材料科学基础资料昆工

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1、1 物相 :物质系统中具有相同化学组成、聚集状态以及相同物理、化学性质的均匀物质部分。2 相变 :外界条件发生改变的的过程,物相于某一特定条件下发生突变。表现为结构变化化 学成分的不连续变化 更深层次的序结构的变化引起物理性质的突变3 重构型相变 :相变过程中物相的结构单元间发生化学键的断裂和重组形成崭新结构与母箱在晶体学上没有明确的位向关系4 位移型相变 :相变过程中不涉及母相晶体结构中化学键的断裂和重建往往只涉及原子或离子的微小位移或其键角的微小转动5 马氏体型相变:钢在高温淬火过程中通过相变而得到的一种高硬度的产物称为马氏体其相变过程称为马氏体 相变 ;特点:马氏体相变的无扩散性;表面浮

2、凸现象和不变平面应变。6 有序无序相变 :结构上通常涉及多组元固熔体中两种或多种原子在晶格点阵上排列的有序化属结构型相变;发生于某一温度区间并涉及原子或离子的长度扩散和系统序参量的变化7 液晶相变 :液晶的结构具有介于液体和固体之间的中间特征具有流动性光学性质呈各向异性;液晶相是具有棒状分子结构的晶态有机物在一定温度条件下部分或完全失去分子长程位置序8 一级相变 :体系由一相变为另一相时,两相的化学势相等,但化学势的一阶偏导数不相等的相变。自由能函数的一阶导数在相变点不连续,即熵和体积的变化是跳跃的,意味着存在相变潜热和体积的变化;一级相变通常属于结构上的重构型相变,动力学上由于涉及结构重组而

3、常出现相变滞后现象;二级相变: 相变点自由能的一介导数连续熵和体积在相变过程中呈现连续变化没有相变潜热和体积突变二阶导数又不连珠的跳跃不存在两相共存和相带滞后现象;具有丰富的物理内容9 失稳分解 :过冷到失稳线以下的具有组成在失稳区内的固溶体发生的分相10 失稳线 :不同温度下旋点的位置在相图中链接起来而形成的线11 成核 -生长相变理论:首先系统通过能量或浓度的局域大幅度涨落形成新相的胚芽;然后源于母相的组成原子不断扩散至新相表面而使新相的胚芽得以长大;在亚稳条件一定的情况,胚芽存在一临界尺寸,只有达到临界尺寸的胚芽才能发育成晶核并得以继续长大成新相,小于临界尺寸的胚芽则自发地重新消溶12

4、粗糙界面生长:母相原子可独立、同时地穿过界面各处而称为新相原子;其界面在微观上是模糊、粗糙的, 但界面的移动则是完全连续的,且在界面各处同时发生;13 光滑界面生长:其界面微观上是光滑的,但存在原子尺度的台阶;母相中的原子在这些台阶附近进入新相,界面的推移通过台阶的横向生长进行;当台阶横扫过后, 界面向前得到一个原子尺度的生长;14 两种生长机制的关系:与相变驱动力的大小有关:相变驱动力大,趋向于连续生长;驱动力小则趋于台阶式生长;与界面匹配程度有关:固态相变中,新相母相完全不共格,其生长机制类似于连续生长;若两相存在匹配良好的界面,则其生长机制类似于光滑界面生长;15 新相颗粒的粗化:概念:

5、相变过程中形成的新相颗粒平均尺寸增大的动力学过程,可以发生在相变的后期、中期甚至于前期;驱动力是系统内部的巨大界面能;16 新相颗粒粗化的途径: 通过晶界移动实现大颗粒吞并小颗粒的过程达到,如同烧结中后期的二次再结晶过程,其速度受界面处原子穿越界面的短程扩散控制;通过小颗粒的溶解、溶质原子的长程扩散以及大颗粒的长大达到,其中溶质原子的长程扩散控制粗化的速度;17 时间 -温度 -转变 (TTT) 图:是动力学相图,描写系统在不同温度下、不同时间相变产物的结构及数量的图较高温度下,虽然扩散系数较大,但系统过冷度不大,故转变速度较慢;较低温度下,系统的过冷度虽大,但扩散系数很小, 相变速度也比较慢

