江苏大学_材料表界面_期末知识点——wjl版
材料表界面复习资料
第 1 章绪论物理表面：三维的规整点阵到体外空间之间的过渡区域, 这个过渡区的厚度随材料的种类不同而异, 可以是一个原子层或多个原子层。
是不同于两相的第三相。
理想表面：是指除了假设确定的一套边界条件外, 系统不发生任何变化的表面。
清洁表面：指不存在任何污染的化学纯表面, 即不存在吸附、催化反应或杂质扩散等物理、化学效应的表面。
谓弛豫：表面附近的点阵常数发生明显的变化。
重构：表面原子重新排列, 形成不同于体内的晶面。
台阶化：指出现一种比较规律的非完全平面结构的现象。
吸附：指气相中的原子或分子在气固或液固界面上的聚集。
偏析：指溶液或溶质在相界、晶界或缺陷上的聚集。
吸附和偏析是化学组分在表面区的变化。
吸附表面：吸附有外来原子的表面。
第2章液体表面系统的能量越低越稳定, 故液体表面具有自动收缩的能力。
表面张力：是单位长度上的作用力, 单位是N/ m。
它是反抗表面扩大的一种收缩力, 它的作用是使一定体积的系统具有最小的表面积。
也可以理解为系统增加单位面积时所需作的可逆功, 单位为J/ m2, 是功的单位或能的单位, 所以σ也可以理解为表面自由能, 简称表面能。
单组分液体的表面张力等于比表面自由能。
附加压力的方向总是指向曲率中心一边, 且与曲率大小有关,Laplace 方程：球面：Δp = 2ς/ r任意曲面：Δp = ς( 1/ r1 + 1/ r2 )当曲率半径r1 = r2= r, 曲面成为一个球面, 对于平液面，两个曲率半径都为无限大，Δp = 0，表示跨过平液面不存在压差。
液体表面张力的测定：1 毛细管法当毛细管浸在液体中, 若液体能完全浸润管壁, 则会发生毛细上升现象, 液面呈凹月形。
反之, 若液体完全不浸润管壁, 则液面下降呈凸液面。
毛细升高现象可用Laplace 方程处理。
假定毛细管截面是圆周形, 且管径不太大, 并假定凹月面可近似看作半球形, 此时不仅两个曲率半径相等, 而且都等于毛细管半径r。
材料表界面知识点总结
第九章玻璃表界面4 玻璃的表面反应玻璃成型后一段时间就容易被周围环境介质所侵蚀，侵蚀情况主要取决于玻璃的本质（组成）和介质的种类。
4.1 水对玻璃的侵蚀开始于水中的H+和玻璃中的Na+进行离子交换：离子交换反应停止的真正原因：•Na+含量的降低；R n+（n>1)抑制效应4.2酸对玻璃的侵蚀除氢氟酸外，一般酸并不直接与玻璃起反应，而是通过水的作用侵蚀玻璃。
浓酸对玻璃的侵蚀能力低于稀酸。
酸对玻璃的作用与水对玻璃作用又有所不同。
高碱玻璃的耐酸性小于耐水性，高硅玻璃的耐酸性大于耐水性。
4.3 碱对玻璃的侵蚀硅酸盐玻璃一般不耐碱。
碱对玻璃的侵蚀是通过OH-破坏硅氧骨架（≡Si-O-Si≡），使Si-O键断裂，SiO2溶解在碱液中。
碱的大量存在使得中和反应能够不断进行，所以，侵蚀不是形成硅酸凝胶薄膜，而是玻璃表面层不断脱落。
碱对玻璃的侵蚀程度与下列因素有关：侵蚀时间OH-离子的浓度阳离子的种类侵蚀后玻璃表面的硅酸盐在碱溶液中的溶解度玻璃受碱侵蚀分为以下三个阶段：⏹第一阶段，碱溶液中的阳离子首先吸附在玻璃表面；⏹第二阶段，阳离子束缚周围的OH-离子，OH-离子攻击玻璃表面的硅氧键。
⏹第三阶段，硅氧骨架破坏后变成硅酸离子，和吸附在玻璃表面的阳离子形成硅酸盐，并逐渐溶解在碱溶液中。
碱性溶液对玻璃的侵蚀机理与水或酸不同⏹水或酸（包括中性盐或酸性盐）对玻璃的侵蚀只是改变、破坏或溶解（沥滤）玻璃结构组成中R2O、RO等网络外体物质。
⏹碱性溶液不仅对网络外体氧化物起作用，而且也对玻璃结构中的硅氧骨架起溶蚀作用。
大气对玻璃的侵蚀先是以离子交换为主的释碱过程后逐步过渡到以破坏网络为主的溶蚀过程。
4.41) 化学组成的影响硅酸盐玻璃的耐水性和耐酸性主要取决于硅氧和碱金属氧化物的含量。
玻璃中同时存在两种碱金属氧化物时，由于“混合碱效应”使玻璃的化学稳定性出现极值。
2) 热处理的影响一般来说，退火玻璃比淬火玻璃化学稳定性高。
材料科学与工程材料物理期末考试复习重点及答案
材料物理第四章材料强化比较材料强化的方法加工硬化适用材料：位错能够滑移的塑性材料原理：塑性变形时由于位错增殖，提高材料密度，使位错间相互作用力增大，使对位错进行滑移的阻力也增大，起到强化作用加工技术：冷加工（低温下使金属发生形变），轧制、锻造、冲压、拉拔等。
冷加工既经济又方便，可用退火消除冷加工产生塑性变形；通过控制变形量控制加工硬化的程度。
（通过每次增加一点应力以使金属发生塑性形变从而提高到屈服强度的方式，高温下失去强化效果）随变形强度↑→强硬度↑→塑韧性↓的现象性能变化：抗张强度、屈服强度和硬度有所增加，但是塑性和金属形变的总的性能下降，同时物理性能如电导率、密度等也都有所下降。
固溶强化通过形成固溶体合金，可是实现固溶强化的目的。
（高温不明显损害固溶强化效果）原理：溶质原子进入溶剂，造成晶格畸变，从而使位错滑移困难，基体的变形抗力随之提高（有些固溶体会出现明显的屈服点和应变时效现象）。
效果：溶质、溶剂原子尺寸差别越大，固溶强化效果越好（差别大的尺寸的溶质原子进入溶剂后，造成晶格畸变大，位错滑移越困难）；添加的合金元素越多，固溶强化效果越好。
