材料科學基礎考點講義

課程輔導模１第—章原子的結構與鍵 ６第—節(jié)原子間的結合６第二節(jié)結合鍵與性能７第二章固體結構９第—節(jié)晶體學基礎９第二節(jié)金屬的晶體結構第三節(jié)合金的相結構第四節(jié)離子晶體結構第三章晶體缺陷第—節(jié)點缺陷第二節(jié)位錯第三節(jié)表面和界面第四章固體中原子及分子的運第—節(jié)表象理論第二節(jié)擴散的原子理第三節(jié)反應擴散第四節(jié)離子晶體中的擴散（概念性了解）第五章材料的形變與再結第—節(jié)晶體的塑性變形第二節(jié)回復和再結晶第六章單組元相圖及純晶體的凝固第—節(jié)單元系相變的熱力學及相平 第二節(jié)純晶體的凝固第七章二元系相圖及合金的凝固第—節(jié)相圖的表示和熱力學基本要 第二節(jié)二元相圖分析第八章三元相圖第—節(jié)三元相圖基第二節(jié)三元相圖分上研途進組織找大牛課程輔導模塊模塊１：考點精講及復習思路（２０小時模塊２：名校解析及典型題精練（１０小時）模塊３：沖刺串講及模擬考卷精講（１０小時）主要內容：１．課程認識與解讀２．考情分析及命題規(guī)律３．備考與應試策略４．各章要點及復習思—、課程認識及解（一）課程認明確兩個問題（１）課程的性質與地１．課程的性質與地位《材料科學基礎》是材料物理與化學、材料成型及控制、焊接技術與工程、材料加工工程等熱加工專業(yè)本科生的一門重要的專業(yè)基礎課，著重闡述金屬與合金的化學成分、結構、組織與性能之間的內在聯(lián)系以及在各種條件下的變化規(guī)律。《材料科學基礎》在本科學習階段在入學考試中占有重要地位，是材料科學與工程一級學科或材料加工二級學科的入學考試科目之一。２．課程的內容與特《材料科學基礎》課程比較系統(tǒng)地介紹金屬與合金的晶體結構、晶體缺陷、固體擴散、形變與再結晶、金屬與合金的相圖與結晶的基本理論，內容分４部分，即晶體學基礎，擴散，形變與再結晶和凝固相變，其中晶體學基礎和固體擴散是這門課的基礎。該課程內容繁雜，所涉及的概念和方法多、機理抽象、空間復雜、領域廣泛（二）解明確兩個問題（（特（２）內容及其各部分之間的關系１．特點根據近年來多數高?？佳兄付?，選用胡庚祥的《材料科學基礎》作為基本。該的特點可以歸納為以下幾個方面：（１）內容豐富全面，包括金屬材料、陶瓷材料、高分子材料的整合，從組織結構角度出發(fā)來闡明問題，本輔導重點放在與金屬材料科學有關的基本現象、基本概念、基本規(guī)律和基本方法上；（２）示意圖和顯微豐富、新穎、清晰（３）內容延伸到生產科研問題，利于深入學習理解。２．內容及其各部分之間的關系本內容分四部分，即晶體學、擴散、形變與再結晶和相變，共８章晶體學部分包括第一章原子鍵合、第二章固體結構、第三章固體缺陷，擴散部分包括第四章固體中的原子分子運動，形變與再結晶部分包括第五章塑性變形與再結晶，相變部分包括第六章～第八章的相圖和凝固結晶等內容。在此基礎上針對熱處理原理和工藝部分可參考《金屬學與熱處理》（崔忠圻）相關內容二、考情分析與命題規(guī)明確以下二個問題（一）考試題（二）試題題型與內容的權重分（一）考試題主要有３種類型：第１類：概念題（，填空題、選擇題、簡答題）第２類：作圖或計算或公式推導題第３類：綜合分析第１類．概念題（涉及全書８章內容目標：學生對基本概念的掌握與理解，對概念、知識或表述的準確性主要是各章中的概念需要注意的是有些概念往往就是其名稱，有些概念往往與某些基本原理緊密相關，甚至就是基本原理；有些上研途進組織找大牛上研途進組織找大牛念與工藝方法緊密相關；有些概念與實驗現象相關有些概念有不同的叫法。合金（南航１２）（名稱）偽共晶（０８）（原理相關柯肯道爾效應（華南理工１２）（實驗相關）臨界變形度（江蘇大學１２）（工藝相關）當非金屬原子和金屬原子的半徑 ０．５９時，形成具有復雜晶體結構的相，稱其（河北工大在離子晶體中，負離子多面體相互間連接時， 結構最穩(wěn)定。Ａ共用頂Ｂ共用棱Ｃ共用面Ｄ不共用（河北工大１２）簡述奧氏體的形成過程及影響奧氏體大小的因素．（哈大１１）第２類．計算或作圖或公式推導題目標：對基本原理的掌握、基本技能應用；計算題經常出現的章節(jié)：晶體結構；擴散；塑性變形；合金相圖。