武漢理工材料科學基礎考研大綱綜述

1、材 料科學 基礎大目錄第二章 晶體結構 12.1 結晶學基礎 12.2 結合力與結合能 12.3 堆積（記憶常識） 12.4 單質晶體結構（了解） 22.5 無機化合物結構（重點 每年必考） 22.6 硅酸鹽晶體結構 3第三章 晶體結構缺陷 53.1 結構缺陷類型 53.2 點缺陷 53.5 固溶體 63.6 非化學計量化學物 7第四章 非晶態(tài)結構與性質 84.2 熔體的性質 84.3 玻璃的形成 8第五章 表面結構與性質 95.1 固體表面及其結構 95.3 潤濕與黏附 10第六章 相圖（必考） 12第七章 擴散 137.1 菲克定律（重點） 137.5 多元系統(tǒng)的擴散 137.6 影響擴散

2、的因素 14第八章 相變 148.1 相變概述 148.2 成核生長相變 15第九章 固態(tài)反應 179.1 概論 179.3 反應動力學 179.5 影響因素 19第十章 燒結 2010.1 概述 2010.2 燒結過程及機理 2010.4 再結晶和晶粒長大 2010.7 影響因素 21第十一章 腐蝕 21第十二章疲勞與斷裂 22第二章晶體結構2.1結晶學基礎1、概念：晶體：晶體是內部質點在三維空間成周期性重復排列的固體，即晶體是具有格子構造的固體。晶胞：晶胞是從晶體結構中取出來的反映晶體周期性和對稱性的最小 重復單元。晶胞參數(shù)：胞的形狀和大小可以用 6個參數(shù)來表示，此即晶格特征參 數(shù)，簡稱晶

3、胞參數(shù)。七大晶系：布拉菲（Bravais）依據晶胞參數(shù)之間關系的不同，把所有 晶體劃歸為7類，即7個晶系。晶面指數(shù)：結晶學中經常用（hkl）來表示一組平行晶面，稱為晶面指 數(shù)。數(shù)字hkl是晶面在三個坐標軸（晶軸）上截距的倒數(shù)的 互質整數(shù)比。晶面族：晶體結構中原子排列狀況相同但不平行的兩組以上的晶面， 構成一個晶面族。晶向指數(shù)：用uvw來表示。其中u、V、w三個數(shù)字是晶向矢量在參考 坐標系X、丫、Z軸上的矢量分量經等比例化簡而得出。晶向族：晶體中原子排列周期相同的所有晶向為一個晶向族，用uvw表示。2、晶面指數(shù)和晶向指數(shù)的計算2.2結合力與結合能按照結合力性質不同分為物理鍵和化學鍵 化學鍵包括離

4、子鍵、共價鍵、金屬鍵 物理鍵包括范德華鍵、氫鍵晶體中離子鍵共價鍵比例估算（公式 2.16）離子晶體晶格能：1摩爾離子晶體中的正負離子，由相互遠離的氣態(tài)結合成離子 晶體時所釋放出的能量。離子鍵(%)=1-exp j犏犏(X A-X B)式中xA、xB分別為A、B元素的電負性值。2.3堆積（記憶常識）1、最緊密堆積原理：晶體中各離子間的相互結合，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：該原理是建立在質點在電子云分布呈球形對稱以及無方向性的基礎上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：每個球周圍有 6 個八面體空隙 8 個四面體空隙N個等徑球體做最緊密堆積時系統(tǒng)有 2N個四面體空隙N個八面體空隙 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（要學會計算）兩種最緊密堆積方式的空間利用率為 74.05 % （等徑球堆積時）4、影響晶體結構的因素內因：質點相對大?。Q定性因素）配位數(shù)。 配位數(shù)：一個原子（或離子）周圍同種原子（或異號離子）的數(shù)目 為原子（或離子）的配位數(shù)，用 CN 來表示。極化。 離子緊密堆積時，帶電荷的離子所產生的電場，必然要對另一個離子的 電子云產生吸引或排斥作用，使之發(fā)生變形，這種現(xiàn)

6、象稱為極化 。 影響： 極化會導致離子間距離縮短，離子配位數(shù)降低，同時使變形的電子 云相互重疊，使鍵性由離子鍵向共價鍵過渡，最終使晶體結構類型發(fā)生 變化。外因（了解）：同質多晶類質多晶同質多晶轉變2.4 單質晶體結構（了解）2.5 無機化合物結構（重點 每年必考） 分析結構從以下幾個方面入手： 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，正負離子配位數(shù)，正負離子電價是否飽和，配位多面體，添隙 半徑的計算（剛好相切時） ，隙結構與性質的關系。1、NaCl型：4個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%，正負離子配位數(shù)均為 6，電價飽和?！?/p>