加工技术：形成固溶体合金性能变化：合金的屈服强度、抗拉强度、硬度等会超过纯金属；几乎所有合金的塑性都低于纯金属，铜锌合金除外；合金的电导率大大低于纯金属；改善合金的抗蠕变性能。
弥散强化将多相组织混合在一起所获得的材料强化效应。
（特别适应高温材料）原理：添加合金元素的量大于固溶度，析出新相形成两相合金，两相界面上的原子排列无晶格完整性，阻碍位错的滑移，从而实现材料强化。
加工技术：通过使金属间化合物在塑性基体中弥散分布或共晶反应能够获得弥散强化的材料。
固态相变强化通过控制固态相变来强化材料的方法，可以多次采用；而通过控制凝固过程实现材料强化的方法，只能在材料冶炼制备中采用一次。
原理：通过控制第二相或析出物的析出获得所需的强化性能。
加工技术：利用时效强化、共析反应或非平衡态的马氏体相变等固态相变来强化材料。
材料表界面期末复习
一、绪论二、1、表界面的定义及其种类。
定义；表界面是由一个相过渡到另一个相的过渡区域。
若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。
种类:表界面通常有五类：气-液界面（表面），气-固界面（表面），液-液界面，液-固界面，固-固界面。
二、液体表面1、表面张力定义及表面自由能定义答：表面张力是单位长度上的作用力，单位是N/m，是功的单位或能的单位。
所以σ也可以理解为表面自由能，简称表面能。
表界面张力的热力学定义为：由能量守恒定律，外界所消耗的功存储于表面，成为表面分子所具有的一种额外的势能，也称为表面能。
广义表面自由能的定义：保持相应的特征变量不变，每增加单位表面积时，相应热力学函数的增值。
狭义的表面自由能定义：保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积时，Gibbs自由能的增加值称为表面Gibbs自由能，或简称表面自由能或表面能，用符号σ表示，单位为J·m-2。
（1J·m-2=1 N·m ·m-2=1 N·m-1）BnTpAG,,)/(∂∂=σσ的物理意义——（1）表面自由能（2）表面张力由于分子在体相内部与界面上所处的环境是不同的，产生了净吸力。
而净吸力会在界面σ表示.2、计算：A、例：20℃时汞的表面张力为4.85×10-1 Jm-2，求在此温度及101.325 kPa 的压力下，将半径1mm的汞滴分散成半径10-5 mm的微小汞滴，至少需要消耗多少功？解：σ＝4.85×10-1 Jm-2r1=1mm, r2=10－5 mmB 、试求25℃，质量m ＝1g 的水形成一个球形水滴时的表面能E1。
若将该水滴分散成直径2nm 的微小水滴，其总表面能E2又是多少？（已知25℃时水的比表面自由焓Gs 为72×10-3 J*m-2)解：设1g 水滴的体积为V ，半径为r1，表面积为A1，密度为ρ,则：3、Laplace 方程表达式就是Laplace 方程，是表面化学的基本定律之一。
江苏大学工程流体力学重点
江苏大学工程流体力学重点本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March第一章概论1.流体质点：所谓流体质点就是流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体。
数学描述：在流体中任一点A(x，y，z)处取一个微团V∇，当0∇V时，这个流体微团趋于点A，称为→流体质点。
①流体质点无线尺度；②流体质点具有宏观特性；③流体质点的物理量值为周围临界体积范围内物理量的统计平均值。
2.连续介质假设：流体是由无数连续分布的流体质点组成的连续介质，称为连续介质假设。
可运用连续函数论数学工具描述和分析流体运动。
连续介质和流体质点假设是对实际流体的数学抽象，就像几何学对自然物图形的抽象一样只有在稀薄气体和激波层内等少数情况下，连续介质假设才不适用。
3.流体的粘性：粘性是流体抵抗剪切变形的一种属性，是流体运动时内部流层之间产生切应力（内摩擦力）的性质。
粘性内摩擦力产生的原因：（1）分子间吸引力产生的阻力（2）分子不规则运动动量交换产生的阻力影响粘性的因素：（1）压强压强越高，液体粘性系数越高，气体粘性系数越低（2）温度温度越高，液体线性越低，气体粘性越高4.理想流体/实际流体：完全没有粘性的流体/具有粘性的流体。
5.控制体：流场中某一确定不变的区域。
6.牛顿内摩擦定律的内容是什么？答：流体内摩擦力的大小与流体的性质有关，与流体的速度梯度和粘度成正比。
dy d νμτ= 7.牛顿流体和非牛顿流体：切应力和速度梯度之间的关系符合牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
否者称为非牛顿流体。
第二章 流体静力学1.流体平衡状态有两种：一种是重力场中的平衡，即流体对地球没有相对运动；另一种是相对平衡，即流体相对容器或流体质点之间没有相对运动。
2.流体处于平衡状态时的压强称为流体静压强，用符号p 表示，单位为Pa （或N/㎡）。
有两个基本特性：流体静压强的方向与作用面垂直，并指向作用面的内法线方向。
