材料科学基础第10章相变
无机材料科学基础试卷(6-10章)讲课稿
无机材料科学基础试卷(6-10章)无机材料科学基础试卷一、名词解释液相独立析晶：是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回收的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来，使转熔过程不能继续进行，从而使液相进行另一个单独的析晶过程，就是液相独立析晶。
二次再结晶：少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大过程。
晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。
本征扩散：是指空位来源于晶体结构中本征热缺陷而引起质点的迁移。
非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。
或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。
一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变二级相变：相变时两相化学势相等，其一级偏微商也相等，但二级偏微商不等的称为二级相变。
液相烧结：凡有液相参加的烧结过程称为液相烧结。
固相烧结：固态粉末在适当的温度、压力、气氛和时间条件下，通过物质与气孔之间的传质，变为坚硬、致密烧结体的过程。
均匀成核：晶核从均匀的单相熔体中产生的过程。
非均匀成核：是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程稳定扩散：若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。
这种扩散称稳定扩散。
不稳定扩散：扩散物质在扩散层dx内的浓度随时间而变化，即dc/dt≠0。
这种扩散称为不稳定扩散。
三角形规则：原始熔体组成点所在副三角形的三个顶点表示的物质即为其结晶产物；与这三个物质相应的初初晶区所包围的三元无变量点是其结晶结束点。
连线规则：将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。
一致熔融化合物：是一种稳定的化合物。
它与正常的纯物质一样具有固定的熔点，熔化时，所产生的液相与化合物组成相同，故称一致熔融化合物。
不一致熔化合物：是一种不稳定的化合物，加热到一定温度会发生分解，分解产物是一种液相和一种固相，液相和固相的组成与化合物组成都不相同。
无机材料科学基础答案第十章
10-1 名词解释：烧结烧结温度泰曼温度液相烧结固相烧结初次再结晶晶粒长大二次再结晶（1）烧结：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。
（2）烧结温度：坯体在高温作用下，发生一系列物理化学反应，最后显气孔率接近于零，达到致密程度最大值时，工艺上称此种状态为"烧结"，达到烧结时相应的温度，称为"烧结温度"。
（3）泰曼温度：固体晶格开始明显流动的温度，一般在固体熔点（绝对温度）的2/3处的温度。
在煅烧时，固体粒子在塔曼温度之前主要是离子或分子沿晶体表面迁移，在晶格内部空间扩散（容积扩散）和再结晶。
而在塔曼温度以上，主要为烧结，结晶黏结长大。
（4）液相烧结：烧结温度高于被烧结体中熔点低的组分从而有液相出现的烧结。
（5）固相烧结：在固态状态下进行的烧结。
（6）初次再结晶：初次再结晶是在已发生塑性变形的基质中出现新生的无应变晶粒的成核和长大过程。
（7）晶粒长大：是指多晶体材料在高温保温过程中系统平均晶粒尺寸逐步上升的现象.（8）二次再结晶：再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。
10-2 烧结推动力是什么？它可凭哪些方式推动物质的迁移，各适用于何种烧结机理?解：推动力有：（1）粉状物料的表面能与多晶烧结体的晶界能的差值，烧结推动力与相变和化学反应的能量相比很小，因而不能自发进行，必须加热!!（2）颗粒堆积后，有很多细小气孔弯曲表面由于表面张力而产生压力差，（3）表面能与颗粒之间形成的毛细管力。
