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1、第二章：固体结构 1.晶体与非晶体的区别：1.晶体与非晶体的区别： 原子规则排列、是否有固定熔点、各向异(同)性。 1.原子规则排列1.原子规则排列：晶体中原子（分子或离子）在三维空间呈周期性重复规则排列，存在 长程有序，而非晶体的原子无规则排列的。 .是否有固定熔点.是否有固定熔点：晶体具有固定的熔点，非晶体无固定的熔点，液固转变是在一定 温度范围内进行。 3.各向异(同)性3.各向异(同)性：晶体具有各向异性（anisotropy） ，非晶体为各向同性。 2.晶体结构与空间点阵的区别2.晶体结构与空间点阵的区别 空间点阵空间点阵（space lattice）是晶体中质点排列的几何学抽象，用
2、以描述和分析晶 体结构的周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，它只能有 14 中类型。 晶体结构晶体结构（crystal structure）是晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体 排列情况，它们能组成各种类型的排列，因此，实际存在的晶体结构是无限的。 3.组织和相的区别：3.组织和相的区别： 组织组织：是指在结晶过程中形成的，有清晰轮廓，在显微镜下能清楚区别开来的组成 部分。 实质上是指在显微镜下观察到的金属中各相或各晶粒的形态、数量、大小和分布。 相:相:是指构成显微组织的基本单元，它有确定的成分与结构，但没有形态的概念。 4.固溶体和中间相4.固溶体和中间相 固溶体(固溶体(so
3、lid solution) ：固溶体的最大特点是保持溶剂的晶体结构。 中间相中间相是合金组元间发生相互作用而形成的一种新相,它可以是化合物,也可以是 以化合物为基的固溶体(二次固溶体),一般可以用化学分子式来表示,但不一定符合化合 价规律。 5.间隙固溶体和置换固溶体5.间隙固溶体和置换固溶体 间隙固溶体间隙固溶体 间隙固溶体的溶质原子是一些原子半径小于 0.1nm 的非金属元素 其形成条件是 r41% 或 r 质/r 剂41% 或 r 质/r 剂0.59 间隙固溶体只能是有限固溶体,一般溶解度较小。 影响因素：溶质原子的大小；溶剂晶体结构中间隙的形状和大小。 间隙化合物 间隙化合物间隙化合物
4、的晶体结构比较复杂。其表达式有如下类型 ： M3C、M7C3、M23C6、M6C。 间隙化合物中金属元素 M 常被其它金属元素所代替形成化合物为基的固溶体 （二次固溶 体） 。 在 H、N、C、B 等非金属元素中,由于 H 和 N 的原子半径很小,与所有过渡族金属 都满足 rx/rm0.59 较大, rB/rm0.59，硼化物均为间隙化合物；而碳原子半径处于中间,某些 碳化物为间隙相,某些为间隙化合物。 间隙化合物的熔点、硬度较高，也是强化相 7 间隙相和 间隙化合物7 间隙相和 间隙化合物 间隙相 间隙相 间隙相的晶格类型比较简单且与组元的结构不同。 在间隙相晶格中金属原子 占据正常位置,非
5、金属原子占据间隙位置,有如下规律： rx/rm0.414 时进入八面体间隙 间隙相的化学式与晶格类型有一定的对应关系。 间隙相具有金属特性如有金属光泽、良好的导电性、极高的硬度和熔点,是合金工具 钢、硬质合金和高温金属陶瓷材料的重要组成相。 间隙化合物 间隙化合物 间隙化合物的晶体结构比较复杂。其表达式有如下类型：M3C、M7C3、 M23C6、M6C。间隙化合物中金属元素 M 常被其它金属元素所代替形成化合物为基的固溶 体（二次固溶体） 。 在 H、N、C、B 等非金属元素中,由于 H 和 N 的原子半径很小,与所有过渡族金属 都满足 rx/rm0.59 较大, rB/rm0.59，硼化物均
