《金屬科學(xué)與工程導(dǎo)論》復(fù)習(xí)資料整理

1、第一章 材料的力學(xué)形變：物體由于外因或內(nèi)在缺陷，在外力作用下物質(zhì)的各部分的相對(duì)位置發(fā)生變化的過(guò)程。應(yīng)力：材料單位面積上所受的附加內(nèi)力。體積元單位面積上的力可分解為法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力應(yīng)力狀態(tài)由6個(gè)應(yīng)力分量來(lái)決定應(yīng)變：材料受力時(shí)內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相對(duì)位移。對(duì)于各向同性的材料分為：拉伸應(yīng)變、剪切應(yīng)變g和壓縮應(yīng)變應(yīng)變由6個(gè)獨(dú)立分量決定拉伸應(yīng)變：材料受到垂直于截面積的大小相等、方向相反并作用在同一條直線上的兩個(gè)拉伸應(yīng)力時(shí)材料發(fā)生的形變剪切應(yīng)變：材料受到平行于截面積的大小相等、方向相反的兩個(gè)剪切力時(shí)發(fā)生的形變壓縮應(yīng)變：材料周圍受到均勻應(yīng)力P時(shí)，其體積從開(kāi)始時(shí)的V0變化為V1=V0-V的形變彈性形變：固體受外

2、力作用而使各點(diǎn)間相對(duì)位置的改變，當(dāng)外力撤消后，固體又恢復(fù)原狀。 Hook定律：在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力f和彈簧的長(zhǎng)度x成正比，即f= -kx泊松比：在拉伸試驗(yàn)中，材料橫向單位面積的減少與縱向單位面積長(zhǎng)度的增加之比值彈性模量：材料在彈性變形階段內(nèi)，正應(yīng)力和對(duì)應(yīng)的正應(yīng)變的比值。彈性模量實(shí)際與曲線上受力點(diǎn)的斜率成正比粘性形變：粘性物體在剪切應(yīng)力作用下發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的流動(dòng)變形，該形變隨時(shí)間增加而增大。牛頓流體：符合牛頓粘性定律的流體。在足夠的剪切力下或溫度足夠高時(shí)，無(wú)機(jī)材料中的陶瓷晶界、玻璃和高分子非晶部分均可產(chǎn)生粘性形變，因此高溫下的氧化物流體、低分子溶液或高分子稀溶液大多屬于牛頓流體非牛頓流體：而高

3、分子濃溶液或高分子熔體不符合牛頓粘性定律，為非牛頓流體。絕對(duì)速率理論的粘性流動(dòng)模型：認(rèn)為液體流動(dòng)是一種速率過(guò)程，某一液體層相對(duì)于鄰層液體流動(dòng)時(shí)，液體分子從一種平衡態(tài)越過(guò)勢(shì)壘到達(dá)另一種平衡狀態(tài)。塑性：材料在外力去除后仍保持部分應(yīng)變的特性。 延展性：材料發(fā)生塑性形變而不斷裂的能力塑性形變：在足夠大的剪切應(yīng)力t作用下或溫度T較高時(shí)，材料中的晶體部分會(huì)沿著最易滑移的系統(tǒng)在晶粒內(nèi)部發(fā)生位錯(cuò)滑移，宏觀上表現(xiàn)為材料的塑性形變?；坪蛯\晶：晶體塑性形變兩種基本形式?；剖侵冈诩羟袘?yīng)力作用下晶體一部分相對(duì)于另部分發(fā)生平移滑動(dòng)。在顯微鏡下可觀察到晶體表面出現(xiàn)宏觀臺(tái)階，并構(gòu)成滑移帶?；埔话惆l(fā)生在原子密度大的晶面和

4、晶面指數(shù)小的晶向上。孿晶是晶體材料中原子格點(diǎn)排列一部分與另部分呈鏡像對(duì)稱的現(xiàn)象。鏡界兩側(cè)的晶格常數(shù)可能相同，也可能不同。實(shí)際晶體材料的滑移：由于使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需的剪切應(yīng)力比使晶體兩部分整體相互滑移所需的應(yīng)力小得多，因此實(shí)際晶體材料的滑移是位錯(cuò)缺陷在滑移面上沿滑移方向運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，溫度高時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度快，使得諸如氧化鋁等在室溫下不易滑移的脆性材料，在一千度以上的高溫時(shí)也能產(chǎn)生一定程度的塑性形變而呈現(xiàn)一定程度的塑性。蠕變是在恒定的應(yīng)力作用下材料的應(yīng)變e隨時(shí)間t增加而逐漸增大的現(xiàn)象。影響蠕變的因素有：溫度、應(yīng)力、成分、晶體鍵型、氣孔、晶粒大小和玻璃相等。位錯(cuò)蠕變理論：認(rèn)為在低溫時(shí)受到阻礙而難以發(fā)生運(yùn)

5、動(dòng)的位錯(cuò)，在高溫時(shí)由于熱運(yùn)動(dòng)增大了原子的能量，使得位錯(cuò)能克服阻礙發(fā)生運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致材料的蠕變。溫度越高，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度越高，蠕變也越大。擴(kuò)散蠕變理論：認(rèn)為材料在高溫下的蠕變現(xiàn)象與晶體中的擴(kuò)散現(xiàn)象類似，蠕變過(guò)程是在應(yīng)力作用下空位沿應(yīng)力作用方向（或晶粒沿相反方向）擴(kuò)散的一種形式。晶界蠕變理論：認(rèn)為多晶界材料由于存在大量的晶界，當(dāng)晶界位相差大時(shí)，可把晶界看成非晶體，在溫度較高時(shí)，晶界粘度迅速下降，應(yīng)力使得晶界發(fā)生粘性流動(dòng)而導(dǎo)致蠕變。粘彈性材料的力學(xué)性質(zhì)與時(shí)間有關(guān),具有力學(xué)松弛的特征,常見(jiàn)的力學(xué)松弛現(xiàn)象有蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和力損耗等。應(yīng)力松弛：在恒定的應(yīng)變時(shí)，材料的內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間增長(zhǎng)而減小的現(xiàn)象。其本

