北京科技大学材料科学基础A第9章-亚稳材料(1)
北京科技大学材科基考研（名词解释汇总及课后重要习题）
北京科技⼤学材科基考研（名词解释汇总及课后重要习题）北京科技⼤学攻读硕⼠学位《⾦属学》复习⼤纲（适⽤专业：材料加⼯⼯程、材料学、材料科学与⼯程、材料物理与化学）⼀、⾦属与合⾦的晶体结构1. 原⼦间的键合1)⾦属键, 2)离⼦键, 3)共价键2．晶体学基础1）空间点阵， 2）晶系及布喇菲点阵， 3）晶向指数与晶⾯指数3．⾦属的晶体结构1）典型的⾦属晶体结构，2）原⼦的堆垛⽅式，3）晶体结构中的间隙，4）晶体缺陷4．合⾦相结构1）置换固溶体，2）间隙固溶体，3）影响固溶体溶解度的主要因素4）中间相5．晶体缺陷1）点缺陷, 2)晶体缺陷的基本类型和特征, 3)⾯缺陷⼆、⾦属与合⾦的凝固1．⾦属凝固的热⼒学条件2．形核1）均匀形核，2）⾮均匀形核3．晶体⽣长1）液-固界⾯的微观结构，2）⾦属与合⾦凝固时的⽣长形态，3）成分过冷4．凝固宏观组织与缺陷三、⾦属与合⾦中的扩散1．扩散机制2．扩散第⼀定律3．扩散第⼆定律4．影响扩散的主要因素四、⼆元相图1．合⾦的相平衡条件2．相律3．相图的热⼒学基础4．⼆元相图的类型与分析五、⾦属与合⾦的塑性变形1．单晶体的塑性变形1）滑移，2）临界分切应⼒,3）孪⽣，4）纽折2．多晶体的塑性变形1）多晶体塑性变形的特点，2）晶界的影响，3.塑性变形对组织与性能的影响1）屈服现象,2)应⼒-应变曲线及加⼯硬化现象,3)形变织构等六、回复和再结晶1．回复和再结晶的基本概念2．冷变形⾦属在加热过程中的组织与性能变化3．再结晶动⼒学4．影响再结晶的主要因素5．晶粒正常长⼤和⼆次再结晶七、铁碳相图与铁碳合⾦1．铁碳相图2．铁碳合⾦3．铁碳合⾦在缓慢冷却时组织转变⼋、固态相变1．固态相变的基本特点2．固态相变的分类3．扩散型相变1）合⾦脱溶，2）共析转变，3）调幅分解4．⾮扩散型相变参考书：1.⾦属学（修订版）, 宋维锡主编, 冶⾦⼯业出版社，1998；2.材料科学基础, 余永宁主编, ⾼等教育出出版社，2006；3.材料科学基础（第⼆版）, 胡赓祥等主编, ⾼等教育出出版社，2006；4.任何⾼等学校材料科学与⼯程专业《⾦属学》或《材料科学基础》教学参考书。
北京科技大学材料学院材科基考研章节考点分析
北京科技大学材料学院材科基考研章节考点分析结构与缺陷2002年一.名词解释（1）点阵畸变（2）柏氏矢量（5分）二.画立方（111）面、（435）面。
写出立方晶系空间点阵特征。
（10分）四.画图并简述形变过程中位错增殖的机制。
（10分）十二、简述金属晶体中缺陷的类型（单考生做）。
（10分）2003年一、名词解释（1）刃型位错和螺形位错模型（2）晶界与界面能（10分）三、点阵参数？正方和立方的空间点阵特征是？画出立方（12-3）面（12分）十一、什么是固溶体？影响固溶体的原因有哪些？固溶体与其纯溶剂组元相比，其结构、力学性能和物理性能发生了哪些变化？（12分）十五、根据缺陷相对于晶体尺寸和其影响范围的大小，缺陷可以分为哪几类？简述这几类缺的特征。
（12分）2004年一、简述 2金属键 3中间相 4布喇菲点阵 7位错（12分）二、单相金属或合金各晶粒间的界面一般称之为晶界，通常晶界又分为小角度晶界和大角度晶界两大类，试问：划分为两类晶界的依据是什么？并讨论构成小角度晶界的结构模型。
（10分）三、分别画出立方的（110）、（112）晶面和[110]、[111]晶向。
（10分）四、讨论晶体结构和空间点阵之间的关系。
（10分）五、什么是固溶体？讨论影响固溶体溶解度的主要因素。
（10分）十四、叙述常见的金属晶体中的内外界面。
(10分)2005年一、什么是晶面族？{111}晶面族包含哪些晶面？二、面心立方结构金属的[110]和[111]晶向间的夹角是多少？{100}面间距是多少？三、面心立方结构和密排六方结构金属中的原子堆垛方式和致密度是否有差异？请加以说明。
（20分）四、解释间隙固溶体和间隙相的含义，并加以比较。
五、为什么固溶体的强度比金属高？（15分）六、晶体内若有较多的线缺陷（位错）或面缺陷（晶界、孪晶界等），其强度会明显升高，这些现象称为什么？强度提高的原因是什么？上述两类缺陷是怎样进入晶体的？举例说明如何提高这些缺陷的数目？（15分）2006年一、（以面心立方晶胞为例）描述晶体结构（晶胞）特征的常用参数有哪些？二、在体心立方晶胞中画出一个最密排方向并标明晶向指数；再画出过该方向的两个不同的低指数（简单）晶面，写出对应的晶面指数。
材料科学基础-材料的亚稳态
材料科学基础-材料的亚稳态(总分：180.00，做题时间：90分钟)一、论述题(总题数：18，分数：180.00)1.从内部微观结构角度简述纳米材料的特点。
（分数：10.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的性能有突变的材料。
按维数分，纳米材料的基本单元可分为3类：(1)零维，指在空间三维尺寸均处在纳米尺度，如纳米粉体材料；(2)一维，指在空间有二维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；(3)二维．指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。
由于纳米微粒的超细尺寸，它与光波波长、中子波长、平均自由程等为同一数量级，因此量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧穿效应，以及体积分数超过50%晶界结构的影响使纳米材料呈现出特殊的力学、物理和化学性能。
)解析：2.试分析的Ni3Al粒子尺寸对Ni-Al合金流变应力影响的作用机制。