传质方式：（1）扩散（表面扩散、界面扩散、体积扩散）；（2）蒸发与凝聚；（3）溶解与沉淀；（4）黏滞流动和塑性流动等，一般烧结过程中各不同阶段有不同的传质机理，即烧结过程中往往有几种传质机理在起作用。
10-3 下列过程中，哪一个能使烧结体强度增大，而不产生坯体宏观上的收缩? 试说明理由。
（1）蒸发－冷凝；（2）体积扩散；（3）粘性流动；（4）晶界扩散；（5）表面扩散；（6）溶解－沉淀解：蒸发－凝聚机理（凝聚速率＝颈部体积增加）烧结时颈部扩大，气孔形状改变，但双球之间中心距不变，因此坯体不发生收缩，密度不变。
上海交大材料科学基础知识点总结
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。
图1-5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。
（2）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 晶胞图1－6（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。
（3）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。
无机材料科学基础9相变
第9章相变一、名词解释1．相变：2．一级相变与二级相变：3．均态核化与非均态核化：4．液相不混溶现象（玻璃的分相）：12341．2345．液-为时，6. 均匀成核的成核速率由因子和因子所决定的。
填空答案1、化学势、化学势的一阶偏微熵、固相、液相、化学势、化学势的一阶偏微熵、化学势的二阶偏微熵2、成核-生长机理、斯宾那多分解、马氏体相变、有序-无序、一级相变、二级相变、扩散、无扩散、重键型扩散、位移型扩散3、成核、生长4、过冷度、过饱和浓度、过饱和蒸汽压5、90°6、成核、扩散三、熔体析晶过程中，质点成核需具有那些能量，这些能量从何得来。
需要：界面能来自于：1、过冷度 2、体积自由能变四、假设△H和△S与温度无关，说明为什么硅酸盐熔体在熔点或熔点以上不可能发生析晶，而加入适当的晶核剂时，往往在熔点就能析晶。
当温度过高时处于高温亚稳区域，生长速率过慢而晶体的成核速率近似为零，二者无重叠区域，故不可能发生析晶现象当加入晶核剂时、成核速率曲线发生偏移，在原本不能够析晶的温度下存在重叠区域，故能够发生析晶现象六、下图为晶核的半径r与△G间的关系，现有不同温度的三条曲线，请指出哪条温度最高?哪条温度最低?你的根据是什么？T越低，则r k越小，故T1＞T2＞T3七、试用图例说明过冷度对核化速率、晶化速率、析晶范围、析晶数量和晶粒尺寸等的影响。
并说明要获得细晶，温度应如何控制？一、过冷度过高或过低对成核和生长均不利，只有在合适的过冷度条件下才能获得最大的成核和生长速率二、生长速率和自发成核速率重叠区为析晶区三、过冷度大，控制在成核速率大的区域获得的晶体多而且晶粒小过冷度小，控制在生长速率大的区域获得的晶体少但是晶粒大。
陆佩文材料科学基础 名词解释 -课后
第二章晶体结构2.1名词解释晶体由原子(或离子分子等)在空间作周期性排列所构成的固态物质晶胞是能够反应晶体结构特征的最小单位, 晶体可看成晶胞的无间隙堆垛而成。
晶体结构中的平行六面体单位点阵(空间点阵) 一系列在三维空间按周期性排列的几何点.对称：物体相同部分作有规律的重复。
对称型：晶体结构中所有点对称要素（对称面、对称中心、对称轴和旋转反伸轴）的集合,又叫点群.空间群：是指一个晶体结构中所有对称要素的集合布拉菲格子把基元以相同的方式放置在每个格点上，就得到实际的晶体结构。
基元只有一个原子的晶格称为布拉菲格子。
范德华健分子间由于色散、诱导、取向作用而产生的吸引力的总和配位数:晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数.2.2试从晶体结构的周期性论述晶体点阵结构不可能有5次和大于6次的旋转对称?2.3金属Ni具有立方最紧密堆积的结构试问: I一个晶胞中有几个Ni原子？ II 若已知Ni原子的半径为0.125nm，其晶胞边长为多少？2.4金属铝属立方晶系，其边长为0.405nm，假定其质量密度为2.7g/m3试确定其晶胞的布拉维格子类型2.5某晶体具有四方结构，其晶胞参数为a=b,c=a/2,若一晶面在x y z轴上的截距分别为2a 3b 6c,试着给出该晶面的密勒指数。
