生相对运动的阻力,随温度降低,粘度不断增加,在到达结晶转变温度前,粘度增加到能阻止在重力作用物质发生流动时,即可以保持固定的形状,这时物质已经凝固,不能发生结晶.例如玻璃,高分子材料3熔融液体的冷却速度:冷却速度快,到达结晶温度原子来不及重新排列就降到更低温度,最终到室温时难以重组合成晶体,可以将无规则排列固定下来.金属材料需要达到106℃/s才能获得非晶态.2结晶的热力学条件.结晶过程不是在任何情况下都能自动发生.自然界的一切自发转变过程总是向着自由能降低的方向进行.因为液体的熵值恒大于固体的熵,所以液体的曲线下降的趋势更陡,两曲线相交处的温度T m,当温度T= T m时,液相和固相的自由能相等,处于平衡共存,所以称T m为临界点,也就是理论凝固温度.当T< T m时,从液体向固体的转变使吉布斯自由能下降,是自发过程,发生结晶过程;反之,当T> T m时,从固体向液体的转变使吉布斯自由能下降,是自发过程,发生熔化过程.所以结晶过程的热力学条件就是温度在理论熔点以下.3结晶过程.温度变化规律:材料的熔体在熔点以上不断散热,温度不断下降,到理论结晶温度并不是马上变成固态的晶体,继续降温而出现过冷.过冷到某一程度开始结晶,放出结晶潜热,可能会使其温度回升.到略低于熔点的温度时,放出的热量和散热可达到平衡,这时处于固定温度,在冷却曲线上出现平台.结晶过程完成,没有潜热的补充,温度将重新不断下降,直到室温.组织的变化在一定的过冷度下,液态的熔体内首先有细小的晶体生成,称为形核.随后已形成的晶核不断的长大,同时在未转变的液体中伴随新的核心的形成.生长过程到相邻的晶体互相接触,直到液体全部转变完毕.每个成长的晶体就是一个晶粒,它们的接触分界面就形成晶界. 4自发形核1能量变化.在一定的过冷度下,液体中若出现一固态的晶体,该区域的能量将发生变化,一方面一定体积的液体转变为固体,体积自由能会下降,另一方面增加了液－固相界面,增加了表面自由能2临界大小.在一定过冷度下,ΔG V为负值,而σ恒为正值.可见晶体总是希望有最大的体积和最小的界面积.设ΔG V和σ为常数,最有利的形状为球.当细小晶体的半径大于临界尺寸,晶体长大时吉布斯自由能下降,这种可以长大的小晶体称为晶核.如果它的半径小于临界尺寸,晶体长大时吉布斯自由能将上升,自发过程为不断减小到消失3晶核的来源.熔体在熔点附近时,处在液态总体的排列是无序的,但局部的小区域并非静止不动的,原子的运动可造成局部能量在不断变化,其瞬间能量在平均值的上下波动,对应的原子排列在变化,小范围可瞬间为接近晶体的排列,其范围大小对应的能量于平均能量之差ΔG小于临界尺寸的(晶胚)下一步减小到消失,大于临界尺寸的可能不断长大,晶核.等于临界尺寸大小的晶核高出平均能量的那部分称为“形核功”.过冷度愈小,固—液自由能差也小,临界尺寸大,形核功也高,出现的几率也小.太小的过冷度在有限的时空范围内不能形核5非自发形核.如果形核不是在液体内部,如附着在某些已存在的固体(液体中存在的未熔高熔点杂质),例如在固体上形成球冠形,这时可以利用附着区原液体和杂质的界面能,特别是核心和杂质间可能有小的界面能.这种依附在某些已有的固体上形核称之为6晶核的长大一长大条件.从热力学分析可知,要使系统的自由能下降,在液—固界面附近的部分液体转变为固体,依然要求在界面附近要存在过冷度,前面冷却曲线上平台和理论结晶温度之差就是长大所要求的过冷度,也称为“动态过冷度”.金属材料的动态过冷度很小,仅0.01—0.05℃,而非金属材料的动态过冷度就大得多.