計算題考核內容主要集中于：金屬晶體面間距、致密度、線、面密度的計算；二元合金室溫組織組成物和相組成物的計算；鐵碳合金室溫組織組成物和相組成物的計算；臨界剪切應力的計算；擴散系數的計算。作圖題出現的章節(jié)：金屬晶體結構二元合金、三元合金相圖；金屬及合金的塑性變形；考核內容主要集中于晶面指數晶向指數的作圖；相轉變組織示意圖二元合金相圖的繪制三元合金相圖的水平、垂直截面圖公式推導題主要出現的章節(jié)：金屬晶體結構；純金屬的結晶金屬及合金的塑性變形?？己藘热葜饕杏冢号R界性和半徑和臨界形核功的推導；菲克第二定律的推導；臨界剪切應力的推導。例題：１．２０鋼滲碳時， ＝２．３×１０－５ｍ２／Ｑ＝１３８×１０３Ｊ／ｏｌ，分別計算出９２７℃和１０２７℃時的擴散系數（青島２．根據下列條件畫出一個二元系共晶相圖。兩組元Ａ何Ｂ的分別是１０００℃何７００℃，含＝０．２５的合金在晶完成，它的平衡組織由７３．３％的先共晶α何２６．７％的（α＋β共晶組成，并且此合金的α總量為５０％。（青島１０）３．假設過冷液體中出現一個立方體晶胚，證明形核功第３類．綜合分析題目標：

＝１Ｓσ．（ 理工大學２００８）３Ｋ學生用基本原理、基本理論分析實際問題的能力。特點：范圍較大（即包含的內容教多）；分值高；基本要求基本原理的熟練掌握與理解。例１：根據鐵碳相圖回答問題：（１）畫出鐵碳相圖（２）分析Ｗｃ＝５％的過共晶白口鐵的冷卻過程，畫出冷卻曲線，及組織變化示意圖（３）計算（２）晶滲碳體、二次滲碳體和共析滲碳體的相對含量。（哈爾濱工業(yè)大學（二）試題題型與內容的權重分明確兩個問題１．試題題型的權重分布：２．試題內容的權重分布１．試題題型的權重分布：各個學?？荚噦戎攸c不同，分值比例不同。一般：概念題：每個２～５分，（３０５０分）繪圖、計算題或公式推導題：每個１０分，２０－４０綜合分析題：每個１５－２０分，（１５－２０分）２．試題內容的權重分布我國入學考試中，各招生院校的復習和考試側重點不盡相同，所以要將近年來的考題與《材料科學基礎》的章節(jié)相對應是比較的。近年來不同類型考題出現的章節(jié)做一歸納，以便復習時能給予重點關注。一般來說：晶體結構部分：約１５－２５分擴散部分：約１５－２０分形變與再結晶部分：１５－２５分凝固相變部分：２５～３５分三、備考與與應試策根據上面幾個方面的總結分析可知，在復習準備《材料科學基礎》這門課的時候，要注意以下幾點：通讀理解掌握化學成分－晶體結構或相結構－工藝－組織結構－性能之間的內在聯(lián)系以及各種條件下的變化規(guī)律；熟悉金屬材料在冷（熱）塑性變形、固態(tài)相變、凝固結晶過程中的基本現象、基本概念、基本規(guī)律和基本方法，提高金屬材料強韌化的途徑；學習方法：在理解的基礎上，加強，凝練要點。時間安排：根據章節(jié)內容確定復習計劃；考場答題：認真審題，全面回答，語言簡潔，注意關鍵知識點與邏輯性第一 原子的結構與鍵本章內容分第１節(jié) 原子間的結合鍵類型和原子特性第２節(jié) 結合鍵與性能最外層電子結構決定結合鍵類型（最外層電子得失）金屬鍵、離子鍵、共價鍵、范德華力化學鍵（主價鍵） 物理鍵（次價鍵）電子，電子得失，電子成鍵金屬 離子 共價飽和 方向性 性 密堆積 高配位數 ８－Ｎ第一 原子間的結合考點!結合鍵類（１）金屬鍵（化學鍵，主價鍵金屬中的電子和金屬正離子相互作用所構成鍵合稱為金屬鍵。金屬鍵的基本特點是電子的共有化。結合鍵無方向性、無飽和性。→原子排列趨于低能量的密堆積結構。導電、導熱、塑性好。（２）離子鍵（化學鍵，主價鍵金屬原子失去外層價電子成為正離子，非金屬原子得到價電子成為負離子，依靠類庫侖靜電力形成的鍵合。離子鍵無方向性、無飽和性。→正負離子相間排列，靜電力最大對外顯電中性，原子排列取決于離子電荷及其離子半徑（幾何因素），趨于配位數最高?！汶x子晶體中正負離子結合力較強，其和硬度均較高（３）共價鍵（化學鍵，主價鍵兩個或多個電負性相差不大的原子間通過共用電子對形成的化學鍵合結合鍵有方向性、有飽和性。→原子排列取決于成鍵類型，配位數小，服從８－Ｎ法則。結構穩(wěn)定、高、硬脆等特點、導電差。（４）范德華力（物理鍵，次價鍵電荷位移形成偶極子－庫侖靜電力結合。靜電力（極性分子團）、誘導力（極性分子團－非極性分子）色散力（非極性分子的電子運動瞬時極性）結合鍵無方向性、無飽和性?！叫再|。比化學鍵的鍵能少１～２個數量級。