材料科学基础2--第一章-相图1
《材料科学基础》名词解释
《材料科学基础》名词解释第一章材料结构的基本知识1、晶体材料的组织：指材料由几个相(或组织单元)组成，各个相的相对量、尺寸、形状及分布。
第二章材料的晶体结构1、空间点阵：将理想模型中每个原子或原子团抽象为纯几何点，无数几何点在三维空间规律排列的阵列2、同素异构：是指有些元素在温度和压力变化时，晶体结构发生变化的特性3、离子半径：从原子核中心到其最外层电子的平衡距离。
4、离子晶体配位数：在离子晶体中，与某一考察离子邻接的异号离子的数目称为该考察离子的配位数。
5、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6、致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数；第三章高分子材料的结构1、聚合度：高分子化合物的大分子链是出大量锥告连成的。
大分子链中链节的重复次数叫聚合度2、官能度：指在一个单体上能和别的单体发生键合的位置数目3、加聚反应：由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应；4、缩聚反应：由一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出(缩去)某种低分子物质(如水、氨、醉、卤化氢等)的反应；5、共聚：由两种或两种以上的单休参加聚合而形成聚合物的反应。
第四章晶体缺陷1、晶体缺陷：实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域；2、位错密度：晶体中位错的数量，是单位体积晶体中所包含的位错线总长度；3、晶界：同一种相的晶粒与晶粒的边界；4、晶界内吸附：少量杂质或合金元素在晶体内部的分布是不均匀的，它们常偏聚于晶界，称这种现象为晶界内吸附；第五章材料的相结构及相图1、固溶体：当合金相的晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时，这种相就称为一次固溶体或端际固溶体，简称固溶体。
2、拓扑密堆积：如两种不同大小的原子堆积，利用拓扑学的配合规律，可得到全部或主要由四面体堆垛的复合相结构，形成空间利用率很高、配位数较大(12、14、15、16等)一类的中间相，称为拓扑密堆积。
3、电子浓度：固溶体中价电子数目e与原子数目之比。
4、间隙相：两组元间电负性相差大，且/1≤0.59具有简单的晶体结构的中间相5、间隙化合物：两组元间电负性相差大，且/≥0.59所形成化合物具有复杂的晶体结构。
材料科学基础 绪论和第一章
11924B
一、材料科学的重要地位
表0-1 人类使用材料的
11924B
二、各种材料概况
1.金属材料 2.陶瓷材料 3.电子材料、光电子材料和超导材料
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1.金属材料
图0-1 汽车中各种材料的大致比例
11924B
1.金属材料
图0-2 波音767飞机所用的各种材料比例
11924B
2.陶瓷材料
第二节 原子结合键
三、混合键 解：(1) MgO 据表1-2得电负性数据XMg=1.31；XO= 3.44，代入式(1-1)得： (2) GaAs 1)得 据表1-2得XGa=1.81；XAs=2.18，代入式(1表1-3 某些陶瓷化合物的混合键特征
11924B
第二节 原子结合键
图1-8 原子间结合力 a)原子间吸引力、排斥力、合力 b)原子间 作用位能与原子间距的关系
115.tif
图1-15 利用显微镜观察材料的 组织
11924B
第四节 晶体材料的组织
图1-16 单相组织的两种晶粒形状 a)等轴晶 b)柱状晶
11924B
第四节 晶体材料的组织
二、单相组织 三、多相组织
图1-17 两相组织的一些基本组织形态
11924B
第五节
材料的稳态结构与亚稳态结构
图1-18 激活能的物理意义
11924B
第三节 原子排列方式
二、原子排列的研究方法
图1-13 X射线在原子面AA′和BB′上的衍射
11924B
第三节 原子排列方式
图1-14 X射线衍射分析示意及衍射分布图 a) X射线衍射分析示意图 b) SiO2晶体及非晶体的衍射分布图
11924B
第四节 晶体材料的组织
材料科学基础
