武漢工程大學(xué)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》

1、第1章 晶體結(jié)構(gòu)第一部分重點定義1.空間點陣：這些陣點在空間呈周期性規(guī)則排列并具有完全相同的周圍環(huán)境，這種由它們在三維空間規(guī)則排列的陣列稱為空間點陣，簡稱點陣。2.陣點：為了便于分析研究晶體中質(zhì)點的排列規(guī)律性，可先將實際晶體結(jié)構(gòu)看成完整無缺的理想晶體并簡化，將其中每個質(zhì)點抽象為規(guī)則排列于空間的幾何點，稱之為陣點。3.晶胞：具有代表性的基本單元（最小平行六面體）作為點陣的組成單元，稱為晶胞。將晶胞作三維的重復(fù)堆砌就構(gòu)成了空間點陣。4.配位數(shù)：配位數(shù)(CN)是指晶體結(jié)構(gòu)中任一原子周圍最近鄰且等距離的原子數(shù)。5.空間利用率：晶體結(jié)構(gòu)中原子體積占總體積的百分比。如以一個晶胞來計算，則空間利用率就是晶胞

2、中原子體積與晶胞體積之比值，即 式中CP為空間利用率；n為晶胞中原子數(shù)；v是一個原子的體積。 6.反螢石結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)與螢石完全相同，只是陰、陽離子的個數(shù)及位置剛好與螢石中的相反，即金屬離子占有螢石結(jié)構(gòu)中F的位置，而02離子或其他負離子占Ca2+的位置，這種結(jié)構(gòu)稱為反螢石結(jié)構(gòu)。7.離子極化：離子極化指的是在離子化合物中，正、負離子的電子云分布在對方離子的電場作用下，發(fā)生變形的現(xiàn)象。8.離子極化對晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響：其會導(dǎo)致粒子間距縮短，離子配位數(shù)降低，同時變形的電子云相互重疊，使鍵性由離子鍵向共價鍵過度，最終使晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。9.最緊密堆積原理：在形成晶體的過程中，物質(zhì)質(zhì)點之間趨向于盡可能靠

3、近，從而形成最緊密堆積。最緊密堆積分等大球體的最緊密堆積和不等大球體的緊密堆積兩種。適用于適用于典型的離子晶體和金屬晶體.10.不等大球體的緊密堆積時，較大的球?qū)戳胶土⒎阶罹o密堆積方式進行堆積，而較小的球則按自身體積的大小填入其中的八面體空隙中或四面體空隙中。11晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)點陣基元12.晶胞所具有的條件：a)  選取的平行六面體能代表整個空間點陣的對稱性；b) 平行六面體內(nèi)相等的棱和角的數(shù)目最多；c)  平行六面體棱間的直角最多；d) 在滿足上述條件下，晶胞應(yīng)具有最小的體積。總之，晶胞的選擇既要考慮周期性，又要考慮宏觀對稱

4、性13.布拉菲點陣：7個晶系，14種晶格14.聲電效應(yīng)15.電光效應(yīng)16.壓電效應(yīng)二重點結(jié)論1.等徑球最緊密堆積有六方和面心立方緊密堆積兩種，一個球的周圍有8個四面體空隙、6個八面體空隙。2.n個等徑球作最緊密堆積時可形成n個八面體空隙、2n個四面體空隙。3.三種常見晶體結(jié)構(gòu)項目面心立方體心立方密排六方晶胞原子數(shù)426點陣常數(shù)配位數(shù)12812堆積系數(shù)74.05%68.02%74.05%4. 重點離子化合物結(jié)構(gòu)化合物晶系晶格配位數(shù)ZNaClCsCl立方ZnS六方ZnSCaF25.硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，但不同的結(jié)構(gòu)之間具有下面的共同特點：（1）結(jié)構(gòu)中的Si4+離子位于O2-離子形成的四面體中心，