2.6试着画出立方晶体结构中的下列晶面（001）（110）（111）并分别标出下列晶向[210] [111] [101].2.14氯化铯（CsCl）晶体属于简立方结构，假设Cs+和Cl-沿立方对角线接触，且Cs+的半径为0.170nm Cl-的半径为0.181nm，试计算氯化铯晶体结构中离子的堆积密度，并结合紧密堆积结构的堆积密度对其堆积特点进行讨论。
2.15氧化锂（Li2O）的晶体结构可看成由O2-按照面心立方密堆，Li+占据其四面体空隙中，若Li+半径为0.074nm，O2-半径为0.140nm试计算I Li2O的晶胞常数 II O2-密堆积所形成的空隙能容纳阳正离子的最大半径是多少。
西安交通大学材料科学基础专业考研大纲
一课程性质与任务《材料科学基础》是材料科学与工程系各专业本科生的一门重要的专业基础课，以介绍工程材料的基础理论为目的，既具有较强的理论性，又与生产实际有紧密的联系。
其任务是：1 研究材料的成份、组织结构、性能及三者间的关系。
2 掌握有关工程材料的基本理论和知识，训练用所学理论分析实际问题的方法和思路。
3 初步掌握材料的科学实验方法和有关的实验技术；掌握定量、半定量地解决工程材料问题的方法。
二教学安排1 材料科学基础》为15学分，计96学时，其中讲课84学时，实验、讨论等12学时。
23 实验: 实验共六次，计12学时，每次实验二学时。
内容为：(1) 显微镜的构造及使用；(2) 常见金属晶体结构和原子堆垛模型分析；(3) 二元合金平衡组织分析；(4) 二元合金不平衡组织分析；(5) 铁碳合金平衡组织与性能分析；(6) 金属的塑性变形与再结晶。
三教学目的和要求第一章工程材料中的原子排列目的：1．原子之间的键合2．介绍晶体学的基本概念及晶格类型3．晶向指数和晶面指数及其表示方法4．金属的晶体结构特点5．陶瓷的晶体结构6．晶体缺陷的类型及特征要求：1．掌握晶面、晶向的表示方法2．熟悉三种典型的晶体结构3．晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质4．位错的应力场和应变能；位错的运动与交互作用第二章固体中的相结构目的：1．介绍金属固溶体的分类、结构特点及溶解度2．金属间化合物相的分类、特点及性能3．陶瓷晶体相的结构及特点4．玻璃相及其形成5．分子相的结构特点要求：1．熟悉合金相的主要类型，形成条件和性能特点2．理解Hume—Rothery规则；3．玻璃相的形成条件4．了解分子相的结构特点及分子晶体第三章凝固与结晶目的：1．介绍结晶的基本规律2．结晶的基本条件3．晶核的形成4．晶体的长大5．陶瓷、聚合物的凝固6．结晶理论的应用要求：1．掌握凝固理论及过冷度的概念2．晶体长大机制及界面形态3．用凝固理论解释或说明实际生产问题第四章二元相图目的：1．相、相平衡及相图制作2．二元匀晶相图3．二元共晶相图4．二元包晶相图5．其它二元要相图6．二元相图的分析方法7．介绍相图的热力学依据8．铸件的组织与偏析要求：1．能认识一般的二元相图，并会分析合金的结晶过程及得到的组织．2．掌握分析相图的方法3．能依据相图判断合金的工艺性能与机械性能4．理解成分过冷的形成、影响因素5．会分析铁碳合金平衡结晶过程及室温下所得到的组织6．说明含碳量的改变怎样影响铁碳合金的组织和性能第五章三元相图目的：1．介绍三元相图的几何特性2．三元匀晶相图3．三元共晶相图4．三元相图中的相平衡特征5．实用三元相图举例要求：1．熟悉三元合金成分表示方法，懂得直线定律与重心法则的应用2．掌握三元合金结晶过程中相与组织的转变规律3．会看简单的等温截面图和变温截面图第六章固体中的扩散目的：1．介绍扩散定律及其应用2．扩散的微观机理3．扩散的热力学理论4．反应扩散5．一些影响扩散的重要因素要求：1．扩散第一、第二定律的表达式，适用的条件，各符号的意义和单位2．说明扩散系数的意义和影响扩散的因素3．认识几种重要的扩散现象4．了解扩散的实际应用，如渗碳过程等第七章塑性变形目的：1．介绍滑移系统和Schmid定律金属的应力一应变曲线2．单晶体的塑性变形3．多晶体塑性变形的特点4．合金的塑性变形5．冷变形金属的组织与性能6．聚合物的塑性变形7．陶瓷材料的塑性变形要求：1．熟悉滑移、孪生变形的主要特点2．说明多晶体塑性变形的过程及特点3．理解加工硬化、细晶强化等产生的原因和它的实际意义4．塑性变形过程中组织和性能的变化规律第八章回复和再结晶目的：1．