武漢理工材料科學(xué)基礎(chǔ)考研大綱綜述

1、材 料科學(xué) 基礎(chǔ)大目錄第二章 晶體結(jié)構(gòu) 12.1 結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ) 12.2 結(jié)合力與結(jié)合能 12.3 堆積（記憶常識(shí)） 12.4 單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)（了解） 22.5 無(wú)機(jī)化合物結(jié)構(gòu)（重點(diǎn) 每年必考） 22.6 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu) 3第三章 晶體結(jié)構(gòu)缺陷 53.1 結(jié)構(gòu)缺陷類型 53.2 點(diǎn)缺陷 53.5 固溶體 63.6 非化學(xué)計(jì)量化學(xué)物 7第四章 非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 84.2 熔體的性質(zhì) 84.3 玻璃的形成 8第五章 表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 95.1 固體表面及其結(jié)構(gòu) 95.3 潤(rùn)濕與黏附 10第六章 相圖（必考） 12第七章 擴(kuò)散 137.1 菲克定律（重點(diǎn)） 137.5 多元系統(tǒng)的擴(kuò)散 137.6 影響擴(kuò)散

2、的因素 14第八章 相變 148.1 相變概述 148.2 成核生長(zhǎng)相變 15第九章 固態(tài)反應(yīng) 179.1 概論 179.3 反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 179.5 影響因素 19第十章 燒結(jié) 2010.1 概述 2010.2 燒結(jié)過(guò)程及機(jī)理 2010.4 再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大 2010.7 影響因素 21第十一章 腐蝕 21第十二章疲勞與斷裂 22第二章晶體結(jié)構(gòu)2.1結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)1、概念：晶體：晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間成周期性重復(fù)排列的固體，即晶體是具有格子構(gòu)造的固體。晶胞：晶胞是從晶體結(jié)構(gòu)中取出來(lái)的反映晶體周期性和對(duì)稱性的最小 重復(fù)單元。晶胞參數(shù)：胞的形狀和大小可以用 6個(gè)參數(shù)來(lái)表示，此即晶格特征參 數(shù)，簡(jiǎn)稱晶

3、胞參數(shù)。七大晶系：布拉菲（Bravais）依據(jù)晶胞參數(shù)之間關(guān)系的不同，把所有 晶體劃歸為7類，即7個(gè)晶系。晶面指數(shù)：結(jié)晶學(xué)中經(jīng)常用（hkl）來(lái)表示一組平行晶面，稱為晶面指 數(shù)。數(shù)字hkl是晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸（晶軸）上截距的倒數(shù)的 互質(zhì)整數(shù)比。晶面族：晶體結(jié)構(gòu)中原子排列狀況相同但不平行的兩組以上的晶面， 構(gòu)成一個(gè)晶面族。晶向指數(shù)：用uvw來(lái)表示。其中u、V、w三個(gè)數(shù)字是晶向矢量在參考 坐標(biāo)系X、丫、Z軸上的矢量分量經(jīng)等比例化簡(jiǎn)而得出。晶向族：晶體中原子排列周期相同的所有晶向?yàn)橐粋€(gè)晶向族，用uvw表示。2、晶面指數(shù)和晶向指數(shù)的計(jì)算2.2結(jié)合力與結(jié)合能按照結(jié)合力性質(zhì)不同分為物理鍵和化學(xué)鍵 化學(xué)鍵包括離

4、子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵 物理鍵包括范德華鍵、氫鍵晶體中離子鍵共價(jià)鍵比例估算（公式 2.16）離子晶體晶格能：1摩爾離子晶體中的正負(fù)離子，由相互遠(yuǎn)離的氣態(tài)結(jié)合成離子 晶體時(shí)所釋放出的能量。離子鍵(%)=1-exp j犏犏(X A-X B)式中xA、xB分別為A、B元素的電負(fù)性值。2.3堆積（記憶常識(shí)）1、最緊密堆積原理：晶體中各離子間的相互結(jié)合，可以看作是球體的堆積。球 體堆積的密度越大，系統(tǒng)的勢(shì)能越低，晶體越穩(wěn)定。此即 球體最緊密堆積原理。適用范圍：典型的離子晶體和金屬晶體。 原因：該原理是建立在質(zhì)點(diǎn)在電子云分布呈球形對(duì)稱以及無(wú)方向性的基礎(chǔ)上2、兩種最緊密堆積方式：面心立方最緊密堆積 ABCAB

5、C 密排六方最緊密堆積 ABABAB 系統(tǒng)中：每個(gè)球周圍有 6 個(gè)八面體空隙 8 個(gè)四面體空隙N個(gè)等徑球體做最緊密堆積時(shí)系統(tǒng)有 2N個(gè)四面體空隙N個(gè)八面體空隙 八面體空隙體積大于四面體空隙3、空間利用率：晶胞中原子體積與晶胞體積的比值（要學(xué)會(huì)計(jì)算）兩種最緊密堆積方式的空間利用率為 74.05 % （等徑球堆積時(shí)）4、影響晶體結(jié)構(gòu)的因素內(nèi)因：質(zhì)點(diǎn)相對(duì)大?。Q定性因素）配位數(shù)。 配位數(shù)：一個(gè)原子（或離子）周圍同種原子（或異號(hào)離子）的數(shù)目 為原子（或離子）的配位數(shù)，用 CN 來(lái)表示。極化。 離子緊密堆積時(shí)，帶電荷的離子所產(chǎn)生的電場(chǎng)，必然要對(duì)另一個(gè)離子的 電子云產(chǎn)生吸引或排斥作用，使之發(fā)生變形，這種現(xiàn)