纺织材料学期末复习资料
第一章纤维的结构特征纤维：通常是指长径比在10^3数量级以上、粗细为几微米到上百微米的柔软细长体，有连续长丝和短纤之分。
(是由一种或多种大分子通过某种形式集聚堆砌而成的。
)纤维结构：（1）形态结构：表观形态（纤维的长度、粗细、截面形状和卷曲或转曲等）、表面结构、微细结构（原纤结构与排列）。
（2）超分子结构：晶态、非晶态、结晶度、晶粒大小、取向度等；（3）大分子结构：化学组成、单基结构、端基组成、聚合度及其分布、大分子构象、大分子链柔曲性等；一、纤维的形态结构—微细结构(原纤结构)（1）微细结构：纤维内部的有序区(结晶或取向排列区)和无序区(无定形或非结晶区)的形态、尺寸和相互间的排列与组合，及细胞构成与结合方式。
（2）纤维是柔软细长物，其微细结构的基本组成单元大多为细长纤维状的物质----原纤(fibril)原纤(fibril)：一统称，有时可代表由若干基原纤或含若干根微原纤，大致平行组合在一起的更为粗大的大分子束，直径10～30nm 。
可能存在有序态较差的非晶态部分。
（3）纤维的原纤按尺度大小和堆砌顺序可分为基原纤（1-3nm）→微原纤（4-8nm）→原纤（10-30nm）→巨原纤（0.1-0.6微米）→细胞棉纤维无巨原纤，羊毛无原纤，且副皮质无巨原纤层次，化学纤维和天然丝无细胞层次（4）分子与分子间作用力：范德华力、氢键、盐式键、化学键二、纤维的聚集态结构（超分子结构）纤维的聚集态结构指构成该纤维的大分子链之间的作用形式与堆砌方式。
具体指纤维的结晶与非晶结构、取向与非取向结构，以及通过某些分子间共混方法形成的“织态结构”等。
结晶结晶态：纤维大分子有规律地整齐排列的状态。
结晶区：纤维大分子有规律地整齐排列的区域。
晶区特点：a. 大分子链段排列规整；b. 结构紧密，缝隙，孔洞较少；c. 相互间结合力强，互相接近的基团结合力饱和。
（4）结晶度：纤维内部结晶区占整个纤维的百分率（5）结晶度对纤维结构与性能的影响结晶度↑→纤维的拉伸强度、初始模量、硬度、尺寸稳定性、密度↑；纤维的吸湿性、染料吸着性、润胀性、柔软性、化学活泼性↓。
3复合材料的增强材料(精)
18
特种玻璃纤维
如由纯镁铝硅三元组成的高强玻璃纤维，镁铝硅 系高强高弹玻璃纤维，硅铝钙镁系耐化学介质腐 蚀玻璃纤维，含铅纤维，高硅氧纤维，石英纤维 等。
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玻璃纤维的其它分类方法
以单丝直径分类，单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分为 以下几种。
名称
粗纤维
初级纤维
中级纤维
高级纤维 （纺织纤维)
复合材料原理
江苏大学材料学院
1
第二章 复合材料的复合原理及界面
2.1 复合原则
2.2 弥散增强及颗粒增强原理
2.3 单向连续纤维增强原理 2.4 短纤维增强原理 2.5 混杂增强原理 2.6 复合材料界面及其改性 2.7 复合材料界面表征
2
2.7 复合材料界面表征
界面形态及界面层结构的表征
16
中碱玻璃纤维
它是指碱金属氧化物含量在11.5％ ~ 12.5％之间
的玻璃纤维。
国外没有这种玻璃纤维，它的主要特点是耐酸 性好，但强度不如E玻璃纤维高。
它主要用于耐腐蚀领域中，价格较便宜。
17
有碱玻璃(A玻璃)纤维
有碱玻璃称A玻璃，类似于窗玻璃及玻璃瓶 的钠钙玻璃。 此种玻璃由于含碱量高，强度低，对潮气侵 蚀极为敏感，因而很少作为增强材料。
(界面层厚度与结构——图像分析，快速获得统计结果和分 布、结构与界面结合强度之间的关系、非破坏性观察)
4
第三章 复合材料的增强材料
在复合材料中，粘结在基体内以改进其机械 性能的高强度材料称为增强材料。 增强材料有时也称作增强体、增强剂等。 增强材料共分为三类：纤维及其织物、晶须、 颗粒。
材料表界面_第四章
4.6 润湿过程的三种类型
4.6.4 湿润过程的比较 黏附润湿： Wa = σ固气- σ 浸湿：
固液 +
σ液气
A = σ固气- σ 固液
铺展润湿： Sl/s = σ固气- σ 固液 - σ液气
4.6 润湿过程的三种类型
4.6.2 浸湿过程
浸湿过程是原来的气-固表面为液-固界面所代替。
固
气
气 液
液
固
固-气 固-液
4.6 润湿过程的三种类型
4.6.2 浸湿过程
固-气 固-液
Gi a( 固液 固气 )
黏附张力
Gi A Wi 固气 固液 a
4.3.4 表面污染
无论是液体或是固体的表面，在污染后都会引起滞后现 象。 表面污染往往来自液体和固体表面的吸附作用，从而使 接触角发生显著变化。 影响接触角的因素十分复杂，所以在测定时，要尽可能 控制测定环境的温度、湿度、液体的蒸气压、固体表面的 清洁度和粗糙度等因素。
决定和影响接触角大小的因素
W固液 2 液气 Wc
也即粘附功等于液体的内聚功，固-液分子间的吸引力等于液 体分子与液体分子的吸引力，因此固体被液体完全润湿。 (2) 如果θ=180°，则：
W固液 0
液-固分子之间没有吸引力，分开固-液界面不需做功。此时 固体完全不为液体润湿。