介绍冷变形金属在加热时组织和力学性能的变化2．回复机制及动力学3．再结晶时组织的变化及影响再结晶的因素4．再结晶后晶粒的长大过程5．金属的热变形要求：1．变形金属发生回复和再结晶的条件是什么?有些什么变化?2．T再对生产有什么意义?如何确定T再?影响T再的因素有哪些?3．再结晶后晶粒大小如何控制?4．动态回复过程中位错运动有何特点?从显微组织上如何区分动、静态回复和动、静态再结晶第九章复合效应与界面目的：1．复合材料、增强体及复合效应2．复合材料增强原理3．复合材料的界面要求：1．了解研究界面的意义2．界面类型及性能3．界面结合原理4．对界面的基本要求及控制界面的原理第十章固态相变目的：1．介绍固态相变的特点2．固态相变的形核3．固态相变的核长大4．扩散型相变示例5．无扩散型相变6．陶瓷的相变与增韧要求：1．了解固态相变有哪些类型?2．掌握贝氏体转变与珠光体转变、马氏体转变有什么异同点?3．马氏体相变有哪些特征一、考试内容1.工程材料中的原子排列：（1）原子键合，工程材料种类；（2）原子的规则排列：晶体结构与空间点陈，晶向及晶面的表示，金属的晶体结构，陶瓷的晶体结构。
西北工业大学《材料科学基础》课后题答案
1． 有关晶面及晶向附图2.1所示。
2． 见附图2.2所示。
3． {100}＝(100)十(010)+(001)，共3个等价面。
{110}＝(110)十(101)+(101)+(011)+(011)+(110)，共6个等价面。
{111}＝(111)+(111)+(111)+(111)，共4个等价面。
)121()112()112()211()112()121()211()121()211()211()121()112(}112{+++++++++++=共12个等价面。
4． 单位晶胞的体积为V Cu ＝0.14 nm 3(或1.4×10-28m 3) 5． (1)0.088 nm ；(2)0.100 nm 。
6． Cu 原子的线密度为2.77×106个原子/mm 。
Fe 原子的线密度为3.50×106个原子/mm 。
7． 1.6l ×l013个原子/mm 2；1.14X1013个原子/mm 2；1.86×1013个原子/mm 2。
8． (1) 5.29×1028个矽原子/m 3； (2) 0.33。
9． 9. 0.4×10-18/个原子。
10． 1.06×1014倍。
11． (1) 这种看法不正确。
在位错环运动移出晶体后，滑移面上、下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的。
位错环的柏氏矢量为b ，故其相对滑移了一个b 的距离。
(2) A'B'为右螺型位错，C'D'为左螺型位错；B'C'为正刃型位错，D'A'为负刃型位错。
位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量如附图2.3所示。
12． (1)应沿滑移面上、下两部分晶体施加一切应力τ0，的方向应与de 位错线平行。
(2)在上述切应力作用下，位错线de 将向左(或右)移动，即沿着与位错线de 垂直的方向(且在滑移面上)移动。
材料科学基础智慧树知到答案2024年西南科技大学
材料科学基础西南科技大学智慧树知到答案2024年第一章测试1.选用材料应该遵循（）原则。
A:工艺性能 B:使用性能 C:环境协调性 D:经济性答案:ABCD2.耐火材料是指耐火度不低于（）℃的无机非金属材料。
A:1300 B:1000 C:1800 D:1580答案:D3.材料按其化学作用（或基本组成）分为：A:无机非金属材料 B:复合材料 C:金属材料 D:高分子材料（聚合物）答案:ABCD4.传统的无机非金属材料主要是指由ＳｉＯ２及其硅酸盐化合物为主要成分制成的材料，包括：A:陶瓷 B:耐火材料 C:水泥 D:玻璃答案:ABCD第二章测试1.如果等大球体在空间形成密排六方结构，则按如下方式（）的层序堆积。
A:ABBABB•••••• B:AABAAB•••••• C:ABCABC•••••• D:ABAB••••••答案:D2.在一个面心立方晶胞中，共存在（）。
A:4个四面体空隙，8个八面体空隙 B:8个四面体空隙，4个八面体空隙C:8个四面体空隙，8个八面体空隙 D:4个四面体空隙，4个八面体空隙答案:B3.在一个密排六方晶胞中，晶胞的质点数为（）。