6、象稱為極化 。 影響： 極化會(huì)導(dǎo)致離子間距離縮短，離子配位數(shù)降低，同時(shí)使變形的電子 云相互重疊，使鍵性由離子鍵向共價(jià)鍵過(guò)渡，最終使晶體結(jié)構(gòu)類型發(fā)生 變化。外因（了解）：同質(zhì)多晶類質(zhì)多晶同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變2.4 單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)（了解）2.5 無(wú)機(jī)化合物結(jié)構(gòu)（重點(diǎn) 每年必考） 分析結(jié)構(gòu)從以下幾個(gè)方面入手： 晶胞分子數(shù)， 何種離子做何種堆積， 何種離子添 隙，添隙百分比，正負(fù)離子配位數(shù)，正負(fù)離子電價(jià)是否飽和，配位多面體，添隙 半徑的計(jì)算（剛好相切時(shí)） ，隙結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。1、NaCl型：4個(gè)NaCI分子Cl離子做面心立方密堆積， Na離子填充八面體空隙，填充率100%，正負(fù)離子配位數(shù)均為 6，電價(jià)飽和。【

7、NaCI6】或【CINa6】八面體 結(jié)構(gòu)與性能：此結(jié)構(gòu)在三維方向上鍵力均勻，因此無(wú)明顯解理，破碎后呈顆 粒狀，粒為多面體形狀。離子鍵結(jié)合，因此有較高的熔點(diǎn)和硬度。2、立方ZnS結(jié)構(gòu)：4個(gè)ZnS分子S離子做面心立方密堆積， Zn離子填充四面體空隙填充率50%，離子配位數(shù)均為 4，電價(jià)飽和，【ZnS4】四面體 畫(huà)投影圖（圖 2.26 ）注意：一定要畫(huà)虛線，一定要標(biāo)高，一定要有圖 例（白球黑球代表什么離子）0.阻離子553、 螢石（CaF2結(jié)構(gòu)：（唯一正離子做堆積的結(jié)構(gòu)）4個(gè)CaF2分子Ca離子做面心立方密堆積，F(xiàn)離子填充四面體空隙，填充率100 %。正離子配位數(shù)為8，負(fù)離子配位數(shù)為 4,電價(jià)飽和，

8、【CaF8】或【FCa4】 結(jié)構(gòu)與性能：與 NaCl相比，綜合電價(jià)和半徑因素，螢石質(zhì)點(diǎn)間 鍵力比NaCl強(qiáng)，表現(xiàn)為螢石硬度熔點(diǎn)密度高于NaCl而水中溶解度低于NaCl。由于螢石結(jié)構(gòu)中有一半的立方體空隙沒(méi)有被Ca離子填充，所以在111面網(wǎng)方向上存在毗鄰的同號(hào)離子層，其靜 電斥力起主要作用，導(dǎo)致晶體在平行與111面網(wǎng)方向上易發(fā)生解理，因此螢石常呈八面體解理。堿金屬氧化物R2O為反螢石結(jié) 構(gòu)，它們的正負(fù)離子位置剛好跟螢石結(jié)構(gòu)中相反，性質(zhì)相似，在111面網(wǎng)方向上也易發(fā)生解理。4、 鈣鈦礦CaTi03結(jié)構(gòu)（每年必考）：Ca離子占據(jù)八個(gè)頂點(diǎn)，0占據(jù)六個(gè)面的面心，Ti離子位于體心。Ca和0共同做面心立方密堆

9、積。Ti離子占據(jù)八面體空隙的 1/4。晶胞分子數(shù)1，配 位數(shù)：Ca 12, Ti 6, 0 6, 0電價(jià)飽和。理想情況 下半徑關(guān)系rA + r0 . 2（rB +r0）（會(huì)推導(dǎo)）結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系：電價(jià)飽和，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。5、 自發(fā)極化與鐵電效應(yīng)：（每年必考自發(fā)極化：對(duì)于理想晶體而言，如果不存在外電場(chǎng)時(shí)，單位晶胞中的正負(fù)電荷不重合，具有一定的偶極矩，這種現(xiàn)象稱為自發(fā)極化。產(chǎn)生自發(fā)極化的條件：離子位移后使離子固定在新位置上的力應(yīng)該大于位移 后的恢復(fù)力。BaTi03具有鐵電效應(yīng)而CaTi03不具有鐵電效應(yīng)的原因：要有鐵電效應(yīng)必須能夠產(chǎn)生自發(fā)極化。Ba離子半徑比較大，使得晶胞參數(shù)也比較大，從而使得結(jié)構(gòu)

10、中【TiO6】八面體空隙比較大， Ti與0之間有比較大 的空隙，可以克服恢復(fù)力，可以發(fā)生自發(fā)極化。而CaTiO3中由于Ca離子半徑小，使得晶胞參數(shù)也比較小，從而使結(jié)構(gòu)中【TiO6】八面體空隙比較小，甚至小于Ti離子尺寸，位移后恢復(fù)力很大，不能在新位置上固定下來(lái)，從而 不能產(chǎn)生自發(fā)極化，沒(méi)有鐵電效應(yīng)。2.6硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體基本結(jié)構(gòu)單元是【SiO4】四面體。硅酸鹽晶體各種結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)（4條58頁(yè)）（1） 構(gòu)成硅酸鹽晶體的基本結(jié)構(gòu)單元SiO4四面體。Si-0-Si鍵是一條夾角 不等的折線，一般在145。左右。（2） Si04四面體的每個(gè)頂點(diǎn)，即 02-離子最多只能為兩個(gè)Si04四面體所 共

11、用。（3）兩個(gè)相鄰的Si04四面體之間只能共頂而不能共棱或共面連接。（4）Si04四面體中心的Si4+離子可部分地被AI3+所取代。硅酸鹽晶體分類：根據(jù)硅氧比分類（58頁(yè)表2.13）結(jié)構(gòu)類型SiO44-共用02-數(shù)形狀絡(luò)陰離子Si/0實(shí)例島狀0四面體SiO44-1： 4鎂橄欖石Mg2SiO4鎂鋁石榴石AjMgsISdb組群狀1雙四面體Si2O76-2： 7硅鈣石 CsbSi2O72三節(jié)環(huán)Si30o6-1： 3藍(lán)錐礦 BaTiSi 3O9四節(jié)環(huán)Si4O1281： 3斧石Ca2Al 2(Fe,Mn)B0 3【Si4O12】(OH)六節(jié)環(huán)Si6O1812-1： 3綠寶石 Be3Al 2Si6O18鏈