第一章材料的结构1.1名词解释空间点阵：组成晶体的粒子（原子、离子或分子）在三维空间中形成有规律的某种对称排列，如果用点来代表表示组成晶体的粒子，这些点的空间排列就称为空间点阵.晶体结构：即晶体的微观结构，指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况. 晶胞：空间格子将晶体结构截成一个个大小、形状相等，包含等同内容的基本单位.配位数：指晶体结构中，与任一原子最近邻且等距离的原子数.致密度：晶胞中原子所占的体积分数.金属键：金属原子间生成的一种特殊的离域共价键.缺位固溶体：这类固溶体一般是由被溶元素溶于金属化合物中生成，溶入元素占据着晶格的正常位置，但另一组分元素应占的某些位置是空着的.电子化合物：其结构形式决定于每个原子平均摊到的价电子数的化合物.间隙相：过渡族金属可与原子半径甚小的非金属元素形成化合物，当金属（M）与非金属（X）的原子半径r X/r M<0.59时，化合物具有简单的晶体结构称为间隙相.间隙化合物：当金属（M）与非金属（X）的原子半径r X/r M>0.59时，其结构复杂，通常称为间隙相.超结构：对于某些合金，当其成分接近一定原子比时，较高温度时为短程有序，缓冷到某一温度以下，会转变为完全有序状态，成为有序固溶体，又称超结构.拓扑密堆相：由大小不同的原子适当配合，得到全部或主要是四面体间隙的复杂结构.固溶体：凡溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶剂元素的晶格类型所形成的合金相称为固溶体.间隙固溶体：原子半径较小的非金属原子（H,B,N和C等）统计地深入过渡金属结构的间隙中形成间隙固溶体.置换固溶体：溶质原子置换了溶剂点阵中的一些溶剂原子.第二章晶体缺陷2.1 名词解释肖脱基空位：当某些原子获得足够高的能量时，就可克服周围原子的束缚，离开原来的平衡位置，离位原子跑到晶体表面或晶界就可形成肖脱基空位.弗仑克尔空位：离位原子跳到晶体间隙中，就形成了弗仑克尔空位.刃型位错：滑移方向与位错线垂直的位错.螺型位错：滑移方向与位错线平行的位错.混合位错：当位错线与滑移方向既不平行又不垂直，而是成任意角度α时，这种位错称为混合型位错.柏氏矢量：可以揭示位错本质并能描述位错行为的矢量.位错密度：单位体积晶体中所含的位错线的总长度.位错的滑移：滑移是指位错线沿滑移面的移动，任何类型的位错均可进行滑移.位错的攀移：攀移是指位错垂直于滑移面的移动，只有刃型位错才能进行攀移.F-R位错源：若某滑移面有一段刃型位错AB，两端被位错网节点钉住不能运动，在沿其垂直线方向外加剪切应力使位错沿滑移面运动，由于两端固定所以只能使位错线弯曲，在应力作用下循环，实现位错增值.派-F纳力：位错移动时，需要一个力克服晶格阻力，越过势垒，此力称为派-纳力.单位位错：实际晶体中存在的位错的柏氏矢量仅限于少数最短的平移矢量，具有这种柏氏矢量的位错称为单位位错.不全位错：柏氏矢量不等于最短平移矢量整数倍的位错叫不全位错.堆垛层错：不全位错沿滑移面扫过之后，滑移面上下层原子不再占有平常的位置，产生了错排，形成了层错，如果正常堆垛顺序被扰乱，便出现对多层错.汤普森四面体：Thompson提出用来表示晶体中所有重要位错的柏氏矢量和位错反应的参考四面体.位错反应：位错之间的互相转化称为位错反应.扩展位错：一个单位位错分解为两个不全位错，中间夹住一片层错的组态叫做扩展位错.表面能：晶体表面单位面积能量的增加称为比表面能，数值上与表面张力σ相等以γ表示. 界面能：晶界处原子排列紊乱，是能量增高，即产生晶界能.对称倾侧晶界：由一系列柏氏矢量互相平行的同号刃位错垂直排列而成，境界两边对称. 重合位置点阵：当相邻晶粒处在某些特殊位向时，不受晶界存在的影响，两晶粒有1/n的原子处在重合位置，构成一个新的点阵称为“1/n重合位置点阵”.共格晶面：孪晶界上的原子同时位于两个晶体点阵的结点上，为孪晶的两部分晶体所共有，这种形式的界面称为共格界面.失配度：若两相邻晶粒晶面间距相差较大，界面上原子不可能完全一一对应，原子不一一对应的程度称为失配度，用δ表示.非共格界面：当失配度δ>0.25，完全失去匹配能力，称为非共格界面.内吸附：由于界面能的存在，当晶体中存在能降低界面能的异类原子时，这些原子将向晶界偏聚，这种现象叫内吸附.第三章纯金属的凝固3.1 名词解释结晶与凝固：物质由液态到固态的转变过程称作凝固。
材料的相结构及相图第一、二节2014
3. 尺寸因素化合物
作业与工程作业
本节作业： P229：1，3 工程作业
1、文献调研铜合金、高温合金或不锈钢中的相组成，指出其中的固溶体及 各种化合物相。 2、纯金属原子间以金属键结合，密堆积结构常见有fcc、bcc和hcp。以面心 立方结构的纯铜为例，铜原子的半径为0.128nm，原子重量为63.5g/mol， 计算纯铜的理论密度，并于实际密度比较，分析Zn置换后形成的黄铜其 密度随Zn含量变化规律。 3、GaAs和GaP都具有闪锌矿结构，它们在整个浓度范围相互固溶。若要获 得一个边长为0.5570nm的固溶体需要在GaAs中加入多少GaP？已知GaAs 和GaP的密度分别为5.307和4.130g/cm3.