7、NaCI6】或【CINa6】八面體 結構與性能：此結構在三維方向上鍵力均勻，因此無明顯解理，破碎后呈顆 粒狀，粒為多面體形狀。離子鍵結合，因此有較高的熔點和硬度。2、立方ZnS結構：4個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，電價飽和，【ZnS4】四面體 畫投影圖（圖 2.26 ）注意：一定要畫虛線，一定要標高，一定要有圖 例（白球黑球代表什么離子）0.阻離子553、 螢石（CaF2結構：（唯一正離子做堆積的結構）4個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，負離子配位數(shù)為 4,電價飽和，

8、【CaF8】或【FCa4】 結構與性能：與 NaCl相比，綜合電價和半徑因素，螢石質點間 鍵力比NaCl強，表現(xiàn)為螢石硬度熔點密度高于NaCl而水中溶解度低于NaCl。由于螢石結構中有一半的立方體空隙沒有被Ca離子填充，所以在111面網方向上存在毗鄰的同號離子層，其靜 電斥力起主要作用，導致晶體在平行與111面網方向上易發(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 構，它們的正負離子位置剛好跟螢石結構中相反，性質相似，在111面網方向上也易發(fā)生解理。4、 鈣鈦礦CaTi03結構（每年必考）：Ca離子占據八個頂點，0占據六個面的面心，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電價飽和。理想情況 下半徑關系rA + r0 . 2（rB +r0）（會推導）結構與性能的關系：電價飽和，晶體結構穩(wěn)定。5、 自發(fā)極化與鐵電效應：（每年必考自發(fā)極化：對于理想晶體而言，如果不存在外電場時，單位晶胞中的正負電荷不重合，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該大于位移 后的恢復力。BaTi03具有鐵電效應而CaTi03不具有鐵電效應的原因：要有鐵電效應必須能夠產生自發(fā)極化。Ba離子半徑比較大，使得晶胞參數(shù)也比較大，從而使得結構

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，從而使結構中【TiO6】八面體空隙比較小，甚至小于Ti離子尺寸，位移后恢復力很大，不能在新位置上固定下來，從而 不能產生自發(fā)極化，沒有鐵電效應。2.6硅酸鹽晶體結構硅酸鹽晶體基本結構單元是【SiO4】四面體。硅酸鹽晶體各種結構的共同特點（4條58頁）（1） 構成硅酸鹽晶體的基本結構單元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） Si04四面體的每個頂點，即 02-離子最多只能為兩個Si04四面體所 共

11、用。（3）兩個相鄰的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：根據硅氧比分類（58頁表2.13）結構類型SiO44-共用02-數(shù)形狀絡陰離子Si/0實例島狀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-鉀長石 KAlSi 3O8仁AlSiO 41方鈉石 NaAlSiO 4 4/3H 20島狀結構：鎂橄欖石（結構，結構與性質的關系）鎂橄欖石結構中，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Si04 四面體被Mg06八面體所隔開，呈孤島狀分布。結構與性質的關系：結構

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

14、0o投影方向并不重疊。環(huán)與環(huán)之間通過Be2+和Al3+離子連接。鏈狀：單鏈，雙鏈層狀：單網層，復網層，水鎂（鋁）石層滑石：沿C軸方向的復網層，兩個硅氧層夾一層水鎂石層，三八面體。結 構與性質的關系：層內電價飽和，層間通過分子間力結合，有解理。蒙脫石：復網層，結構與性質的關系：C軸長度隨含水量而變化。第三章晶體結構缺陷3.1結構缺陷類型缺陷（概念）：晶體點陣結構中周期性勢場的畸變按照幾何形態(tài)分類：點，線，面，體點缺陷包括：空位，間隙，雜質，色心線缺陷有：位錯面缺陷有：晶界，表面按照缺陷產生原因分類：熱缺陷（本征缺陷），雜質缺陷和非化學計量缺陷（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點成對出現(xiàn)，肖特基缺陷特征是正負離子空位成對出現(xiàn)。）間隙位置（結構空隙大）表面位置（間隙小/結構緊湊）Frenkel 缺陷Schottky 缺陷3.2點缺陷（重點為缺陷反應方程式的書寫以及缺陷濃度的計算）符號，書寫原則，98頁下面的兩個基本規(guī)律點缺陷的符號表征：Kroger-Vink符號,空位（vacancy ）用V來表示，間隙原子 （interstitial）亦稱為填隙原子，用Mi、Xi來表示，錯位原子錯位原子用 MX XM等表示,自由電子（electron ）與電子空穴 （hole ）分別用e，和h 來表示基本規(guī)律：低價正離子占據高價正離子位