高分子聚合物有不同的性能的主要原因（５）氫鍵（分子鍵由氫原子同時與兩個電負性很大而原子半徑較小的原子（Ｏ，Ｆ，Ｎ等）相結合而產生的具有比一般次價鍵（范德華力）大的鍵力。結合鍵有方向性、有飽和性?！绊懙礁叻肿拥奶厥獾木w結構和性能。結合力介于范德華力和化學鍵力之間。第二 結合鍵與性１．物理性的高低代表了材料穩(wěn)定性程度。共價鍵、離子鍵化合物的Ｔｍ較高。密度與結合鍵有關。因為金屬有較高的相對原子質量，金屬鍵結合沒有方向性，原子趨于密集排列，多數金屬有高的密度。導熱、導電性、硬度等，因為金屬有電子，導熱、導電性好，硬度不如共價晶體和離子晶體。２．力學性能彈性模量與結合能有較好的相關關系強度與原子狀態(tài)、結合能相關（隨后講述）塑性與原子狀態(tài)有關（隨后講述）本章名校例１．陶瓷材料的結合鍵主要為Ａ．金屬鍵Ｂ．離子鍵Ｃ．共價鍵（深大１２）下表繪出的四種固態(tài)材料中的：（深大１２）１．化學鍵的類型；２．每種原子或離子的配位數，（隨后講述３．并分析說明其中那種材料的彈性模量最高，４．抗拉強度最大，（隨后講述）５．延展性最好。（隨后講述考點１：結合鍵性質和分考點２：結合鍵判定和性能分第二 固體結本章內容分第一 晶體學基（空間點陣和晶胞，晶向指數和晶面指數）第二節(jié) 金屬的晶體結構（典型金屬晶體結構，堆垛方式和間隙，多晶型性）第三節(jié) 合金相結構（固溶體和中間相）第四 離子晶體結（離子晶體結構規(guī)則，典型的離子晶體結構）第五節(jié) 共價晶體結構（一般性了解）第一 晶體學基考點!空間點陣和晶（１）空間點把晶體中的原子（分子或離子）抽象為規(guī)則排列于空間的具有等同周邊環(huán)境幾何點，并把振動中心看成其平衡位置，即可得到一個由無數幾何點在三排列而成的規(guī)整的陣列，這種陣列稱為空間點陣，這些幾何點稱為陣點。原子堆積模 晶（２）晶用一系列平行直線將陣點連接起來，形成的一個三維的空間格架用以描述晶體中原子排列規(guī)律。稱為晶格．從晶格中選取一個能夠完全反映晶格特征的最小幾何單元來研究晶體結構，這個最小的幾何單元稱為晶胞．晶胞選取原則ａ．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．體積最小按照陣點周邊等同環(huán)境和晶胞原則，抽象的空間點陣１４種布拉菲點陣（屬于７大晶系）包括：三斜，單斜（底心），正交（底心、面心、體心）四方（體心），立方（面心、體心），三角（菱方），六面心立方舉例為什么十四種布拉菲點陣中不存在底心正方點陣？（沈工大０８，１０，１１畫圖說明一個面心正方點陣可以被 心正方點陣所代替。（沈工大１０）簡要說明為什么十四種布拉菲點陣中不存在面心正方點陣。（沈工大０７）上研途進組織找大牛上研途進組織找大牛寫寫出七種晶系的名稱及點陣參數之間的關系；（分別畫出下列離子晶體的布拉菲點陣（下圖中的點陣參數均為ａ＝ｂ＝ｃ，α＝β＝γ＝９０ｏ）。（北１２）考點"密勒（$'晶向指１．建立坐標系：以晶胞的陣點為原點Ｏ，過原點晶軸為坐標軸ｘ，ｙ，ｚ，以晶胞點陣矢量的長度作為坐標軸的長度單位。２．過原點Ｏ作平行于待定晶向直線ＯＰ３．在直線ＯＰ上選取距原點Ｏ最近的一個陣點Ｐ，確定Ｐ點的坐標值４．將這３個坐標值化為最小整數Ｕ，Ｖ，Ｗ加以方括號，［Ｗ即為待定晶向的晶向指數，負號表在相應數字上方?？键c(密勒（$'晶面指１．建立坐標系：同晶向指數，但坐標原點不在待定晶面內。２．求得待定晶面在三個晶軸上的截距。３．取各截距的倒數４．將三倒數化為互質的整數比，并加上圓括號，記為（ｈｋｌ），負號標在相應數字上方考點)密勒（$'晶面指數（六方晶系晶面指建立坐標系：在六方晶系中，為了明確的表示晶體底面的對稱性，底面用互成１２０度的三個坐標軸ｘｘｘ其單位為晶格常數ａ，加上垂直于底面的方向Ｚ，其單位為高度方向的晶格常數ｃ選擇其中一個平行六面體，變成３軸坐標系，方法同立方晶系，進行標注（ｈｋｌ），按以下公式還原成４軸坐標系即可。４＞３：直接去掉ｉ坐標即可，即：（ｈｋｌ），３＞４：逆向可直接加入ｉ＝－（ｈ＋ｋ），即：（ｈｋ（－ｈ－ｋ）ｌ）上研途進組織找大牛上研途進組織找大?？键c*密勒（$'晶向指數（六方晶系晶向指建立坐標系同晶面指數標定方法選擇其中一個平行六面體，變成３軸坐標系，方法同立方晶系，進行標注［Ｗ，按以下公式還原成４軸坐標系即可。