12、狀2單鏈4-Si2O61： 3透輝石 CaMgSi2O62，3雙鏈Si40n64： 11透閃石 CstMg5Si4O112(OH)2層狀3平面層Si4O1044： 10滑石 Mg3Si401o(0H) 2架狀4骨架SiO201： 2石英Si02AlSi3O81-鉀長(zhǎng)石 KAlSi 3O8仁AlSiO 41方鈉石 NaAlSiO 4 4/3H 20島狀結(jié)構(gòu)：鎂橄欖石（結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系）鎂橄欖石結(jié)構(gòu)中，02-離子近似于六方最緊密堆積排列，Si4+離子填 于四面體空隙的1/8 ； Mg2離子填于八面體空隙的1/2。每個(gè)Si04 四面體被Mg06八面體所隔開(kāi)，呈孤島狀分布。結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：結(jié)構(gòu)

13、中每個(gè)02-離子同時(shí)和1個(gè)Si04和3個(gè)Mg06相 連接，因此，02-的電價(jià)是飽和的，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。由于Mg-0鍵和Si-0鍵都比較強(qiáng)，所以，鎂橄欖石表現(xiàn)出較高的硬度，熔點(diǎn)達(dá)到1890 C，是鎂質(zhì)耐火材料的主要礦物。同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)中各個(gè)方向上鍵力分布比較均勻，所以，橄欖 石結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯的解理，破碎后呈現(xiàn)粒狀。組群狀：橋氧：有限四面體群中連接兩個(gè)Si4+離子的氧稱為橋氧綠寶石結(jié)構(gòu):綠寶石的基本結(jié)構(gòu)單元是由 6個(gè)Si04四面體組成的六節(jié)環(huán)，六 節(jié)環(huán)中的1個(gè)Si4+和2個(gè)02-處在同一高度，環(huán)與環(huán)相疊起來(lái)。圖中粗黑線的六 節(jié)環(huán)在上面，標(biāo)高為 100，細(xì)黑線的六節(jié)環(huán)在下面，標(biāo)高為50。上下兩層環(huán)錯(cuò)開(kāi)3

14、0o投影方向并不重疊。環(huán)與環(huán)之間通過(guò)Be2+和Al3+離子連接。鏈狀：?jiǎn)捂湥p鏈層狀：?jiǎn)尉W(wǎng)層，復(fù)網(wǎng)層，水鎂（鋁）石層滑石：沿C軸方向的復(fù)網(wǎng)層，兩個(gè)硅氧層夾一層水鎂石層，三八面體。結(jié) 構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：層內(nèi)電價(jià)飽和，層間通過(guò)分子間力結(jié)合，有解理。蒙脫石：復(fù)網(wǎng)層，結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：C軸長(zhǎng)度隨含水量而變化。第三章晶體結(jié)構(gòu)缺陷3.1結(jié)構(gòu)缺陷類型缺陷（概念）：晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中周期性勢(shì)場(chǎng)的畸變按照幾何形態(tài)分類：點(diǎn)，線，面，體點(diǎn)缺陷包括：空位，間隙，雜質(zhì)，色心線缺陷有：位錯(cuò)面缺陷有：晶界，表面按照缺陷產(chǎn)生原因分類：熱缺陷（本征缺陷），雜質(zhì)缺陷和非化學(xué)計(jì)量缺陷（非 本征缺陷）熱缺陷分為弗倫克爾缺陷和肖特基缺陷（理

15、解圖 3.2）（弗倫克爾缺陷的特征是空位和間隙質(zhì)點(diǎn)成對(duì)出現(xiàn)，肖特基缺陷特征是正負(fù)離子空位成對(duì)出現(xiàn)。）間隙位置（結(jié)構(gòu)空隙大）表面位置（間隙小/結(jié)構(gòu)緊湊）Frenkel 缺陷Schottky 缺陷3.2點(diǎn)缺陷（重點(diǎn)為缺陷反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)以及缺陷濃度的計(jì)算）符號(hào)，書(shū)寫(xiě)原則，98頁(yè)下面的兩個(gè)基本規(guī)律點(diǎn)缺陷的符號(hào)表征：Kroger-Vink符號(hào),空位（vacancy ）用V來(lái)表示，間隙原子 （interstitial）亦稱為填隙原子，用Mi、Xi來(lái)表示，錯(cuò)位原子錯(cuò)位原子用 MX XM等表示,自由電子（electron ）與電子空穴 （hole ）分別用e，和h 來(lái)表示基本規(guī)律：低價(jià)正離子占據(jù)高價(jià)正離子位

16、置時(shí)，該位置帶有負(fù)電荷，為了保持電中性，會(huì)產(chǎn)生負(fù)離子空位或間隙正離子。高價(jià)正離子占據(jù)低價(jià)正離子位置時(shí)， 該位置帶有正電荷，為了保持電 中性，會(huì)產(chǎn)生正離子空位或間隙負(fù)離子。缺陷反應(yīng)方程式的一般式： 雜質(zhì)揪揪揪？產(chǎn)生的各種缺陷當(dāng)晶體中剩余空隙比較小，女口 NaCI型結(jié)構(gòu)，容易形成肖特基缺陷；當(dāng)晶體中剩余空隙比較大時(shí)，如螢石 CaF2型結(jié)構(gòu)等，容易產(chǎn)生弗侖克爾缺陷 熱缺陷濃度的計(jì)算：熱力學(xué)方法，化學(xué)平衡方法3.5固溶體固溶體：將外來(lái)組元引入晶體結(jié)構(gòu)，占據(jù)主晶相質(zhì)點(diǎn)位置一部分或間隙位置一部分，仍保持一個(gè)晶相，這種晶體稱為固溶體。分類：根據(jù)位置分為置置換型固溶體，間隙型固溶體固溶度分為有限固溶體（不連續(xù)