16、置時，該位置帶有負電荷，為了保持電中性，會產生負離子空位或間隙正離子。高價正離子占據低價正離子位置時， 該位置帶有正電荷，為了保持電 中性，會產生正離子空位或間隙負離子。缺陷反應方程式的一般式： 雜質揪揪揪？產生的各種缺陷當晶體中剩余空隙比較小，女口 NaCI型結構，容易形成肖特基缺陷；當晶體中剩余空隙比較大時，如螢石 CaF2型結構等，容易產生弗侖克爾缺陷 熱缺陷濃度的計算：熱力學方法，化學平衡方法3.5固溶體固溶體：將外來組元引入晶體結構，占據主晶相質點位置一部分或間隙位置一部分，仍保持一個晶相，這種晶體稱為固溶體。分類：根據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經驗規(guī)則2、晶體結構類型的影響3、離子類型和鍵性4、電價因素形成間隙型固溶體的條件1雜質質點大小。即添加的原子愈小，易形成固溶體，反之亦然。2晶體（基質）結構。 離子尺寸是與晶體結構的關系密切相關的，在 一定程度上來說，結構中間隙的大小起了決定性的作用。 一般晶體中 空隙愈大，結構愈疏松，易形成固溶體。3 電價因素。外來雜質原子進人間隙時，必然引起晶體結構中電價的 不平衡，這時可以通過生成空位，產生部分取代或離子的價態(tài)變化來 保持電價平衡。為什么間隙固溶體不能是連續(xù)固溶體（149頁最

18、下面）？形成間隙式固溶體時，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。會寫方程式理論密度計算，化學式的確定1、理論密度計算理論密度d理二（含有雜質的）固溶體的晶胞質量 晶胞體積V計算方法1）先寫出可能的缺陷反應方程式；2）根據缺陷反應方程式寫出固溶體可能的化學式3）由化學式可知晶胞中有幾種質點，計算出晶胞中i質點的質量:i質點質量Wi =i的晶胞分子數(shù)創(chuàng)實際所占分數(shù) 阿佛加德羅常數(shù)N。i的原子量n據此，計算出晶胞質量 W: W = ? Wii=12.固溶體化學式的寫法以CaQ加入到ZrQ中為例，以1 mol為基準，摻入畑oK陽6

19、形成置換式固溶體：CaO玄Cd； + 0。+巧空位模型XXX則化學式為：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 玻璃的形成熱力學條件：玻璃太與晶態(tài)的厶G相差越小越容易形成玻璃 動力學條件：成核一生長速度相差越大，越容易形成玻璃結晶化學條件：復合陰離子團越大越容易形成玻璃， 排列越不規(guī)則越復雜越容易形成玻璃璃網絡形成體（其中正離子為網絡形成離子），其單鍵強度335kJ / mol。這類氧化物能單獨形成玻璃。網絡改變體（正離子稱為 網絡改變離子），其單鍵強度250kJ/mol。這類氧化物不能形成 玻

20、璃。但能改變網絡結構，從而使玻璃性質改變。網絡中間體（正 離子稱為網絡中間離子），其單鍵強度介于250335kJ/mol。這 類氧化物的作用介于玻璃形成體和網絡改變體兩者之間。單鍵強度越高，熔點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鍵過度的混合鍵型則容易形成玻璃第五章表面結構與性質5.1固體表面及其結構產生表面現(xiàn)象的根本原因：材料表面質點排列不同于材料內部，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，表面上原子產生的相對于 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：重構是指表面原子層在水平方向上的周期性不

21、同于體內，但垂直方向的層間距則與體內相同。圖4.1.5重構表面示意圖舉例（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歷的歷史。4）固體的表面自由能和表面張力的測定非常困難。表面力場：體表面上的吸引作用，是固體的表面力場和被吸引質點的力場相互作 用所產生的，這種相互作用力稱為固體表面力。依性質不同，表面力可分為：1