W (3) 当0<θ<180°时，固-液分子间有一定作用力， θ越小， 固液 越 大， 湿润性能越好。
4.3 接触角的滞后现象
4.3.1 前进角和后退角
前进角θa 最大前进角θa,max 后退角θr 最小后退角θr,min
在理想光滑、组成均匀的表面上的平衡 接触角就是Young氏角。许多实际表面都 是粗糙的或是不均匀的，液滴可以处在 稳定平衡态（即最低能量态），也可处 于亚稳平衡态，即出现接触角的滞后现 象。
材料表界面知识点汇总
材料表界面知识点汇总1.表，界面是指一个相到另一个相的过渡区域。
2.表界面可以分为一下五类：固-气，液-气，固-液,液-液，固—固。
3.把凝聚相和气相之间（固—气，液—气）的分界面称为表面；把凝聚相之间（固—液，液—液，，固-固）的分界面称为界面。
4.理想表面的定义:指除了假设确定的一套边界条件外，系统不发生任何变化的表面。
特点:表面的原子位置和电子密度都和在体内一样，且在实际生活中理想表面是不可能存在的。
5.清洁表面的定义：指不存在任何污染的化学纯表面，即不存在吸附,催化反应或杂质扩散等一系列物理，化学效应的表面。
特点：可以发生多种与体内不同的结构和成分变化。
6.吸附表面的定义:吸附有外来原子的表面称之为吸附表面。
特点：吸附原子可以形成无序的或有序的覆盖层.7.材料表面的分类：机械作用界面,化学作用界面，固态结合界面,液相或气相沉积界面，凝固共生界面，粉末冶金界面，粘接界面，熔焊界面。
8.表面张力的定义：在液体表面膜中,存在着使液体表面积缩小的张力，这种张力称为表面张力.9.吸附是组分在热力学体系的各相中偏离热力学平衡组成的非均匀分布现象。
通常将被吸附的分子成为吸附质，固体则称为吸附剂.10.吸附类型分为物理吸附和化学吸附。
11.表面张力计算公式：12.表面张力产生的根本原因是分子间相互作用力的不平衡引起的。
13.表面张力本质上是由分子间相互作用力,即范德瓦尔斯力，单位为:J/m2place方程：附加压力的方向总是指向曲率中心一边，且与曲率大小有关。
place方程：球面：与曲率半径成反比任意曲面：;对于平液面,两个曲率半径都为无限大，p=0，表示跨过平液面不存在压差。
16.当毛细管浸在液体中，若液体能浸润管壁,则会发生毛细上升现象，液面呈凹月形.反之，若液体不能浸润管壁，则液面下降呈凸液面. 17.Kelvin公式: po为T温度下，平液面的蒸汽压；P为T温度下,弯液面的蒸汽压；V为液体摩尔体积;r为弯液面的曲率半径。
江科大《材料成型学》期末复习必备精简版
第一章机械制造概论按照产品零件的生产数量，生产类型可分为：单件生产，成批生产，大量生产。
▲第二章机械工程材料基础一．金属材料的主要性能（一）力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。
1.强度材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
材料的强度指标有：抗拉强度σb 、抗压强度σbc、抗弯强度σbc 、抗剪强度τb、抗扭强度。
屈服点与屈服强度: 产生明显塑性变形的最低应力值.2.塑性是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力（1）断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积的收缩量ΔS与原始横截面积S0之比。
（2）伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量Δl与原始标距l0之比。
3.硬度是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力。
常用测量硬度的方法：布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV 锉刀法4.冲击韧性材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。
（二）工艺性能铸造性，可锻性，可焊性，切削加工性，热处理性。
二．金属的晶体结构1.常见纯金属的晶格类型（1）体心立方结构▲原子数：1＋8×1/8=2▲典型金属：α -Fe、Cr、Mo、W、V等▲性能特点：强度很高，塑性较好▲致密度：68％（原子占有晶胞体积的百分数）（2）面心立方晶格▲原子数：6×(1/2)＋8 ×(1/8)=4 ▲典型金属： -Fe、Cu、Al、Ni、Au、Ag、Pt ▲性能特点：塑性极好▲致密度：74％(3)密排六方晶格▲原子数3＋2×(1/2)＋12×(1/6)=6 ▲典型金属：Be，Mg，Zn，Cd，α-Ti，α-Co▲性能特点：性能介于体心立方和面心立方之间▲致密度：74％2.实际金属的晶体结构（1）单晶体与多晶体单晶体：一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，称这块晶体为单晶体。
在一块很小的金属中也含着许多的小晶体，每个小晶体的内部，晶格位向都是均匀一致的，而各个小晶体之间，彼此的位向都不相同。
(完整版)8第八章晶体界面的行为与物理化学诸现象