（分数：10.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(此例中的Ni3Al纳米颗粒是作为第二相分布于基体中的，故应以第二相微粒的弥散强化机制来分析之。
)解析：3.说明晶体结构为何不存在5次或高于6次的对称轴?（分数：10.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(5次或高于6次对称轴不能满足阵点周围环境相同的条件，不具有平移对称性，不能实现有规则周期排列的晶体结构。
北京科技大学材料力学课件第九章教材
2006年12月9日，北京市顺义城区北侧减河上一座悬索桥在进 行承重测试时突然坍塌,约50米桥体连同桥上进行测试的10辆满载 煤渣的运输车一起塌下,1名司机和2名检测人员受伤。
对于细长杆，临界应力公式
cr
π2E
2
对于中长杆，由于发生了塑性变形，理论计算比较复 杂，工程中大多采用直线经验公式计算其临界应力，最常 用是直线公式：
cr＝a－b
其中， a 和 b 为与材料有关的常数，单位为MPa。
对于粗短杆，因为不发生屈曲，而只发生屈服(韧性材 料)，故其临界应力即为材料的屈服应力
σp
cr
2E 2
粗短杆
中长杆
细长杆
O
λS
λp
λ
根据临界应力总图中所示之σcr－λ关系，可以确定区分 不同材料三类压杆的柔度极限值λs、 λP 。
令细长杆的临界应力 等于材料的比例极限，得到
＝
P
π 2E
P
对于不同的材料，由于E、σ P 各 不相同， λP 的数值亦不相同。一旦 给定E、 σ P，即可算得λP。
Pcr
Pcr
Pcl/4 l/2 l/4
l 2l l 0.7l
1.0 0.5
2.0
♣ 一端自由，一端固定
♣ 一端铰支，一端固定
P π2EI
cr (l)2
0.7
P π2EI cr (2l)2
P π2EI cr (0.7l)2
欧拉公式的一般形式
Pcr =
2EI (μl)2
1.分析: 哪一根压杆的临 界载荷比较大；
北科大材力第九章压杆稳定
② I (D4d4)
64
(1040804)1012
64
2.91 06m4
A ( D 2 d 2 )( 12 0 8 2 ) 0 0 1 6 0 2 .8 1 3 m 0 2
4
4
i
I A
2.9106 2.8103
0.03m2
2020/5/7
空心圆截面i D2d2 4
已知: 杆长 l=3.5m，惯性半径 i=0.032m
––– 欧拉公式
◆惯性半径
在力学计算中，有时把惯性矩写成
Ix
Ai
2 x
Iy
Ai
2 y
即： i x
Ix A
iy
Iy
——图形对 x 轴的惯性半径 ——图形对 y 轴的惯性半径
A
单位： m
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i I A
圆 形
id4
矩
形
i高 2
3
2. 欧拉公式的适用范围
Байду номын сангаас
因为cr p
欧拉公式成立的条件：
Pcr
EI 2
(2l ) 2
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l
(2).两端固定
EI 2
Pcr (0.5l) 2
Pcr
0.5l
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图形比拟：失稳时挠曲线上 拐点处的弯矩为0，故可设想此处 有一铰，利用两端铰支的临界压 力公式，就可得到原支承条件下 的临界压力公式。
两拐点间的长度 l 称为原压 杆的相当长度，即相当 l 这么长
大柔度杆
Fcr
2 EI (l)2
中柔度杆 crab
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小结
1、了解压杆稳定平衡、不稳定平衡和临界 载荷的概念
北京科技大学材料科学基础真题大全概要
北京科技大学材料科学基础真题大全概要1999年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题考试科目: 金属学适用专业: 科学技术史冶金物理化学钢铁冶金有色金属材料加工工程说明:统考生做1~10题,单考生做1~7题和11~13题。
1、名词解释10分)(1)点阵畸变(2)组成过冷 (3)再结晶温度(4)滑移和孪生(5)惯习现象2、说明面心立方、体心立方、密排六方(c/a≥1.633)三种晶体结构形成的最密排面,最密排方向和致密度。
(10分)3、在形变过程中,位错增殖的机理是什么?(10分)4、简述低碳钢热加工后形成带状组织的原因,以及相变时增大冷却度速度可避免带状组织产生的原因。
(10分)5、简要描述含碳量0.25%的钢从液态缓慢冷却至室温的相变过程(包括相变转换和成分转换)。
(10分)6、选答题(二选一,10分)(1)铸锭中区域偏析有哪几种?试分析其原因,并提出消除区域偏析的措施。
(2)固溶体结晶的一般特点是什么?简要描述固溶体非平衡态结晶时产生显微偏析的原因,说明消除显微偏析的方法。
7、简述金属或合金冷塑性变形后,其结构、组织和性能的变化。
(10分)8、简述经冷变形的金属或合金在退火时其显微组织,储存能和性能的变化规律。
(10分)9、选答题(二选一,10分)(1)为了提高Al-4.5%Cu合金的综合力学性能,采用了如下热处理工艺制度,在熔盐浴中505℃保温30分钟后,在水中淬火,然后在190℃下保温24小时,试分析其原因以及整个过程中显微组织的变化过程。
(2)什么叫固溶体的脱溶?说明连续脱溶和不连续脱溶在脱溶过程中母相成分变化的特点。