22、）化學力2）分子引力固體表面結構：晶體表面結構（雙電層得形成過程212頁第三段及圖5.6）5.3潤濕與黏附1、潤濕：是一種流體從固體表面置換另一種流體的過程分類：沾濕，浸濕，鋪展三種行為自發(fā)進行的熱力學條件：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，g SV - g SLgsv =gsL +gLV cosq 或 cosq =-gLV三種行為的接觸角判據：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，0 nv 0 ,即在潤濕的前提下，表面粗糙化后 0 n變小，更易 為液體所潤濕。（2） 0 90時，0 n 0 ,即在不潤濕的前提下，表面粗糙化后 0 n變大，更 不易為液體所潤濕。大多數(shù)有機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，實驗發(fā)現(xiàn) 0 n可高達140。4、黏附及其化學條件黏附（概念）：固體表面的剩余力場不僅可與氣體分子及溶液中的質點相互作用 發(fā)生吸附，還可與其緊密接觸的固體或液體的質點相互吸引而發(fā) 生粘附良好的黏附的表面化學條件：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度。為此潤濕熱要低。另外，粘附性能還與以下因素有關：1）粘附與固體表面的清潔度有關 。 如若固體表面吸附有氣體（或蒸氣）而形 成吸附膜

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

26、熔融化合物的判斷307 頁第三段溫度下降方向的判斷，最下面結晶結束點的判斷308 頁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 頁界限性質的判斷及方程，最下面無變量點性質的判斷310 頁第一段和第二段仔細看311 頁熔體 2 和熔體 3的結晶過程仔細看，涉及到折線和穿相區(qū)兩種情況312 頁規(guī)律三條314 315 頁過渡點以及化合物穩(wěn)定性的判斷316 頁多晶轉變點多做題，熟能生巧第七章擴散7.1菲克定律（重點）第一定律的推導（會畫模型）葉礑 At即 At=-D（H）? JGCsOC、CCrf原始狀態(tài)經擴謚后匕j*- _ _5距離工微觀表達式:J1 = -G （C1 - C2）

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

28、7.5.2 （重點）由于多元系統(tǒng)中各組元擴散速率不同而引起的擴散偶原始界面向擴散速率快的 一側移動的現(xiàn)象稱為克肯達爾效應（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。在擴散過程中，標志物總是向著含低熔點組元較多的 一側移動。相對而言，低熔點組元擴散快，高熔點組元擴散慢。正是這種不等量 的原子交換造成了克肯達爾效應。克肯達爾效應的理論意義：克肯達爾效應揭示了擴散宏觀規(guī)律與微觀機制的內在 聯(lián)系，具有普遍性，在擴散理論的形成與發(fā)展以及生產實踐都有十分重要的意義。1）、克肯達爾效應直接否定了置換型固溶體擴散的換位機制，支持了空位 機制。在鋅銅互擴散中，低熔點組

29、元鋅和空位的親和力大，易換位，這樣在擴散 過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 在一個從銅到黃銅的凈空位流， 結果勢必造成中心區(qū)晶體整體收縮， 從而造成鉬 絲內移。2）、克肯達爾效應說明，在擴散系統(tǒng)中每一種組元都有自己的擴散系數(shù)，由于Dzn Dcu，因此Zn Cu。注意，這里所說的Dzn， Dcu均不同于菲克 定律中所用的擴散系數(shù) D?？丝线_爾效應的實際意義： 肯達爾效應往往會產生副效應。 若晶體收縮完全， 原 始界面會發(fā)生移動； 若晶體收縮不完全， 在低熔點金屬一側會形成分散的或集中 的空位，其總數(shù)超過平衡空位濃度，形成孔洞，甚至形成克肯達爾孔，而在高熔

30、點金屬一側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 影響擴散的因素外在因素：溫度 雜質 氣氛 固溶體類型內在因素：擴散物質性質的影響，擴散介質結構的影響，位錯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分類：按照化學位偏導數(shù)的連續(xù)性分為一級相變，二級相變 一級：兩相化學位相等，但化學位一階偏導數(shù)不相等，反應在宏觀性質上， 熱焓突變，熱效應較大，體積膨脹或收縮二級：兩相化學位相等，化學位一階偏導數(shù)相等，但化學位二階偏導數(shù)不相 等。表現(xiàn)在宏觀性質上，熱容，壓縮系數(shù)和體膨脹系數(shù)發(fā)生變化，而 體積及熱效應沒有實變。