17、固溶體），無(wú)限固溶體（連續(xù)固溶體） 形成置換固溶體的條件（4條）1、原子或離子尺寸的影響Hume Rothery經(jīng)驗(yàn)規(guī)則2、晶體結(jié)構(gòu)類型的影響3、離子類型和鍵性4、電價(jià)因素形成間隙型固溶體的條件1雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)大小。即添加的原子愈小，易形成固溶體，反之亦然。2晶體（基質(zhì)）結(jié)構(gòu)。 離子尺寸是與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系密切相關(guān)的，在 一定程度上來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)中間隙的大小起了決定性的作用。 一般晶體中 空隙愈大，結(jié)構(gòu)愈疏松，易形成固溶體。3 電價(jià)因素。外來(lái)雜質(zhì)原子進(jìn)人間隙時(shí)，必然引起晶體結(jié)構(gòu)中電價(jià)的 不平衡，這時(shí)可以通過(guò)生成空位，產(chǎn)生部分取代或離子的價(jià)態(tài)變化來(lái) 保持電價(jià)平衡。為什么間隙固溶體不能是連續(xù)固溶體（149頁(yè)最

18、下面）？形成間隙式固溶體時(shí)，一般都使晶格常數(shù)增大，增加到一定的程度，使固溶 體變成不穩(wěn)定而離解，所以填隙型固溶體不可能是連續(xù)的固溶體。會(huì)寫(xiě)方程式理論密度計(jì)算，化學(xué)式的確定1、理論密度計(jì)算理論密度d理二（含有雜質(zhì)的）固溶體的晶胞質(zhì)量 晶胞體積V計(jì)算方法1）先寫(xiě)出可能的缺陷反應(yīng)方程式；2）根據(jù)缺陷反應(yīng)方程式寫(xiě)出固溶體可能的化學(xué)式3）由化學(xué)式可知晶胞中有幾種質(zhì)點(diǎn)，計(jì)算出晶胞中i質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量:i質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量Wi =i的晶胞分子數(shù)創(chuàng)實(shí)際所占分?jǐn)?shù) 阿佛加德羅常數(shù)N。i的原子量n據(jù)此，計(jì)算出晶胞質(zhì)量 W: W = ? Wii=12.固溶體化學(xué)式的寫(xiě)法以CaQ加入到ZrQ中為例，以1 mol為基準(zhǔn)，摻入畑oK陽(yáng)6

19、形成置換式固溶體：CaO玄Cd； + 0。+巧空位模型XXX則化學(xué)式為：C祗ZjQx形成間隙式固溶體；2CaO 勿ca* + 20。+C cNa20 SiO2 c K2O SiO2 c Cs2O SiO24.3 玻璃的形成熱力學(xué)條件：玻璃太與晶態(tài)的厶G相差越小越容易形成玻璃 動(dòng)力學(xué)條件：成核一生長(zhǎng)速度相差越大，越容易形成玻璃結(jié)晶化學(xué)條件：復(fù)合陰離子團(tuán)越大越容易形成玻璃， 排列越不規(guī)則越復(fù)雜越容易形成玻璃璃網(wǎng)絡(luò)形成體（其中正離子為網(wǎng)絡(luò)形成離子），其單鍵強(qiáng)度335kJ / mol。這類氧化物能單獨(dú)形成玻璃。網(wǎng)絡(luò)改變體（正離子稱為 網(wǎng)絡(luò)改變離子），其單鍵強(qiáng)度250kJ/mol。這類氧化物不能形成 玻

20、璃。但能改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使玻璃性質(zhì)改變。網(wǎng)絡(luò)中間體（正 離子稱為網(wǎng)絡(luò)中間離子），其單鍵強(qiáng)度介于250335kJ/mol。這 類氧化物的作用介于玻璃形成體和網(wǎng)絡(luò)改變體兩者之間。單鍵強(qiáng)度越高，熔點(diǎn)越低的氧化物越易于形成玻璃。具有離子鍵或金屬鍵向共價(jià)鍵過(guò)度的混合鍵型則容易形成玻璃第五章表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)5.1固體表面及其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生表面現(xiàn)象的根本原因：材料表面質(zhì)點(diǎn)排列不同于材料內(nèi)部，材料表面處于高 能量狀態(tài)。弛豫：由于固相的三維周期性在固體表面處突然中斷，表面上原子產(chǎn)生的相對(duì)于 正常位置的上、下位移，稱為表面弛豫。圖4.1.3弛豫表面示意圖舉例（NaCI單晶）重構(gòu)：重構(gòu)是指表面原子層在水平方向上的周期性不

21、同于體內(nèi)，但垂直方向的層間距則與體內(nèi)相同。圖4.1.5重構(gòu)表面示意圖舉例（硅111面劈裂后的表面）固體的表面張力與表面自由能：概念，與液體表面張力和表面自由能的區(qū)別（5.1.1.4） 與液體相比：1）固體的表面自由能中包含了彈性能。 表面張力在數(shù)值上不等于表面自 由能；2）固體的表面張力是各向異性的。3） 實(shí)際固體的表面絕大多數(shù)處于非平衡狀態(tài)，決定固體表面形態(tài)的主要 是形成固體表面時(shí)的條件以及它所經(jīng)歷的歷史。4）固體的表面自由能和表面張力的測(cè)定非常困難。表面力場(chǎng)：體表面上的吸引作用，是固體的表面力場(chǎng)和被吸引質(zhì)點(diǎn)的力場(chǎng)相互作 用所產(chǎn)生的，這種相互作用力稱為固體表面力。依性質(zhì)不同，表面力可分為：1

22、）化學(xué)力2）分子引力固體表面結(jié)構(gòu)：晶體表面結(jié)構(gòu)（雙電層得形成過(guò)程212頁(yè)第三段及圖5.6）5.3潤(rùn)濕與黏附1、潤(rùn)濕：是一種流體從固體表面置換另一種流體的過(guò)程分類：沾濕，浸濕，鋪展三種行為自發(fā)進(jìn)行的熱力學(xué)條件：公式5.36 5.37 5.38 5.39 5.40沾濕：DG =gsL- gsV- gLV=gsv-gLV -gSL = - DG浸濕：DG :=gsL-g SVW =-DG=gsv-g SL鋪展：DG :=gsL+g lv -g SV2、接觸角與YOUN方程YOUN方程的推導(dǎo)，g SV - g SLgsv =gsL +gLV cosq 或 cosq =-gLV三種行為的接觸角判據(jù)：沾濕