A:2 B:8 C:6 D:4答案:C4.当6个等大的球体作面心立方堆积时，每个球周围形成的四面体空隙个数为( )。
A:12 B:6 C:2 D:18答案:C5.离子晶体的配位数决定主要取决于正、负离子半径比，当配位多面体为八面体时，正负离子的半径比（）。
A:正负离子半径比应处于0.155~0.225范围 B:正负离子半径比应处于0.732~1.0范围 C:正负离子半径比应处于0.225~0.414范围 D:正负离子半径比应处于0.414~0.732范围答案:D6.在某MX离子晶体中，若其中的阴离子易被极化，则下列说法正确的是：（）。
A:阴阳离子间距增大、配位数增加。
B:阴阳离子间距增大、配位数降低。
C:阴阳离子间距降低、配位数降低。
D:阴阳离子间距降低、配位数增加。
哈工大《材料科学基础Ⅱ》(相变)1
七、过渡相的形成
固态相变过程初期，新相尺寸较小，界面能较大，往往先形成与母相共格、界面能 较低的过渡相。过渡相是亚稳相，自由能高于平衡相，所以转变后期会发展为平衡相。
第1章 金属固态相变特征
1.2 固态相变的形核
一、均匀形核 形核时体系自由能变化(△G )为： △G = V· v + Sζ + εV △g 其中：△G为体系自由能变化； V为新相体积； △gv为新相和母相 单位体积自由能差（为负值）； S为新相表面积；ζ 为单位面 积界面能； ε为单位体积应变能。 假设晶核为球形，半径为r，所以△G是r的函数。形核初期，随r 的增大， △G先增大，达到极大值后开始下降。只有依靠外界能量使 晶核长大到△G达到极大值时，晶核才能继续长大。这时的晶核半径 为临界核胚半径r*。 r* = (-2ζ) / (△gv +ε) 临界形核功(△G* )为： △G* = (16πζ 3) / 3(△gv + ε)2
第1章 金属固态相变特征
1.1 固态相变的特点
二、位向关系
HREM image of the SiC-Al interface in the SiCw/Al composite
Atom matching model of the SiCAl interface in the SiCw/Al composite
第1章 金属固态相变特征
1.3 固态相变的晶核长大
一、晶核长大机制 3 扩散型相变与非扩散型相变 扩散型相变与非扩散型相变的特点
扩散型相变 外形变化 成分变化 位向关系 长大速度 无外形变化 新相与母相成分不同，有成 分变化 新相与母相之间的晶体学位 向关系可有可无 长大速度取决于原子扩散速 度 非扩散型相变 外形有变化，产生表面浮凸 新相与母相成分相同，无成分 变化 新相与母相之间有一定的晶体 学位向关系
材料科学基础相变
材料科学基础相变相变是材料科学基础中重要的概念之一、相变指的是物质在一定的温度和压力下由一种物态转变为另一种物态的过程。
在相变过程中，物质的分子结构和物性发生了根本性的改变。
相变不仅在常见的物质如水和冰中发生，也在各种材料中都是普遍存在的。
相变的分类主要有几种，包括：一级相变和二级相变、固相变、液相变和气相变、晶体相变和非晶态相变等。
一级相变和二级相变是相变的基本分类之一、一级相变是指物质在相变过程中，在一定温度下会出现物质的两种形态共存的情况，例如水在0°C时同时存在液态水和固态冰。
在一级相变过程中，物质的温度保持不变，而吸收或释放的热量用于改变物质的物态。
二级相变则是指物质在相变过程中，直接从一种物态转变为另一种物态，没有物质两种形态共存的情况。
例如，水从液态直接转变为气态的过程。
固相变包括固固相变和固液相变。
固固相变指的是物质在固态下由一种结构转变为另一种结构。
这种相变在金属材料中尤为常见，例如铁的铁素体和奥氏体的相互转变。
固液相变是指物质在固态和液态之间的相变过程，例如冰的熔化就是固液相变的例子。
液相变通常指的是液体变为气体的相变过程，也就是蒸发过程。
在蒸发过程中，液体吸收外界的热量，分子动能增加，逐渐脱离液体表面，形成气体。
相反地，气体变为液体的过程称为凝结。
晶体相变是指物质晶体结构发生变化的相变过程。
晶体相变可以是由于温度的改变而引起，也可以是由于压力的改变而引起。
晶体相变的一个重要特点是在相变过程中结构的对称性发生了改变。
晶体相变的代表性例子之一是冰的六方晶相变为立方晶。
非晶态相变是指物质的非晶态结构发生变化的相变过程。