４＞３：Ｕ＝ｕ－ｔ，Ｖ＝ｖ－ｔ，Ｗ＝ｗｕ＝（２Ｕ－Ｖ），ｖ＝（２Ｖ－Ｕ），３＞４： ｔ＝－（ｕ＋ｖ），ｗ＝考點+晶面間—組最近鄰平行晶面間距對于ｆｃｃ，當（ｈｋｌ）不全為奇數或偶數時，有附加面，需要修正１／２。如｛１００｝等對于ｂｃｃ，當ｈ＋ｋ＋ｌ＝奇數時，有附加面，需要修正１／２。如｛１１１｝等對于ｈｃｐ，當ｈ＋２ｋ＝３ｎ（ｎ＝０，１，２，３．．．），且ｌ為奇數時，需要修正１／２。如｛０００１｝考點,晶面和晶向的空間關晶帶：平行于某一晶向（晶帶軸）所有晶面（晶帶面）的集合凡滿足ｈｕ＋ｋｖ＋ｌｗ＝０的晶面都屬于以［ｕｖｗ］為晶帶軸的晶帶。對于立方晶系：相同指數的晶面和晶向相互垂直晶帶定律：ｈｕ＋ｋｖ＋ｌｗ＝０時相互平舉例１．配位數〔沈工大

２．致密度。（太３．多晶型性（沈工大０９，１１）８．晶帶（沈工大０７，０８，１１）９．晶帶定律（沈工大０７，０８，０９，１１，１２）１０．晶帶軸（沈工大１２）立方晶系中，與晶面（１３２）平行和垂直的晶向分別 。（河北工大請計算晶格常數為ａ的面心立方晶體的致密度以及其中的丨１１０丨晶面的面間距。（沈工在立方晶系中畫出下列晶向指數和晶面指數對應的晶向和晶面（標明Ｘ、ｙ、Ｚ軸的方向，并計算面心立方晶體中（１１１）的面密度。（深大１１）一個滑移面（Ｌ和面上的一個滑移方向＜ｕｖｗ＞構成一個滑移系，它們符合什么樣晶體 向關系？試寫出銅單晶體一個滑移面所對應的所有滑移系。（太１１）上研途進組織找大牛上研途進組織找大牛第二 金屬的晶體結!-，..，0.1考點"晶胞原子數、原子半徑、配位數、致密考點(四面體間隙、八面體間舉例碳原子溶入α－Ｆｅ和γ－Ｆｅ中形成間隙固溶體時，碳原子均占據八面體間隙位置，簡述原因考點)晶型金屬在外界條件（溫度、壓力）變化時，由一種結構轉變?yōu)榱硪环N結構的過程，稱為多晶型性轉變，或同素異構轉變，轉變的產物稱為同素異構體。第三 合金的相結!本合金：由兩種或兩種以上的元素組成，其中至少有一種為金屬，組成具有金屬性的材料稱為合金。組元：通常把組成材料的最簡單、最基本、能夠獨立存在的物質稱為組元。如：元素，在研究的圍內穩(wěn)定化合物相：凡成分相同、結構相同并與其它部分有界面分開的物質均勻組成部分，稱之為相。在固態(tài)材料中，可分為固溶體和化合物兩大類。組織：人們用肉眼或借助某種工具（顯微鏡等）所觀察到的材料形貌。它決定于組成相的類型、形狀、大小、數量、分布等。組織組成物：組織中形貌相同的組成部分考點"結固溶體：一些元素進入某一組元的晶格中，不改變其晶體結構，形成的均勻相中間相：化合物是構成的組元相互作用，生成不同與任何組元晶體結構的新物質，通常由金屬與金屬，或金屬與類金屬元間形成的化合物，也可以是以化合物為基的固溶體（二次固溶體），其結合鍵力多為金屬鍵（離子鍵、共價鍵等）１）置換固溶體溶質原子取代了部分溶劑晶格中某些節(jié)點上的溶劑原子而形成的固溶體。２）間隙固溶體溶質原子嵌入溶劑晶格的空隙中，不占據晶格結點位置。固溶強３）正常價化合物通常是金屬元素與非金屬元素組成，兩組元間電負性差較大，它們符合一般化合物的原子價規(guī)律。電負性差值，化合物穩(wěn)定性，愈接近離子鍵合。（具有高硬度、高脆性）４）電子濃度化合物按照一定的電子濃度組成一定晶體結構的化合物。由ＩＢ族或過渡族元素與ＩＩＢ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ族元素組成。（性能與固溶體接近，強度不高）５）尺寸因素化合物過渡族金屬原子與原子半徑小于０．１ｎｍ的非金屬元素碳、氮、氫、氧、硼所組成。（高硬度、高脆性）ｒ／Ｒ＜０．５９：簡單晶體結構的相－間隙相ｒ／Ｒ＞０．５９：復雜晶體結構的相－間隙化合物相ｒ～Ｒ：拓撲密堆相（金屬原子之間）舉例固溶體（太１１）合金（河北工大間隙固溶體（沈工大０７，０９，１０，１１）間隙化合物（河北工大１０）細晶強化和固溶強化（太０７）置換固溶體（沈工大０８，１１）簡要說明鐵素體、奧氏體、滲碳體之間的主要區(qū)別。（沈工大化合物中，哪個屬于正常價化合物？哪個屬于電子濃度化合物？哪個屬于間隙相？哪個屬于間隙化合物？（沈工大１２）比較間隙相和間隙化合物兩種原子尺寸因素化合物的不同之處。（沈工大１０在ＦｅＦｅＦｅＶＣ，Ｃｒ種尺寸相關化合物中，那些屬于間隙相，那些屬于間隙化合物（沈工大０９第四 離子晶體結考點!離子鍵無方向性和飽和性，趨向于配位數最大排列，滿足電中鍵力最強：負離子之間既不，但又與中心的正離子相接觸鮑林５規(guī)則２．