23、： =-DG = gLV（1+cosq） 常0,q 180,叫？0浸濕： = - DG =gLV cosq 常0,q90，W?0鋪展：S = - DG = g lv （cosq -1）其中，0 =0或不存在，S 0。3、表面粗糙度的影響：n二空釗cosq（1）0 v90時(shí)，0 nv 0 ,即在潤(rùn)濕的前提下，表面粗糙化后 0 n變小，更易 為液體所潤(rùn)濕。（2） 0 90時(shí)，0 n 0 ,即在不潤(rùn)濕的前提下，表面粗糙化后 0 n變大，更 不易為液體所潤(rùn)濕。大多數(shù)有機(jī)液體在拋光的金屬表面上的接觸角小于 90，因而在粗糙金屬 表面上的表觀接觸角更小。純水在光滑石蠟表面上接觸角在 105 110之間，

24、但在粗糙的石蠟表面上，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 0 n可高達(dá)140。4、黏附及其化學(xué)條件黏附（概念）：固體表面的剩余力場(chǎng)不僅可與氣體分子及溶液中的質(zhì)點(diǎn)相互作用 發(fā)生吸附，還可與其緊密接觸的固體或液體的質(zhì)點(diǎn)相互吸引而發(fā) 生粘附良好的黏附的表面化學(xué)條件：1）被粘附體的臨界表面張力丫 C要大或使?jié)櫇駨埩增加，以保證良好潤(rùn)濕。2）粘附功要大，以保證牢固粘附。3）粘附面的界面張力丫 SL要小，以保證粘附界面的熱力學(xué)穩(wěn)定。4）粘附劑與被粘附體間相溶性要好，以保證粘附界面的良好鍵合和保持強(qiáng)度。為此潤(rùn)濕熱要低。另外，粘附性能還與以下因素有關(guān)：1）粘附與固體表面的清潔度有關(guān) 。 如若固體表面吸附有氣體（或蒸氣）而形 成吸附膜

25、，那么會(huì)明顯減弱甚至完全破壞粘附性能。因此，用焊錫焊東西時(shí)， 要清潔表面，除去吸附膜，結(jié)合強(qiáng)度提高。2）粘附與固體的分散度有關(guān) 。一般說(shuō)，固體細(xì)小時(shí)，粘附效應(yīng)比較明顯，提 高固體的分散度，可以擴(kuò)大接觸面積，從而可增加粘附強(qiáng)度。通常粉體具有很 大的粘附能力，這也是硅酸鹽工業(yè)生產(chǎn)中一般使用粉體原料的一個(gè)原因。3）粘附強(qiáng)度與外力作用下固體的變形程度有關(guān) 。如果固體較軟或在一定的外 力下易于變形，就會(huì)引起接觸面積的增加，從而提高粘附強(qiáng)度。第六章 相圖（必考）三元系統(tǒng)相圖（每年必考一個(gè)大題）規(guī)則： 298頁(yè)等含量規(guī)則，等比例規(guī)則，背向線規(guī)則301 頁(yè)重心規(guī)則306 頁(yè)小二的杠桿規(guī)則306 頁(yè)倒數(shù)二段一致

26、熔融化合物的判斷307 頁(yè)第三段溫度下降方向的判斷，最下面結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)的判斷308 頁(yè)第一段劃分副三角形規(guī)則，倒數(shù)第二段不一致熔融化合物的判斷309 頁(yè)界限性質(zhì)的判斷及方程，最下面無(wú)變量點(diǎn)性質(zhì)的判斷310 頁(yè)第一段和第二段仔細(xì)看311 頁(yè)熔體 2 和熔體 3的結(jié)晶過(guò)程仔細(xì)看，涉及到折線和穿相區(qū)兩種情況312 頁(yè)規(guī)律三條314 315 頁(yè)過(guò)渡點(diǎn)以及化合物穩(wěn)定性的判斷316 頁(yè)多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)多做題，熟能生巧第七章擴(kuò)散7.1菲克定律（重點(diǎn)）第一定律的推導(dǎo)（會(huì)畫(huà)模型）葉礑 At即 At=-D（H）? JGCsOC、CCrf原始狀態(tài)經(jīng)擴(kuò)謚后匕j*- _ _5距離工微觀表達(dá)式:J1 = -G （C1 - C2）

27、d =-（C2- C1）d =-Gd2dC =- DdC其中 D =-Gd2666 dx dx6穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散是指在垂直擴(kuò)散方向的任一平面上，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)該平面單位面積的 粒子數(shù)一定，即任一點(diǎn)的濃度不隨時(shí)間而變化，即蟲(chóng)=0dt非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散是指擴(kuò)散物質(zhì)在擴(kuò)散介質(zhì)中濃度隨時(shí)間發(fā)生變化。 擴(kuò)散通量與位置有 關(guān)。第二定律的推導(dǎo):Dm = (JxA- Jx+DxA)Dt ?DmDxADtJxx+DxDx抖C 當(dāng)、*。時(shí)帀J?抖Cx 抖t?Cx(F第一第二定律的內(nèi)在聯(lián)系（最后一句話）：菲克第一第二定律本質(zhì)上是一個(gè)定律, 均表明擴(kuò)散的結(jié)總是使不均勻體系均勻化，由非平衡逐漸達(dá)到平衡。7.5多元系統(tǒng)的擴(kuò)散克肯達(dá)耳效應(yīng)