《材料科学基础》讲义
材料的相结构及相图
P HASE STR UCTUR E AN D P HASE DI AGR AM OF M ATER I ALS
关于《材料科学基础（II）》 2014秋季教学说明
内容分工：席、王 课堂教学：讲课、讨论 作业 考试
席生岐 2014年秋
工程作业：做题、讲评
教学学习参考书目
电子浓度 —各组成元素价电子总数 e 与原子总数a之比
式中， —溶质元素的摩尔分数 —溶剂的原子价 —溶质的原子价 溶质元素在一价溶剂元素中的最大溶解 度对应于
电子浓度（ ） 1.38
进一步学习内容：金属及合金的电子理论（金属物理）
陶瓷材料中的固溶方式第二大类Βιβλιοθήκη 程材料陶瓷材料中的固溶方式
例如，Cu-51wt%Au 合金，390℃以上为无序 固溶体， 缓冷到390℃以下时形成有 序固溶体
固溶体中溶质原子的偏聚与有序
固溶体中溶质原子的偏聚与有序
材料科学基础(第1章)
三、教材及参考书
教材： 崔忠圻.金属学与热处理（第2版）.机械工业出版社
参考书及实验指导书： （1）石得珂.材料科学基础.机械工业出版社 （2）李超.金属学原理.哈尔滨工业大学出版社 （3）张廷楷.金属学及热处理实验指导书.重庆大学出
版社 （4）林昭淑.金属学及热处理实验.湖南大学出版社
3. 不透明并呈现特有的量，因而具有不透明性。而
吸收了能量被激发的电子随后会辐射出具有一定波长的光能，从而具
有一定光泽。
4. 良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。
金属键没有方向性，原子间也没有选择性，所以在受外力作用而
发生原子位置的相对移动时，结合键不会遭到破坏。
第一节 原子结构
一、 物质的组成 一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集
而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。 原 子结构直接影响原子间的结合方式。 二、 原子的结构
近代科学实验证明：原子是由质子和中子组 成的原子核，以及核外的电子所构成的。原子的 体积很小，直径约为10-10m数量级，而其原子核 直径更小，仅为10-15m数量级。然而，原子的质 量恰主要集中在原子核内。因为每个质子和中子 的质量大致为1.67x10-24g，而电子的质量约为 9.11x10-28g，仅为质子的1/1836。
1.4 范德华力 属物理键，系一种次价键，没有方向性和饱
和性。比化学键的键能少1～2个数量级。不同 的高分子聚合物有不同的性能，分子间的范德 华力不同是一个重要因素。
1.5 氢键 是一种特殊的分子间作用力。它是由氢原子
同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子 （ｏ，ｆ，ｎ等）相结合而产生的具有比一般 次价键大的键力，具有饱和性和方向性。氢键 在高分子材料中特别重要。
无机材料科学基础相图热力学基本原理及相平衡PPT课件
3、自由度 (f) 定义: 温度、压力、组分浓度等可能影响系统平衡状态的变量中， 可以在一定范围内改变而不会引起旧相消失新相产生的 独立变量的数目 具体看一个二元系统的自由度。
L f=2
L＋A f=1
f =0 E L＋B f=1
A＋B f=1
A
B
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相律应用必须注意以下四点： 1. 相律是根据热力学平衡条件推导而得，因而只能处理真实 的热力学平衡体系。 2. 相律表达式中的“2”是代表外界条件温度和压强。 如果电场、磁场或重力场对平衡状态有影响，则相律中的 “2”应为“3”、“4”、“5”。如果研究的体系为固态物质，可以 忽略压强的影响，相律中的“2”应为“1”。 3. 必须正确判断独立组分数、独立化学反应式、相数以及限 制条件数，才能正确应用相律。 4. 自由度只取“0”以上的正值。如果出现负值，则说明体系可 能处于非平衡态。
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2. 介稳态 即热力学非平衡态，经常出现于硅酸盐系统中。
如：
α－石英
870 ℃
573℃
α－鳞石英 163℃