对所有的{111}面，φ角是
相同的，为54.7°。
对[101]、[101]、[011] 和[011]方向， 角也是相 同的，为45°。
锥体底面上的两个<110> 方向和[001]垂直。
因此，锥体上有4×2个滑 移系具有相同的施密特因 子，当达到临界切应力时 可同时开动。
图 fcc晶体中复滑移
25
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4. 滑移时的晶体转动
图 滑移时的晶体转动 制示意图
28
5.多滑移
由于很多晶系具有多组滑移系，决定滑移系能否开动的前提条 件是其分切应力能否达到其临界值，当某组滑移系开动后，由于 不断发生晶面的转动，结果可能使得另一组滑移系的分切应力逐 渐增加，并最终达到其临界值，进而使得滑移过程能够沿两个以 上滑移系同时或交替进行，这种滑移过程就称为称多滑移。
晶粒长大并不是小晶粒的相互黏结，而是晶界移动的结果。
在晶界两边物质的吉布斯自由能之差是使界面向曲率中心移动的 驱动力。
晶界移动的速率是与晶界曲率以及系统的温度有关。温度升高和 曲率半径越小，晶界向其曲率中心移动的速率也越快， 气孔在晶 界上是随晶界移动还是阻止晶界移动，这与晶界曲率有关，也与气 孔直径、数量、气孔作为空位源向晶界扩散的速率、气孔内气体压 力大小、包围气孔的晶粒数等因素有关。
约束晶粒生长的另一个因素是有少量液相出现在晶界上。少量液 相使晶界上形成两个新的固-液界面，从而界面移动的推动力降低 和扩散距离增加。因此少量液相可以起到抑制晶粒长大的作用。
3
根据由许多颗粒组成的多晶体界面移动情况得到以下几条规则： 1.晶界上有界面能的作用，因此晶粒形成一个在几何学上与肥
皂泡相似的三维阵列。 2．晶粒边界如果都具有基本上相同的表面张力，晶粒呈正六边 形。 3．在晶界上的第二类夹杂物（杂质或气泡）,如果它们在烧结温度 下不与主晶相形成液相,则将阻碍晶界移动。 在烧结体内晶界移动有以下七种方式： 气孔靠晶格扩散移动； 气 孔靠表面扩散移动； 气孔靠气相传递； 气孔靠晶格扩散聚合； 气 孔靠晶界扩散聚合； 单相晶界本征迁移； 存在杂质牵制晶界移动。
江苏大学机械制造基础期末复习
碳素工 具钢
≥0.7
淬火+低温回火
高硬 低红硬
手动工具 <200℃
刃 具 钢
低合金 工具钢
0.75~1. 5
Mn、Cr、Si、 Mo、W、V
球化退火 （先正后退）
淬火+低温回火
M回+K粒 +A残
高硬 较高红硬 250~300℃
低速工具 较复杂工 具
高速钢
0.70~1. 25
Cr（↗淬）； Mo、W、V （二次硬化+ 细晶） 高达12%Cr： ↗淬+难溶K Mo、W、V（ Cr）：二次硬 化
压力铸 造 有色合 金
低压铸 造 有色合 金 中、小 铸件 IT12-14 12.5-3.2 1000 结晶细 较小 中
气缸体、缸 盖、曲轴箱、 纺织机零 件等
离心铸 造 铸钢、铸
铁、铜合 金
不限
决定于铸 型材料
IT12-14 12.5-6.3 7001000 结晶细 小 中高
铝活塞、 轴套、气 缸盖、水 暖器材等
（细片状G）
灰口铸铁
→
（C →G、 G +Fe3C ）
机 械 制 造基 础 复习
江苏大学机械学院
成分 钢 种 渗 碳 钢 C% Me% ↗淬透性：Mn、 Ni、Cr、B（Si→ 脱碳） 细晶：V、Ti、 Mo 热处理 组织 性能 应用举例 冲击+耐 磨件；汽 车、拖拉 机调速齿 轮 常用钢号
1.0~ 0.25
热加工对材料的组织和性能的影响
改善铸锭和坯料的组织和性能;产生流线组织
机 械 制 造基 础 复习
江苏大学机械学院
基本相： F、 A、 Fe3C（室温相？） 基本组织： F、 A、 Fe3C、 P、Ld
南京工业大学 材料表面与界面 第二章 固体材料表面与界面电子过程
14
3.1 PN结
1. pn结定义：把
一块p型半导体和一块n
型半导体结合在一起，由
于P、N区载流子浓度不
等，N区电子浓度向P区
扩散，P区空穴向N区扩
散，结果(jiē guǒ)在交界面
处积累电荷形成电偶极
层，将该结构称为p-n
结
带负电荷的电离(dià nlí)受主 带正电荷电离施主
共六十八页
(biǎomiàn)
态
共六十八页
35
2
共六十八页
39
共六十八页
40
(3)表面(biǎomiàn)态类
型
共六十八页
41
(4)
共六十八页
42
(5)
产生表面空间电荷层的条件：表面的外电场；
•
半导体上的绝缘层中存在的电荷在表面感生的电场；
表面因产生离子吸附而引起的表面电场; 金属、与
半导体(或绝缘体)因功函数不同而形成接触电势等。
子，由金属内部逸出到真空中静止所需要的最小能量
Wm=E0-(EF)m
E0表示真空中静止电子的能量
共六十八页
26
半导体的功函数
(há nshù )
在绝对零度时，一个起始(qǐ shǐ)
能量等于费米能级的电子，由
半导体内部逸出到真空中所需
要的最小能量
Ws=E0-(EF)s
从Ec到E0的能量间隔
＝E -E
电势差VD，称为p-n结的接触电势差或内建电
势差。
相应的电子电势能之差即能带的弯曲量qVD称为pn结的势垒高度
b.