6、;中等过冷度, 相变驱动力与扩散两因素的综合作用使相变速度达到最大;17TTT 图呈现 C 形的原因 :改变相变发生的温度,则转变率-时间关系将会不同。若在不同温度下,通过改变时间是系统的相变转变率达到预先选定的值,则可在温度-时间平面内得到相应的一组“C”形曲线。较高温度下虽然扩散系数较大,但是系统过冷度不大,故转变速度较慢;较低温度下,系统的过冷度虽大,但扩散系数很小,相变速度也比较慢;中等过冷温度,相变驱动力与扩散两因素的综合作用是相变速度达到最大。18 动力学机制上:分为匀相转变和非匀相转变; 匀相转变 :没有明确的相界,相变在整体中均匀进行,其相变过程中的涨落程度很小而空间范围很大;

7、二级相变总是按匀相转变方式进行;部分一级相变也是按匀相转变方式进行,如失稳分解;非匀相转变:通过新相的成核生长实现,相变过程中母相与新相共存;组分涨落的程度很大而空间范围很小;若成核生长不涉及原子扩散,则为无扩散相变,反之为有扩散相变;18 失稳分相过程:对二元或多元的匀相系统,当其组成-自由焓曲线在某一温度下出现图所示的情况时,组成位于 Ca 和 Cb 区间内的单相系统将变得不稳定而趋于出现失稳分相过程;在结晶态的具有固溶体和结构无序的均匀玻璃态系统中均可能发生失稳分相;19 相变动力学速率:系统在相变过程中新相的宏观转化率与相变时间的关系;成核、生长和粗化的环节以相互伴随的形式发生于整个相

8、变过程,难以截然分开;20 扩散 :是由大量原子的热运动引起的物质的宏观迁移。20 固体中扩散的基本特点:扩散现象是由于物质中存在浓度梯度或化学势梯度、温度梯度、势能梯度所引起的质量输运过程; 流体中的物质迁移过程通常是各向同性并具有较大的速率;固体中的扩散具有各向异性和扩散速率低的特点;21 扩散通量: 单位时间内扩散质通过垂直截面元的物质的量;22 克根达尔效应:若将扩散偶一端固定,则随扩散的进行,焊接面标记物将出现反扩散向的移动23 扩散发生的根本驱动力是化学势梯度,扩散沿化学势降低的方向进行;恒温恒压下,固溶体自由能变化?Gr* 的近程排列的原子集团(3 在高能区。37 均匀成核与非的

9、比较:均匀成核可发生在体系的任何位置,如果有N 个原子或分子,有效的成核位置的数量也是 N;材料中的特殊位置如表面、内部界面、位错等可以有效降低* 而对成核起催化作用;对于非均匀成核虽然* 更小,但是非均匀成核有效的位置的数量仍然少于材料中成核位置的总数,而这些位置都可以座位均匀成核位置,因此均匀成核于非均匀成核会相互竞争。38 形核率 (N):单位时间、单位体积形成固相核心的数目。形核速率取决于两因素:(1)单位体积内存在的半径为 r* 的原子集团数目C* (2)单位时间转移晶核上的原子数f0 39 晶核等温生长的速度决定于相变驱动力和原子跃迁到新相的具体迁移过程。40 界面控制型生长:若新

10、相和母相的化学组成相同,则控制生长速度的是原子由母相穿过界面跃迁到新相的短程扩散;41 长程扩散控制型生长:若新相和母相的化学组成不同,则新相的生长不仅包括原子穿越相界面的环节,还要涉及有关组分在母相中的长程扩散;新相的生长速度取决于两者中较慢的环节,多数情况受控于长程扩散。42 平面方式长大:正温度梯度下,晶体以平界面方式推移长大。沿平行温度梯度方向或散热的反方向生长,其它方向受抑制。43 树枝状方式长大:负温度梯度下, 最初晶体先形成枝晶的一级轴,再形成二级轴以及多级的分枝(TATB) ,最后阶段以平界面方式(TATL ,无成分过冷,离开界面,液体内部处于过热状态,固溶体晶体以平界面方式生

11、长。区: 液相中温度梯度减小,产生小的成分过冷区,平界面不稳定,界面偶然小凸起,进入过冷液体,可生长;但因过冷区窄,发展不成枝晶,形成胞状界面,出现胞状界面结构,纵截面为长条形,横截面为六角形。区 :液相中温度梯度较平缓,成分过冷程度较大,液相在较大范围内处于过冷状态,类似负温度梯度条件,固溶体晶体以树枝状方式生长,界面上偶然小凸起,进入过冷液体,得到大的生长速度,形成树枝状骨架,最后以平界面方式生长填充枝晶间隙形成晶粒。50 宏观偏析 :不存在成分过冷,晶体以平面方式生长时,先结晶部分溶质浓度低,后结晶部分溶质浓度高,晶体宏观各区成分不均匀。51 胞状偏析 :有小的成分过冷,晶体以胞状方式生