5、構(gòu)成硅酸鹽晶體的基本結(jié)構(gòu)單元SiO4四面體。Si-O-Si是一條夾角不等的折線，一般在145°左右。（2）SiO4四面體的每個頂點，即O2-離子最多只能為兩個SiO4四面體所共用。（3）兩個相鄰的SiO4四面體之間只能共頂而不能共棱或共面連接。（4）SiO4四面體中心的Si4+離子可以部分地被Al3+離子所取代，取代后結(jié)構(gòu)本身不發(fā)生太大變化，即所謂的同晶取代，但晶體的性質(zhì)發(fā)生了很大的變化。這為材料的改性提供了可能。6.硅酸鹽的化學(xué)式表征方法主要有以下兩種：（1）氧化物表示法將構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有氧化物按一定的比例和順序全部寫出來，先是1價的堿金屬氧化物，其次是2價、3價的金屬氧化物，

6、最后是SiO2（2）無機絡(luò)合鹽表示法構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有離子按一定的比例和順序全部寫出來，再把相關(guān)的絡(luò)陰離子用中括號括起來即可。先是1價、2價的金屬離子，其次是Al3+離子和Si4+離子，最后是O2-離子和OH-離子。結(jié)構(gòu)類型絡(luò)陰離子團Si:OI島狀SiO44-1:4組群狀Si2O76-Si3O96-Si4O128-Si6O1812-2:71:31:31:3鏈狀Si2O64-Si4O116-1:34:11層狀Si4O104-4:10架狀SiO44-(AlxSi4-x)O8x-1:41:4氧化物表示法的優(yōu)點在于一目了然的反應(yīng)出晶體的化學(xué)組成，可以按此配料來進行晶體的實驗室合成。用無機絡(luò)合鹽法則可

7、以比較直觀的反應(yīng)出晶體所屬的結(jié)構(gòu)類型，進而可以對晶體結(jié)構(gòu)及性質(zhì)作出一定程度的預(yù)測。兩種表示方法之間可以相互轉(zhuǎn)換。7. 硅酸鹽晶體的分類8. 空間點陣是晶體中質(zhì)點排列的幾何學(xué)抽象，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對稱性，由于各陣點的周圍環(huán)境相同。第三部分重點習(xí)題1. Li2O的結(jié)構(gòu)是O2作面心立方堆積，Li占據(jù)所有四面體空隙位置，氧離子半徑為0.132nm。求：（1）計算負離子彼此接觸時，四面體空隙所能容納的最大陽離子半徑，并與書末附表Li半徑比較，說明此時O2能否互相接觸；（2）根據(jù)離子半徑數(shù)據(jù)求晶胞參數(shù)；（3）求Li2O的密度。2. CaF2的晶胞參數(shù)為0.547nm。（1）根據(jù)CaF2晶胞

8、立體圖畫出CaF2晶胞在（001）面上的投影圖；（2）畫出CaF2（110）面上的離子排列簡圖；（3）正負離子半徑之和為多少？3. 根據(jù)電價規(guī)則，在下面情況下，空隙內(nèi)各需填入何種價數(shù)的陽離子，并對每一種結(jié)構(gòu)舉出個例子。（1）所有四面體空隙位置均填滿；（2）所有八面體空隙位置均填滿；（3）填滿半四面體空隙位置；（4）填滿半八面體空隙位置。4. 下列硅酸鹽礦物各屬何種結(jié)構(gòu)類型：Mg2SiO4，KAlSi3O8，CaMgSi2O6，Mg3Si4O10（OH）2，Ca2AlAlSiO7。第2章 晶體缺陷第一部分重點定義1.點缺陷：三維方向上缺陷尺寸都處于原子大小的數(shù)量級上。2.線缺陷:指在一維方向上偏