電價規(guī)則（電中性）在一個穩(wěn)定的子晶體結構中，每個負離子電價Ｚ 等于或接近與之鄰接的各正離子靜電價強度的總和．３．負離子多面體共用頂、棱和面的規(guī)（同性相斥４．不同種類正離子配位多面體間的連接規(guī)則（均勻法則）同種正離子配位多面體之間盡量有互不連接的趨勢。５．節(jié)約規(guī)則（密堆積法則）同一晶體中，同種正離子與同種負離子的結合方式應最大限度的趨于一致，以便于形成密堆積舉例分別畫出下列離子晶體的布拉菲點陣（下圖中的點陣參數均為ａ＝ｂ＝ｃ，α＝β＝γ＝９０ｏ）。（北１２）在離子晶體中，負離子多面體相互間連接時 結構最穩(wěn)定Ａ．共用 Ｂ．共用 Ｃ．共用 Ｄ．不共用（河北工大本章小固態(tài)物質可分為晶體和非晶體兩大類。晶體的性能是與結構密切相關的?？臻g點陣、晶胞的概念。根據“每個陣點的周圍環(huán)境相同”和六個點陣參數間的相互關系，可將晶體分為７個晶系，１４種布拉菲點陣。不同方向的晶向和晶面可用密勒指數加以標注在金屬晶體結構中，面心立方（ｆｃｃ）、體心立方（ｂｃｃ）和密排六方（ｈｃｐ）三種典型結構，其中ｆｃｃ和ｈｃｐ系密排結構。５個參量：晶胞原子數，致密度，配位數，４面體間隙，８面體間隙離子晶體的Ｐａｕｌｉｎｇ規(guī)則：１．負離子配位多面體規(guī)則（能量最低）２．電價規(guī)則（電中性）３．負離子多面體共用頂、棱和面的規(guī)則（同性相斥）４．不同種類正離子配位多面體間連接規(guī)則５．節(jié)約規(guī)則１．晶胞的選取原則２．晶向指數與晶面指數的標注；３．晶面間距的計算；４．三種典型金屬晶體結構的晶體學特點，致密度、面密度、線密度計算；５．晶體中的原子堆垛間隙；６．固溶體的分類及其結構特點；７．中間相的分類及其結構特點８．離子晶體的結構規(guī)則；ＡＢ型、ＡＢ２型和ＡＢＯ３型結第三 晶體缺本章內容分第一 點缺（形成，平衡濃度）第二節(jié) 位錯（柏氏矢量，位錯的類型和特征，位錯的運動位錯的生成和增殖，實際晶體結構中的位錯）第三節(jié)表面和界面（晶界和亞晶界，孿晶界，相界第一 點缺考點!點缺陷的形晶體缺陷偏離了晶體周期性排列的局部區(qū)１．點缺陷：在結點上或鄰近的微觀區(qū)域內偏離晶體結構的正常排列的一種缺陷。包括：空位、間隙原子、雜質或溶質原子，以及由它們組成的復雜點缺陷．考點"缺陷的熱力學平衡濃造成點陣畸變，使晶體的內能升高，降低了晶體的熱力學穩(wěn)定增大了原子排列的程度（組態(tài)熵Ｓ），并改變了其周圍原子的振動頻率（振動熵Ｓｆ），引起組態(tài)熵和振動熵的改變，使晶體熵值增大，有利于熱力學穩(wěn)定性。舉例１．為什么在一定溫度下點缺陷具有一定的平衡濃度，而位錯沒有平衡密度？（河北工大２．在晶體中形成空位的同時又產生間隙原子，這樣的缺陷稱為：Ａ肖特基缺陷Ｂ弗侖克爾缺陷Ｃ線缺陷。（深大１２）第二 位!成１）晶體生長過程中產生位錯①點陣失配：由于熔體中雜質原子在凝固過程中不均勻分布使晶體的先后凝固部分成分不同，從而點陣常數也有差異，形成位錯作為過渡；②位相差：由于溫度梯度、濃度梯度、機械振動等的影響，致使生長著的晶體偏轉或彎曲引起相鄰晶塊之間有位相差，形成位錯；③生長應力：晶體生長過程中由于相鄰晶粒發(fā)生碰撞或因液流沖擊，以及冷卻時體積變化的熱應力等原因會使晶體表面產生臺階或受力變形而形成位錯。２）點缺陷：由于自高溫較快凝固及冷卻時晶體內大量過飽和空位的能形成位錯３）應力集中：晶體的某些界面（如第二相質點、孿晶、晶界等）和微裂紋的附近，由于熱應力和組織應力的應力集中高至足以使該局部區(qū)域發(fā)生滑移時，就在該區(qū)域產生位錯?？键c"柏氏矢量，全位錯、不全位位錯（線缺陷）：在三的一個方向上的尺寸很大（晶粒數量級），另外兩個方向上的尺寸很?。ㄔ映叽绱笮。┑木w缺陷。（刃型位錯、螺型位錯、混合位錯）１）首先選定位錯線的正向，規(guī)定出紙面的方向為位錯的正方向２）在實際晶體中，從任一原子出發(fā)，圍繞位錯（避開位錯線附近的嚴重畸變區(qū)）以一定的步數作螺旋閉合回路（柏氏回路）３）在完整晶體中按同樣的方向和步數作相同的回路，該回路并不封閉，由終點向起點引一矢量，使該回路閉合，這個矢量ｂ，即位錯的柏氏矢量。刃型位錯：柏氏矢量┴位錯線。