10、简述固溶强化,形变强化,细晶强化和弥散强化的强化机理。
(10分)11、简述影响再结晶晶粒大小的因素有哪些?并说明其影响的基本规律。
(10分)12、画出铁碳相图,并写出其中包晶反应,共晶反应和共析反应的反应式。
(10分)13、选做题(二选一,10分)(1)如果其他条件相同,试比较下列铸造条件下,铸件中晶粒大小,并分析原因。
北京科技大学814材料科学基础-讲义
814 材料科学基础
（强化课程内部讲义）
海文考研专业课教研中心
《 814 材料科学基础》
强化课程讲义
目录
第一部分 序言 .................................................................. 3 第二部分 初试科目各章节知识点深度剖析 ............................................. 5 第一本书《材料科学基础》 ..................................................... 5 第一章 原子的结构与键合 ...................................................... 5 1.1 本章知识点串讲 ................................................................................................................. 5 1.2 本章重难点总结 ................................................................................................................. 6 1.3 本章典型题库 .................................................................................................................... 6 第二章 固体结构 ............................................................. 6 2.1 本章知识点串讲 ................................................................................................................. 7 2.2 本章重难点总结 ................................................................................................................10 2.3 本章典型题库 ...................................................................................................................13 第三章 晶体缺陷 ................ 14 3.1 本章知识点串讲 ................................................................................................................14 3.2 本章重难点总结 ................................................................................................................18 3.3 本章典型题库 ...................................................................................................................20 第四章 固体中原子及分子的运动 ................................................ 21 4.1 本章知识点串讲 ................................................................................................................21 4.2 本章重难点总结 ................................................................................................................24 4.3 本章典型题库 ...................................................................................................................25 第五章 材料的形变和再结晶.................................................... 