1470℃ α－方石英 180～270℃
β－石英
β－鳞石英 117℃
β－方石英
γ－鳞石英
说明：介稳态的出现不一定都是不利的。由于某些介稳态具有 所需要的性质，因而创造条件(快速冷却或掺加杂质) 有意把它保存下来。 如：水泥中的β －C2S，陶瓷中介稳的四方氧化锆 ; 耐火材料硅砖中的鳞石英以及所有的玻璃材料。
B％
B
(1) T1： 固相量 S% = 0 ; 液相量 L％=100%;
(2) T2： S% = M2L2/S2L2 ×100％ ；L％ ＝M2S2/S2L2 ×100％
材料科学基础2--第一章-相图4
单相区：L, a, b 两相区： L+a, L+ b，a+b
相变线
TAE及TBE：初生（初晶）a及b析出线 即L→a, L→b
TAM及TBN：初生a及b结晶终了线 MF及NG： a及b溶解度变化线
即a→bII，b→aII MEN： 共晶线，即L→a＋b
相变点
TA及TB：纯组元A、B的熔点 M及N：a及b的最大溶解度点 F及G：a及b室温溶解度点 E：共晶点，发生共晶反应的液相成分点
将支点由O移至N，则上式变为：
Wa（xa－xL）＝W0（x0－xL） 将W0设为100％，则两相相对量分数为：
Wa
x0 xa
xL xL
100 %
将支点由O移至M，得到两相相对量分数为：
WL
xa xa
x0 xL
100 %
杠杆定律仅适用于平衡结晶条件。
WL 100 % Wa Wa 100 % WL
（1）组织形成过程 以x合金为例。 相组成物：a 组织组成物：
单相等轴a晶粒
（2）成分变化与相平衡
（a） 形核
T=T0时，固态核心成分位于温度水平线与 固相线的交点a0。
只有液相中某局部区域成分为a0时，才符合 结晶的浓度条件。
浓度起伏（成分起伏）：
液相局部微区成分波动存在时起时伏、此 起彼伏的现象。
问题：假定合金分别冷却到1，2，3，4温度开始结晶，获得的组织特点有何不同？
（2）晶内偏析共晶
晶内偏析共晶： 端部固溶体合金非平衡结晶时出现共晶组织
的现象。 由于晶内偏析共晶数量较少，往往以离异
共晶形式存在。
两种情况促使离异共晶形成： ►靠近极限溶解度的端部固溶体的非平衡冷却 。 ►靠近极限溶解度的亚共晶合金的平衡冷却。 （3）次生相
《材料科学基础教学课件》第一章-相图
在化学工业中的应用
化工过程控制
相图可以用来预测不同成分和温 度下的相态和物性，为化工过程 的控制提供依据，确保生产过程
的稳定性和安全性。
化学反应研究
相图可以用来研究化学反应过程中 物质的状态和性质变化，有助于深 入理解化学反应机理和反应条件的 选择。
分离技术应用
相图可以用来指导分离技术的选择 和应用，例如利用相图的溶解度曲 线进行萃取分离或结晶分离。
04
相图的应用
在材料科学中的应用
合金设计
相图是合金设计的基础，通过相 图可以确定合金的成分范围以及 各相的组成和性质，从而优化合 金的性能。
热处理工艺制定
利用相图可以确定合金在不同温 度下的相变过程，从而制定合理 的热处理工艺，优化材料的显微 组织和力学性能。
新材料研发
相图为新材料研发提供了理论指 导，通过研究不同成分和温度下 的相变规律，可以发现具有优异 性能的新型材料。
实验法是绘制相图最直接和可靠的方 法，但需要耗费大量的时间和资源。
实验法通常需要使用精密的实验仪器 和设备，如热分析仪、X射线衍射仪、 扫描电子显微镜等，以获得精确的数 据。
计算法
计算法是根据物质的分子或原 子模型，通过计算机模拟计算 物质之间的相平衡关系。
计算法可以快速地预测物质的 相平衡关系，但需要建立准确 的分子或原子模型，且对计算 资源的要求较高。
在冶金工业中的应用
钢铁冶金
01
钢铁冶金过程中涉及大量的相变和相分离，相图是指导钢铁冶
金工艺的重要工具，有助于优化炼钢和连铸连轧工艺。
有色金属冶金
02
在有色金属冶金中，相图可以用来确定合金的成分和温度范围，
优化熔炼、浇注和凝固工艺，提高产品的质量和性能。
《材料科学基础2》课程简介和教学大纲
《材料科学基础2》课程简介课程编号：02024036课程名称：材料科学基础2 ［5E］ /Fundamentals of MaterialsScience 2学分：2. 5学时：40适用专业：无机非金属材料建议修读学期：第5学期先修课程：物理化学，材料科学基础1 ［无］考核方式与成绩评定标准：闭卷考试教材与主要参考书目：Ll］无机材料学基础，张其土，华东理工大学出版社［2］无机材料科学基础，陆佩文，武汉理工大学出版社［3］材料科学基础，张联盟，武汉理工大学出版社内容概述：本课程是无机非金属材料工程专业本科生的重要专业基础课，是一门理论性很强、涉及面广的课程，是本专业的专业课开设前所必须学的课程。