31、按照相變機理分為成核生長相變，連續(xù)性相變，有序無序相變和馬氏體相變2、相變的條件（重點）溫度條件：若相變過程放熱（如凝聚過程、結晶過程等） H0,要使 G0， T=T0-T0，即T0T,這表明在該過程中系統(tǒng)必須 過 冷卻 ”,或者說系統(tǒng)實際相變溫度比理論相變溫度還要低, 才能使相變 過程自發(fā)進行。若相變過程吸熱（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)生相變過程必 須“過熱”。結論：相變驅動力可以表示為過冷度 （過熱度）的函數(shù)，因此相平衡理 論溫度與系統(tǒng)實際溫度之差即為該相變過程的推動力。壓力濃度條件：要使相變能自發(fā)進行，必須 G P。，也即要使凝

32、聚相 變自發(fā)進行，系統(tǒng)的飽和蒸汽壓應大于平衡蒸汽壓 P。這種過飽和蒸汽壓差為凝聚相變過程的推動力。要使相變過程自發(fā)進行，應使 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 飽和濃度，它們之間的差值c C。即為這一相變過程的推動力。綜上所述：相變要自發(fā)進行，系統(tǒng)必須過冷（過熱）或者過飽和8.2成核生長相變包括成核和生長兩個過程1、核化速率8.2.1.1均態(tài)核化速率：均態(tài)核化速率勢壘的推導（420和421頁）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系（先升后降）1成核速度I與溫度關系召PT，DT關系如圖所示。從圖中可見，曲線 P隨T增 加而下降，溫度增加，相變活化能增大，對晶核形成不利； 而曲線D隨T增加而增加，溫度升高，擴散速度加快，對 晶核的形成有利。這兩個因素在同時影響著晶核形成速率。因此IT曲線（如圖所示）必然出現(xiàn)一個最大值，在低 溫階段，擴散控制了晶核形成過程，故曲線上升；在高溫 階段，相變勢壘控制了過程，故

34、曲線下降。非均態(tài)核化速率（了解）、822生長速率（通常用線生長速率表示）：分析溫度不同時速率隨溫度的變化 （424及425頁仔細閱讀）溫度Im （嶽嵐）成核速嵐I與生長速度U隨邀度的雯化0備0峠生長速率u與擴散有關。1）溫度越低，擴散系數(shù)越小，生長速率也就越小，并趨于零。所以當過冷度大， 溫度遠低于平衡溫度Tm時，生長速率是擴散控制的，溫度升高，生長速率增加;2） 當溫度接近于Tm時，擴散系數(shù)變大，這時，u值主要決定于兩相的自由焓 差 G，溫度升高，生長速率降低；3）當 T=Tm 時， G=0, u=0。因此，生長速率在低于Tm的某個溫度，會出現(xiàn)極大值。不過，這個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9.1概論1、固態(tài)反應概念：固體直接參與反應并起化學變化，同時至少在固體內部或外部的一個過程中起控制作用的反應。2、固態(tài)反應的特征：一般包括相界面上的化學反應和固相內的物質遷移兩個過程，通常需要在高溫下進行。9.3反應動力學9.3.1 一般動力學關系：固態(tài)反應通常由若干簡單的物理化學過程構成，整個過程速度由其中最慢的一環(huán)控制。1、當擴散速度遠大于化學反應速度時，即 K vv D/ S,則V = kc=Vp最大（式中c0=c），說明化學反應速度控制此過程，稱為 化學動力學范圍2、 當擴散速度遠小于化學反應速度時，即K D/ S ，即c = 0，V =D co工=D

36、co =Vd最大。說明擴散速度控制此過程，稱為 擴散動力學范圍dd3、當擴散速度遠和化學反應速度可相比擬時，則過程速度由上式確定，稱為過1+VP最大VD最大渡范圍，即1+ Ke。 De。9.3.3擴散動力學范圍（重點）拋物線方程=-DS ， = DS 一 dtdx dtx由于A物質遷移量dm是比例于sdx,故魚積分得：F4（ G） = x2 = 2K4?Dt = K4t?dt x楊德方程揚德假設：a反應物是半徑為R的等徑球粒；b、反應物A是擴散相，即A成分總是包圍著B的顆粒，而且A、B同產物C 是完全結束的，反應自球表面向中心進行；c) A在產物層中的濃度是線性的，而擴散層截面積一定，動力學方

37、程的推導現(xiàn)令以B物質為基準的轉化程度為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：a) 假設反應A是擴散相，B是平均半徑為R。的球形顆粒，反應沿B整個球 表面同時進行，首先，A和B形成產物AB，厚度為x，x隨反應進行而增厚b) A擴散到A-AB界面的阻力遠小于通過 AB層的擴散阻力，則A-AB界面上