25 5.1 本章知识点串讲 ................................................................................................................26 5.2 本章重难点总结 ................................................................................................................30 5.3 本章典型题库 ...................................................................................................................32 第六章 单组元相图及纯晶体的凝固 .............................................. 34 6.1 本章知识点串讲 ................................................................................................................34 6.2 本章重难点总结 ................................................................................................................36 6.3 本章典型题库 ...................................................................................................................37 第七章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 ....................................... 38 7.1 本章知识点串讲 ................................................................................................................38 7.2 本章重难点总结 ................................................................................................................39 7.3 本章典型题库 ...................................................................................................................41 第八章 三元相图 ............................................................ 42 8.1 本章知识点串讲 ................................................................................................................42 8.2 本章重难点总结 ................................................................................................................43 第九章 材料的亚稳态 ......................................................... 43 9.1 本章知识点串讲 ................................................................................................................44 9.2 本章重难点总结 ................................................................................................................44 9.3 本章典型题库 ...................................................................................................................46 第二本书《金属学》 .......................................................... 46 第一章 金属及合金中的固态转变 ................................................ 47
材料科学基础第9章固态相变和热处理
A
Ms
上贝氏体、下贝氏体
200
100
A→M
A→下B M+A'
下B 50~60HRC
60~65HRC
低温区（Ms点以下）： 0 Mf
马氏体组织
-100 0
M
1 10 102 103 104 105 时间/s
20
过冷奥氏体转变产物及性能
珠光体类组织
转变特点：扩散型转变。转变温度越低，珠光体 片越细，依次分为：
• 碳原子原地不动，过饱和地留在 新组成的晶胞中；增大了其正方
度c/a
• 过饱和碳ห้องสมุดไป่ตู้α-Fe 的晶格发生很 大畸变，产生很强的固溶强化
27
② 形成速度很快
•奥氏体冷却到Ms点以下后，无孕育期， 瞬时转变