9、離理想晶體中的周期性、規(guī)則性排列所產(chǎn)生的缺陷。3.面缺陷：指在兩維方向上偏離理想晶體中的周期性、規(guī)則性排列所產(chǎn)生的缺陷。4.肖特基缺陷：如果正常格點上的原子，熱起伏過程中獲得能量離開平衡位置遷移到晶體的表面，在晶體內(nèi)正常格點上留下空位，這即是肖特基缺陷。5.弗倫可爾缺陷：在晶格熱振動時，一些能量足夠大的原子離開平衡位置后，擠到晶格點的間隙中，形成間隙原子，而原來位置上形成空位，這種缺陷稱為弗倫克爾缺陷。 6.熱缺陷：晶體溫度高于絕對0K時，由于熱起伏使一部分能量較大的質(zhì)點（原子或離子）離開平衡位置所產(chǎn)生的空位和/或間隙質(zhì)點。7.固溶體：含有外來雜質(zhì)原子的晶體稱為固體溶液，簡稱固溶體。8. 非化

10、學(xué)計量化合物：由于晶體缺陷造成晶體的組成中各元素原子的相對數(shù)目不能用整數(shù)比表示的化合物,稱非整數(shù)比化合物，也稱非化學(xué)計量化合物。第二部分重點結(jié)論1.非化學(xué)計量化合物的特點：非化學(xué)計量化合物產(chǎn)生及缺陷濃度與氣氛性質(zhì)、壓力有關(guān)；可以看作是高價化合物與低價化合物的固溶體；缺陷濃度與溫度有關(guān)，這點可以從平衡常數(shù)看出；非化學(xué)計量化合物都是半導(dǎo)體。由于負離子缺位和間隙正離子使金屬離子過剩產(chǎn)生金屬離子過剩（n型）半導(dǎo)體，正離子缺位和間隙負離子使負離子過剩產(chǎn)生負離子過剩（p型）半導(dǎo)體。2.影響形成置換型固溶體影響因素：（1）離子尺寸：15%規(guī)律：1.（R1-R2）/R1>15%不連續(xù)。2.<15%

11、連續(xù)。3.>40%不能形成固熔體。（2）離子價：電價相同，形成連續(xù)固熔體。（3）晶體結(jié)構(gòu)因素：基質(zhì)，雜質(zhì)結(jié)構(gòu)相同，形成連續(xù)固熔體。（4）場強因素。（5）電負性：差值小，形成固熔體。差值大形成化合物。3.影響形成間隙型固溶體影響因素：（1）雜質(zhì)質(zhì)點大?。杭刺砑拥脑佑?，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，在一定程度上來說，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）電價因素：外來雜質(zhì)原子進人間隙時，必然引起晶體結(jié)構(gòu)中電價的不平衡，這時可以通過生成空位，產(chǎn)生部分取代或離子的價態(tài)變化來保持電價平衡。4

12、.形成固溶體后對晶體性質(zhì)的影響：（1）穩(wěn)定晶格，阻止某些晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生；（2）活化晶格，形成固溶體后，晶格結(jié)構(gòu)有一定畸變，處于高能量的活化狀態(tài)，有利于進行化學(xué)反應(yīng)；（3）固溶強化，溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的強度、硬度升高；（4）形成固溶體后對材料物理性質(zhì)的影響：固溶體的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等物理性質(zhì)也隨成分而連續(xù)變化，但一般都不是線性關(guān)系。固溶體的強度與硬度往往高于各組元，而塑性則較低.5.固溶體、晶格缺陷和非化學(xué)計量化合物三者之間的異同點分類形成原因形成條件缺陷反應(yīng)化學(xué)式溶解度、缺陷濃度熱缺陷肖特基弗倫克爾熱起伏T>0kO+MMMi··+MXMX只受溫度控制固溶體無限，

13、有限，置換，間隙攙雜溶解大小，電負性，電價，結(jié)構(gòu)無：受溫度控制有：攙雜量<固溶度受溫度控制攙雜量>固溶度受固溶度控制非化學(xué)計量化合物陽缺陰間陽間陰缺環(huán)境中氣氛性質(zhì)和壓力變化Fe1-xOUO2+xZn1+xOTiO2-Xh·第三部分重點習(xí)題1.寫出下列缺陷反應(yīng)式：（l）NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶體；（2）CaCl2溶入NaCl中形成空位型固溶體；（3）NaCl形成肖特基缺陷；（4）Agl形成弗倫克爾缺陷（Ag+進入間隙）。2.非化學(xué)計量化合物FexO中，F(xiàn)e3+Fe2+0.1，求FexO中的空位濃度及x值。3.非化學(xué)計量缺陷的濃度與周圍氣氛的性質(zhì)、壓力大小相關(guān)，