非晶态相变通常与玻璃态的形成有关，例如液态金属迅速冷却后变为非晶态。
非晶态相变在材料科学中的研究具有重要的理论和应用价值。
相变现象是材料科学基础中非常常见的现象。
通过对相变的深入研究，我们可以更好地理解材料的结构和性质变化规律，为材料设计和制备提供理论基础。
《材料科学基础》练习题集02
厦门理工学院《材料科学基础》练习题集 02第9章材料的凝固一、名词解释：1、均匀形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。
2、非均匀形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面或固液界面所形成的晶核。
3、变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非均匀形核晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。
4、变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
5、枝晶偏析：实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析。
6、比重偏析：比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差别所引起的。
如果先共晶相与溶液之间的密度差别较大，则在缓慢冷却条件下凝固时，先共晶相便会在液体中上浮或下沉，从而导致结晶后铸件上下部分的化学成分不一致，产生比重偏析。
7、溶质再分配8、成分过冷二、判断题：1、液态金属的结构特点是近程有序，长程无序。
（）2、晶粒尺寸和形核率N、线长大速度Vg之间的关系是N/Vg越大，晶粒尺寸越大。
（）3、区域提纯技术的理论基础是凝固过程中的溶质再分配。
（）4、液－固粗糙界面可描述为微观粗糙、宏观平整。
（）5、在结晶过程中，晶核越多，生长速率越慢，则凝固后的晶粒越细小。
（）6、在单相固溶体铸锭结晶时，成分过冷越大，越易形成枝晶。
（）7、由凝固理论可知，细化晶粒的途径是提高形核率，降低长大速率。
（）8、金属－非金属型共晶具有粗糙－光滑型界面，所以它多为树枝状，针状或螺旋状。
（）三、选择题：1、纯金属结晶均匀形核，当过冷度 T很小时，形核率低，是因为。
A、原子可动性低，相变驱动力低；B、原子可动性高，相变驱动力低；C、原子可动性低，相变驱动力高；D、原子可动性高，相变驱动力高；2、合金凝固时，出现成分过冷的原因是。
材料科学基础名词解释
1.相变驱动力：是指在恒温恒压下，相变后与相变前的吉布斯自由能之差。
2.形核驱动力：固态相变过程中，形核后与形核前的吉布斯自由能之差。
3.连续析出（连续脱溶）：
满足以下特点的析出称为连续析出：
（1）新相以分散的，孤立的小颗粒形核；
（2）新相与母相界面多数情况为共格界面，少数为非共格界面；
（3）相变终了时有剩余母相，而且剩余母相的晶粒形状，位向不变，且成分连续变化；
（4）脱溶速率受控于溶质扩散。
（2005）
4不连续析出（不连续脱溶）：
满足以下特点的称为不连续析出：
（1）脱溶产物为交替排列的两相化合物；
（2）脱溶物在母相晶界处形核，然后向一个晶粒内生长；
（3）'α与α的结构相同，成分不同；
（4）在母相与脱溶物的界面上存在结构，成分的不连续性。
《材料科学基础》课后答案章
第一章8．计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例(1)NaF(2)CaO(3)ZnS解：1、查表得：X Na =0.93,X F =3.98根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为：21(0.93 3.98)4[1]100%90.2%e---⨯= 共价键比例为：1-90.2%=9.8%101．(1)(2)(3)解：1、2．有一正交点阵的a=b,c=a/2。
某晶面在三个晶轴上的截距分别为6个、2个和4个原子间距，求该晶面的密勒指数。
3．立方晶系的｛111},1110},{123）晶面族各包括多少晶面？写出它们的密勒指数。
4．写出六方晶系的{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数，在六方晶胞中画出[1120]、[1101]晶向和(1012)晶面，并确定(1012)晶面与六方晶胞交线的晶向指数。