•随温度下降，过冷奥氏体不断转变为马氏体，是一个 连续冷却的转变过程
③ 转变不彻底 • 总要残留少量奥氏体 • 奥氏体中的碳含量越高，
14
奥氏体晶粒长大及影响因素
奥氏体晶粒大小影响后续组织相的大小，从而影响钢的屈服强 度：бs =б0 + kd-1/2 机制：大晶粒吞并小晶粒并长大，晶界平直化。
奥氏体晶粒大小分级： 放大100倍，2N-1/1吋2。 1～4级：粗晶粒； 5～8级：细晶粒。
•起始晶粒度：刚完成A化 时的晶粒大小，细小均匀
高温区：珠光体类组织。
随转变温度降低，珠光
T/℃ 800
A1
A
体片变细，依次为：
700 过
转变开始
珠光体、索氏体、托氏体 600
冷 A→S A A→T
500
中温区：贝氏体类组织。400
过 A→上B 冷
A→P 转变结束 S
09 材料科学基础 第九章 材料的亚稳态 教案
金属 Cu Pd Fe Pd Pd Fe-1.8%C Cu Fe Sb Al Ag 于 Cu 中
多晶 16 0.24 7.9 123 43 700 83 222 -1 1.2 2.0
单晶 18 7.5 215 -0.03 -
纳米晶 31 0.37 6 88 32 8000 185 130 20 3.2 0.39
纳米材料也可由非晶物质组成，例如：半晶态高分子聚合物是由厚度为纳米级的 晶态层和非晶态层相间地构成的（见图 9.3），故是二维层状纳米结构材料。又 如纳米玻璃的组成相均为非晶态，它是由纳米尺度的玻璃珠和界面层所组成，如 图 9.4 所示， 由不同化学成分物相所组成的纳米晶材料， 通常称为纳米复合材料。
K eV
能 德拜温度 K Cu 自扩散 Fe 2.04 467 0.64 3
纳米晶材料的力学性能远高于其通常多晶状态，表 9.1 中所举的高碳铁（质 量分数 =1.8%）就是一个突出的例子，其断裂强度由通常的 700MPa提高到 8000MPa，增加达 1140％。但一些实验结果表明霍尔佩奇公式的强度与晶粒尺 寸关系并不延续到纳米晶材料， 这是因为霍尔一佩奇公式是根据位错塞积的强化 作用而导出的，当晶粒尺寸为纳米级时，晶粒中可存在的位错极少，甚至只有一 个，故霍尔一佩奇公式就不适用了；此外，纳米晶材料的晶界区域在应力作用下 会发生弛豫过程而使材料强度下降； 再者， 强度的提高不能超过晶体的理论强度， 晶粒变细使强度提高应受此限制。 纳米晶微粒之间能产生量子输运的隧道效应、 电荷转移和界面原子耦合等作 用，故纳米材料的物理性能也异常于通常材料。纳米晶导电金属的电阻高于多晶 材料，因为晶界对电子有散射作用，当晶粒尺寸小于电子平均自由程时，晶界散 射作用加强，电阻及电阻温度系数增加。但纳米半导体材料却具有高的电导率， 如纳米硅薄膜的室温电导率高于多晶硅 3 个数量级，高于非晶硅达 5 个数量级。 纳米晶材料的磁性也不同于通常多晶材料，纳米铁磁材料具有低的饱和磁化强 度、高的磁化率和低的矫顽力， 纳米材料的其他性能， 如超导临界温度和临界电流的提高、 特殊的光学性质、 触媒催化作用等也是引人注目的。 9.1.3 纳米晶材料的形成 纳米晶材料可由多种途径形成，主要归纳于以下四方面。 （1）以非晶态（金属玻璃或溶胶）为起始相，使之在晶化过程中形成大量的 晶核而生长成为纳米晶材料。 （2）对起始为通常粗晶的材料，通过强烈地塑性形变（如高能球磨、高速应 变、爆炸成形等手段）或造成局域原子迁移（如高能粒子辐照、火花刻蚀等）使 之产生高密度缺陷而致自由能升高，转变形成亚稳态纳米晶。
材料科学基础-第9章-材料的亚稳态
纳米晶材料的二维模型
4
第九章 材料的亚稳态
2、纳米晶材料的性能 纳米晶结构材料因其超细的晶体尺寸（与电子波长、 纳米晶结构材料因其超细的晶体尺寸（与电子波长、平 均自由程等为同一数量级）和高体积分数的晶界（ 均自由程等为同一数量级）和高体积分数的晶界（高密度缺 而呈现出特殊的物理、化学和力学性能。 陷）而呈现出特殊的物理、化学和力学性能。 纳米晶材料力学性能远高于其微米晶状态， 纳米晶材料力学性能远高于其微米晶状态，如纳米晶高 碳钢（1.8%C）的断裂强度由通常的700MPa提高到8000MPa 700MPa提高到8000MPa。 碳钢（1.8%C）的断裂强度由通常的700MPa提高到8000MPa。 霍尔-佩奇公式不能应用于纳米晶材料，因为霍尔霍尔-佩奇公式不能应用于纳米晶材料，因为霍尔-佩奇 公式是根据位错塞积的强化作用导出， 公式是根据位错塞积的强化作用导出，当晶粒尺寸为纳米级 晶粒中存在的位错极少，故霍尔一佩奇公式不能适用。 时，晶粒中存在的位错极少，故霍尔一佩奇公式不能适用。 纳米晶材料的晶界区域在应力作用下会发生弛豫过程而 使材料强度下降。 使材料强度下降。 纳米晶材料强度的提高不能超过晶体的理论强度。 纳米晶材料强度的提高不能超过晶体的理论强度。
5
第九章 材料的亚稳态
性能 热膨胀系数 比热容(295K) 比热容 密度 弹性模量 剪切模量 断裂强度 屈服强度 饱和磁化强度 (4K) 磁化率 超导临界温度 扩散激活能 德拜温度
单位 10-6K-1 J/(g⋅K) ⋅ g/cm3 GPa GPa MPa MPa 4π⋅ -7Tm3/kg π⋅10 π⋅ 4π⋅ -9Tm3/kg π⋅10 π⋅ K eV K
纳米半晶态高分子聚合物
纳米玻璃
9
第九章 材料的亚稳态
北京科技大学材料科学基础考研真题.doc