14、如果增大周圍氧氣的分壓非化學(xué)計量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度將發(fā)生怎么樣的變化？增大還是減??？為什么？4.在MgOAl2O3和PbTiO3PbZrO3中哪一對形成有限固溶體，哪一對形成無限固溶體，為什么？5.CeO2為螢石結(jié)構(gòu)，其中加入15mol%CaO形成固溶體，測得固溶體密度d7.01g/cm3，晶胞參數(shù)a0.5417nm，試通過計算判斷生成的是哪一種類型固溶體。已知原子量Ce140.12，Ca40.08，O16.00。第三章非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一部分重點定義1. 習(xí)慣上把高熔點物質(zhì)的液體稱為熔體（指熔點溫度以上，具有一定流動性的液體），所以對于硅酸鹽來說，它的液體一般稱之為熔體。

15、熔體或液體介于氣體和晶體之間，高溫時其結(jié)構(gòu)狀態(tài)接近氣體，在低溫時接近晶體。2.縮聚（聚合）：由分化過程產(chǎn)生的低聚合物，相互作用，形成級次較高的聚合物，同時釋放出部分Na2O，這個過程稱為縮聚，也即聚合。3.解聚：在熔融SiO2中，O/Si比為2：1，SiO4連接成架狀。若加入Na2O則使O/Si比例升高，隨加入量增加，O/Si比可由原來的2：1逐步升高到4：1，SiO4連接方式可從架狀變?yōu)閷訝睢?、鏈狀、環(huán)狀直至最后斷裂而形成SiO4島狀，這種架狀SiO4斷裂稱為熔融石英的分化過程，也即解聚。4.硼反?，F(xiàn)象：硼酸鹽玻璃與相同條件下的硅酸鹽玻璃相比，其性質(zhì)隨R2O或RO加入量的變化規(guī)律相反，這

16、種現(xiàn)象稱硼反常現(xiàn)象。5.晶子學(xué)說、無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：凡是成為玻璃態(tài)的物質(zhì)和相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)一樣，也是由一個三度空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。這種網(wǎng)絡(luò)是由離子多面體（三角體或四面體）構(gòu)筑起來的。晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)是由多面體無數(shù)次有規(guī)律重復(fù)構(gòu)成，而玻璃中結(jié)構(gòu)多面體的重復(fù)沒有規(guī)律性。6.當(dāng)相鄰內(nèi)層液體作相對運動時，兩層之間存在著一種阻礙運動的內(nèi)摩擦力f，而單位面積的內(nèi)摩擦力和垂直于液體運動方向的速度梯度的關(guān)系如下：（的物理意義單位接觸面積單位速度梯度下兩層液體間的內(nèi)摩擦力。）7.表面張力：熔體表面層的質(zhì)點受到內(nèi)部質(zhì)點的吸引力比表面層空氣介質(zhì)的引力為大，因此表面層質(zhì)點有趨向于熔體內(nèi)部使表面積有盡量收縮的趨勢，結(jié)果在表面切線方向

17、上有一種縮小表面的力作用，這個力稱為表面張力。表面張力的物理意義為：作用于表面單位長度上與表面相切的力，第二部分重點總結(jié)1. 硅酸鹽熔體聚合物結(jié)構(gòu)形成的過程和結(jié)構(gòu)特點：聚合物的形成是以硅氧四面體為基礎(chǔ)單位，組成大小不同的聚合體?？煞譃槿齻€階段：初期：石英的分化，架狀SiO4斷裂，在熔體中形成了各種聚合程度的聚合物。中期：縮聚并伴隨變形一般鏈狀聚合物易發(fā)生圍繞Si-O軸轉(zhuǎn)動同時彎曲，層狀聚合物使層本身發(fā)生褶皺、翹曲、架狀聚合物熱缺陷增多，同時Si-O-Si鍵角發(fā)生變化。后期：在一定時間和溫度范圍內(nèi)，聚合和解聚達到平衡?？s聚釋放的Na2O又能進一步侵蝕石英骨架而使其分化出低聚物，如此循環(huán)，直到體系

