1、WORD格式第一章材料中的原子排列第一節原子的結合方式2 原子結合鍵（ 1離子鍵與離子晶體原子結合：電子轉移，結合力大，無方向性和飽和性；離子晶體；硬度高，脆性大，熔點高、導電性差。如氧化物陶瓷。（ 2共價鍵與原子晶體原子結合：電子共用，結合力大，有方向性和飽和性；原子晶體：強度高、硬度高金剛石 、熔點高、脆性大、導電性差。如高分子材料。（ 3金屬鍵與金屬晶體原子結合：電子逸出共有，結合力較大，無方向性和飽和性；金屬晶體：導電性、導熱性、延展性好，熔點較高。如金屬。金屬鍵：依靠正離子與構成電子氣的自由電子之間的靜電引力而使諸原子結合到一起的方式。（ 3分子鍵與分子晶體原子結合：電子云偏移，結合

2、力很小，無方向性和飽和性。分子晶體：熔點低，硬度低。如高分子材料。氫鍵：離子結合 X-H-Y 氫鍵結合，有方向性，如 O-H O（ 4混合鍵。如復合材料。3 結合鍵分類（ 1 一次鍵 化學鍵：金屬鍵、共價鍵、離子鍵。（ 2 二次鍵 物理鍵：分子鍵和氫鍵。4 原子的排列方式（ 1晶體：原子在三維空間內的周期性規那么排列。長程有序，各向異性。（ 2非晶體：不規那么排列。長程無序，各向同性。第二節原子的規那么排列一 晶體學根底1 空間點陣與晶體構造1 空間點陣：由幾何點做周期性的規那么排列所形成的三維陣列。圖1-5特征： a 原子的理想排列； b有14種。其中：空間點陣中的點陣點。它是純粹的幾何點，

3、各點周圍環境一樣。描述晶體中原子排列規律的空間格架稱之為晶格。空間點陣中最小的幾何單元稱之為晶胞。2 晶體構造：原子、離子或原子團按照空間點陣的實際排列。特征： a 可能存在局部缺陷；b 可有無限多種。2 晶胞圖 16（ 1：構成空間點陣的最根本單元。（ 2選取原那么：a 能夠充分反映空間點陣的對稱性；b 相等的棱和角的數目最多；c 具有盡可能多的直角；d 體積最小。（ 3 形狀和大小有三個棱邊的長度a,b,c 及其夾角 , , 表示。4 晶胞中點的位置表示坐標法。3 布拉菲點陣圖 1714 種點陣分屬 7 個晶系。4 晶向指數與晶面指數晶向：空間點陣中各陣點列的方向。晶面：通過空間點陣中任意

4、一組陣點的平面。國際上通用米勒指數標定晶向和晶面。1 晶向指數的標定專業資料整理WORD格式1專業資料整理WORD格式a 建立坐標系。確定原點陣點、坐標軸和度量單位棱邊。b 求坐標。 u ,v 。,w c 化整數。 u,v,w.d 加 。 uvw 。說明：a 指數意義：代表相互平行、方向一致的所有晶向。b 負值：標于數字上方，表示同一晶向的相反方向。c 晶向族： 晶體中原子排列情況一樣但空間位向不同的一組晶向。用 <uvw> 表示，數字一樣，但排列順序不同或正負號不同的晶向屬于同一晶向族。2 晶面指數的標定a 建立坐標系：確定原點非陣點、坐標軸和度量單位。b 量截距： x,y,z。

5、c 取倒數： h ,k 。,l d 化整數： h,k,k 。e 加圓括號： (hkl) 。說明：a 指數意義：代表一組平行的晶面；b 0 的意義：面與對應的軸平行；c 平行晶面：指數一樣，或數字一樣但正負號相反；d 晶面族：晶體中具有一樣條件原子排列和晶面間距完全一樣 ，空間位向不同的各組晶面。用 hkl 表示。e 假設晶面與晶向同面，那么hu+kv+lw=0;f 假設晶面與晶向垂直，那么u=h, k=v, w=l 。 3六方系晶向指數和晶面指數a 六方系指數標定的特殊性：四軸坐標系等價晶面不具有等價指數。b 晶面指數的標定(四個截距 )；用四個數字 (hkil) 表示； i=-(h+k) 。

6、標法與立方系一樣c 晶向指數的標定(四個坐標 )；用四個數字 (uvtw) 表示； t=-(u+w) 。標法與立方系一樣依次平移法：適合于指數畫晶向末點。坐標換算法： UVWuvtwu=(2U-V)/3, v=(2V-U)/3, t=-(U+V)/3, w=W。 4晶帶a ：平行于某一晶向直線所有晶面的組合。晶帶軸晶帶面b 性質：晶帶用晶帶軸的晶向指數表示；晶帶面/晶帶軸；hu+kv+lw=0c 晶帶定律凡滿足上式的晶面都屬于以 uvw 為晶帶軸的晶帶。推論：(a) 由兩晶面 (h1k1l 1) (h2k2l2)求其晶帶軸 uvw ： u=k1 l2-k2l 1; v=l 1h2-l 2h1;