本课程是使学生掌握材料的组成、结构与性能之间的相互关系和变化规律，掌握材料的结构、物性和化学反应的规律及其相互的联系，为今后从事夏杂的技术工作和开发新型材料打下良好的基础。
The course of fUndamentals of materials science, which is highly theoretical, and almost involves all the sides of materials science, is an important fundamental one for the students majoring in inorganic materials science and engineering. Thus it is set to be taught before other specialized courses. It aims at allowing the students to master the relations between materials compositions, structures and properties, and to establish a good theoretical base for the research and development of new materials in the future.《材料科学基础2》［无］教学大纲课程编号：02024036课程名称：材料科学基础2 /Fundamentals of Materials Science 2学分：2. 5学时：40适用专业：无机非金属材料建议修读学期：第5学期先修课程：物理化学，材料科学基础1 ［无］一、课程性质、目的与任务【课程性质】本课程是无机非金属材料工程专业(建材方向、陶瓷与耐火材料方向)本科生的重要专业基础课，是一门理论性很强、涉及面广的课程，是本专业的专业课开设前所必须学的课程。
材料科学基础二元相图01
ArAxA ArB xB
xA
wA
/
wA ArA
/ ArA wB
/
ArB
,
xB
wA
/
wB ArA
/ ArB wB
/
ArB
,
5
第五页，共97页。
例题1： 计算w Ni 为8 %的CuNi合金的摩尔分数。
(Cu和Ni的相对原子质量，分别为63.55和58.71)
6
第六页，共97页。
2. 相图的建立
比纯组元熔点低简化了熔化和铸造的操作共晶合金的流动性好在凝固之中防止了阻碍液体流动的枝晶形成从而改善铸造性能恒温转变无凝固温度范围减少了铸造缺陷例如偏聚和缩孔共晶凝固可获得多种形态的显微组织尤其是规则排列的层状或杆状共晶组织可能成为优异性能的原位复合材料
第7章 二元系相图和合金的
凝固与制备原理
7.1 相图的表示和测定方法
铸造组织
退火组织
45 45
第四十五页，共97页。
7.3.2 共晶相图及其合金凝固
➢ 共晶转变(共晶反应) 由一定成分的液相同时结晶出 两个一定成分固相的转变。
L E αC + βD ➢ 共晶相图及特点
具有共晶转变特征的相图 液态无限互溶、固态有限互溶或 完全不溶
➢ 共晶组织
L
L+α α
α+β
共晶 转 变 产物 —— 两相 混 合物
• 建立相图的关键是要准确地测出各成分合金的相变临 界点(临界温度)。
• 测临界点的方法通常有热分析法、硬度法、金相分析 、X射线结构分折、磁性法、膨胀法、电阻法等。
• 由于合金凝固时的结晶潜热较大，结晶时冷却曲线 上的转折比较明显，因此常用热分析法来测合金的结
1_《材料科学基础》第一章_晶体学基础1
晶体结构
找 代 表
找等同点
空间格子(14种)
找 代 表
晶胞
形状、大小一致
单胞(14种)
晶 体 划 分 为 据 点 阵 参 数
晶系(7个)
本节重点掌握：
1、概念：空间点阵；晶胞；点阵常数
2、空间点阵及其要素
3、Bravais晶系的格子常数特点
§1.3 晶向指数和晶面指数（参考P13-16）
根据6个点阵参数间的相互关系，可将全部空间点阵归属7种晶系。
晶系