qVD＝EFn-EFp
共六十八页
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3.2 金属(jīnshǔ)和半导体的接触特性
表面工程考点 江苏大学材料学院 王云龙
表面技术考点1表面技术的基本类型：答：（1）原子沉积（2）颗粒沉积（3）整体覆盖（4）表面改性2表面技术的广泛涵义：答：（1）表面技术的基础和应用理论（2）表面处理技术（3）表面加工技术（4）表面分析和检测技术（5）表面工程技术设计3洁表面结构特点：答：（1）表面弛豫表面最外层原子与第二层原子之间的就离不同于体内原子间距（缩小或增大；也可以有些原子间距增大，有些减小）（2）表面重构在平行基底的表面上，原子的平移对称性与体内显著不同，原子位置作了较大幅度的调整（3）表面偏析表面原子是从体内分拧出来的外来原子（4）化学吸附外来原子（超高真空条件下主要是气体）吸附于表面，并以化学键合（5）化合物外来原子进入表面，并与表面原子键合形成化合物（6）台阶表面不是原子级的平坦，表面原子可以形成台阶结构4 阴极电沉积过程答：完成电沉积过程必须经过三个步骤（1）液相传质镀液中的水化金属离子或给离子从溶液内部向阴极界面迁移，到达阴极的双电层溶液一侧（2）电化学反应水化金属离子或络离子通过双电层，并去掉它周围的水化分子或配位体层，从阴极上得到电子生成金属原子（吸附原子）（3）电结晶金属袁紫烟金属表面扩散到达结晶生长点，以金属原子排列在晶格内形成镀层5 金属共沉积条件、共沉积方法答：金属离子共沉积除具备单金属离子电沉积的条件外还必须具备以下条件：一、两种金属中至少有一种金属能从其中盐类是水溶液沉积出来二、两种金属的析出电位要十分接近，如果相差太大的话，电位校正的金属将优先沉积，甚至完全排斥电位较负金属析出三、电位足够负四、合适的电解液共沉积方法：1、改变镀液中金属离子的浓度2、采用络合剂3、适当的添加剂6 什么是阳极氧化？答：是指在适当的电解液中，以金属作为阳极，再外加电流作用下，使其表面生成氧化膜的方法7 谈谈铝及其合金氧化膜性质和用途答：（1）氧化膜结构的多孔性。
氧化膜的多孔结构，可是膜层对各种有机物、树脂、地蜡、无机物、染料及油漆等表现出良好的吸附能力，可作为涂镀层的底层，也可将氧化膜染成各种不同的颜色，提高金属的装饰效果（2）氧化膜的耐磨性（3）氧化膜的耐腐蚀性（4）氧化膜的电绝缘行。
材料物理性能考点江苏大学
材料物理性能考点江苏大学一、概念1、剩余磁感应强度与矫顽力？答：剩余磁感应强度：在磁滞回线中当H=0时，此时磁感应强度称为剩余磁感应强度，用Br表示。
矫顽力：当磁场增到某一数值，壁移就发生大的跳跃，以致完全吞没了正向磁畴，当反向磁畴扩大到同正向磁畴大小相等时，有效磁化强度等于零，这是的磁场强度即为矫顽力。
2、比较铁磁性与顺磁性的异同点？答：铁磁性：源于原子未被抵消的自旋磁矩和自发磁化磁化曲线为曲线铁磁性为磁畴的取向一致顺磁性：源于原子的固有磁矩磁化曲线为直线顺磁性为磁矩的取向一致3、磁化曲线、磁滞回线的特征点及其概念？答：图略第一阶段为起始磁化阶段，此时H很小，B随H的增加而增大，此阶段为可逆阶段。
第二阶段为急剧磁化阶段，此时u有最大值，B随H的增加而增大，此阶段为不可逆阶段。
第三阶段为缓慢磁化阶段，B随H的增加而缓慢增大，最终趋向于磁饱和，该阶段可逆。
Bs：饱和磁感应强度 Br：剩余磁感应强度 Hc：矫顽力4、动滞后型内耗与静滞后型内耗的区别？答：动滞后性内耗与频率有关，与振幅无关。
静滞后型内耗与振幅有关，与频率无关动滞后性内耗：应变—应力滞后回线的出现是由于试样动态性会决定的，回线的面积与振动频率的关系很大，但与振幅无关，如果试验是静态的进行，即试验时应力的施加和撤除都非常缓慢，也不会产生内耗。
静滞后型内耗：指弹性范围内与加载速度无关，应变变化落后于应力的行为，应力变化时，应变重视瞬时调整到相反的值，这种滞后回线的面积是恒定的，与振动频率无关。
5、产生热释电性的条件？答：①具有自发极化的唯一极轴②结构无对称性6、电介质的极化及超导体的两个基本特征？答：电介质的极化：电解质在电场作用下产生束缚电荷的现象称为电介质的极化超导的两个基本特征：完全导电性和完全抗磁性7、金属材料的热容由哪两部分组成？答：点阵振动热容和自由电子运动的热容8、高聚物的热容比金属和无机材料大的原因？答：因为高分子材料的比热容由化学结构决定，温度升高，是链段振动加剧，而高聚物为长链，使之改变运动状态困难，因而，需提供更多的能量。
江苏大学材料科学导论
1、材料的使用性能、工艺性能分别包括哪些方面？答：(1)材料的使用性能是指材料制成零件或构件后为保证其正常工作及具有一定的使用寿命材料应具备的性能，包括：①力学性能（包括硬度、强度、塑性、韧性等），②摩擦学性能（包括摩擦、磨损、润滑），③化学性能（即抗腐蚀性能），④物理性能（导电性、导热性等）。
(2)材料的工艺性能是指材料在加工成零件或构件的过程中材料应具备的适应加工的性能，包括：①热加工工艺性能（铸、锻、焊、热处理、粉末冶金等），②冷加工工艺性能（车、铣、刨、磨性能等）。
2、材料塑性变形的机制有哪些？答：塑性变形的机制主要有位错运动和孪生两种。
晶粒内的原子结构会存在各种缺陷，原子排列的线性参差称为位错，位错运动是指在剪应力作用下，位错在晶体内沿滑移面运动。
