材料科学基础1-7章重点知识小结

第2章 固体结构

*1)晶体：有许多质子（原子，分子，离子）在三维空间做有规则的周期性的重复排列而构成的固体. *2空间点阵：用来表示晶体中原子规则排列的抽象质点在三维空间内的周期性的重复排列。 *3晶胞：在空间点阵中能代表空间点阵结构特点的最小平行六面体反应晶格特征的最小几何单元

*4六方晶系的晶向系数U=u-t，V=v-t，W=w. u=2/3U-1/3V,v=2/3V-1/3U,t=-1/3U-1/3V,w=W. *5)晶面间距;

6）几个基本概念

单晶体：原子排列整齐，位向相同的晶体。由一个核心（晶核）生长而成。

多晶体：许多取向不同的小颗粒组成的晶体。由多个核心（晶核）生长而成，一般表现出各向同性——伪共向性。

晶粒：晶体内呈不规则外形的小颗粒，颗粒内部位向相同，晶粒尺寸一般为10-1~10-7mm。 晶界：晶粒与晶粒之间的界面。

亚晶粒：晶粒内部有微小位向差的区域，位向的差别为1~2°，又称为亚结构、嵌镶块 7) 三种典型金属晶体结构特征

2.3.1 固溶体

固溶体－－溶质分子完全溶于固态溶剂中，并保持溶剂元素晶格类型的合金相 1. 固溶体的特点

固溶体的结构与溶剂相同成分可在一定范围变化

一般位于相图的两侧强度、硬度比纯金属高，导电性下降 在多相合金中，固溶体一般作为基体相

固溶体的性质：点阵常数a 改变——置换固溶体：rB ﹥rA, a增大； rB ﹤rA, a减小。间隙固溶体： a 增大。

强度增高——固溶强化效应：随溶质含量的增加，固溶体强度、硬度升高，塑性下降的现象。

是晶格畸变，阻碍位错运动的结果。 电阻增加，磁性和耐蚀性改变

*中间相——超过固溶体溶解度限度后，形成结构不同于组元的新相。 1. 中间相的特点

中间相的结构不同与组元 组元大致按一定的原子比结合 中间相一般位于相图的中间

中间相有共价键、离子键和金属键结合，以金属键为主 有高的熔点、硬度，有的具有超导性 在多相合金中，中间相一般作为强化相 中间相的特性

高硬度和熔点，塑性差，离子键和共价键多，强化合金第二相。 间隙相与间隙化合物 H ， B ， C ， N 等小半径的非金属元素 与过渡族金属元素形成的化合物；

r X/ r M0.59 －－复杂晶 体结构的间隙化合物 第3章 晶体缺陷

*空位. 在一定温度下，晶体中有一定平衡数量的空位和间隙原子。

刃型位错和螺型位错的异同点

4. 位错的重要性质

（1）位错线不能中止的晶体内部。

（2）若中止在晶体内部，必然与其它位错线相连。

（3）若不与其它位错线相连，则在晶体内部形成闭合位错环。

3.2.2柏氏矢量描述位错性质的一个重要物理量，表示位错去的畸变特征，包括畸变的位置和畸变的程度，这个物理量是矢量。b 位错是滑移区和未滑移区的边界一条位错线只有一个柏氏矢量， 位错的滑移不会引起晶体体积的变化（△V=0），保守运动或守恒运动。

3.3.2 晶界和亚晶界

★多晶体中，每一个晶粒就相当于一个小单晶

★相邻晶粒的位向不同，交界面叫 晶粒界 ，简称晶界 ★晶粒内部位向差极小的亚结构，交界为 亚晶界

★晶界的结构、性质与相邻晶粒的位向差有关。位向差小于10o ， 小角度晶界 ； 10o 以上， 大度角晶界

★晶界处原子排列紊乱，能量增高=>晶界能

第六章 单组元相图及纯金属的凝固

1. 相图:是反映物质状态(固态, 液态或气态) 随温度, 压力变化的关系图, 所以也称为状态图。 2. 相变：是物质发生状态或结构变化的过程。

3. 单元系相图:是反映单元系物质(由一种元素或化合物构成的物质) 状态，随温度、压力变化的关系图。单元系物质的成分是固定不变的。 4. 多元系相图:

相平衡的热力学条件是体系中各组元在各平衡相中的化学势（偏摩尔自由能）彼此相等 αβγαβγ μA =μA =μA μB =μB =μB

在温度和压力改变时，相律的表达式为： f=C-P+2 当压力恒定不变时，相律的表达式为：f=C-P+1

*金属的凝固：就是液态金属转变为固态金属的过程, 又称为金属的结晶。 *液态金属为什么会具有短程有序，长程无序的结构？

①能量起伏：由于液态金属温度较高, 一些原子的能量高于整个体系原子的平均能量，而另一些原子的能量低于整个体系原子的平均能量，并且这种现象瞬息万变，此起彼伏。 原子能量的不均匀性称为能量起伏。

②结构起伏：由于能量起伏造成液态金属中短程有序排列的原子集团瞬间存在，瞬间消失，此起彼伏的现象称为结构起伏或相起伏。

①过冷现象：液态金属的实际凝固温度Ts 总是低于其理论凝固温度Tm 的现象称为过冷。Tm-Ts=ΔT 称为过冷度

②液态金属凝固时会放出凝固潜热； ③液态纯金属是在恒温进行凝固。

纯金属的凝固过程，主要是通过形核和长大两个步骤来完成。

金属凝固的热力学条件即能量条件为：固相与液相的自由能差小于零（△G=GS-GL

均匀形核时系统总的能量变化主要包括两部分，即体积自由能的降低和表面能的升高。 非均匀形核:是固相晶核依附于液相中其它物质表面择优形核的过程。 1) 所需的形核功小， 2) 所需的过冷度小，

3) 形成晶核所需的原子数少， 4) 新增的液固表面积小， 5) 随△T ↑，N ↑较平缓，

6)N ↑到最大值后开始下降并中断

细化晶粒的途径：提高形核率，降低长大速度。

细化晶粒的方法(1)增大△T(2)变质处理(3)施加振动和搅拌

晶粒越细，在一定体积内的晶粒数目越多，则在同样的变形量下，变形分散在更多的晶粒内进行，变形较均匀，且每个晶粒内塞积的位错少，因应力集中引起的开裂机会少，可能在断裂之前承受较大的变形量，表现出较高的塑性；细晶粒金属中，裂纹不易萌生，也不易传播， 因而在断裂过程中吸收了较多的能量，表现出较高的韧性；另一方面，晶界上原子排列不规则，杂质和缺陷较多，能量较高，阻碍位错的移动，晶粒细小时在一定体积内的晶粒数目越

多，晶界越多，位错移动更困难，使金属难以变形，因而强度高。

加工硬化即是随变形量的增加，金属的强度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象随着塑性变形的进行，金属应变增加，发生多滑移，位错之间发生相互作用，产生大量的位错缠结或位错塞积，阻止位错进一步运动，使应力急剧上升，发生了加工硬化。

第4章 扩散(热运动原子分子的迁移) 在固态中，原子或分子的迁移只能靠扩散进行