38、A的濃度不變?yōu)镃。，因擴散控制則A在B-AB界面上的濃度為0。與楊德方程的假設不同之處：金斯特林格采用了楊德的球狀模形， 但放棄了擴散 截面不變的假設從而導出了更有普遍性的新動力 學關系。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）反應物化學組成：熱力學角度看，在一定溫度、壓力條件下，反應刻度能進行的 方向是自由焓減少（ Gv 0）的過程，而且的負值愈大，該 過程的推動力也愈大，沿該方向反應的幾率也大。從結構角度 看，反應物中質點間的作用鍵愈大，則可動性和反應能力愈小， 反之亦然。其次，在同一反應系統(tǒng)中，固相反應速

39、度還與各反應物間的比 例有關。反應物顆粒及均勻性：1）物料顆粒尺寸愈小，比表面積愈大，反應界面和擴散 截面增加，反應產物層厚度減少，使反應速度增大。2）同一反應物系由于物料尺寸不同，反應速度可能會屬 于不同動力學范圍控制。溫度：溫度是影響固相反應速度達到的重要外部條件。一般隨溫度升高，質點熱 運動動能增大，反應能力和擴散能力增強。對于化學反應，因其速度常數(shù) K =A exp（-Q）。因此，溫度對化學反應的加速作用一般也比對擴散過程RT為大。壓力與氣氛：對不同反應類型，壓力的影響也不同。在兩相間的反應中，增大壓 力有助于顆粒的接觸面積，加速物質傳遞過程，使反應速度增加。 但對于有液、氣相參與達到

40、反應中，擴散過程主要不是通過固體粒 子的直接接觸實現(xiàn)的。因此提高壓力有時并不表現(xiàn)出積極作用，甚 至會適得其反。反應物活性：實踐證明，同一物質處于不同結構狀態(tài)時其反應活性差異甚大。一般說來，晶格能愈高、結構愈完整和穩(wěn)定的，其反應活性也低。第十章燒結10.1概述燒結：燒結過程是經過成型的固體粉狀顆粒在加熱到低于熔點溫度的溫度下，產生顆粒粘結，通過物質傳遞，使成型體逐漸變成具有一定幾何形狀和性能的 整體的過程10.2燒結過程及機理1、過程：表10.1 （重點，背住）2、燒結推動力：系統(tǒng)表面能的降低3、機理：黏附，傳質黏附作用是燒結初始階段，導致粉體顆粒間鍵合、靠攏、重排，并開始形成 接觸區(qū)的一個重要

41、原因。傳質包括流動傳質，擴散傳質，氣相傳質，溶解沉淀傳質。10.4再結晶和晶粒長大燒結過程中，高溫下同時進行兩個過程：再結晶和晶粒長大，尤其是在燒結后期1、初次再結晶：是指從塑性變形的、具有應變的基質中，生長出新的無應變晶 粒的成核和長大過程推動力：基質塑性變形增加的能量2、 晶粒長大（正常長大）：燒結中、后期細小晶粒逐漸長大，是晶界移動的結果,其結果是平均晶粒尺寸增加。推動力：晶界過剩的自由能3、二次再結晶（晶粒異常長大）：是胚體中個別大晶粒的異常長大，其結果是個別晶粒異常長大，這是區(qū)別與正常晶粒長大的。推動力仍然是晶界過剩的自由能。危害：二次再結晶發(fā)生后，由于個別晶粒異常長大，氣孔進入晶粒

42、內部，成 為孤立閉氣孔，不易排除，使燒結速率降低甚至停止，胚體不再致密； 加之大晶粒的晶界上有應力存在，使其內部易出現(xiàn)隱裂紋，繼續(xù)燒結 時胚體易膨脹而開裂，使燒結體的機械，電學性能下降10.7 影響因素 （略）注意與實際工藝過程相結合， 教材中有很多例子， 要仔細看，考試可能從中出題腐蝕和斷裂兩章考試內容少，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過程分類：金屬 / 高分子/ 無機非金屬腐蝕*金屬腐蝕：金屬在環(huán)境介質中發(fā)生化學、電化學或物理作用導致的金屬的變質 和破壞，分為全面腐蝕和局部腐蝕。腐蝕特點：大多數(shù)情況下可以用電化學過程描述，大多發(fā)生在表面，并逐步向 深處發(fā)展。*高