18、達到分化-縮聚平衡為止。2. 影響熔體粘度的因素有哪些，試分析一價堿金屬氧化物降低硅酸鹽熔體粘度的原因（1）影響熔體粘度的主要因素：溫度和熔體的組成。堿性氧化物含量增加，劇烈降低粘度。隨溫度降低，熔體粘度按指數(shù)關(guān)系遞增。（2）通常堿金屬氧化物（Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O）能降低熔體粘度。這些正離子由于電荷少、半徑大、和O2的作用力較小，提供了系統(tǒng)中的“自由氧”而使O/Si比值增加，導(dǎo)致原來硅氧負離子團解聚成較簡單的結(jié)構(gòu)單位，因而使活化能減低、粘度變小。3.溫度粘度關(guān)系1）弗侖格爾公式：或2）VFG公式為更適用的粘度溫度關(guān)系公式：4. 溫度經(jīng)驗公式：=0（1bT）式中：b與組

19、成有關(guān)的經(jīng)驗常數(shù)；0一定條件下開始的的表面張力值；T溫度變動值。5. 影響玻璃形成過程中的動力學(xué)因素是：影響玻璃形成的關(guān)鍵是熔體的冷卻速率，熔體是析晶還是形成玻璃與過冷度、粘度、成核速率、晶體生長速率有關(guān)。玻璃形成的結(jié)晶化學(xué)因素有：復(fù)合陰離子團大小與排列方式，鍵強，鍵型。第三部分重點習(xí)題1.從以下兩種釉式中，你能否判斷兩者的熔融溫度、粘度、表面張力上的差別？說明理由。2.SiO2熔體的粘度在1000時為1014Pa·s，在1400時為107Pa·s。SiO2玻璃粘滯流動的活化能是多少？上述數(shù)據(jù)為恒壓下取得，若在恒容下獲得，你認為活化能會改變嗎？為什么？3.在SiO2中加入2

20、0B2O3，試計算熔體的OSi比例是多少？4.若將50molNa2O加入到SiO2中，計算OSi比例是多少？這種配比能形成玻璃嗎？為什么？5.以下三種物質(zhì)，哪個最容易形成玻璃？哪個最不容易形成玻璃，為什么？（1）Na2O·2SiO2；（2）Na2O·SiO2；（3）NaCl第四章表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.固體的接觸界面一般可分為表面、界面和相界面：1）表面: 表面是指固體(三維結(jié)構(gòu))與真空的界面。2）界面: 相鄰兩個結(jié)晶空間的交界面稱為“界面”。3）相界面: 相鄰相之間的交界面稱為相界面。2. 相界面有三類: 固相與固相的相界面（sS）；固相與氣相之間的相界面（sV）；固相與液相之

21、間的相界面（sL）。3.理想表面：沒有雜質(zhì)的單晶，作為零級近似可將清潔表面定義為一個理想表面。這是一種理論上的結(jié)構(gòu)完整的二維點陣平面。忽略了晶體內(nèi)部周期性勢場在晶體表面中斷的影響，忽略了表面原子的熱運動、熱擴散和熱缺陷等，忽略了外界對表面的物理化學(xué)作用等。4.清潔表面是指不存在任何吸附、催化反應(yīng)、雜質(zhì)擴散等物理化學(xué)效應(yīng)的表面。5.真實的清潔表面與理想表面間主要存在如下不同：表面結(jié)構(gòu)弛豫 ；表面結(jié)構(gòu)重構(gòu) ；表面雙電層 。 6. 根據(jù)表面原子的排列，清潔表面又可分為臺階表面、弛豫表面、重構(gòu)表面等。 1）臺階表面：臺階表面不是一個平面，它是由有規(guī)則的或不規(guī)則的臺階的表面所組成。2） 弛豫表面：由于固