6、为间隙化合物；而碳原子半径处于中间,某些 碳化物为间隙相,某些为间隙化合物。 间隙化合物的熔点、硬度较高，也是强化相 8.正常价化合物和电子化合物8.正常价化合物和电子化合物 正常价化合物正常价化合物 正常价化合物是一些金属与电负性较强的A、A、A 族的一些 元素按照化学上的原子价规律所形成的化合物。 特点是符合化合物规律。 电负性差起主要作用， 具有严格的化合比、 成分固定不变， 成分可用化学式表示,一般为 AB 型、AB2 型或 A2B 型、A3B2 型。 电子价化合物电子价化合物 电子价化合物是由B 族 （Cu、 Au、 Ag） 或过 渡族金属 （Fe、 Co、 Ni） 与B、A、A 族
7、元素形成的金属化合物。电子价化合物的特点是不遵循原子价规律、 电子浓度是决定其晶体结构的主要因素。可用化学式表示，可形成以化合物为基的固溶 体。 键型：金属键 第三章：晶体缺陷第三章：晶体缺陷 1.刃型位错和螺型位错1.刃型位错和螺型位错 刃型位错。刃型位错。 在某一水平面以上多出了垂直方向的原子面， 犹如插入的刀刃一 样，称为刃型位错线。位错线附近区域发生了原子错排，因此称为“刃型位 错” 。刃形位错有一个额外半原子面; 刃形位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道,其中既有正应变,又 有切应变; 位错线与晶体滑移的方向垂直,即位错线运动的方向垂直于位错线 螺型位错。螺型位错。晶体中已滑移
8、区与未滑移区的边界线（即位错线）若平行于滑移 方向，则在该处附近原子平面已扭曲为螺旋面，即位错线附近的原子是按螺旋形 式排列的，这种晶体缺陷称为螺型位错 无额外的半原子面，原子错排呈轴对称，分右旋和左旋螺型位错； 一定是直线，与滑移矢量平行，位错线移动方向与晶体滑移方向垂直； 滑移面不是唯一的，包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面； 位错周围点阵也发生弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变而无正应变， 即不引起体积的膨胀和收缩； 位错畸变区也是几个原子间距宽度，同样是线位错 2.交滑移和多滑移2.交滑移和多滑移 交滑移 交滑移 对于螺型位错， 由于所有包含位错线的晶面都可以成为它的滑移面，
9、因此当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时， 有可能从原滑移面转移到与之相 交的另一滑移面上继续滑移，这一过程称为交滑移。 多滑移多滑移 晶体的滑移在两组或更多的滑移面上同时进行或是交替进行。 3.滑移与攀移3.滑移与攀移 位错的滑移位错的滑移 是在外加切应力作用下，通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量 方向在滑移面上不断地作少量位移（小于一个原子间距）而逐步实现的。任何类 型的位错均可进行滑移 位错的攀移位错的攀移 在垂直于滑移面方向上运动 攀移的实质:刃位错多余半原子面的扩大和缩小。 机制：通过物质迁移即原子或空位的扩散来实现的。 刃位错的攀移分类和过程:正攀移,向上运动(空位加入)；负攀移,
10、向下运 动(原子加入)。 只有刃型位错才能发生攀移；滑移不涉及原子扩散，而攀移必须借助原子扩 散；外加应力对攀移起促进作用，压(拉)促进正(负)攀移；高温影响位错的攀移 攀移运动外力需要做功，即攀移有阻力。粗略地分析，攀移阻力约为 Gb/5。 螺型位错不止一个滑移面， 它只能以滑移的方式运动， 它是没有攀移运动的。 攀移为非守恒(非保守)运动，滑移为守恒(保守)运动。 4.割阶与扭折割阶与扭折 割阶割阶：曲折段垂直于位错的滑移面时 扭折扭折：曲折段在位错的滑移面上时 刃型位错的割阶为一可动的刃型位错,扭折为一可动的螺型位错。 螺型位错的割阶和扭折均为刃型位错。 扭折是可动的刃型位错,割阶是不
11、可动的刃型位错。 扭折与原位错在同一滑面上,可随主位错线一起运动,几乎不产生阻力, 且扭折在线张力作用下易与消失。割阶与原位错不在同一滑面上,不能随主位错 线一起运动,成为障碍，产生割阶硬化。 5.晶界 相界 孪晶界5.晶界 相界 孪晶界 晶界晶界(grain boundaries)：位向不同的相邻晶粒之间的界面。 相界相界(phase boundaries) :合金的组织往往由多个相组成， 不同的相具有不 同的晶体结构和化学成分，两个相之间的界面。 孪晶界孪晶界(twin boundaries) ： 相邻两晶粒的原子，相对一定晶面呈镜面对称 排列，这两晶粒间的界面叫孪晶界。 6.小角度晶界，