7、 w=h 1k2-h2k1。(b) 由兩晶向 u1v1w1 u 2v2w 2求其決定的晶面 (hkl) 。 H=v 1w1-v2w2 ; k=w 1u2 -w2u1; l=u 1v2-u2v1。（ 5 晶面間距a ：一組平行晶面中，相鄰兩個平行晶面之間的距離。b 計算公式簡單立方 ：d=a/(h2+k 2+l 2 )1/2注意： 只適用于簡單晶胞； 對于面心立方 hkl 不全為偶、 奇數、體心立方 h+k+l= 奇數時， d(hkl) =d/2。2 離子晶體的構造（ 1鮑林第一規那么負離子配位多面體規那么 ：在離子晶體中， 正離子周圍形成一個負離子配位多面體， 正負離子間的平衡距離取決于正負離

8、子半徑之和， 正離子的配位數取決于正負離子的半徑比。專業資料整理WORD格式2專業資料整理WORD格式（ 2鮑林第二規那么電價規那么含義 ：一個負離子必定同時被一定數量的負離子配位多面體所共有。（ 3鮑林第三規那么棱與面規那么 ：在配位構造中，共用棱特別是共用面的存在，會降低這個構造的穩定性。3 共價鍵晶體的構造（ 1 飽和性：一個原子的共價鍵數為8-N 。（ 2 方向性：各鍵之間有確定的方位配位數小，構造穩定三 多晶型性元素的晶體構造隨外界條件的變化而發生轉變的性質。四 影響原子半徑的因素（ 1 溫度與應力（ 2 結合鍵的影響（ 3 配位數的影響 高配位構造向低配位構造轉變時，體積膨脹，原子

9、半徑減小減緩體積變化。（ 4 核外電子分布的影響一周期內，隨核外電子數增加至填滿，原子半徑減小至一最小值。第三節原子的不規那么排列原子的不規那么排列產生晶體缺陷。晶體缺陷在材料組織控制如擴散、相變和性能控制如材料強化中具有重要作用。晶體缺陷 ：實際晶體中與理想點陣構造發生偏差的區域。晶體缺陷可分為以下三類。點缺陷 ：在三維空間各方向上尺寸都很小的缺陷。如空位、間隙原子、異類原子等。線缺陷 ：在兩個方向上尺寸很小，而另一個方向上尺寸較大的缺陷。主要是位錯。面缺陷 ：在一個方向上尺寸很小，在另外兩個方向上尺寸較大的缺陷。如晶界、相界、外表等。一 點缺陷1 點缺陷的類型圖 131（ 1 空位：肖脫基

10、空位離位原子進入其它空位或遷移至晶界或外表。弗蘭克爾空位離位原子進入晶體間隙。（ 2 間隙原子：位于晶體點陣間隙的原子。（ 3 置換原子：位于晶體點陣位置的異類原子。2 點缺陷的平衡濃度（ 1點缺陷是熱力學平衡的缺陷在一定溫度下，晶體中總是存在著一定數量的點缺陷空位，這時體系的能量最低具有平衡點缺陷的晶體比理想晶體在熱力學上更為穩定。原因：晶體中形成點缺陷時， 體系內能的增加將使自由能升高， 但體系熵值也增加了，這一因素又使自由能降低。其結果是在G-n 曲線上出現了最低值，對應的n 值即為平衡空位數。2點缺陷的平衡濃度C=Aexp(- "Ev/kT)3 點缺陷的產生及其運動（ 1 點

11、缺陷的產生平衡點缺陷：熱振動中的能力起伏。過飽和點缺陷：外來作用，如高溫淬火、輻照、冷加工等。（ 2 點缺陷的運動遷移、復合濃度降低；聚集濃度升高塌陷4 點缺陷與材料行為（ 1構造變化：晶格畸變如空位引起晶格收縮，間隙原子引起晶格膨脹，置換原子可引起收縮或膨脹。 （ 2性能變化：物理性能如電阻率增大，密度減小。專業資料整理WORD格式3專業資料整理WORD格式力學性能屈服強度提高。二 線缺陷位錯位錯：晶體中某處一列或假設干列原子有規律的錯排。意義：對材料的力學行為如塑性變形、強度、斷裂等起著決定性的作用，對材料的擴散、相變過程有較大影響。 位錯的提出： 1926 年，弗蘭克爾發現理論晶體模型剛

12、性切變強度與與實測臨界切應力的巨大差異 2 4 個數量級。1934 年，泰勒、波朗依、奧羅萬幾乎同時提出位錯的概念。1939 年，柏格斯提出用柏氏矢量表征位錯。1947 年，柯垂耳提出溶質原子與位錯的交互作用。1950 年，弗蘭克和瑞德同時提出位錯增殖機制。之后，用TEM 直接觀察到了晶體中的位錯。1 位錯的根本類型（ 1 刃型位錯模型：滑移面 / 半原子面 /位錯線 位錯線晶體滑移方向，位錯線位錯運動方向，晶體滑移方向 /位錯運動方向。 分類：正刃型位錯；負刃型位錯 。2 螺型位錯模型：滑移面 / 位錯線。位錯線 / 晶體滑移方向，位錯線位錯運動方向，晶體滑移方向位錯運動方向。 分類：左螺型