等轴晶系 四方晶系 六方晶系
三方(菱方)晶系
Bravais晶系的格子常数特点 单胞形状 格子常数特点
a = b=c a = b≠c a = b≠c α=β=γ=90° α=β=γ=90° α=β=90°γ=120°
a = b=c
α=β=γ ≠ 90°
食 盐
NaCl晶体结构
晶体★ ：晶体是内部质点（原子、离子或分子） 在三维空间呈周期性重复排列的固体。 有些固体如玻璃、琥珀、松香等，它们的内部质 点不作规则排列，称为非晶体。
比 较 图
古
液、准
液晶
液晶:介于固态和液态之间的各向异性的流体。 性质上：
既具有液体的可流动性、粘滞性， 又具有晶体的各向异性
结构上，
具有一维或二维近似有序晶，即分子按某一从优方向排列
平移无序或部分平移无序的
准晶
是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有长程定向有
序，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有
晶体所不允许的宏观对称性。
基本性质
以色列人达尼埃尔· 谢赫特曼以发现准晶体赢得2011年度诺贝尔化学奖。
材料科学基础习题与参考答案
第一章材料的结构一、解释以下基本概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化。
二、填空题1、材料的键合方式有四类，分别是（），（），（），（）。
2、金属原子的特点是最外层电子数（），且与原子核引力（），因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成（）。
3、我们把原子在物质内部呈（）排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是（），（），（）。
4、三种常见的金属晶格分别为（），（）和（）。
5、体心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有体心立方晶格的常见金属有（）。
6、面心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有面心立方晶格的常见金属有（）。
7、密排六方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），具有密排六方晶格的常见金属有（）。
8、合金的相结构分为两大类，分别是（）和（）。
9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（）和（），按照固溶度分为（）和（），按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为（）和（）。
10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（）、（）、（）、（）。
11、金属化合物（中间相）分为以下四类，分别是（），（），（），（）。
12、金属化合物（中间相）的性能特点是：熔点（）、硬度（）、脆性（），因此在合金中不作为（）相，而是少量存在起到第二相（）作用。
13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电子浓度分别为（），（），（）。
14、如果用M表示金属，用X表示非金属，间隙相的分子式可以写成如下四种形式，分别是（），（），（），（）。
《材料科学基础》习题及参考答案
形核功，还是可以成核的。
答案
(7)测定某纯金属铸件结晶时的最大过冷度，其实测
值与用公式ΔT=0.2Tm计算值基本一致。
答案
(8) 某些铸件结晶时，由于冷却较快，均匀形核率N1
提高，非均匀形核率N2也提高，故总的形核率为N=
N1 +N2。
答案
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53
(9) 若在过冷液体中，外加10 000颗形核剂，则结晶
❖ ②比较Cu-10% Sn合金铸件和Cu-30%合金铸件的铸造性能 及铸造组织，说明Cu-10% Sn合金铸件中有许多分散砂眼的 原因。
③ω(Sn}分别为2%，11%和15%的青铜合金，哪一种可进行 压力加工?哪种可利用铸造法来制造机件?