螺型位錯柏氏矢量／／位錯線?；旌衔诲e夾角非０或９０度。柏氏矢量的性質１）柏氏矢量模｜ｂ｜表示了畸變的程度－位錯的強度。其方向表示位錯的性質與位錯的取向。２）柏氏矢量與回路起點及其具體途徑無關，守恒性。３）一根不分岔的位錯線，其柏氏矢量都相同，唯一性４）晶體中位錯可以是位錯環(huán)、中止于其他位錯、晶界、表面，但不能中止于晶體，連續(xù)性。５）柏氏矢量滿足矢量運算。全位錯：柏氏矢量等于點陣矢量不全位錯：柏氏矢量不等于（小于）點陣矢量考點(位錯的運動，滑移力、攀移刃型位錯滑移：在外力作用下，在滑移面（ｂ和滑移線決定）上運動。攀移：在熱缺陷和外力作用下，位錯在垂直滑移面的運動。螺型位錯： 滑移：位錯運動方向垂直于位錯線和柏氏矢量，有多個滑移面，（交滑移）考點)錯的交在位錯的滑移運動過程中，位錯線往往很難同時實現全長運動。若由此形成的曲折線段就在位錯的滑移面上時，稱為扭折；若該曲折線段垂直于位錯的滑移面時，稱為割階。運動位錯交割后，每根位錯線上都可能產生一扭折或割階，其大小和方向取決于另一位錯的柏氏矢量，但保持原位錯線的柏氏矢量。所有的割階都是刃型位錯，而扭折可以是刃型也螺型的扭折與原位錯線在同一滑移面上，可隨主位錯線一道運動，幾乎不產生阻力，且張力作用下易于。但割階則與原位錯線不在同一滑移面上，故除非割階產生攀移，否則割階就不能跟隨主位錯線一道運動，成為位錯運動的，通常稱此為割階硬化。割階“釘扎效應”對于刃形位錯要弱于螺形位錯考點*位錯的線張線張力，Ｔ－位錯增加單位長度所需要的能量ｍ，位錯能，Ｅｅ－單位長度位錯具有的能量ｍ考點+位錯的應變能（位錯反應位錯彈性引力場存在，導致晶體能量上升－位錯（應變）能分為：中心畸變能：原子鍵合、晶體結構估算，占總位錯能的（１／１５～１／１０）Ｅｃ應力場的彈性能：由單位位錯長度位錯做功計算Ｅｅ上研途進組織找大牛上研途進組織找大牛螺型位錯，Ｋ＝刃型位錯，Ｋ＝１－通常ｒ０接近于ｂ，Ｒ近似為１０－６ｍ彈性能近似為：位錯反應條件：１幾何條件：矢量相２能量條件：反應后能量小于等于后∑ｂ前＝∑后 ∑ ∑ 例：判斷位錯反應：ａ［１００］＋ａ［

ａ［１１１］＋–ａ［１１１］＋ａ［１００］＋ａ［ａ［１１１］＋–

→ａ［１１１］＝ａ［１１０］ａ［１１１］＝ａ［１１０］

２［前 ＝（ａ）２＋（ａ）２＝２ａ２前 ＝２（）２ 后

能量條件滿 Ｅ Ｅ ∴給位錯反應可以進１）位錯的應變能與ｂ２成正比。從能量的觀點來看，晶體中具有最?。獾奈诲e應該是最穩(wěn)定的，由此，滑移方向總是沿著原子的密排方向．２）Ｅｓ／Ｅｅ＝１－ｖ，（金屬材料的ｖ～１／３），故螺位錯的Ｅｓ為刃位錯Ｅｅ２／３３）位錯的能量是以單位長度的能量來定義的，故位錯的能量還與位錯線的形狀有關。由于兩點間以直線為最短，所以位錯線有盡量變直和縮短其長度的趨勢。４）位錯的存在均會使體系的內能升高，雖然位錯的存在也會引起晶體中熵值的增加，但相對來說，熵值增加有限。因此，位錯的存在使晶體處于高能的不穩(wěn)定狀態(tài)，位錯是熱力學上不穩(wěn)定的晶體缺陷?？键c,位錯的交互作１）兩平行螺位錯的交互作 ，相互遠離２）兩平行刃型位錯的交互作考點2位錯的增殖（位錯釘扎舉例１．一個環(huán)形位錯（可以，不可以）各部分均為螺型位錯。（沈工大２．在外加應力作用下，刃型位錯除了可以沿其自身滑移面發(fā)生滑移外，還可以發(fā)生（攀移，交滑移）（沈工大１０）３．柏氏矢量（沈工大０８），位錯滑移（沈工大１１４．位錯交割（沈工大０７，１０）位錯攀移（沈工大１０）５．位錯（河北工大１２，太０８）１０

６．全位 能夠分解為兩個不全位錯（河北工大７．請分別繪出ｆｃｃ和ｂｃｃ晶體中的最短單位位錯，并比較二者哪一個引起的畸變較大。（西工８．兩平行螺型位錯，當柏氏矢量同向時，其相互作用力：Ａ為零Ｂ相斥Ｃ相吸（深大９．ＦＣＣ晶體中有的單位位錯和的不全位錯，這兩個位錯相遇能否發(fā)生位錯反應？為什么？（河北工大１１）上研途進組織找大牛上研途進組織找大牛第三 表面和界界面通常包含幾個原子層厚的區(qū)域，系二維結構分布，故稱為晶體的面缺陷。界面的存在對晶體的力學、物理和化學等性能產生重要的影響。包括外表面（表面）和內界面。表面是指固體材料與氣體或液體的界面，它與磨損、腐蝕、偏析、催化、吸附以及光學、微電子學等均密切相關；內界面可分為晶粒邊界和晶內的亞晶界、孿晶界、層錯及相界面等。