13、位錯；右螺型位錯。3 混合位錯模型：滑移面 / 位錯線。2 位錯的性質（ 1 形狀：不一定是直線，位錯及其畸變區是一條管道。（ 2 是已滑移區和未滑移區的邊界。（ 3 不能中斷于晶體內部。可在外表露頭，或終止于晶界和相界，或與其它位錯相交，或自行封閉成環。3 柏氏矢量（ 1 確定方法 ( 避開嚴重畸變區 )a 在位錯周圍沿著點陣結點形成封閉回路。b 在理想晶體中按同樣順序作同樣大小的回路。c 在理想晶體中從終點到起點的矢量即為。（ 2 柏氏矢量的物理意義a 代表位錯，并表示其特征強度、畸變量。b 表示晶體滑移的方向和大小。c 柏氏矢量的守恒性唯一性 ：一條位錯線具有唯一的柏氏矢量。d 判斷位錯

14、的類型。（ 3 柏氏矢量的表示方法a 表示 : b=a/nuvw 可以用矢量加法進展運算。b 求模： /b/=a/nu2+v2+w21/2。4 位錯密度（ 1 表示方法： K/V n/A（ 2 晶體強度與位錯密度的關系 - 圖。（ 3 位錯觀察：浸蝕法、電境法。5 位錯的運動（ 1 位錯的易動性。（ 2 位錯運動的方式a 滑移：位錯沿著滑移面的移動。刃型位錯的滑移：具有唯一的滑移面螺型位錯的滑移：具有多個滑移面。位錯環的滑移：注重柏氏矢量的應用。b 攀移：刃型位錯在垂直于滑移面方向上的運動。機制：原子面下端原子的擴散位錯隨半原子面的上下移動而上下運動。專業資料整理WORD格式4專業資料整理WO

15、RD格式分類：正攀移原子面上移、空位參加/ 負攀移原子面下移、原子參加。應力的作用：半原子面側壓應力有利于正攀移，拉應力有利于負攀移。（ 3 作用在位錯上的力單位距離上滑移： f= b；攀移： f= b。6 位錯的應變能與線X力（ 1 單位長度位錯的應變能： W= Gb2。 0.51.0, 螺位錯取下限，刃位錯取上限。（ 2 位錯是不平衡的缺陷。商增不能抵銷應變能的增加。 （ 3 位錯的線X力： T= Gb2。4 保持位錯彎曲所需的切應力：Gb/2r 。7 位錯的應力場及其與其它缺陷的作用（ 1 應力場螺位錯： Gb/2 r。只有切應力分量。刃位錯：表達式式1 9晶體中：滑移面以上受壓應力，滑

16、移面以下受拉應力。滑移面：只有切應力。2 位錯與位錯的交互作用f= b，f= b刃位錯。同號相互排斥，異號相互吸引。到達能量最低狀態。 （ 3 位錯與溶質原子的相互作用間隙原子聚集于位錯中心，使體系處于低能態。柯氏氣團：溶質原子在位錯線附近偏聚的現象。（ 4 位錯與空位的交互作用導致位錯攀移。8 位錯的增殖、塞積與交割（ 1 位錯的增殖： F-R 源。（ 2 位錯的塞積分布：逐步分散。位錯受力：切應力作用在位錯上的力、位錯間的排斥力、障礙物的阻力。（ 3 位錯的交割位錯交割后結果：按照對方位錯柏氏矢量變化方向和大小 。割階：位錯交割后的臺階不位于它原來的滑移面上。扭折：位于。對性能影響：增加位

17、錯長度，產生固定割階。9 位錯反響（ 1 位錯反響：位錯的分解與合并。（ 2反響條件幾何條件： b 前 = b 后；反響前后位錯的柏氏矢量之和相等。能量條件： b2前 > b2后 ;反響后位錯的總能量小于反響前位錯的總能量。10 實際晶體中的位錯（ 1全位錯：通常把柏氏矢量等于點陣矢量的位錯稱為全位錯或單位位錯。實際晶體中的典型全位錯如表1 7 所示（ 2不全位錯：柏氏矢量小于點陣矢量的位錯。實際晶體中的典型不全位錯如表17 所示3 肖克萊和弗蘭克不全位錯。肖克萊不全位錯的形成：原子運動導致局部錯排，錯排區與完整晶格區的邊界限即為肖克萊不全位錯。 結合位錯反響理解。可為刃型、螺型或混合型