22、相的三維周期性在固體表面處突然中斷，表面上原子產(chǎn)生的相對于正常位置的上、下位移，稱為表面弛豫。3）重構(gòu)表面：重構(gòu)是指表面原子層在水平方向上的周期性不同于體內(nèi)，但垂直方向的層間距則與體內(nèi)相同。 表面結(jié)構(gòu)和體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了本質(zhì)的不同。7.吸附表面：吸附表面有時也稱界面。它是在清潔表面上有來自體內(nèi)擴散到表面的雜質(zhì)和來自表面周圍空間吸附在表面上的質(zhì)點所構(gòu)成的表面。8.固體的表面自由能和表面張力，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的條件以及它所經(jīng)歷的

23、歷史。4）固體的表面自由能和表面張力的測定非常困難。 10.晶體表面結(jié)構(gòu)：表面力的存在使固體表面處于較高能量狀態(tài)。但系統(tǒng)總會通過各種途徑來降低這部分過剩的能量，導(dǎo)致表面質(zhì)點的極化、變形、重排并引起原來晶格的畸變。11.粉體制備：反復(fù)粉碎形成一系列新表面，離子極化變形重排畸變有序性降低，隨粒子的微細化從表面增大，無序性增大并向縱深發(fā)展，不影響內(nèi)部結(jié)構(gòu)表面層的無定形結(jié)構(gòu)和粒度極小的微晶結(jié)構(gòu)的玻璃表面結(jié)構(gòu)。12.玻璃表面結(jié)構(gòu)：在熔體轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａw的過程中，為了保持最小表面能，玻璃表面各成分將按其對表面自由能的貢獻能力自發(fā)地轉(zhuǎn)移和擴散。13.固體實際表面是不規(guī)則而粗糙的不平坦的（1）具有不同厚度的臺階（

24、2）臺階部分具有一系列的斷口（3）數(shù)目不多的原子被吸附在晶體及臺階表面上。這些不同的幾何狀態(tài)同樣會對表面性質(zhì)，如潤濕,孔隙率和孔隙結(jié)構(gòu),透氣性和浸透性等產(chǎn)生影響。14.潤濕是固液界面上的重要行為,液體在與固體接觸時，沿固體表面擴展的現(xiàn)象 。固液接觸后，體系吉布斯自由焓降低時就稱為潤濕。第五章相圖見其他第六章擴散第一部分重點定義1.擴散的概念：指當(dāng)物質(zhì)內(nèi)有梯度（化學(xué)位、濃度、應(yīng)力梯度等）存在時，由于熱運動而導(dǎo)致的質(zhì)點定向遷移。 2擴散通量單位時間內(nèi)通過單位橫截面的粒子數(shù)。用J表示，為矢量（因為擴散流具有方向性）3. 穩(wěn)定擴散是指在垂直擴散方向的任一平面上，單位時間內(nèi)通過該平面單位面積的粒子數(shù)一定

25、，即任一點的濃度不隨時間而變化。4. 不穩(wěn)定擴散是指擴散物質(zhì)在擴散介質(zhì)中濃度隨時間發(fā)生變化。擴散通量與位置有關(guān)。第二部分重點結(jié)論1.對于菲克第一定律，有以下三點值得注意：1） 式是唯象的關(guān)系式，其中并不涉及擴散系統(tǒng)內(nèi)部原子運動的微觀過程。2）擴散系數(shù)反映了擴散系統(tǒng)的特性，并不僅僅取決于某一種組元的特性。3）式不僅適用于擴散系統(tǒng)的任何位置，而且適用于擴散過程的任一時刻。23陰離子擴散系數(shù)般都小于陽離子擴散系數(shù)的原因。解：離子晶體一般為陰離子作密堆積，陽離子填充在四面體或八面體空隙中。所以陽離子較易擴散。如果陰離子進行擴散，則要改變晶體堆積方式，拆散離子晶體的結(jié)構(gòu)骨架，阻力就會較大。故離子晶體中，