北京科技大学2010年硕士学位研究生入学考试试题试题编号： ________________________ 试题名称：___________ （共2页）适用专业：材料科学与工程______________________________________________________________说明：所有答案必须写在答题纸上，做在试题或草稿纸上无效.一、分析发生下列现象的原因（30分）1. 低碳钢应力-应变曲线的屈服现象（10分）2. 金属及合金凝固时形成树枝状晶（10分）3. 上坡扩散（5分）4. 二次再结晶（5分）二、在面心立方结构的金属中（111）面上运动着柏氏矢量为6=a/2［110］的位错，位错线方向也是［110］,请在单胞中画出（ill）晶面和山0］晶向，并说明该位错属于什么类型？如果该位错的运动受到阻碍后，请判断是否有可能转移到（ill）, （ill）, （ill）各晶面上继续运动？说明为什么？（15分）三、以含Al-4wt%Cu合金为例，给出其经过不同固溶时效工艺处理后的脱溶贯序；定性说明各阶段脱溶相的尺寸及分布特点、与母相的界面匹配关系及其强化效果等.（20分）四、讨论晶体结构和空间点阵之间的关系。
（15分）五、与液态结晶过程相比，固态相变有什么特点？这些特点对固态相变后形成的组织有什么影响？（15分）六、叙述离子晶体的结构规则（15分）七、分析形成下列不同铸态组织的可能原因，并说明要得到细小的等轴晶，可采取哪些办法？（20分）八、参考下面提供的示意图，画出按组织分区的Fe-Fe’C相图，写出各三相反应,并说明分别为1. Owt%C和3. Owt%C的铁碳合金经过缓慢冷却在相关三相反应完成后形成的各组织特点（20分）。
2010答案:一、1.低碳钢在一定条件下形变时，应力-应变曲线的大致规律是首先发生线性弹性变形，达到屈服时发生塑性变形直至断裂。
特殊的地方在于应力-应变曲线上常常出现上下屈服点，这与C间隙原子对位错的钉扎作用有关。
材料科学基础-名词解释
材料科学基础名词解释（上海交大第二版）第一章原子结构结合键结合键分为化学键和物理键两大类，化学键包括金属键、离子键和共价键；物理键即范德华力。
化学键是指晶体内相邻原子（或离子）间强烈的相互作用。
金属键金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。
离子键阴阳离子之间通过静电作用形成的化学键叫作离子键共价键由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。
范德华力是借助临近原子的相互作用而形成的稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。
氢键氢与电负性大的原子（氟、氧、氮等）共价结合形成的键叫氢键。
近程结构高分子重复单元的化学结构和立体结构合称为高分子的近程结构。
它是构成高分子聚合物最底层、最基本的结构。
又称为高分子的一级结构远程结构由若干个重复单元组成的大分子的长度和形状称为高分子的远程结构第二章固体结构1、晶体：原子在空间中呈有规则的周期性重复排列的固体物质。
晶体熔化时具固定的熔点，具有各向异性。
2、非晶体：原子是无规则排列的固体物质。
熔化时没有固定熔点，存在一个软化温度范围，为各向同性。
3、晶体结构：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序。
4、空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列，并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵。
5、阵点：把实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体，并将其中的每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点。
6、晶胞：为了说明点阵排列的规律和特点，在点阵中取出一个具有代表性的单基本元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。
7、晶系：根据六个点阵参数间的相互关系，将全部空间点阵归属于7中类型，即7个晶系，分别为三斜、单斜、正交、六方、菱方、四方和立方。
13、晶带轴：所有平行或相交于某一晶向直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴。
属于此晶带的晶面称为共带面。
14、晶面间距：晶面间的距离。
北科大材料科学基础名词解释
1、晶体原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。
2、中间相两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。
由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。
3、亚稳相亚稳相指的是热力学上不能稳定存在，但在快速冷却成加热过程中，由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。
4、配位数晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。
5、再结晶冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态，这个过程称为再结晶。
（指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程）6、伪共晶非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。
7、交滑移当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。