18、位錯。弗蘭克不全位錯的形成：在完整晶體中局部抽出或插入一層原子所形成。只能攀移，不能滑移。 （ 4 堆垛層錯與擴展位錯堆垛層錯：晶體中原子堆垛次序中出現的層狀錯排。擴展位錯：一對不全位錯及中間夾的層錯稱之。專業資料整理WORD格式5專業資料整理WORD格式三 面缺陷面缺陷主要包括晶界、相界和外表，它們對材料的力學和物理化學性能具有重要影響。1 晶界（ 1 晶界：兩個空間位向不同的相鄰晶粒之間的界面。（ 2 分類大角度晶界：晶粒位向差大于10 度的晶界。其構造為幾個原子X圍內的原子的混亂排列，可視為一個過渡區。小角度晶界：晶粒位向差小于10 度的晶界。其構造為位錯列，又分為對稱傾側晶界和扭轉晶界

19、。亞晶界：位向差小于1 度的亞晶粒之間的邊界。為位錯構造。孿晶界：兩塊相鄰孿晶的共晶面。分為共格孿晶界和非共格孿晶界。2 相界（ 1 相界：相鄰兩個相之間的界面。（ 2 分類：共格、半共格和非共格相界。3 外表（ 1外表吸附：外來原子或氣體分子在外表上富集的現象。（ 2 分類物理吸附：由分子鍵力引起，無選擇性，吸附熱小，結合力小。化學吸附：由化學鍵力引起，有選擇性，吸附熱大，結合力大。4 界面特性（ 1 界面能會引起界面吸附。（ 2 界面上原子擴散速度較快。（ 3 對位錯運動有阻礙作用。（ 4 易被氧化和腐蝕。（ 5 原子的混亂排列利于固態相變的形核。第二章 固體中的相構造合金與相1 合金（

20、1合金：兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬經一定方法合成的具有金屬特性的物質。（ 2組元：組成合金最根本的物質。 如一元、二元、三元合金（ 3合金系：給定合金以不同的比例而合成的一系列不同成分合金的總稱。2 相（ 1相：材料中構造一樣、成分和性能均一的組成局部。如單相、兩相、多相合金。 （ 2相的分類固溶體：晶體構造與其某一組元一樣的相。含溶劑和溶質。中間相金屬化合物 ：組成原子有固定比例，其構造與組成組元均不一樣的相。第一節固溶體按溶質原子位置不同，可分為置換固溶體和間隙固溶體。按固溶度不同，可分為有限固溶體和無限固溶體。按溶質原子分布不同，可分為無序固溶體和有序固溶體。1 置換固溶體（

21、1 置換固溶體：溶質原子位于晶格點陣位置的固溶體。（ 2 影響置換固溶體溶解度的因素a 原子尺寸因素原子尺寸差越小，越易形成置換固溶體，且溶解度越大。 r=(r A -rB)/r A當 r<15% 時，有利于大量互溶。b 晶體構造因素構造一樣，溶解度大，有可能形成無限固溶體。c 電負性因素電負性差越小，越易形成固溶體，溶解度越大。d 電子濃度因素專業資料整理WORD格式6專業資料整理WORD格式電子濃度 e/a 越大，溶解度越小。 e/a 有一極限值，與溶劑晶體構造有關。一價面心立方金屬為 1.36，一價體心立方金屬為 1.48。上述四個因素并非相互獨立，其統一的理論的是金屬與合金的電子

22、理論。2 間隙固溶體（ 1 影響因素：原子半徑和溶劑構造。（ 2 溶解度：一般都很小，只能形成有限固溶體。3 固溶體的構造（ 1 晶格畸變。（ 2 偏聚與有序：完全無序、偏聚、局部有序、完全有序。4 固溶體的性能固溶體的強度和硬度高于純組元，塑性那么較低。（ 1 固溶強化：由于溶質原子的溶入而引起的強化效應。（ 2 柯氏氣團（ 3 有序強化第二節金屬間化合物中間相是由金屬與金屬，或金屬與類金屬元素之間形成的化合物，也稱為金屬間化合物。1 正常價化合物（ 1 形成：電負性差起主要作用，符合原子價規那么。（ 2 鍵型：隨電負性差的減小，分別形成離子鍵、共價鍵、金屬鍵。（ 3 組成： AB 或 AB

23、 2。2 電子化合物電子相（ 1形成：電子濃度起主要作用，不符合原子價規那么。（ 2鍵型：金屬鍵金屬金屬。（ 3組成： 電子濃度對應晶體構造， 可用化學式表示，可形成以化合物為基的固溶體。3 間隙化合物（ 1 形成：尺寸因素起主要作用。（ 2構造簡單間隙化合物間隙相 ：金屬原子呈現新構造，非金屬原子位于其間隙，構造簡單。復雜間隙化合物：主要是鐵、鈷、鉻、錳的化合物，構造復雜。 3組成：可用化學式表示，可形成固溶體，復雜間隙化合物的金屬元素可被置換。4 拓撲密堆相（ 1 形成：由大小原子的適當配合而形成的高密排構造。（ 2 組成： AB 2。5 金屬化合物的特性（ 1 力學性能：高硬度、高硬度、