孪生是指在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分以一定的晶面（孪晶界）及晶向（孪生晶向）产生的剪切变形。
3、层错能对塑性变形机制有何影响？答：一般层错能越低，越易发生塑性变形。
4、晶粒尺寸对塑性变形的机制有何影响？答：晶粒尺寸越小，单位体积中的晶粒数越多，塑性变形时同样的变形量便可分布在更多晶粒中发生，变形均匀，塑性变形量大，材料的塑性越好。
5.什么是加工硬化？会对材料相关方面造成什么影响？答：(1)金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象，又称冷作硬化。
(2)加工硬化给金属件的进一步加工带来困难,但它可提高金属的强度、硬度和耐磨性。
6. 影响加工硬化的因素主要有哪些？加工硬化对材料变形均匀性有什么影响？答：影响加工硬化的因素主要有加工方法、材料特性、变形速率、温度以及材料的微观组织形态等。
加工硬化可以提高材料的变形均匀性。
7、提高应变速率硬化敏感性对材料拉伸性能有何影响？答：应变速率硬化敏感性指数，提高m值，产生同样应变速率下会提高材料变形的变形抗力，提高材料的拉伸性能，提高材料的强度和塑性。
8、高速切削工件表面为何温度低？答：每一种被加工材料都有一个临界切削速度，当切削速度超过这个临界速度后，切削的形态由带状、片状向碎屑状发展，被加工材料由弹性变形区直接达到断裂区，越过塑性变形区，变形抗力急剧降低，由此产生的切削热大大减少，而且产生的切削热也被碎屑状切削及时带走，从而被加工表面温度比较低。
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1.表面能：系统增加单位面积时所需做的可逆功J/m*m
2.吸附热：吸附过程中的热效应。
物理吸附热效应相当于气体的凝聚热，
化学相当于化学键能
3.物理吸附：吸附作用力为范德瓦尔分子力，由表面原子和吸附原子之间
的极化作用而产生。
4.化学吸附：静电库仑力，发生电子转移，改变吸附分子结构。
5.毛细现象：吸附压力引起的毛细管内外页面的高度差的现象
6.超疏水：表面与水的接触角大于150，滚动角小于10
7.润湿：固体表面上的气体或液体被液体或另一种液体取代的现象，原因，
接触后吉布斯自由能小于0
8.亲水物质：能被水润湿的物质，如玻璃、石英
9.疏水物质：不能被水润湿的物质，如石墨、硫磺
10.接触角：三相交界处自固液界面经过液体内部到气液界面的夹角叫接触
角
11.粘附功：液柱由两液体构成，拉开后原来AB
界面消失，出现新的A\B，消耗的能量称为粘
附功
12.内聚能：均相物质分离成两部分，产生两个新界面，消耗的能量称为内
聚能
13.接触角滞后现象：于粗糙或不均匀表面上，液滴可以处于稳定平衡态或
者亚稳定平衡态。
14.粘附润湿：液体接触固体，变气液表面和气固表面为液固表面的过程。
15.浸湿过程：气固为液固所取代的过程
16.铺展润湿：液体于固体表面接触后，于固体表面上排除空气而自行铺展
的过程，也是一个以液固界面取代气固界面同时液体表面随之扩展的过程。
17.静接触角：当液体在固体表面达到平衡时，气液的界线与液固的界线之
间的夹角称为接触角，此时为静态接触角
18.动态接触角：液体在固体表面接触角随时间变化而变化的过程，是动态
接触角
19.表面活性剂：加入少量时能显著降低溶液表面张力并改变体系界面状态
的物质。
20.Krafft 温度：离子型表面活性剂的溶解度随温度变化的特点是在足够低
的温度下，溶解度随温度升高而慢慢增大，当温度达到某一定值后，溶解度会突然增大。
溶解度开始突然增大的温度叫Krafft 温度。
21.表面接枝：表面接枝是通过紫外光、高能辐射、电子束、等离子体等技
术，是聚合物表面产生活性中心，引发乙烯基单体在聚合物表面接枝聚合，或利用聚合物表面的活性基团通过化学反应接枝。
表面接枝聚合，大分子偶合反应，以及添加接枝共聚物。
22.金属的腐蚀：金属及合金在外围介质的化学或电化学作用下发生破坏的
过程称为金属腐蚀。
23.玻璃相：陶瓷配料中除主晶相以外的其他组分（有时包括）在一定温度
下共熔，然后“冻结”成非晶态固体。
24.复合材料：复合材料是以两种或两种以上不同材料通过一定的工艺复合
而成的多相材料。
25.增强材料：在复合材料中，凡能提高机体的机械强度、弹性模量等力学
性能的材料称为增强材料。
26.碳纤维：碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物碳，
是一种非金属材料。
碳纤维不属于有机纤维范畴。
1、简述表面张力与表面能的异同？
不同：物理概念、意义不同。
表面张力指纯物质的表面层分子之间实
际存在的收缩张力，N/M，力学；表面自由能表示形成单位新表面使
体系自由能的增加值，J/M*M，热力学。
相同：既可表示表面自由能又可表示表面张力，量纲相同、数值相等
J/M*M= NM/（M*M）= N/M，对固体不同。
2、影响表面张力系数的因素：
1)与液体的性质有关：不同液体，a值不同；密度小、易挥发的液
体a值较小。
如酒精的a值很小，金属熔化后的a值很大。