26、陰離子擴散系數(shù)般都小于陽離子擴散系數(shù)。4從 結(jié)構(gòu)和能量的觀點解釋為什么D表面>D晶面>D晶內(nèi)。固體表面質(zhì)點在表面力作用下，導(dǎo)致表面質(zhì)點的極化、變形、重排并引起原來的晶格畸變，表面結(jié)構(gòu)不同于內(nèi)部，并使表面處于較高的能量狀態(tài)。晶體的內(nèi)部質(zhì)點排列有周期性，每個質(zhì)點力場是對稱的，質(zhì)點在表面遷移所需活化能較晶體內(nèi)部小，則相應(yīng)的擴散系數(shù)大。同理，晶界上質(zhì)點排列方式不同于內(nèi)部，排列混亂，存在著空位、位錯等缺陷，使之處于應(yīng)力畸變狀態(tài)，具有較高能量，質(zhì)點在晶界遷移所需的活化能較晶內(nèi)小，擴散系數(shù)大。但晶界上質(zhì)點與晶體內(nèi)部相比，由于晶界上質(zhì)點受兩個晶粒作用達到平衡態(tài)，處于某種過渡的排列方式，其能量較晶體

27、表面質(zhì)點低，質(zhì)點遷移阻力較大因而D晶界<D表面。5. 濃度差會引起擴散，擴散是否總是從高濃度處向低濃度處進行?為什么?解：擴散是由于梯度差所引起的，而濃度差只是梯度差的一種。當(dāng)另外一種梯度差，比如應(yīng)力差的影響大于濃度差，擴散則會從低濃度向高濃度進行。6.菲克第一定律：如何測定擴散系數(shù) J:擴散通量atom/(cm2·s) D:擴散系數(shù)cm2/s c：濃度 7.菲克第二定律：8擴散機制：間隙擴散與空位擴散、擴散激活能、擴散系數(shù)與溫度的關(guān)系9.擴散過程的影響因素分析：1溫度。溫度是影響擴散速率的最主要因素。溫度越高，原子熱激活能量越大，越易發(fā)生遷移，擴散系數(shù)越大。2固溶體類型。不同

28、類型的固溶體，原子的擴散機制是不同的。間隙固溶體的擴散激活能一般均較小。 3晶體結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)對擴散有影響，有些金屬存在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，當(dāng)它們的晶體結(jié)構(gòu)改變后，擴散系數(shù)也隨之發(fā)生較大的變化。體心立方結(jié)構(gòu)的致密度比面心立方結(jié)構(gòu)的致密度小，原子較易遷移。 4晶體缺陷。在實際使用中的絕大多數(shù)材料是多晶材料，對于多晶材料，正如前已述，擴散物質(zhì)通?？梢匝厝N途徑擴散，即晶內(nèi)擴散、晶界擴散和表面擴散。若以QL，QS和QB分別表示晶內(nèi)、表面和晶界擴散激活能；DL，DS和DB分別表示晶內(nèi)、表面和晶界的擴散系數(shù)，則一般規(guī)律是：QLQBQS，所以DSDBDL。5化學(xué)成分。不同金屬的自擴散激活能與其點陣的原子間結(jié)合力

29、有關(guān)，因而與表征原子間結(jié)合力的宏觀參量，如熔點、熔化潛熱、體積膨脹或壓縮系數(shù)相關(guān)，熔點高的金屬的自擴散激活能必然大。6應(yīng)力的作用。如果合金內(nèi)部存在著應(yīng)力梯度，那么，即使溶質(zhì)分布是均勻的，但也可能出現(xiàn)化學(xué)擴散現(xiàn)象。10.反應(yīng)擴散：當(dāng)某種元素通過擴散，自金屬表面向內(nèi)部滲透時，若該擴散元素的含量超過基體金屬的溶解度，則隨著擴散的進行會在金屬表層形成中間相（也可能是另一種固溶體），這種通過擴散形成新相的現(xiàn)象稱為反應(yīng)擴散或相變擴散。 11離子晶體中的擴散特點:1.) 擴散離子所需克服的能壘較高；2) 擴散激活能較高；3) 遷移的距離較長第三部分重點題目1. 欲使Ca2在CaO中的擴散直至CaO的熔點（2