24、低塑性。（ 2 物化性能：具有電學、磁學、聲學性質等，可用于半導體材料、形狀記憶材料、儲氫材料等。第三節陶瓷晶體相1 陶瓷材料簡介（ 1分類： 構造陶瓷 利用其力學性能 ：強度葉片、活塞 、韌性切削刀具 、硬度研磨材料 。功能陶瓷 利用其物理性能精細功能陶瓷：導電、氣敏、濕敏、生物、超導陶瓷等。功能轉換陶瓷：壓電、光電、熱電、磁光、聲光陶瓷等。結合鍵：離子鍵、共價鍵。硅酸鹽陶瓷：主要是離子鍵結合，含一定比例的共價鍵。可用分子式表示其組成。2 硅酸鹽陶瓷的構造特點與分類（ 1構造特點專業資料整理WORD格式7專業資料整理WORD格式a 結合鍵與構造：主要是離子鍵結合，含一定比例的共價鍵。硅位于氧

25、四面體的間隙。b 每個氧最多被兩個多面體共有。氧在兩個四面體之間充當橋梁作用，稱為氧橋。（ 2構造分類a 含有限 Si-O 團的硅酸鹽，包括含孤立Si-O 團和含成對或環狀Si-O 團兩類。b 鏈狀硅酸鹽：Si-O 團共頂連接成一維構造，又含單鏈和雙鏈兩類。c 層狀硅酸鹽：Si-O 團底面共頂連接成二維構造。d 骨架狀硅酸鹽：Si-O 團共頂連接成三維構造。第四節分子相1 根本概念（ 1高分子化合物：由一種或多種化合物聚合而成的相對分子質量很大的化合物。又稱聚合物或高聚物。（ 2分類按相對分子質量：分為低分子聚合物<5000和高分子聚合物>5000。按組成物質：分為有機聚合物和無機

26、聚合物。2 化學組成以氯乙烯聚合成聚氯乙烯為例（ 1 單體：組成高分子化合物的低分子化合物。（ 2 鏈節：組成大分子的構造單元。（ 3 聚合度 n：大分子鏈中鏈節的重復次數。3 高分子化合物的合成（ 1 加聚反響a 概念：由一種或多種單體相互加成而連接成聚合物的反響。其產物為聚合物b 組成：與單體一樣。反響過程中沒有副產物。c 分類均聚反響：由一種單體參與的加聚反響。共聚反響：由兩種或兩種以上單體參與的加聚反響。（ 2 縮聚反響a 概念：由一種或多種單體相互混合而連接成聚合物，同時析出某種低分子化合物的反響。b 分類均縮聚反響：由一種單體參加的縮聚反響。共縮聚反響：由兩種或兩種以上單體參加的縮

27、聚反響。4 高分子化合物的分類（ 1 按性能與用途：塑料、橡膠、纖維、膠黏劑、涂料等。（ 2 按生成反響類型：加聚物、縮聚物。（ 3 按物質的熱行為：熱塑性塑料和熱固性塑料。5 高分子化合物的構造（ 1 高分子鏈構造鏈內構造，分子內構造a 化學組成b 單體的連接方式均聚物中單體的連接方式：頭尾連接、頭頭或尾尾相連、無軌連接。共聚物中單體的連接方式：無軌共聚： ABBABBABA交替共聚： ABABABAB嵌段共聚： AAAABBAAAABB接枝共聚： AAAAAAAAAAABBBBBBc 高分子鏈的構型按取代基的位置與排列規律全同立構：取代基 R 全部處于主鏈一側。間同立構：取代基 R 相間分

28、布在主鏈兩側。無軌立構；取代基 R 在主鏈兩側不規那么分布。d 高分子鏈的幾何形狀：線型、支化型、體型。專業資料整理WORD格式8專業資料整理WORD格式2 高分子的聚集態構造鏈間構造、分子間構造無定形構造、局部結晶構造、結晶型構造示意圖6 高分子材料的構造與性能特點（ 1 易呈非晶態。（ 2 彈性模量和強度低。（ 3 容易老化。（ 4 密度小。（ 5 化學穩定性好。第五節玻璃相1 構造：長程無序、短程有序（ 1 連續無軌網絡模型。（ 2 無規密堆模型。（ 3 無軌那么線團模型。2 性能（ 1 各向同性。（ 2 無固定熔點。（ 3 高強度、高耐蝕性、高導磁率金屬。第三章凝固與結晶凝固：物質從液

29、態到固態的轉變過程。假設凝固后的物質為晶體，那么稱之為結晶。凝固過程影響后續工藝性能、使用性能和壽命。凝固是相變過程，可為其它相變的研究提供根底。第一節材料結晶的根本規律1 液態材料的構造構造：長程有序而短程有序。特點與固態相比 ：原子間距較大、原子配位數較小、原子排列較混亂。2 過冷現象1 過冷：液態材料在理論結晶溫度以下仍保持液態的現象。見熱分析實驗圖2 過冷度：液體材料的理論結晶溫度(Tm) 與其實際溫度之差。 T=Tm-T( 見冷卻曲線 )注：過冷是凝固的必要條件凝固過程總是在一定的過冷度下進展。3 結晶過程（ 1 結晶的根本過程：形核長大。 見示意圖（ 2 描述結晶進程的兩個參數形核