5．根据刚性球模型回答下列问题：(1)以点阵常数为单位，计算体心立方、面心立方和密排六方晶体中的原子半径及四面体和八面体的间隙半径。
(2）计算体心立方、面心立方和密排六方晶胞中的原子数、致密度和配位数。
6．用密勒指数表示出体心立方、面心立方和密排六方结构中的原子密排面和原子密排方向，并分别计算这些晶面和晶向上的原子密度。
解：1、体心立方密排面：{110}21141.414a-+⨯=237．(1(2）(3）8．(1(2(110),(132)的晶带轴为[112]3×1+1×1-2×1=2≠0或(132),(311）的晶带轴为[158]-1×1+1×5-0×8=4≠0故(110),(132),(311）晶面不属于同一晶带2、根据晶带定律，hu+kv+lw=0，可得2u+v+w=0u+v=0联立求解，得：u:v:w=-1:1:1，故晶带轴为[111]属于该晶带的晶面：（321）、（312）、（101）、(011)、（431）等。
9．回答下列问题：(1）试求出立方晶系中[321］与[401]晶向之间的夹角。
无机材料科学基础课件 第十章 相图
12
P A 水 C
T
10.3.2具有同质多晶转变的单元系统相图
P
G F 晶1 H B 晶2 O C 气 E 液 D
A
T
具有同质多晶转变的单元系统相图
其中：BF—晶型转变线，反映P对多晶转变的影 响，该直线斜率不会太大。 CE—晶2的熔融曲线 BF—晶1、晶2的转变曲线 AB—气相与晶1的两相平衡线（晶1的升华曲线） BC—气相与晶2的两相平衡线（晶2的升华曲线） CD—液相与气相的两相平衡线（液相的蒸发曲线） OG—过热晶型1与过冷液体的平衡曲线 BH—过冷晶型2的升华曲线 BO—过热晶型1的升华曲线 OC—过冷液相的蒸发曲线 FBOG区—过热晶1的相区 OBC—过冷蒸汽介稳区 GOCE区—过冷液相区
t=TC, C点
液相同时对晶 体A和B饱和 当最后一滴低共 p=3, f=0 熔组成的液相析 出A晶体和B晶体 24 后，液相消失
t=TE, E点
从液相中不断 析出A晶体
3个概念：系统组成点、固相点、液相点
简称：系统点 取决于系统的总组成，由原始配料组 成决定 对于M配料，系统点在MM’线上 系统中的液相组成和固相组成随温度不断变化， 液相点和固相点的位置也随温度不断变化
L A+B P=3,F=0
液相：M L G
' L P=1,F=2 ' L1 +L2 P=2,F=1
LC LD +A P=3,F=0
D E(LE A+B,F=0) 固相：H I J
A A+B
第十章
相 平 衡
1
10.1相平衡的基本概念、相律
10.1.1相：物理化学性质相同、完全均匀、可含多种物质
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ΔHM>0时自由能随成分变化规律
构成的曲线有三个极值 点和两个拐点，在靠近坐标 轴(x接近0或1)处为上凹曲线， 有两个极小值，而中部位凹 向朝下的上凸曲线，会有一 极大值。
在这种情况下，存在两个必然的规律：其一是任何组元，
材料科学基础第10章相变
纯组元自由能与温度的关系
其中H0和S0为标准状态下(25℃,一个大气压)的值， 可以查相关的热力学资料得到。
材料科学基础第10章相变
两相混合自由能的计算
设同样有A、B两组元组成的两相α和β， α的成分(原子百分比)为x1，β的成分 (原子百分比)为x2，α和β两相所占地比 例分别为N1和N2(原子百分比),显然N1＋N2 ＝1。
材料科学基础第10章相变
第二节 自由能随成分变化规律
• 数学表达关系分析 • 当ΔHM=0时的状态 • 当ΔHM<0时的状态 • 当ΔHM>0时的状态
材料科学基础第10章相变
数学表达关系分析
材料科学基础第10章相变
自由能随成分变化规律
当ΔHM=0时： 这时为理想溶液模型，即
G(x)为下垂线，即曲线的凹向朝上。
混合过程中S的变化
熵表征为系统的混乱程度，固态下系统的熵构成： 主要是混合熵(配置熵)，决定于原子可能排列的方式； 其次还有振动熵，决定于温度和缺陷。
每摩尔物质有原子，在二元系统中，A、B各自的 原子数为NA、NB，即NA＋NB＝N，材料的成分和浓度为： XA＝NA/N、XB＝NB/N (XA＋N＝1)。