若液—固界面处于平衡,则界面的温度应该为理论结晶温度.二长大速度.凝固过程中,晶体在不断长大,界面在单位时间向前推移的垂直距离称为长大线速度三正温度梯度下晶体的长大.正温度梯度是指液—固界面前沿的液体温度随到界面的距离的增加而升高,这时结晶过程的潜热只能通过已凝固的固体向外散失.平衡时界面的温度为理论结晶温度,液体的温度高于理论结晶温度.当通过已凝固的固体散失热量时,达到动态过冷的部分液体转变为固体,界面向前推移,到达理论结晶温度处,生长过程将停止.所以这时界面的形状决定于散热,实际上为理论结晶温度的等温面.在小的区域内界面为平面,局部的不平衡带来的小凸起因前沿的温度较高而放慢生长速度,因此可理解为齐步走,称为平面推进方式生长.四负温度梯度下晶体的长大.负温度梯度是指液—固界面前沿的液体温度随到界面的距离的增加而降低,这时结晶过程的潜热不仅可通过已凝固的固体向外散失,而且还可向低温的液体中传递.在小的区域内若为平面,局部的不平衡可带来某些小凸起,因前沿的温度较低而有利生长,因而凸起的生长速度将大于平均速度,凸起迅速向前发展,可理解赛跑的竞争机制,在凸起上可能再有凸起,如此发展而表现为数枝晶的方式长大.枝晶间的空隙最后填充,依然得到完整的晶体. 7树枝晶的生长按树枝方式生长的晶体称为树枝晶,先凝固的称为主干,随后是分支,再分支.①纯净的材料结晶完毕见不到树枝晶,但凝固过程中一般体积收缩,树枝之间若得不到充分的液体补充,树枝晶可保留下来②生长中晶体分支受液体流动,温差,重力等影响,同方向的分支可能出现小的角度差,互相结合时会留下位错③材料中含有杂质,在结晶时固体中的杂质比液体少,最后不同层次的分枝杂质含量不相同,其组织中可见树枝晶8非金属晶体的长大正温度梯度下,等温面和有利的晶体表面不相同时,界面会分解为台阶形.在表面的台阶处有利晶体的生长,这时原子从液体转移到固体中增加的表面积较小,台阶填充完后在表面生长也需要一定的临界尺寸,表现为非金属生长的动态过冷度比金属大,其中特别是螺位错造成的表面台阶对生长有利,并且是永远填不满的台阶. 9界面结构对晶体生长影响-受界面能和表明熵的影响,液－固界面的微观结构有两中类型:平滑型(晶面型)界面上原子排列平整,通常为晶体的某一特定晶面,界面上缺位或单贴原子较少.粗糙型(非晶面型) 界面上缺位或单贴原子较多,粗糙不平,不显示任何晶面特征.大多金属材料时如此.粗糙界面生长时向各个方向无区别.对于平滑界面能低的晶面与等温面不重和,原子将在台阶面处生长.（无台阶时,少量的原子很难吸附在光滑平面上,需要一批原子<二维晶核>,所需的动态过冷度较大.最终的形状与晶体的各向异性相关,对应独特的外形10铸件晶粒大小的控制从液体凝固后,每个晶核生长成一个晶粒,晶核多晶粒的尺寸自然就小.凝固理论分析表明晶粒尺寸决定于N/G,即形核率高晶粒细小,而长大速度快,晶粒尺寸增大.控制原理与方法:生产过程通常希望材料得到细小的尺寸,为此控制晶粒尺寸的方法有:第一,降低浇注温度和加快冷却速度,如金属模,或加快散热,尽管形核率和长大速度都提高,但形核率的提高快得多,所得到的晶粒将细化,可是快冷却速度会增加零件的内应力有时甚至可能造成开裂,有时因生产环境和零件尺寸达不到快速冷却.第二,加变质剂即人为加入帮助形核的其它高熔点细粉末,如在铜中加少量铁粉或铝中加Al2O3粉等,以非均匀方式形核并阻碍长大.第三,铸件凝固中用机械或超声波震动等也可细化晶粒尺寸.若希望晶粒粗大,如用于高温的材料,对这些因素进行相反的操作.。