30、率：單位時間、單位體積液體中形成的晶核數量。用 N 表示。長大速度：晶核生長過程中，液固界面在垂直界面方向上單位時間內遷移的距離。用 G 表示。第二節材料結晶的根本條件1 熱力學條件（ 1 G-T 曲線圖 3 4a 是下降曲線：由G-T 函數的一次導數負確定。dG/dT=-Sb 是上凸曲線：由二次導數負確定。d2G/d 2T=-C p/Tc 液相曲線斜率大于固相：由一次導數大小確定。二曲線相交于一點，即材料的熔點。（ 2熱力學條件 Gv= L m T/T ma T>0, Gv<0 過冷是結晶的必要條件之一。專業資料整理WORD格式9專業資料整理WORD格式b T 越大 , Gv 越

31、小過冷度越大，越有利于結晶。c Gv 的絕對值為凝固過程的驅動力。2 構造條件構造起伏相起伏 ：液態材料中出現的短程有序原子集團的時隱時現現象。是結晶的必要條件之二 。第三節晶核的形成均勻形核：新相晶核在普及母相的整個體積內無軌那么均勻形成。非均勻形核：新相晶核依附于其它物質擇優形成。1 均勻形核（ 1 晶胚形成時的能量變化 G V Gv+ S=(4/3) r3 Gv+4 r2 ( 圖 38)2臨界晶核d G/dr=0rk=-2 / Gv臨界晶核：半徑為 rk的晶胚。3 臨界過冷度rk=-2 Tm/Lm T臨界過冷度：形成臨界晶核時的過冷度。T k. T Tk是結晶的必要條件。 4形核功與能量

32、起伏 GkSk /3臨界形核功：形成臨界晶核時需額外對形核所做的功。能量起伏：系統中微小區域的能量偏離平均能量水平而上下不一的現象。是結晶的必要條件之三 。5形核率與過冷度的關系N=N 1.N 2 (圖 3 11， 12)由于 N 受 N1.N 2兩個因素控制，形核率與過冷度之間是呈拋物線的關系。2 非均勻形核1 模型：外來物質為一平面，固相晶胚為一球冠。2 自由能變化：表達式與均勻形核一樣。3 臨界形核功lw= sw+slcos計算計算時利用球冠體積、外表積表達式，結合平衡關系能量變化和臨界形核功。 Gk非 / Gk=(2-3cos +cos3 )/4a =0 時， Gk非 0，雜質本身即為

33、晶核； b 180> >0 時 , Gk非< Gk, 雜質促進形核；c=180 時， Gk非 Gk， 雜質不起作用。4 影響非均勻形核的因素a 過冷度：N- T 曲線有一下降過程。圖 316b 外來物質外表構造：越小越有利。點陣匹配原理：構造相似，點陣常數相近。c 外來物質外表形貌：外表下凹有利。 圖 3 17第四節晶核的長大1 晶核長大的條件（ 1 動態過冷動態過冷度：晶核長大所需的界面過冷度。是材料凝固的必要條件（ 2 足夠的溫度（ 3適宜的晶核外表構造。2 液固界面微構造與晶體長大機制專業資料整理WORD格式10專業資料整理WORD格式粗糙界面微觀粗糙、宏觀平整金屬或合

34、金從來可的界面：垂直長大。光滑界面微觀光滑、宏觀粗糙無機化合物或亞金屬材料的界面 ：二維晶核長大、依靠缺陷長大。3 液體中溫度梯度與晶體的長大形態（ 1 正溫度梯度液體中距液固界面越遠，溫度越高粗糙界面：平面狀。光滑界面：臺階狀。（ 2負溫度梯度液體中距液固界面越遠，溫度越低粗糙界面：樹枝狀。光滑界面：樹枝狀臺階狀。第五節凝固理論的應用1 材料鑄態晶粒度的控制Zv=0.9(N/G) 3/4（ 1 提高過冷度。降低澆鑄溫度，提高散熱導熱能力，適用于小件。（ 2 化學變質處理。促進異質形核，阻礙晶粒長大。（ 3 振動和攪拌。輸入能力，破碎枝晶。2 單晶體到額制備（ 1根本原理：保證一個晶核形成并長

35、大。（ 2 制備方法：尖端形核法和垂直提拉法。3 定向凝固技術（ 1 原理：單一方向散熱獲得柱狀晶。（ 2 制備方法。4 急冷凝固技術（ 1 非晶金屬與合金（ 2 微晶合金。（ 3 準晶合金。第四章二元相圖相：概念回憶相圖：描述系統的狀態、溫度、壓力及成分之間關系的圖解。二元相圖：第一節相圖的根本知識1 相律（ 1 相律：熱力學平衡條件下，系統的組元數、相數和自由度數之間的關系。（ 2 表達式： f=c-p+2; 壓力一定時， f=c-p+1 。（ 3 應用可確定系統中可能存在的最多平衡相數。如單元系 2 個，二元系 3 個。可以解釋純金屬與二元合金的結晶差異。純金屬結晶恒溫進展，二元合金變溫