设两最近邻原子之间的结合能分别为uAA、uBB、uAB， 固溶体和组元的配位数均为Z。由于H=u+PV，
材料科学基础第10章相变
混合过程中H的变化
材料科学基础第10章相变
固溶体自由能与成分温度的关系
结论：
注意这个表达式的推导用的假设，即使用条件，这 是一最简单的情况，其它情况下应根据使用环境来加 以修正。
材料科学基础第10章相变
自由能随成分变化规律
ΔHM<0时 ： 这时异类原子的结合力大 于同类原子之间的结合力。 表现为在溶解时会放出热 量。
G(x)为下垂线，曲线的凹向朝上。由于ΔHM和TΔSM 的同时作用，曲线下材垂料科更学基大础第。10章相变
下页
ΔHM>0时自由能随成分变化规律
溶解时会吸收热量，由于ΔHM和TΔSM表现为相反的 作用，曲线的形状与二者的大小相关。
化学位的图解求法
在某固定的温度下，由AB两组元构成的某一相α， 其自由能与成分之间的关系如图所示，当其成分为XB时， 求这时A、B组元在该相中的化学位？
若已知G(x)与成分xB的关 系如图所示。 由成分xB在G(x)曲线上的位置M，过M作曲线G(x)的切线 交坐标两端P、Q点，截材料距科学即基础为第10这章相时变 A、B组元的化学位。
少量的溶解其它组元都会使其吉布斯自由能下降，绝对的不能
溶解其它元素是不存在的，得到绝对的纯净物资是不可能的，
即“金无赤足”。其二是当出现上凸时，吉布斯自由能会提高，
自发的趋势是形成两相混合物可以降低体系的自由能，两组元
表现为有限溶解。
材料科学基础第10章相变
ΔHM>0时自由能随成分变化规律
溶解时会吸收热量，由于ΔHM和TΔSM表现为相反的 作用，曲线的形状与二者的大小相关。
化学位的图解法证明
材料科学基础第10章相变
单相平衡
稳定的单相为在某一温度 下，该相的自由能最低，并且 在该成分点出的G(x)~x曲线为 “上凹”。
1、在温度T下，AB组元可能形成α、 β两种相，为了降低系统的自由能， 显然将以单一的T＝0时，两组元的混合全部表现为提高自由能， 由于绝对0度是不可能材的料科，学基所础第以10章这相变种情况不可能出现。
第三节 相平衡原理
• 相平衡原理 • 化学位的图解求法 • 单相平衡 • 两相平衡－公切线法则
相平衡原理
体系的自由能最低； 每一组元在平衡各相中的化学位相等。
材料科学基础第10章相变
混合时熵的变化：
配置熵定义： K－波耳兹曼常数 材料W科－学可基础能第1构0章相成变的排列方式
混合过程中S的变化
材料科学基础第10章相变
混合过程中H的变化
利用溶液的准化学模型：①设A、B组元尺寸相接 近，排列无序；②混合过程中体积基本不变，即ΔV＝ 0；③原子只与最近邻的原子之间存在相互作用，即只 计算最近邻原子之间的结合能。
达到能量最低的状态(平衡态)，从而确定相图的结构。随着热力
学数据的积累，计算机能力提高和普及，这种设想现在逐步可
以实现。
材料科学基础第10章相变
第一节 固溶体自由能的计算
• 纯组元自由能与温度的关系 • 两相混合自由能的计算 • 固溶体的自由能与成分温度的关系 • 混合过程中S的变化 • 混合过程中H的变化
系的图形。
相图的测定方法：一般用物理方法来进行，利用不同组成相
所具有的不同物理性能特征参数或性能变化时的表现出物理两 地变化特征来进行测定工作。例如常用的热分析法、热膨胀系 数/比容变化、磁性法等等。
计算法预测相图：由材料的成分判断可能组成的相结构，计
算在某一温度下的自由能，找出合适组成相或他们之间的组合，
在G－X的图形中，G1、G、材G料2科三学基点础第在10一章相直变 线上，并服从杠杆定律。
固溶体自由能与成分温度的关系
在温度T下，寻找G－x之间的关系。设NA和NB为固溶体 中A、B的原子数 ，XA和XB为两组元的摩尔浓度，即
在温度T下， G0为混合前的自 由能，ΔGm为混合过程中自由 能变化。 G0A的值由纯组元公式计算出。 先计算混合过程中H、S的变化 材料科学量基础，第1可0章相以变 计算ΔGm变化。
第十章 材料热力学 与固态相变基础
• 合金自由能的计算 • 自由能随成分变化规律 • 相平衡原理 • 相图与吉布斯自由能曲线 • 固态相变概论 • 总结与回顾－－材料的成分、加
工工艺对组织、性能的影响
材料科学基础第10章相变
引言
平衡状态：系统吉布斯自由能处于最低所对应的状态。
相图：表述物质的成分、环境条件与平衡状态下存在相之间关