8、过时效铝合金经固溶处理后，在加热保温过程中将先后析出GP 区，θ ”，θ ’，和θ。
在开始保温阶段，随保温时间延长，硬度强度上升，当保温时间过长，将析出θ ’，这时材料的硬度强度将下降，这种现象称为过时效。
9、形变强化金属经冷塑性变形后，其强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为形变强化。
10、固溶强化由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。
11、弥散强化许多材料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内，则这种材料的强度往往会增加，称为弥散强化。
12、不全位错柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。
13、扩展位错通常指一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。
14、螺型位错位错线附近的原子按螺旋形排列的位错称为螺型位错。
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非晶合金及其晶化研究进展
1960 年： Duwez 教授用熔体急 冷法制备出Au75Si25 非晶合金； 80年代末期：
Inoue首次突破对高冷却速度的要 求成功制备出Ln基多组元大块非晶;
Johnson接着成功制备出含Be的 Zr基大块非晶合金;
至今：加入合金元素制备多元合 金玻璃，临界冷速从105Ks－1降到1 Ks－1，试样尺寸相应从0.05mm增 加到80mm。
非晶合金及其晶化研究进展
CSRO对应于 该合金系的具 有化学计量比
的化合物
二元系中各种CSRO和相应单原子随成分的变化 （a）Ni-Zr 1873K (b)Cu-Zr 1673K
非晶合金及其晶化研究进展
非晶态合金的晶化研究：
一方面，需要阻止非晶晶化的发生以保持非晶态的优异性能； 另一方面，需要控制非晶态转变为晶态的过程，如获得纳米晶/非晶复合结构， 使材料获得更加优越的性能。 非晶态合金的晶化方法：热致晶化法、电致晶化法、机械晶化法以及高压 晶化法。 非晶态合金的晶化类型： 多晶型晶化（Polymorphous Crystallization） 共晶型晶化（Eutectic Crystallization） 初晶型晶化（Primary Crystallization）
A－非晶相 M－亚稳相 α－端际固溶体 θ－稳定的金属间相 非晶态合金晶化的假想自由能曲线
非晶合金及其晶化研究进展
Inoue提出得到纳米晶颗粒均匀弥散分布于非晶基体的复合组织必须满足 以下条件： 多级晶化过程； 在非晶基体中有均匀的形核位置； 具有低扩散系数的原子在纳米晶体/非晶界面处偏聚，使生长反应被抑制； 初级晶化所形成的溶质元素富集，使剩余非晶基体具有高的热稳定性。
非晶合金及其晶化研究进展
典型非晶合金的约化玻璃转变温度Trg与 形成非晶的临界冷却速度Rc和样品最大厚 度tmax之间的关系
典型大块非晶合金的过冷液相区宽 度ΔTx与形成非晶的临界冷却速度 Rc和样品最大厚度tmax之间的关系
非晶合金及其晶化研究进展
评价金属玻璃的GFA的物理参数：
✓ 约化玻璃转变温度Trg(Trg＝Tg/Tm or Tg/Tl)：Trg≥2/3时，合金液体中 均质形核速率已很小，有利于形成非晶态； ✓ 过冷液相区宽度(ΔTx＝Tx－Tg)： ΔTx越大，非晶稳定性越强。
Al基快凝非晶合金：Al基纳米晶/非晶复合材料具有良好的强度和塑性组合，
采用富Al基非晶合金部分晶化有望成为一条研制开发新型超高强轻质材料
的有效途径。
Mg基储氢合金：储氢量高、质量轻、资源丰富、成本低。 Mg-Ni系合金中加入RE（La, Nd），通过用熔体离心旋转产生的非晶合金 再晶化，可获得纳米晶态和非晶态的复合体，其充放电及吸氢特性均获得 显著改善。
结晶曲线示意图
非晶合金及其晶化研究进展
开发大块非晶合金的关键问题：
探寻临界冷速低、玻璃形成能力强的合金体系;
得到预测玻璃形成能力GFA的判据。
Inoue提出三个经验规律：
➢ 合金系由三个以上组元组成； ➢ 组元之间有较大的原子尺寸比，且满足大、中、小的原则，其中主要组 成元素之间的原子尺寸比应大于13%； ➢ 组成元素之间的混合热为负值。
Zr-Cu-Al-Pd非晶的纳米晶化示意图
非晶合金及其晶化研究进展
非晶态合金晶化过程研究集中于以下几方面：
➢ 非晶态合金产生部分纳米晶化的制备技术和表征 ➢ 非晶态合金晶化过程中微观组织演化规律及合金元素作用的研究 ➢ 过冷液体微观构成、化学短程有序畴的模型预测
第四节 固态转变的基本类型
1. 按相变时热力学参数变化的特征分类 一级相变： 在相变时，两相的化学势相等， 但化学势的一阶偏微商不相等。 可能对应体积、熵、焓， ∴ 一级相变时，体积、熵、焓有突变。 二级相变： 在相变时，两相的化学势相等、 化学势的一阶偏微熵也相等， 但化学势的二阶偏微熵不相等。 对应压缩系数、膨胀系数、比热容， ∴ 二级相变时，压缩系数、膨胀系数、热容有突变。
Inoue总结的大块非晶合金在成分组成上有以下特点：（1）多于三种元素 组成的多元合金体系；（2）构成合金体系的元素原子尺寸差较大，且主要 元素之间的尺寸差比高于12％；（3）主要组元之间的混和热为负值等。
利用DSC测定的非晶转变温度Tg、初始晶化温度Tx、液相线温度Tl及熔点温 度Tm等提出ΔTxg=Tx-Tg、Trg=Tg/Tl[13]、Trx=Tx/Tm、Gs=Tx/(Tl-Tx)及