36、進展。2 相圖的表示與建立（ 1 狀態與成分表示法狀態表示：溫度成分坐標系。坐標系中的點表象點。成分表示：質量分數或摩爾分數。（ 2 相圖的建立方法：實驗法和計算法。過程：配制合金測冷卻曲線確定轉變溫度填入坐標繪出曲線。相圖構造：兩點、兩線、三區。3 杠桿定律1 平衡相成分確實定根據相率，假設溫度一定，那么自由度為0，平衡相成分隨之確定。2 數值確定：直接測量計算或投影到成分軸測量計算。3 注意：只適用于兩相區；三點支點和端點要選準。專業資料整理WORD格式11專業資料整理WORD格式第二節二元勻晶相圖1 勻晶一樣及其分析（ 1 勻晶轉變：由液相直接結晶出單相固溶體的轉變。（ 2 勻晶相圖：具

37、有勻晶轉變特征的相圖。（ 3 相圖分析以 Cu-Ni 相圖為例兩點：純組元的熔點；兩線： L, S 相線；三區： L, , L+ 。2 固溶體合金的平衡結晶（ 1 平衡結晶：每個時刻都能到達平衡的結晶過程。（ 2 平衡結晶過程分析 冷卻曲線：溫度時間曲線； 相組織與相變各溫區相的類型、相變反響式，杠桿定律應用。； 組織示意圖； 成分均勻化：每時刻結晶出的固溶體的成分不同。（ 3 與純金屬結晶的比較 一樣點：根本過程：形核長大；熱力學條件： T>0；能量條件：能量起伏；構造條件：構造起伏。 不同點：合金在一個溫度X圍內結晶可能性：相率分析，必要性：成分均勻化。合金結晶是選分結晶：需成分起伏

38、。3 固溶體的不平衡結晶1 原因：冷速快假設液相成分均勻、固相成分不均勻。2 結晶過程特點：固相成分按平均成分線變化但每一時刻符合相圖；結晶的溫度X圍增大；組織多為樹枝狀。3 成分偏析：晶內偏析：一個晶粒內部化學成分不均勻現象。枝晶偏析：樹枝晶的枝干和枝間化學成分不均勻的現象。消除：擴散退火，在低于固相線溫度長時間保溫。4 穩態凝固時的溶質分布（ 1穩態凝固： 從液固界面輸出溶質速度等于溶質從邊界層擴散出去速度的凝固過程。（ 2平衡分配系數：在一定溫度下，固、液兩平衡相中溶質濃度的比值。k0 =C s/Cl 3溶質分布：液、固相內溶質完全混合平衡凝固a; 固相不混合、液相完全混合 b;固相不混

39、合、液相完全不混合c；固相不混合、液相局部混合d。4 區域熔煉上述溶質分布規律的應用5 成分過冷及其對晶體生長形態的影響（ 1 成分過冷：由成分變化與實際溫度分布共同決定的過冷。（ 2 形成：界面溶質濃度從高到低液相線溫度從低到高。圖示： 溶質分布曲線勻晶相圖液相線溫度分布曲線實際溫度分布曲線成分過冷區。 3成分過冷形成的條件和影響因素條件： G/R<mC 0(1-k0)/Dk 0合金固有參數：m, k 0;實驗可控參數：G, R 。 4成分過冷對生長形態的影響正溫度梯度下G 越大，成分過冷越大生長形態：平面狀胞狀樹枝狀。第三節二元共晶相圖及合金凝固專業資料整理WORD格式12專業資料整

40、理WORD格式共晶轉變：由一定成分的液一樣時結晶出兩個一定成分固相的轉變。共晶相圖：具有共晶轉變特征的相圖。液態無限互溶、固態有限互溶或完全不溶，且發生共晶反響。共晶組織：共晶轉變產物。是兩相混合物1 相圖分析相圖三要素（ 1 點：純組元熔點；最大溶解度點；共晶點是亞共晶、過共晶成分分界點等。（ 2 線：結晶開場、完畢線；溶解度曲線；共晶線等。（ 3 區： 3 個單相區； 3 個兩相區； 1 個三相區。2 合金的平衡結晶及其組織以Pb-Sn 相圖為例（ 1 Wsn<19 的合金 凝固過程冷卻曲線、相變、組織示意圖。 二次相次生相的生成：脫溶轉變二次析出或二次再結晶。 室溫組織及其相對量計