28、7.5.2 （重點(diǎn)）由于多元系統(tǒng)中各組元擴(kuò)散速率不同而引起的擴(kuò)散偶原始界面向擴(kuò)散速率快的 一側(cè)移動(dòng)的現(xiàn)象稱為克肯達(dá)爾效應(yīng)（Kirkendall effect ）。這種現(xiàn)象在合金系統(tǒng)及 一些氧化物系統(tǒng)普遍存在。在擴(kuò)散過(guò)程中，標(biāo)志物總是向著含低熔點(diǎn)組元較多的 一側(cè)移動(dòng)。相對(duì)而言，低熔點(diǎn)組元擴(kuò)散快，高熔點(diǎn)組元擴(kuò)散慢。正是這種不等量 的原子交換造成了克肯達(dá)爾效應(yīng)?？丝线_(dá)爾效應(yīng)的理論意義：克肯達(dá)爾效應(yīng)揭示了擴(kuò)散宏觀規(guī)律與微觀機(jī)制的內(nèi)在 聯(lián)系，具有普遍性，在擴(kuò)散理論的形成與發(fā)展以及生產(chǎn)實(shí)踐都有十分重要的意義。1）、克肯達(dá)爾效應(yīng)直接否定了置換型固溶體擴(kuò)散的換位機(jī)制，支持了空位 機(jī)制。在鋅銅互擴(kuò)散中，低熔點(diǎn)組

29、元鋅和空位的親和力大，易換位，這樣在擴(kuò)散 過(guò)程中從銅中流入到黃銅中的空位就大于從黃銅中流入到銅中的空位數(shù)量。 即存 在一個(gè)從銅到黃銅的凈空位流， 結(jié)果勢(shì)必造成中心區(qū)晶體整體收縮， 從而造成鉬 絲內(nèi)移。2）、克肯達(dá)爾效應(yīng)說(shuō)明，在擴(kuò)散系統(tǒng)中每一種組元都有自己的擴(kuò)散系數(shù)，由于Dzn Dcu，因此Zn Cu。注意，這里所說(shuō)的Dzn， Dcu均不同于菲克 定律中所用的擴(kuò)散系數(shù) D?？丝线_(dá)爾效應(yīng)的實(shí)際意義： 肯達(dá)爾效應(yīng)往往會(huì)產(chǎn)生副效應(yīng)。 若晶體收縮完全， 原 始界面會(huì)發(fā)生移動(dòng)； 若晶體收縮不完全， 在低熔點(diǎn)金屬一側(cè)會(huì)形成分散的或集中 的空位，其總數(shù)超過(guò)平衡空位濃度，形成孔洞，甚至形成克肯達(dá)爾孔，而在高熔

30、點(diǎn)金屬一側(cè)的空位濃度將減少至低于平衡空位濃度，從而也改變了晶體的密度。 試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)試樣的橫截面同樣發(fā)生了變化。7.6 影響擴(kuò)散的因素外在因素：溫度 雜質(zhì) 氣氛 固溶體類型內(nèi)在因素：擴(kuò)散物質(zhì)性質(zhì)的影響，擴(kuò)散介質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，位錯(cuò)晶界表面的影響第八章 相變8.1 相變概述1、相變分類按照熱力學(xué)分類：按照化學(xué)位偏導(dǎo)數(shù)的連續(xù)性分為一級(jí)相變，二級(jí)相變 一級(jí)：兩相化學(xué)位相等，但化學(xué)位一階偏導(dǎo)數(shù)不相等，反應(yīng)在宏觀性質(zhì)上， 熱焓突變，熱效應(yīng)較大，體積膨脹或收縮二級(jí)：兩相化學(xué)位相等，化學(xué)位一階偏導(dǎo)數(shù)相等，但化學(xué)位二階偏導(dǎo)數(shù)不相 等。表現(xiàn)在宏觀性質(zhì)上，熱容，壓縮系數(shù)和體膨脹系數(shù)發(fā)生變化，而 體積及熱效應(yīng)沒(méi)有實(shí)變。

31、按照相變機(jī)理分為成核生長(zhǎng)相變，連續(xù)性相變，有序無(wú)序相變和馬氏體相變2、相變的條件（重點(diǎn)）溫度條件：若相變過(guò)程放熱（如凝聚過(guò)程、結(jié)晶過(guò)程等） H0,要使 G0， T=T0-T0，即T0T,這表明在該過(guò)程中系統(tǒng)必須 過(guò) 冷卻 ”,或者說(shuō)系統(tǒng)實(shí)際相變溫度比理論相變溫度還要低, 才能使相變 過(guò)程自發(fā)進(jìn)行。若相變過(guò)程吸熱（如蒸發(fā)、熔融等） H0,要滿足 G0這一條件則必須 T0 ,即T0 T,這表明系統(tǒng)要發(fā)生相變過(guò)程必 須“過(guò)熱”。結(jié)論：相變驅(qū)動(dòng)力可以表示為過(guò)冷度 （過(guò)熱度）的函數(shù)，因此相平衡理 論溫度與系統(tǒng)實(shí)際溫度之差即為該相變過(guò)程的推動(dòng)力。壓力濃度條件：要使相變能自發(fā)進(jìn)行，必須 G P。，也即要使凝

32、聚相 變自發(fā)進(jìn)行，系統(tǒng)的飽和蒸汽壓應(yīng)大于平衡蒸汽壓 P。這種過(guò)飽和蒸汽壓差為凝聚相變過(guò)程的推動(dòng)力。要使相變過(guò)程自發(fā)進(jìn)行，應(yīng)使 G o,式（7）右邊a , R、T , c 都為正值，要滿足這一條件必須, cc。，液相要有過(guò) 飽和濃度，它們之間的差值c C。即為這一相變過(guò)程的推動(dòng)力。綜上所述：相變要自發(fā)進(jìn)行，系統(tǒng)必須過(guò)冷（過(guò)熱）或者過(guò)飽和8.2成核生長(zhǎng)相變包括成核和生長(zhǎng)兩個(gè)過(guò)程1、核化速率8.2.1.1均態(tài)核化速率：均態(tài)核化速率勢(shì)壘的推導(dǎo)（420和421頁(yè)）432DGr =-Pr DGv +4pr gLs，dDGrdr= 8pr? ris1fpr2DGv3=0紐DGv*DGr =16p*3(DGv