30、600）時都是非本質(zhì)擴散，要求三價離子有什么樣的濃度？試對你在計算中所做的各種特性值的估計作充分說明。已知CaO肖特基缺陷形成能為6eV。2. 試根據(jù)圖7-32查?。海?）CaO在1145和1650的擴散系數(shù)值；（2）Al2O3在1393和1716的擴散系數(shù)值；并計算CaO和Al2O3中Ca2和Al3的擴散活化能和D0值。3. 已知氫和鎳在面心立方鐵中的擴散數(shù)據(jù)為cm2/s和cm2/s，試計算1000的擴散系數(shù)，并對其差別進行解釋。4. 在制造硅半導(dǎo)體器體中，常使硼擴散到硅單晶中，若在1600K溫度下，保持硼在硅單晶表面的濃度恒定（恒定源半無限擴散），要求距表面103cm深度處硼的濃度是表面濃

31、度的一半，問需要多長時間（已知D16008×1012cm2/s；當(dāng)時，）？第七章材料中的相變第一部分重點定義1.固態(tài)相變簡介2.固態(tài)相變的類型：1.擴散型相變；2 馬氏體轉(zhuǎn)變，非擴散型轉(zhuǎn)變，依靠原子的協(xié)調(diào)運動實現(xiàn)；3.脫溶轉(zhuǎn)變的類型，調(diào)幅分解與形核-長大型脫溶的異同點：脫溶分解對性能的影響。4.楊德方程、金斯特林格方程優(yōu)缺點及適應(yīng)條件。解：兩個方程都只適用穩(wěn)定擴散的情況。楊德爾方程在反應(yīng)初期具有很好的適應(yīng)性，但楊氏模型中假設(shè)球形顆粒截面始終不變。因而只適用反應(yīng)初期轉(zhuǎn)化率較低的情況。而金斯格林方程考慮了在反應(yīng)進程中反應(yīng)截面面積隨反應(yīng)過程變化這一事實，因而金氏方程適用范圍更廣，可以適合反

32、應(yīng)初、中期。5.影響固相反應(yīng)的主要因素。（1）反應(yīng)物化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)的影響:反應(yīng)物中質(zhì)點作用力越大，反應(yīng)能力越?。煌环磻?yīng)體系中，固相反應(yīng)速度與各反應(yīng)物間的比例有關(guān)；礦化劑的特殊作用。（2）顆粒度和分布影響：粒徑越小，反應(yīng)速度越快；同一反應(yīng)體系中由于物料尺寸不同，反應(yīng)速度會屬于不同動力學(xué)范圍控制；少量較大尺寸的顆粒存在會顯著延緩反應(yīng)過程的完成。（3）反應(yīng)溫度的影響：溫度越高，質(zhì)點熱運動增強，反應(yīng)能力和擴散能力增強。（4）壓力、氣氛的影響：兩固相間的反應(yīng)，增大壓力有助顆粒的接觸面積，加速物質(zhì)傳遞過程，使反應(yīng)速度增加；對有液汽相參加的固相反應(yīng)，提高壓力不表現(xiàn)積極作用，甚至適得其反。（5）礦化劑的影響：晶格能越大，結(jié)構(gòu)越完整和穩(wěn)定，反應(yīng)活性越低。加入礦化劑可以提高固相反應(yīng)。第八章相變1.相變是物質(zhì)系統(tǒng)不同相之間的相互轉(zhuǎn)變。按相變機理來分，可以分為擴散型相變和非擴散型相變和半擴散型相變。依靠原子或離子長距離擴散進行的相變叫擴散型相變。非擴散型型相變指原子或離子發(fā)生移動，但相對位移不超過原子間距。2.發(fā)生固態(tài)相變時組分及過冷度變化相