晶體表面單位面積能的增加稱為表面能（Ｊ／原子密排的表面具有最小的表面能。所以晶體在外的表面通常是低表面能的原子密排晶面。（結晶學平面）考點!晶界和亞晶晶粒：具有同一位向的晶體相（～０．２５ｍｍ）晶界：晶粒間的界面亞晶粒：同一晶粒內，位向稍有區(qū)別的晶體相（１ｕｍ）亞晶界：亞晶粒的界面按照位向差小角度晶界（θ＜１０大角度晶界（θ＞１０°θ－晶粒位向差φ－晶界相對于點陣某一平面夾角１）晶界處點陣畸變大，存在著晶界能。因此，晶粒的長大和晶界的平直化都能減少晶界面積，是一個自發(fā)過程。２）晶界處原子排列不規(guī)則，因此在常溫下晶界的存在會對位錯的運動起阻礙作用，宏觀表現為晶界較晶內具有較高的強度和硬度。晶粒愈細，材料的強度愈高，這就是細晶強化；而高溫下則相反，因高溫下晶界存在一定的粘滯性，易使相鄰晶粒產生相對滑動。３）晶界處原子偏離平衡位置，具有較高的動能，并且晶界處存在較多的缺陷如空穴、雜質原子和位錯等，故晶界處原子的擴散速度比在晶內快得多。４）在固態(tài)相變過程中，由于晶界能量較高且原子活動能力較大，所以新相易于在晶界處優(yōu)先形核。原始晶粒愈細，晶界愈多，則新相形核率愈高。５）由于成分偏析和內吸附現象，晶界富集雜質原子，往往晶界較低。６）由于晶界能量較高，以及晶界富集雜質原子的緣故，其腐蝕速度較快舉例１．請簡述位向差與晶界能的關系，并解釋原因？（西工大１０２．以晶界兩側晶體的位向差是大于還是小于 度來區(qū)別大、小角度晶界，小角度晶界的可動性 大角度晶界。（河北工大１１）３．小角度晶界（沈工大１１）４．大角度晶界（沈工大５．請簡述位向差與晶界能的關系，并解釋原因？（西工大１０本章小基本概念１．點缺陷、Ｓｃｈｏｔｔｋｙ空位、Ｆｒｅｎｋｅｌ空位、間隙原子、置換原子２．線缺陷、刃型位錯、螺型位錯、混合型位錯３．柏氏矢４．全位錯、不全位５．滑移、（雙）交滑移、攀移、交割、割階、扭６．位錯應力場、應變能、線張力、作用在位錯上的力７．位錯密度、位錯源、位錯生成、位錯增殖８．面缺陷、表面、界面、界面能、晶本章重點及難 １．點缺陷的平衡濃度公２．位錯類型的判斷及其特征、柏氏矢量的特征（強度，守恒性，唯一性，連續(xù)性，矢量性）３．位錯源、位錯的增殖（Ｆ－Ｒ源、雙交滑移機制等）和運動、交割（割階釘扎位錯）４．位錯的應力場、位錯的應變能、線張力本章主要公 ５．晶界的特性（大、小角度晶界）對于小角度晶界：對于大角度晶界：角度多為３０～°界面能約為０．２５～ｍ本為定值晶格失配度：第四 固體中原子及分子的運本章內容分第一 表象理論（菲克第一、第二定律，擴散方程的解置換型固溶體中的擴散，擴散中的熱力學分析）第二節(jié) 擴散的原子理論：（擴散機制，原子跳躍和擴散系數、擴散激活能、擴散距離、影響擴散的因素）第三 反應擴第四 離子晶體中的擴散（概念性了解第一 表象理考點!擴散方程的擴散：由構成物質的微粒（離子、原子、分子）的熱運動而產生的物質遷移現象稱為擴散菲克第一定律：（１８５５）Ｊ＝－Ｄ擴散通量與濃度梯度正比而反Ｊ－單位時間單位面積通過物質的量，ｋｇ／（ｍ２ｓ），ｍｏｌ／（ｍ２ｓ）Ｄ－擴散系數，ｍ２／Ｃ－溶質濃度，ｋｇ／ｍｍｏｌｍ３ｘ－擴散距離，ｍ２（Ｄ２（Ｄｘ）ｘ菲克第二定律 ｔ＝－ｘ ＝（當Ｄ與沈度無關時考點"克第二定律定解及其應用3計算題ｘ菲克第二定 ｔ＝－ｘ

＝ （２濃度隨時間變化與擴散通量梯度正比而２ｘ２槡—維偏微分方程通解：Ｃ＝Ａ·２槡Ｄｅ－λｄ＋０初始、邊界條件例一：有一２０鋼齒輪氣體滲碳，爐溫為９２７℃，爐氣氛使工件表面含碳量維持在０．９％Ｃ，這時碳在鐵中的擴散系數為Ｄ＝１．２８ｘ１０－１１ｍ２ｓ－１，試計算為使距表面０．５ｍｍ處含碳量達到０．４％Ｃ所需要的時間？解：用半無限長棒擴散來考點(置換型固溶體中的擴散（柯肯達爾效應間隙擴散類型：間隙固溶體中溶質的擴散（不會引起溶劑基體中晶格數量和位置的變化，如：鋼和鐵焊接形成擴散）置換擴散類型：置換固溶體中溶質的擴散（一種原子進入晶格同時另外原子離開，當進入和離開不等，會引起晶格的或生成，造成晶格數量，位置的變化，如：銅和鋁形成擴散偶柯肯達爾效應（１９４７）：在置換固溶體擴散偶界面埋入一個惰性標記，由于溶劑、溶質組元擴散能力不等，經過擴散后會引起標記的移動的現象?？