答案
返7回8
❖ 9.如下图所示，已知A，B，C三组元固态完全不互溶，质量 分数分别84%A,，10%B，10%C的O合金在冷却过程中将进 行二元共晶反应和三元共晶反应，在二元共晶反应开始时， 该合金液相成分(a点)为60%A，20%B，20%C，而三元共 晶反应开始时的液相成分(E点)为50%A，10%B，40%C。
答案
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6
❖ 6.位错受力后运动方向处处垂直于位错线，在运动
过程中是可变的，晶体作相对滑动的方向应是什么
方向？
答案
❖ 7.位错线上的割阶一般如何形成？
答案
❖ 8.界面能最低的界面是什么界面？
答案
❖ 9. “小角度晶界都是由刃型位错排成墙而构成的”这
种说法对吗？
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7
三、综合题
❖ 1. 作图表示立方晶体的（123）（0 -1 -2） （421）晶面及[-102][-211][346]晶向。 答案
❖ 9. 在Fe中形成1mol 空位的能量为104. 67kJ，
材料科学基础-三元相图
2.三元相图分析 法 总 结 --- 三 相 平 衡 -- 三 相
反应的判定--：
投影图判断三 相反应
液相单变量线穿 过两旁固相成分点连 线的为二元共晶型， 而单变线穿过两旁 固相成分点连线延 长线为二元包晶反 应，且靠近单变线 的为生成相
3．三元相图分析法总结---四相平衡
面、液相面呈曲线变化，每一个温度下的固、液相成分连线在浓度三角形中 投影呈蝴蝶状
3．匀晶三元系的等温截面
匀晶三元系两相区中的共轭线，等温截面中两相区平
衡两相的成分连线
共轭线的确定：实验确定，测定两平衡相中任一相的一
个组元含量
匀晶三元系等温截面作用：
1. 该温度下三元系中各合金的相态
2．杠杆定律计算平衡相的相对量
反应及四相平衡点的反应
2． Al-Cu-Mg系
（a）固相面投影图 （b）不同温度下固溶度变化
Al-Cu-Mg合金热处理依据
3.W-C-Co系 --液相面投影图，四相反应部分
W-C-Co系变温截面：分析 W-Co硬质合金生产工
艺
相图
示例-
--
4．Mg OAl2O3SiO2系
四相平 衡反应
5． Fe-Cr-C系-- 三相区1-6-- 及四相平衡转变
4． 固态有限溶解三元共晶合金的变温截面
xy变温截面
x1：L→α+β，L→α+β+γ x2：L→α，L→α+β+γ x3：L→α，L→α+γ，L→α+β+γ x4：L→α，L→α+γ， α → β
γ
x5：L→α，L→α+γ，α → γ
OP变温截面
六、有包共晶反应的三元相图
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相 平衡
相平衡---研究物质在多相体系中相的平衡问题
❖多相系统状态（如固态、液态、气态等）随温度、压力、 组分浓度、电场、磁场等变量变化而变化的规律
❖平衡时，系统对组成、温度、压力及其他施加的条件而 言处于最低自由能状态，当一组系统参数固定时，只能 出现一种相的混合物，这些相的组成也被确定
❖绘制成一定的几何图形来描述在平衡状态下多相系统状 态的变化关系，称为相图（状态图）
自由度数---变量在一定范围内任意改变，而不引起旧相消 失或新相产生的数目，用符号F表示
按自由度数也可对系统分类，自由度为零的系统，称为无 变量系统；自由度为一的系统，称为单变量系统等
4. 凝聚态系统的相律
❖凝聚系统---不含气相或气相可忽略的系统
❖温度和压力是影响系统平衡的外界因素，压力对不含气相 的固液相之间的平衡影响很小，变化不大的压力基本上不影 响凝聚系统的平衡状态
❖材料体系的高温物理化学过程要达到一定条件下的热力学 平衡态，所需要的时间往往比较大，而工业生产的生产周期 是有一定限制的。因此，生产上实际进行的过程常常达不到 相图上所示的平衡状态
❖无机非金属材料系统中，常常出现热力学非平衡态，即介 稳态：方石英从高温冷却时，如果冷却速度不是特别慢，由 于晶型转变的困难，往往不是转变为低温下稳定的鳞石英和 石英，而是转变为介稳态的-方石英
二、组分、相及相律
吉布斯相律：F = C – P + n F 自由度数，温度、压力、组分浓度等可能影响系 统平衡 C 独立组分数，构成平衡物系所有各相组成所需要 的最少组分数 P 相数 n 影响系统平衡的外界因素，如温度、压力、电场、 磁场等