12、长时,先结晶的胞状凸起部分溶质含量低,溶质在侧向富集,导致胞晶内部溶质浓度低,胞界部位富集溶质。52 树枝状偏析 :成分过冷很大,晶体以树枝状方式生长时,先结晶的枝晶主干部分溶质含量低,后结晶的枝晶外 围部分富集溶质。53 伪共晶 :由共晶成分附近的非共晶成分的合金,经快冷后得到全部的共晶组织,称为伪共晶。影线区,称为伪共晶区。54 铸件的组织与缺陷:晶粒的大小、形状、取向;相分布;共晶领域的尺寸:枝晶间距;夹杂物的存在情况;显微偏析;宏观偏析;缩孔等。55 中心等轴晶区:随着柱状晶的发展,经散热,铸锭中心部分的液态金属的温度全部降至熔点以下,再加上杂质等因素的影响,会在整个剩余液体中同时形核

13、,由于此时散热已失方向性,晶核在L 中可以自由生长,形成了中心等轴晶区。56 影响晶粒大小的因素:铸锭组织的晶粒大小指等轴晶的大小和柱状晶的粗细,取决于形核率N 和核心长大速度 G。冷却速度变质处理加热温度液体金属的振动57 影响晶区分布的因素:晶区分布主要指等轴晶区和柱状晶区的分布,取决于散热方向。单向散热使柱状晶发达,各向散热有利于等轴晶区形成。冷却强度液体金属的过热外来夹杂或变质剂58 对铸锭组织的影响趋势有:液体金属的过热得到粗而长的柱晶:加大锭模冷速发展细而长的柱晶;锭模预热得到粗大等轴晶;添加变质剂发展细小的等轴晶。59 宏观偏析: 张唱偏析反偏析比重偏析显微偏析:胞状偏析枝晶偏析

14、晶界偏析60 表面 :两种不同相的交界区,描述固相-气相、固相 -液相或液相 -气相等交界区。界面:两个固相凝聚相的交界区.相界:固体中不同相之间的分界面。61 缺陷 :实际晶体中原子排列方式偏离理想结构(不规则不完整),周期性遭到破坏的区域62 共格界面 :当界面两边为两相,界面上原子同时处于两相晶格结点上,或者两相晶格的原子在界面处相互吻合。63 共格应变 :共格界面处,两相原子有轻微不吻合,则需要通过一定的弹性变形以使界面原子协调,这种变形称为共格应变。64 偏析: 表面、晶界或相界上材料的化学成分与体内往往有较大的区别,从而影响到材料的种种性质。溶质在表面或界面的富集;溶质在表面或界面

15、的浓度低于体内称为耗尽。65 溅射 :当真空中有一束离子束射向一块固体材料时,离子束把固体材料的原子或分子撞出固体材料表面66 散射: 当离子束射到固体材料时,从固体材料表面弹了回来,或者穿出固体材料而去67 离子注入 :离子束射到固体材料以后,受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来,并最终停留在固体材料中68 电子束技术特点:电子束的能量可以由加速电压精确控制,探测深度可控;电子束可很好聚焦,可用于微区分析(微米到纳米) ;电子束角度分布和能量分布容易测量,易于分析;69LEED 应用: 根据衍射图样的点、环或模糊图案等,可以了解表面是单晶、多晶还是非晶;由衍射点的具体图案,可以了解表面分析区

16、晶胞的形状和尺寸;通过衍射强度分析,可以了解表面是否有择优取向等。70 光电子能谱:利用光子与固体表面的光电效应,分析发射出的光电子能量分布和角度分布,进而进行分析表面的成分和价态等; 71 离子术技术特点:可以得到表面信息;可以得到很高的检测灵敏度;可得到丰富的表面信息;离子束使表面状态不稳定;识谱困难。72 界面能 -界面处原子偏离平衡位置,引起的能量升高73 界面能的大小取决于界面结构。界面能来源 :化学能项 +应变能项化学能-表面原子键合发生变化;应变能- 表面原子变形。74 对于表面能的两点说明1、表面能同表面内能和表面熵有关,但在室温下, 尤其是对金属晶体,表面内能的作用一般远大于表面熵,可以将表面内能视为表面能;2、单晶体的表面位向是各向异性的,不同晶面的表面能不同;多晶体的表面能没有方向性。75 物理吸附: 吸附力主要是分子间作用力;物理吸附是一个可逆的过程(吸附、脱附),常用于脱水、脱气、气体探测和净化分离等工作。76 化学吸附 :吸附分子同固体表面原子存在化学作用,可能导致原子的重排和化学键的形成或者破坏。77 晶界特点:

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