键c)空位擴散機制解釋柯肯達爾效富鋁側和富銅側產生空位鋁原子擴散能力高于銅原子富銅側的空位被遷移過來的鋁原子填充，富鋁側的空位來不及被填充標記面向富鋁側運動，形成柯肯達爾效應考點*擴散的驅動力6化學勢梯濃度梯度是擴散現象，化學勢梯度才是擴散的動因在固體材料中，物質的遷移（擴散）會出現從低濃度向高濃度處，這種反向的擴散稱為“上坡擴散”飽和固溶體的脫溶析出第二相，帶電離子在電場或磁場的作用下，彈性應力場，晶界內吸附等舉例１．在８７０℃和滲碳９２７℃下分別向含碳量為０．２％的碳鋼中滲碳，假定不同溫度下鋼表面的碳含量始終維持在１．２％，若規(guī)定滲碳層深度測量至含碳量為０．３５％處，且在不同溫度下碳在γ－Ｆｅ中的溶解度差別忽略不計，請計算在９２７℃滲碳多少小時后才能達到在滲碳１０小時的滲碳層深度？（已Ｄ＝２ｘ１０ｍ２／ｓｅｃ，Ｑ＝１４０ｋＪ／ｌ（沈工大０７，０

２．材料中發(fā)生擴散的根本原因是：Ａ溫度的變化，Ｂ存在濃度梯度，Ｃ存在化學勢梯度．（深３．將界面處放置Ｍｏ絲作為標記的Ｃｕ－Ａｌ組成的擴散偶，置于合適溫度下進行擴散，Ｍｏ絲標將向那個方向運動？為什么？（河北工大１１）４．自擴散與互擴散（太０９）第二 擴散的原子理考點!擴散的原子理論（微觀機 上研途進組織找大牛上研途進組織找大?？键c(影響擴散系數7的因素（微觀機 擴散過程引起的物質流量除了與濃度梯度（和化 梯度）有關外，另一個重要的因素就是擴散系數。舉例解釋為什么滲碳鋼滲碳時滲碳溫度一般要選擇在９００℃左右。（太請簡述在固態(tài)條件下，晶體缺陷、固溶體類型對溶質原子擴散的影響。（西工大１０）根據擴散系數表達式，分析影響擴散的主要因素。（太０８）請簡述影響擴散的主要因素有哪些。（深大碳原子和鐵原子在相同溫度的γ－Ｆｅ中進行擴散時，為何碳原子的擴散系數大于鐵原子的擴散系數？（沈工大１０）置換固溶體中，溶質原子的擴散是通 實現Ａ．原子換位機 Ｂ．間隙擴散機 Ｃ．空位機 Ｄ．傳導機制（河北工大第三 反應擴考點!反應擴散在擴散中由于成分的變化，通過擴散伴隨著新相的形成（或稱有相變發(fā)生）的擴散過程，也稱為“相變擴散”１．在一定的溫度下擴散過程進行中，不形成兩相混合區(qū)。２．在單相區(qū)，擴散過程進行，需存在濃度梯度。３．在一定的溫度下，隨著時間的增加，發(fā)生反應擴散時，轉折點的濃度不發(fā)生變化，而是新相的深度不斷增加。４．單獨依靠擴散從固體中析出另一新相新相的層深和時間的關系為：δ∝槡ｔ而生長速度則為：ｖ∝δ＝１ 槡舉例為何二元系反應擴散后的擴散層組織中不存在兩相混合區(qū)（沈工大向純Ｆｅ中滲Ｎ時，在滲Ｎ層中可否出現兩相混合區(qū)？為什么？（沈工大１１）反應擴散（沈工大０９，１１，１２）上坡擴散（沈工大０７，０８，１０，１１）相變擴散（沈工大０８）第四 離子晶體中的擴散（概念性了解在離子晶體中，擴散離子只能進人具有同樣電荷位置離子擴散只能依靠空位來進行，為了保持局部電荷平衡，需要同時形成不荷的兩種缺陷。肖脫基（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）型離子空位對克間隙離子－空位對。肖脫基型離子空位對 克間隙離子－空位對離子鍵的結合能遠大于金屬鍵為了保證電中性，必須產生成對的缺陷擴散離子只能進人具有同樣電荷的位陽離子的擴散系數通常比陰離子大（在ＮａＣｌ中，氯離子的擴散激活能約是鈉離子的２倍舉例離子化合物中，陽離子比陰離子擴散能力強的原因在于：（深大１２）Ａ．陽離子的半徑較小，Ｂ．陽離子更易形成電荷缺Ｃ．陽離子的原子價與陰離子不本章小結（基本概念１．擴散，擴散通量，２．菲克第一、二定３．固態(tài)金屬擴散的機制（間隙、空位）、４．影響擴散系數的主要因素及其原理５．擴散的驅動力６．擴散激活上研途進組織找大牛上研途進組織找大牛考試點（ｗｗｗ考試點（ｗｗｗｋａｏｓｈｉｄｉａｎｃｏｍ）名師精品課：４００－６８８５－上研途進組織找大牛７．上坡擴散８．反應擴９．離子晶體擴散的特１０．柯肯達爾效應及其空位擴散機制對其的解本章小結（本章重點及難 １．柯肯達爾效２．半無限桿擴散方程（滲碳時間、滲層厚度等求解本章小結（本章主要公 第八 三元相本章內容分第一 三元相圖基三元相圖表示：成分三角形三元相圖的制作重心法則、杠桿法第二節(jié) 三元相圖分析四相平衡反應類型勻晶、共（恒溫截面圖，垂直截面圖（相含量、組織含量計算第一 三元相圖基基本概念相律ｆ＝Ｃ－Ｐ＋１（２） ０，Ｃ－組元數，Ｐ－相數ｆ＝３－Ｐ＋１ ０；Ｐ４二元相圖１