41、算。2 共晶合金 凝固過程冷卻曲線、相變、組織示意圖。共晶線上兩相的相對量計算。室溫組織 及其相對量計算。（ 3 亞共晶合金 凝固過程冷卻曲線、相變、組織示意圖。 共晶線上兩相的相對量計算。 室溫組織 及其相對量計算。組織組成物與組織圖組織組成物：組成材料顯微組織的各個不同本質和形態的局部。組織圖：用組織組成物填寫的相圖。3 不平衡結晶及其組織（ 1 偽共晶 偽共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶組織。 形成原因：不平衡結晶。成分位于共晶點附近。 不平衡組織由非共晶成分的合金得到的完全共晶組織。共晶成分的合金得到的亞、過共晶組織。偽共晶區偏移（ 2 不平衡共晶 不平衡共晶：位于共晶線以外成

42、分的合金發生共晶反響而形成的組織。 原因：不平衡結晶。成分位于共晶線以外端點附件。（ 3 離異共晶 離異共晶：兩相別離的共晶組織。形成原因平衡條件下，成分位于共晶線上兩端點附近。不平衡條件下，成分位于共晶線外兩端點附。消除：擴散退火。4 共晶組織的形成（ 1 共晶體的形成成分互惠交替形核片間搭橋促進生長兩相交替分布共晶組織2 共晶體的形態粗糙粗糙界面 ：層片狀一般情況 、棒狀、纖維狀一相數量明顯少于另一相粗糙 平滑界面 ：具有不規那么或復雜組織形態由于兩相微觀構造不同所需動態過冷度不同，金屬相任意長大，另一相在其間隙長大。可得到球狀、針狀、花朵狀、樹枝狀共晶體。非金屬相與液相成分差異大。形成較

43、大成分過冷，率先長大，形成針狀、骨骼狀、螺旋狀、蜘蛛網狀的共晶體。3 初生晶的形態：專業資料整理WORD格式13專業資料整理WORD格式金屬固溶體：粗糙界面樹枝狀；非金屬相：平滑界面規那么多面體。第四節二元包晶相圖包晶轉變：由一個特定成分的固相和液相生成另一個特點成分固相的轉變。包晶相圖：具有包晶轉變特征的相圖。1 相圖分析點、線、區。2 平衡結晶過程及其組織（ 1 包晶合金的結晶結晶過程：包晶線以下，L, 對過飽和界面生成三相間存在濃度梯度擴散長大全部轉變為。室溫組織：或。（ 2 成分在 C-D 之間合金的結晶結晶過程：剩余；室溫組織： 。3 不平衡結晶及其組織異常相 導致包晶偏析包晶轉變要

44、經擴散。包晶偏析：因包晶轉變不能充分進展而導致的成分不均勻現象。 異常相 由不平衡包晶轉變引起。成分在靠近固相、包晶線以外端點附件。4 包晶轉變的應用（ 1 組織設計：如軸承合金需要的軟基體上分布硬質點的組織。（ 2 晶粒細化。第五節其它類型的二元相圖自學內容第六節鐵碳合金相圖一 二元相圖的分析和使用1 二元相圖中的幾何規律相鄰相區的相數差1點接觸除外相區接觸法那么；三相區的形狀是一條水平線，其上三點是平衡相的成分點。假設兩個三相區中有2 個一樣的相，那么兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區。單相區邊界限的延長線應進入相鄰的兩相區。（ 2 相圖分析步驟以穩定的化合物分割相圖；確定各點、線、區的

45、意義；分析具體合金的結晶過程及其組織變化注：虛線、點劃線的意義尚未準確確定的數據、磁學轉變線、有序無序轉變線。（ 3 相圖與合金性能的關系 根據相圖判斷材料的力學和物理性能 根據相圖判斷材料的工藝性能鑄造性能：根據液固相線之間的距離XX越大，成分偏析越嚴重因為液固相成分差異大；X 越大，流動性越差因為枝晶興旺 ；X越大，熱裂傾向越大因為液固兩相共存的溫區大。塑性加工性能：選擇具有單相固溶體區的合金。熱處理性能：選擇具有固態相變或固溶度變化的合金。二 鐵碳合金相圖1 組元和相（ 1組元：鐵石墨相圖： Fe,C;鐵滲碳體相圖：Fe-Fe3 C。相： L, , A( ), F(), Fe3 C(K)

46、 。其定義專業資料整理WORD格式14專業資料整理WORD格式2 相圖分析點： 16 個。GS,ES,PQ。線：兩條磁性轉變線；三條等溫轉變線；其余三條線：區： 5 個單相區， 7 個兩相區， 3 個三相區。相圖標注 ：相組成物標注的相圖。組織組成物標注的相圖。3 合金分類：工業純鈦C%<0.0218% 、碳鋼 0.0218<C%<2.11% 、鑄鐵（ C%>2.11% 4 平衡結晶過程及其組織（ 1 典型合金 7 種的平衡結晶過程、組織變化、室溫組織及其相對量計算。（ 2 重要問題： Fe3C , Fe3C , Fe3C的意義及其最大含量計算。Ld -L d轉變。二次杠桿的應用。5 含碳量對平衡組織和性能的影響（ 1 對平衡組織的影響隨 C% 提高組織： Fe3CL d Fe3C；相：減少， Fe3C 增多；共