γ=Tx/(Tg+Tl)等指标判断非晶形成能力(GFA)的大小 。
A. Inoue, A Takeuchi, Mater. Sci. Eng. A, 2004, 375-377: 16-30.
退火
非晶态合金
非平衡的亚 稳态结构
完全晶化 部分晶化
纳米晶材料 纳米晶/非晶复合材料
Fe基合金软磁材料：FeSiNbBCu FeZrNbBCu 具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗、以及饱和磁致伸缩趋近于 零的特点。
FINEMET合金的纳米晶化过程
非晶合金及其晶化研究进展
非晶态合金晶化过程中微结构演变及团簇作用
Zr-Cu-Al-Pd大块非晶合金：
Inoue课题组分析退火过程中的 微结构演变：
晶化模式为二级晶化，
产生均匀的富Zr-Pd团簇，成为 Zr2(Cu,Pd)的晶核核心，
Al在界面的富集使非晶相的热 稳定性提高，对于初晶相纳米 级尺寸的保持起重要作用。
第九章 亚稳材料
第一节 纳米晶材料
材料科学基础 微米数量级
1.结构
2.性能 1）晶粒尺寸与电子波长等数量级、高密度缺陷等，超高强、 塑韧性等 2）量子输运管隧道效应、电荷转移、界面原子偶合等，具有 特殊的 准晶
1.结构 1）一维准晶 2）二维准晶 3）二十面体准晶
Deok Kim提出驱动力判据：是一个新的评价玻璃形成能力的经验
法则，认为驱动力是影响熔体中晶体形核的主要因素。目前热力学信息对 于多元合金体系来说还不是很完善，但是随着二元、三元体系被评估的热 力学参数的积累，多元体系的热力学计算也越来越可行。
非晶合金及其晶化研究进展
非晶态合金的团簇结构研究：大量实验分析表明，过冷液体中存在
第四节 固态转变的基本类型
2. 按相变时原子迁移特征（生核和成长特点）分类 第一类是扩散型相变： 新相的生核和成长主要依靠原子长距离的扩散， 相变是依靠相界面的扩散移动而进行， 扩散成为相变中起控制作用的因素之一， 相界面是非共格界面。 第二类是非扩散型相变，或切变型相变、马氏体转变： 新相的成长不是通过扩散，而是通过类似范性形变过程 中的滑移和孪生那样产生切变和转动而进行, 旧相中的原子通过切变和转动，有组织地、协调一致地 转移到新相中。 相界面是共格界面，转变前后各原子间的相邻关系不发 生变化，化学成分也不发生改变。
Inoue课题组研究了合金元素（Ag,Ti,Nb,Pd,Au,Pt）的加入对非晶合金 Zr-Al-Ni-Cu晶化的影响，认为合金元素的加入有利于多级晶化，促使初始 晶相析出，对于纳米晶/非晶复合结构的形成有积极作用。
非晶合金及其晶化研究进展
非晶态合金晶化过程中微结构演变及团簇作用
典型的Fe-Si-B非晶合金： Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9，商品名 称为FINEMET，10nm左右 的纳米晶和残余非晶的复合 组织，其中的纳米晶粒为过 饱和的α-Fe(Si)固溶体。
多元大块非晶合金的形成是通过调节成分来抑制晶体相的形核和长大：
形成致密的无序堆积结构，提高合金的固－液相界面能，从而抑制晶 态相的形核； 合金在过冷液态有很大的粘滞性，增大了组元原子长程重组的难度， 从而抑制晶态相的长大。
非晶合金及其晶化研究进展
评价金属玻璃的GFA的物理参数：
✓ 约化玻璃转变温度Trg(Trg＝Tg/Tm or Tg/Tl)：Trg≥2/3时，合金液体中 均质形核速率已很小，有利于形成非晶态； ✓ 过冷液相区宽度(ΔTx＝Tx－Tg)： ΔTx越大，非晶稳定性越强。 提高非晶转变温度Tg或降低合金熔点Tm都有利于非晶态的形成 提高晶化开始温度Tx则有利于提高非晶态的稳定性
非晶合金及其晶化研究进展
多晶型晶化：晶化转变4、5和6， 非晶相直接晶化成与之成分相同 的亚稳相或稳定相，没有任何浓 度变化，原来结构完全消失。
共晶型晶化：晶化转变2和3，非 晶相晶化成为两种晶体相，晶化 产物的结构呈层状。
初晶型晶化：晶化转变1，首先在 非晶基体上析出一个初晶相，其 成分和非晶基体不同，可以是过 饱和固溶体，也可以是金属间化 合物，剩余非晶相可以三种晶化 类型之一再次晶化。
Zr基大块非晶：具有强大的玻璃形成能力 退火过程中部分晶化所形成的纳米晶/非晶复合结构，能获到比全部非晶更 好的强度、硬度以及韧性。
研究非晶态合金的晶化过程、微晶化/纳米 晶化条件，具有两方面的意义
✓在制备技术与处理工艺上可给予必要的理论分析与 指导。
✓在使用过程中面临着保持合理工作所必须的精细区 域特征、确保高温条件下的热稳定性和化学稳定性 等问题，掌握其稳定性的演化规律对于系统的安全 性和可靠性起着关键性的作用。
第五节 固态相变的一般特点
固态相变过程，一方面力求使自由能尽可能降低，另一方面 又力求沿阻力最小、做功最少的途径而进行。
固态介质的特点决定了相变发生和进行的途径（走阻力小、 做功少的路）。
态介质的特点
具有确定的形状 较高的切变强度 内部原子按点阵规律排列 具有明显的各向异性 存在各种分布很不均匀的结构缺陷
第四节 固态转变的基本类型
马氏体转变是为纪念冶金学家Martens而命名的。 奥氏体由快速淬火、向马氏体转变的过程：
无成分变化，只有点阵重构，通过非扩散性相变， 得到高硬度的针片状组织。 马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体， α-Fe点阵发生畸变，c轴伸长，成为体心正方。