相图作用------确定某个组成系统在指定条件下达到 平衡时存在的每个相的组成、相的数目和每个相的 相对含量
相图在许多科技领域已成为解决实际问题不可缺少 的工具 ➢控制金属的冶炼过程 ➢对物质的高度提纯 ➢确定材料配方 ➢选择陶瓷烧结温度
第一节 相 平 衡 特 点
❖1876年吉布斯以热力学为工具，推导了多相平衡 体系的普遍规律—相律
材料系统：
❖ 形成机械混合物：不管粉磨得多细，都不能达到相所要 求的微观均匀，都不视为单相，在低共熔温度下从液相 中析出的低共熔混合物是几种晶体混合物，从液相中析 出几种晶体，就产生几种新相
❖ 生成化合物：组分间每形成一个化合物，即形成一种新 相。但根据独立组分定义，新化合物的形成，不会增加 系统的独立组分数
❖ 形成固溶体：固溶体晶格上各组分的化学质点是随机均 匀分布的，其物理性质和化学性质符合相的均匀性要求， 故几个组分间形成的固溶体为一个相
❖ 同质多晶现象：同一物质不同晶型（变体）虽然化学 组成相同，但其晶体结构和物理性质不同，故分别各 自成相，有几个变体就有几个相
❖ 高温溶体：高温下熔融形成的熔体一般为单相，但如 发生液相分层，则在熔体中有二个相
❖通常是在常压下研究相图，故相律在凝聚系统中具有如下 形式：
F=C–P+1
❖ 在讨论二元以上凝聚系统时均采用上述相律表达式。如果 无特别标明，则为外压为一个大气压下的等压相图
第二节 单 元 系 统
单元系统中只有一种组分，不存在浓 度问题，影响系统平衡的因素为温度 和压力
单元系统相图--温度和压力二个坐标
❖相律是自然界最普遍的规律之一
❖材料一般为固体材料，其相平衡与以气、液为主 的一般化工过程所涉及的平衡体系不同，具有自 己的特殊性。
一、热力学平衡态与非平衡态
❖相图表示的一个体系所处的状态是一种热力学平衡态， 即一个不再随时间而发生变化的状态
❖体系在一定热力学条件下从原来的非平衡态变化到该条 件下的平衡态，需要通过相与相之间的物质传递，故需要 一定的时间，时间的长短，依系统性质而定，由相变过程 动力学因素决定
独立组分数=组分数-独立的化学反应数
按独立组分数目不同，系统分成单元、二元、三元系统等
2. 相
相---系统内部物理和化学性质相同且完全均匀的一部分
相数---一个系统中所含相数目，用符号P表示
相与相之间有分界面，可用机械的方法将它们分离，在界面上， 从宏观角度看，性质改变是突变的
➢一个相在物理和化学性质上必须是均匀的，但不一定只含一 种物质 ➢不同气体能够以任何比例相互均匀混合，若不是高压下，系 统内不论有多少种气体，只能有一个气相。食盐水溶液，虽然 有两种物质，但它是真溶液，整个系统也只是一个液相
❖这种动力学因素在相图中并不反映，相图仅指在一定条 件下体系所处的平衡状态（即其中所包括的相数、各相的 形态、组成和数量），不涉及达到这个平衡状态所需要的 时间
❖固体材料与气体、液体相比，固体中的质点由于受近邻粒 子的紧密束缚，其活动能力很小，即使处于高温熔融状态， 由于熔体的粘度很大，其扩散能力仍然有限
❖ 介稳变体：介稳变体是一种热力学非平衡态，一般不 出现在相图中。但在无机非金属材料系统中，介稳变 体常常会产生，为实用化，在一些相图中，也可能将 介稳变体及由此产生的介稳平衡的界线标示在相图上， 但这种界线一般用虚线表示
3.自由度
自由度---在相平衡系统中可以独立改变的变量（如温度、 压力、组分浓度等）
1. 组分
组分---系统中每一个可以独立分离出来，并能独立存在的化 学纯物质，其数目称为组分数
独立组分---足以表示形成平衡系统中各相组成所需要的最少 数目的化学纯物质，其数目称为独立组分数，符号C表示 C系aC统CaOC由3O（三3、固种C）a物O质、C构CaOO成2（组，固成但）的独+系立C统O组2，（分在气C=高）2，温因时为，三三个组组分分发之生间反存应： 在化学反应，达到平衡时，只要系统中有两个组分的数量已 知，第三个组分的数量就可由反应式确定
单元系统的C=1，根据相律有： F = C- P + 2 = 3 – P
❖系统中相数不可能少于一个，故单元系统的最大自由 度为2，这两个自由度即为温度和压力
❖自由度最少为零，故单元系统中平衡共存的相数最多 为3个，不可能出现四相或五相共存的状态