33、)2核化速率的最終表達(dá)式（公式 8.19和8.20）I 二 n；販ns q 二 n exp(- -DGl)販ns RTago exp(-詈)DGKoDexpC 子)，k0=av0 nnJDo并由此分析均態(tài)核化速率與溫度的關(guān)系（先升后降）1成核速度I與溫度關(guān)系召PT，DT關(guān)系如圖所示。從圖中可見(jiàn)，曲線 P隨T增 加而下降，溫度增加，相變活化能增大，對(duì)晶核形成不利； 而曲線D隨T增加而增加，溫度升高，擴(kuò)散速度加快，對(duì) 晶核的形成有利。這兩個(gè)因素在同時(shí)影響著晶核形成速率。因此IT曲線（如圖所示）必然出現(xiàn)一個(gè)最大值，在低 溫階段，擴(kuò)散控制了晶核形成過(guò)程，故曲線上升；在高溫 階段，相變勢(shì)壘控制了過(guò)程，故

34、曲線下降。非均態(tài)核化速率（了解）、822生長(zhǎng)速率（通常用線生長(zhǎng)速率表示）：分析溫度不同時(shí)速率隨溫度的變化 （424及425頁(yè)仔細(xì)閱讀）溫度Im （嶽嵐）成核速嵐I與生長(zhǎng)速度U隨邀度的雯化0備0峠生長(zhǎng)速率u與擴(kuò)散有關(guān)。1）溫度越低，擴(kuò)散系數(shù)越小，生長(zhǎng)速率也就越小，并趨于零。所以當(dāng)過(guò)冷度大， 溫度遠(yuǎn)低于平衡溫度Tm時(shí)，生長(zhǎng)速率是擴(kuò)散控制的，溫度升高，生長(zhǎng)速率增加;2） 當(dāng)溫度接近于Tm時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)變大，這時(shí)，u值主要決定于兩相的自由焓 差 G，溫度升高，生長(zhǎng)速率降低；3）當(dāng) T=Tm 時(shí)， G=0, u=0。因此，生長(zhǎng)速率在低于Tm的某個(gè)溫度，會(huì)出現(xiàn)極大值。不過(guò)，這個(gè)溫度總是高于具有最大成核速率的

35、溫度。8.2.4第九章固態(tài)反應(yīng)9.1概論1、固態(tài)反應(yīng)概念：固體直接參與反應(yīng)并起化學(xué)變化，同時(shí)至少在固體內(nèi)部或外部的一個(gè)過(guò)程中起控制作用的反應(yīng)。2、固態(tài)反應(yīng)的特征：一般包括相界面上的化學(xué)反應(yīng)和固相內(nèi)的物質(zhì)遷移兩個(gè)過(guò)程，通常需要在高溫下進(jìn)行。9.3反應(yīng)動(dòng)力學(xué)9.3.1 一般動(dòng)力學(xué)關(guān)系：固態(tài)反應(yīng)通常由若干簡(jiǎn)單的物理化學(xué)過(guò)程構(gòu)成，整個(gè)過(guò)程速度由其中最慢的一環(huán)控制。1、當(dāng)擴(kuò)散速度遠(yuǎn)大于化學(xué)反應(yīng)速度時(shí)，即 K vv D/ S,則V = kc=Vp最大（式中c0=c），說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)速度控制此過(guò)程，稱為 化學(xué)動(dòng)力學(xué)范圍2、 當(dāng)擴(kuò)散速度遠(yuǎn)小于化學(xué)反應(yīng)速度時(shí)，即K D/ S ，即c = 0，V =D co工=D

36、co =Vd最大。說(shuō)明擴(kuò)散速度控制此過(guò)程，稱為 擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)范圍dd3、當(dāng)擴(kuò)散速度遠(yuǎn)和化學(xué)反應(yīng)速度可相比擬時(shí)，則過(guò)程速度由上式確定，稱為過(guò)1+VP最大VD最大渡范圍，即1+ Ke。 De。9.3.3擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)范圍（重點(diǎn)）拋物線方程=-DS ， = DS 一 dtdx dtx由于A物質(zhì)遷移量dm是比例于sdx,故魚(yú)積分得：F4（ G） = x2 = 2K4?Dt = K4t?dt x楊德方程揚(yáng)德假設(shè)：a反應(yīng)物是半徑為R的等徑球粒；b、反應(yīng)物A是擴(kuò)散相，即A成分總是包圍著B(niǎo)的顆粒，而且A、B同產(chǎn)物C 是完全結(jié)束的，反應(yīng)自球表面向中心進(jìn)行；c) A在產(chǎn)物層中的濃度是線性的，而擴(kuò)散層截面積一定，動(dòng)力學(xué)方

37、程的推導(dǎo)現(xiàn)令以B物質(zhì)為基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化程度為G，則VR。3-(Ro- x)3 彳 “ x、Ro3G =3 二仁(1-)V!RoRo2-X_=i-(i-G)1/32&代入拋物線速度方程式得X2 = R21-(1- G)1/32 = K4t?F5(G)二1-(1- G)1/32= K4t?=K 5t?Ro微分得:dG = %(1-G)2：3dt 21-(1-G)金氏方程：金斯特林格假設(shè)：a) 假設(shè)反應(yīng)A是擴(kuò)散相，B是平均半徑為R。的球形顆粒，反應(yīng)沿B整個(gè)球 表面同時(shí)進(jìn)行，首先，A和B形成產(chǎn)物AB，厚度為x，x隨反應(yīng)進(jìn)行而增厚b) A擴(kuò)散到A-AB界面的阻力遠(yuǎn)小于通過(guò) AB層的擴(kuò)散阻力，則A-AB界面上