12、大角度晶界6.小角度晶界，大角度晶界 小角度晶界小角度晶界：由一系列相隔一定距离的刃型位错所组成 大角度晶界 大角度晶界 为原子呈不规则排列的一过渡层。大多数晶粒之间的晶界都属于大 角度晶界。 小角度晶界的能量：主要来自位错能量(形成位错的能量和将位错排成有关 组态所作的功)，而位密度又决定于晶粒间的位向差，所以晶界能量与有关 ： = 0(Aln) 大角度晶界能量：与无关，为恒定值,0.25-1.0J/ 7、共格相界。非共格相界，半共格相界7、共格相界。非共格相界，半共格相界 1.共格界面1.共格界面（coherent phase boundary ）：界面上的原子同时位于两相 晶格的结点上，
13、即两相的晶格是彼此衔接的,界面上的原子为两者共有。 特征：界面两侧的保持一定的位向关系，沿界面两相具有相同或近似的原 子排列，两相在界面上原子匹配得好，界面能很低。 理想的完全共格界面只有在孪晶面（界） 。 2.半共格界面 2.半共格界面（semi-coherent phase boundary )：若两相邻晶体在相界 面处的晶面间距相差较大，则在相界面上不可能做到完全的一一对应，于是在界 面上将产生一些位错，以降低界面的弹性应变能，这类界面为半共格界面。 特征 ： 沿相界面每隔一定距离产生一个刃型位错， 除刃型位错线上的原子外， 其余原子都是共格的。所以半共格界面是由共格区和非共格区相间组成
14、。 半共格界面上的位错间距取决于相界处两相匹配晶面的错配度():( )/ 3.非共格界面 非共格界面 特征：原子不规则排列的薄层为两相的过渡层。 第四章：固体中原子和分子的运动第四章：固体中原子和分子的运动 1、稳态扩散与非稳态扩散1、稳态扩散与非稳态扩散 稳态稳态条件下的扩散即各处浓度不随时间变化,只随距离变化而变化，即 dc/dt = 0 非稳态扩散非稳态扩散在扩散过程中各处的浓度都随时间变化而变化,因而通过各处的 扩散流量不再相等而随距离和时间发生变化。 2、自扩散与互扩散（化学扩散、异扩散）2、自扩散与互扩散（化学扩散、异扩散） 1.自扩散(Selfdiffusion)：1.自扩散(S
15、elfdiffusion)：原子经由自己元素的晶体点阵而迁移的扩 散。纯物质或成分均匀合金中的扩散。自扩散在扩散过程中不伴有浓度变化的扩 散，即不改变组元浓度分布。扩散与热振动有关。如纯金属或 固溶体的晶粒长 大。 2.互扩散(异扩散、化学扩散) 2.互扩散(异扩散、化学扩散)(mutual/chemical diffusion)： 原子通过进 入对方元素晶体点阵而导致的扩散。成分不均匀合金中的扩散。伴有浓度变化的 扩散。互扩散与异类原子的浓度差有关,是异类原子的相对扩散、相互渗透。 3、上坡扩散和下坡扩散3、上坡扩散和下坡扩散 根据扩散方向是否与浓度梯度（concentration grad
16、ient） （d/dx）的 方向(浓度变化趋势)相同分类 1.下坡扩散 1.下坡扩散(downhill diffusion)（顺扩散） ： 沿浓度降低方向进行的扩 散,扩散使浓度趋势与均匀化。例如:均匀化退火 、化学热处理 2.上坡扩散2.上坡扩散(uphill diffusion)（逆扩散） ：当化学位降低的方向与浓 度降低的方向相反，将沿浓度升高方向进行的扩散,扩散使浓度发生两极分化。 如溶质原子的偏聚、调幅分解等。扩散表现为向浓度高的方向进行，称为上坡扩 散 4、原子扩散与反应扩散4、原子扩散与反应扩散 1.原子扩散1.原子扩散(atomic diffusion)：扩散时晶格不变,无新相产生。 2.反应扩散(相变扩散)2.反应扩散(相变扩散)(reaction diffusion)：当某种元素扩散,其浓度超 过基体金属的溶解度极限而形成新相的过程。即在扩散中由于成分的变化，通过 化学反应而伴随着新相的形成(或称