2)与相邻物质性质有关：同一液体与不同物质交界，a值不同。
3)与温度有关：温度升高，x值减小，两者近似呈线性关系。
（P23
表2-1）
4)与液体内所含杂质有关：在液体内加入杂质，液体的表面张力系
数将显著改变，有的使其x值增加；有的使其x值减小。
使x值
减小的物质称为表面活性物质。
3、物理吸附与化学吸附的比较
4、固体的实际表面示意图
5、表面张力产生的原因
表面层分子处于空间不对称力场中，液面上蒸汽分子对其作用力较
小，分子受到指向液体内部的拉力，总是企图向液体内部移动，缩小
表面积。
这种自发的向内的拉力是产生表面张力的原因。
6、液体表面张力的测定方法
毛细管法、最大气泡压力法、滴重法、吊环法、吊板法
7、固体表面特性：
固体表面分子（原子）的运动受缚性；固体表面的不均一性：表面粗
糙、晶体界面不均一性、固体表面污染；固体表面吸附性，物理吸附，
化学吸附
8、Langmuir吸附理论：
单分子层吸附。
只有碰撞到固体空白表面上，进入吸附力场作用范围
的气体分子才有可能被吸附。
固体表面是均匀的，各晶格位置处吸附能力相同，每个位置吸附一个
分子。
吸附热是常数，与覆盖率无关。
被吸附在固体表面上的分子相互之间无作用力。
吸附平衡是动态平衡，当吸附速率与解吸速率相等时达到吸附平衡。
9、BET吸附理论
多分子层吸附：被吸附的分子可以吸附碰撞在它上面的气体分子；也
不一定等待第一层吸附满了再吸附第二层，而是从一开始就表现为
多层吸附。
固体表面是均匀的，各品格位置处吸附能力相同。
因第二层以上各层
为相同分子间的相互作用，所以除第一层外，其余各层吸附热都相
等，为被吸附气体凝结热。
被吸附在固体表面上的分子横向相互之间无作用力。
当吸附达到平衡时，每一层上的吸附速率与解吸速率都相等。
10、界面化学四大定律
11、润湿发生的原因
发生原因：固体与液体接触后系统的吉布斯自由能降低（即△G<0）。
12、从分子间作用力的角度解释为什么水能润湿玻璃
从分子间的相互作用力来说，水能润湿玻璃是因为玻璃是由极性键构成的物质，它们和极性水分子间的吸引力大于水分子间的相互吸引力，因而滴在玻璃上表面上的水滴，可以排挤它们表面上的空气而向外展开。
13、接触角与润湿的关系
0=0，完全润湿，液体在固体表面铺展。
0<0<90°，液体可润湿固体，且0越小，润湿越好。
90°<0<180°液体不润湿固体。
0=180°，完全不润湿，液体在固体表面凝成小球。
14、润湿理论的应用
如在冶金结晶过程中，熔体中的杂质（如氧化物、氮化物等）若与晶粒之间界面张力小，则接触角小，润湿性就好，晶核质点便会在杂质
上铺展，以杂质为中心促进结晶过程的进行。
此原理在细化晶粒，改
善和提高金属的机械性能方面非常重要。
农药：药对植物页面润湿性良好，能充分于页面铺展，挥发后留下均
匀薄药剂，不然会留下药剂斑点
15、接触角的测定方法
停滴法、吊片法、电子天平法（纤维对液体的接触角测定）
16、引起接触角滞后的原因
固体表面的粗糙度、固体表面的不均匀性和多相性、固体表面的污染17、粘附润湿、浸湿、铺展润湿的比较
18、影响胶束分子量的因素
表面活性剂分子结构的影响、电解质的影响、有机添加剂的影响、温
度的影响
19、聚合物表面特点
表面能低、化学惰性、表面污染、弱的边界层
20、表面改性的目的
改变表面化学组成，引进带有反应性的功能团；清除杂质或弱边界层等；改变界面的物理形态；提高表面能，改进聚合物表面的润湿性和
粘结性；通过表面接枝反应，设计界面过渡层。
21、聚合物表面改性方法
表面接枝、低温等离子体处理、臭氧氧化、化学处理、火焰和热处理、电晕放电处理。
22、聚合物表面电晕放电处理
在绝缘电极和感应辊之间接有高频发生器，塑料薄膜在电极和感应辊之间通过。
当施加高压电时，局部发光放电，产生电子、正离子、负离子等高能离子。
电子的冲突电离作用使电子、离子增殖，产生的
正离子、光子又发生二次电离而持续放电，结果在阳极和阴极之间产生电晕。
高能粒子与聚合物表面作用，使聚合物表面产生自由基和离子，在空气中氧的作用下，聚合物表面可形成各种极性基团，改善了聚合物的黏结性和润湿性。
电晕处理可使薄膜的润湿性提高，对印刷油墨的附着力显著改善。
23、金属腐蚀的因素
与金属材料本身性质有关的因素称之为内部因素，包括化学不均匀性、能量不均匀性
与腐蚀介质性质有关的因素称之为外部因素：化学成分、离子浓度、温度、压力。
会发生变化。
24、陶瓷表界面结构-晶界构形
25、 复合材料开发的意义
它是一种多相材料，包含两种或两种以上物理上不同并可用机械方法分离的材料。
它可以在人为地控制下以某种工艺将几种分离的不同材料混合在一起，形成复合材料。
它的性能应优于各单独的组分材料，在某些方面可能具有组分材料没有的独特性能。
26、 聚合物基复合材料的一般特性
轻质高强、电性能好、耐腐蚀性能好、热性能好、性能具有可设计性、界面结合性差，层间剪切强度低
27、 聚合物基复合材料基体的作用
把增强材料纤维粘在一起；分配纤维间的载荷；保护纤维不受环境影响
28、 复合材料界面润湿理论
产生良好结合的条件如下： 1. 液体粘度尽量低； 2. γS 略大于γL 。
欲使基体能在纤维表面铺展，基体的表面张力必须要小于增强体或经过偶联剂处理后的临界表面张力。