38、A的濃度不變?yōu)镃。，因擴(kuò)散控制則A在B-AB界面上的濃度為0。與楊德方程的假設(shè)不同之處：金斯特林格采用了楊德的球狀模形， 但放棄了擴(kuò)散 截面不變的假設(shè)從而導(dǎo)出了更有普遍性的新動(dòng)力 學(xué)關(guān)系。積分：F6(g)= 1 3G (1 - G)2/3 = Ket(1- G)1/31-(1- G)1/39.5影響因素（理解）反應(yīng)物化學(xué)組成：熱力學(xué)角度看，在一定溫度、壓力條件下，反應(yīng)刻度能進(jìn)行的 方向是自由焓減少（ Gv 0）的過(guò)程，而且的負(fù)值愈大，該 過(guò)程的推動(dòng)力也愈大，沿該方向反應(yīng)的幾率也大。從結(jié)構(gòu)角度 看，反應(yīng)物中質(zhì)點(diǎn)間的作用鍵愈大，則可動(dòng)性和反應(yīng)能力愈小， 反之亦然。其次，在同一反應(yīng)系統(tǒng)中，固相反應(yīng)速

39、度還與各反應(yīng)物間的比 例有關(guān)。反應(yīng)物顆粒及均勻性：1）物料顆粒尺寸愈小，比表面積愈大，反應(yīng)界面和擴(kuò)散 截面增加，反應(yīng)產(chǎn)物層厚度減少，使反應(yīng)速度增大。2）同一反應(yīng)物系由于物料尺寸不同，反應(yīng)速度可能會(huì)屬 于不同動(dòng)力學(xué)范圍控制。溫度：溫度是影響固相反應(yīng)速度達(dá)到的重要外部條件。一般隨溫度升高，質(zhì)點(diǎn)熱 運(yùn)動(dòng)動(dòng)能增大，反應(yīng)能力和擴(kuò)散能力增強(qiáng)。對(duì)于化學(xué)反應(yīng)，因其速度常數(shù) K =A exp（-Q）。因此，溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)的加速作用一般也比對(duì)擴(kuò)散過(guò)程RT為大。壓力與氣氛：對(duì)不同反應(yīng)類型，壓力的影響也不同。在兩相間的反應(yīng)中，增大壓 力有助于顆粒的接觸面積，加速物質(zhì)傳遞過(guò)程，使反應(yīng)速度增加。 但對(duì)于有液、氣相參與達(dá)到

40、反應(yīng)中，擴(kuò)散過(guò)程主要不是通過(guò)固體粒 子的直接接觸實(shí)現(xiàn)的。因此提高壓力有時(shí)并不表現(xiàn)出積極作用，甚 至?xí)m得其反。反應(yīng)物活性：實(shí)踐證明，同一物質(zhì)處于不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)時(shí)其反應(yīng)活性差異甚大。一般說(shuō)來(lái)，晶格能愈高、結(jié)構(gòu)愈完整和穩(wěn)定的，其反應(yīng)活性也低。第十章燒結(jié)10.1概述燒結(jié)：燒結(jié)過(guò)程是經(jīng)過(guò)成型的固體粉狀顆粒在加熱到低于熔點(diǎn)溫度的溫度下，產(chǎn)生顆粒粘結(jié)，通過(guò)物質(zhì)傳遞，使成型體逐漸變成具有一定幾何形狀和性能的 整體的過(guò)程10.2燒結(jié)過(guò)程及機(jī)理1、過(guò)程：表10.1 （重點(diǎn)，背住）2、燒結(jié)推動(dòng)力：系統(tǒng)表面能的降低3、機(jī)理：黏附，傳質(zhì)黏附作用是燒結(jié)初始階段，導(dǎo)致粉體顆粒間鍵合、靠攏、重排，并開(kāi)始形成 接觸區(qū)的一個(gè)重要

41、原因。傳質(zhì)包括流動(dòng)傳質(zhì)，擴(kuò)散傳質(zhì)，氣相傳質(zhì)，溶解沉淀傳質(zhì)。10.4再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大燒結(jié)過(guò)程中，高溫下同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)過(guò)程：再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大，尤其是在燒結(jié)后期1、初次再結(jié)晶：是指從塑性變形的、具有應(yīng)變的基質(zhì)中，生長(zhǎng)出新的無(wú)應(yīng)變晶 粒的成核和長(zhǎng)大過(guò)程推動(dòng)力：基質(zhì)塑性變形增加的能量2、 晶粒長(zhǎng)大（正常長(zhǎng)大）：燒結(jié)中、后期細(xì)小晶粒逐漸長(zhǎng)大，是晶界移動(dòng)的結(jié)果,其結(jié)果是平均晶粒尺寸增加。推動(dòng)力：晶界過(guò)剩的自由能3、二次再結(jié)晶（晶粒異常長(zhǎng)大）：是胚體中個(gè)別大晶粒的異常長(zhǎng)大，其結(jié)果是個(gè)別晶粒異常長(zhǎng)大，這是區(qū)別與正常晶粒長(zhǎng)大的。推動(dòng)力仍然是晶界過(guò)剩的自由能。危害：二次再結(jié)晶發(fā)生后，由于個(gè)別晶粒異常長(zhǎng)大，氣孔進(jìn)入晶粒

42、內(nèi)部，成 為孤立閉氣孔，不易排除，使燒結(jié)速率降低甚至停止，胚體不再致密； 加之大晶粒的晶界上有應(yīng)力存在，使其內(nèi)部易出現(xiàn)隱裂紋，繼續(xù)燒結(jié) 時(shí)胚體易膨脹而開(kāi)裂，使燒結(jié)體的機(jī)械，電學(xué)性能下降10.7 影響因素 （略）注意與實(shí)際工藝過(guò)程相結(jié)合， 教材中有很多例子， 要仔細(xì)看，考試可能從中出題腐蝕和斷裂兩章考試內(nèi)容少，基本上只出基本概念第十一章 腐蝕腐蝕定義：材料腐蝕是指材料由于環(huán)境作用而引起的破壞和變質(zhì)過(guò)程分類：金屬 / 高分子/ 無(wú)機(jī)非金屬腐蝕*金屬腐蝕：金屬在環(huán)境介質(zhì)中發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)或物理作用導(dǎo)致的金屬的變質(zhì) 和破壞，分為全面腐蝕和局部腐蝕。腐蝕特點(diǎn)：大多數(shù)情況下可以用電化學(xué)過(guò)程描述，大多發(fā)生在表面，并逐步向 深處發(fā)展。*高