6、質(zhì)與蠕變?cè)蛳嗤?，同樣反映高分子材料分子鏈的三種形變滯后：交變應(yīng)力作用下形變落后于應(yīng)力變化的現(xiàn)象。原因：在外力作用和去除中，大分子的形變使大分子鏈段發(fā)生重排，這種過(guò)程需要一定的時(shí)間，導(dǎo)致應(yīng)變的產(chǎn)生滯后于應(yīng)力的作用。力損耗W：當(dāng)應(yīng)變滯后于應(yīng)力時(shí)每一循環(huán)周期損失的能量。這種損失的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，若?lái)不及散失， 則會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部溫度上升，影響材料的使用壽命。蠕變和應(yīng)力松弛：屬于靜態(tài)力學(xué)松弛過(guò)程或靜態(tài)粘彈性。在實(shí)際生產(chǎn)中，作為工程材料，蠕變?cè)叫≡胶?。如聚四氟乙烯的蠕變?yán)重，不能作為機(jī)械零件，但具有很好的自潤(rùn)滑特性，是很好的密封材料；而橡膠材料硫化交聯(lián)的方法是為了防止因分子間滑移的粘性形變而引起的蠕變；

7、又如材料加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，常用升溫退火的方法來(lái)消除，以防止產(chǎn)品彎曲或開(kāi)裂。滯后和力損耗：屬于動(dòng)態(tài)力學(xué)松弛或動(dòng)態(tài)粘彈性，此時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變均為時(shí)間的函數(shù)。在實(shí)際的應(yīng)用中，對(duì)于在交變應(yīng)力作用下工作的輪胎和傳動(dòng)皮帶等橡膠制品，希望其tan越小越好。以便吸收更多的能量，以增強(qiáng)防震和隔音效果。時(shí)溫等效原理：材料的粘彈性力學(xué)松弛現(xiàn)象，不僅與時(shí)間有關(guān)，而且與溫度有關(guān)。升高溫度與延長(zhǎng)時(shí)間對(duì)分子運(yùn)動(dòng)及其引起的粘彈性行為是等效的，可借助轉(zhuǎn)換因子T將某一溫度測(cè)定的粘彈性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為另一溫度T0的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，這就是時(shí)溫等效原理。Baltzmann疊加原理：粘彈性材料的力學(xué)松弛行為是其整個(gè)歷史上各個(gè)應(yīng)力貢獻(xiàn)的線性加和的結(jié)果。

8、據(jù)此原理可用有限的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，去預(yù)測(cè)很寬范圍內(nèi)材料的力學(xué)性質(zhì)。理想彈簧： 代表理想彈性體，其力學(xué)性質(zhì)服從Hook定律。理想粘壺：代表理想粘性體，服從牛頓粘性定律Maxwell模型：由一個(gè)理想彈簧和理想粘壺串聯(lián)成為Maxwell模型，在保持應(yīng)變恒定時(shí)應(yīng)力隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律衰減Voigt模型：由一個(gè)理想彈簧和理想粘壺并聯(lián)成為Voigt模型: 在保持應(yīng)力恒定時(shí)，應(yīng)變隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。粘彈性的微觀分子理論：把高分子材料的分子看成由許多亞單元組成，每一個(gè)亞單元的末端距ri(指連接理想的分子鏈兩端的矢量長(zhǎng)度)的分布都屬于高斯分布（均方末端距為a2），亞單元的質(zhì)量集中在由Hook彈簧連接在一起的珠子上。由于高

9、分子材料的分子鏈?zhǔn)蔷€性的，并且要考慮的形變是單軸方向的，因此可以采用在X方向上的“有效彈性系數(shù)”而把體系描述成在一維方向上的分子鏈。機(jī)械強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗形變及斷裂破壞的能力。根據(jù)外力作用的形式，可分為抗拉強(qiáng)度、抗沖強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。實(shí)際斷裂強(qiáng)度遠(yuǎn)低于理論強(qiáng)度：是由于其中存在著位錯(cuò)。裂紋斷裂并不是兩部分晶體同時(shí)沿整個(gè)界面斷開(kāi)，而是裂紋擴(kuò)展的結(jié)果。裂紋的存在使得實(shí)際材料的斷裂強(qiáng)度低于理論結(jié)合強(qiáng)度，裂紋的存在使得實(shí)際材料的斷裂強(qiáng)度f(wàn)低于理論結(jié)合強(qiáng)度th材料強(qiáng)度的尺寸效應(yīng)：由于同種材料中大尺寸材料比小尺寸材料包含的裂紋數(shù)目更多，使得大尺寸材料的斷裂強(qiáng)度較低（從能量平衡的觀

10、點(diǎn)出發(fā)，裂紋擴(kuò)展的條件是物體內(nèi)儲(chǔ)存的彈性應(yīng)變能的減小大于或等于開(kāi)裂形成兩個(gè)新表面所需增加的表面能）延性材料的斷裂強(qiáng)度：金屬和非晶態(tài)高聚物類延性材料受力時(shí)產(chǎn)生塑性形變時(shí)消耗大量的能量，使得斷裂強(qiáng)度提高。塑性功是阻止斷裂的一個(gè)重要因素。陶瓷、玻璃等脆性材料有微米級(jí)微觀線度的裂紋時(shí)，就會(huì)發(fā)生低于理論結(jié)合強(qiáng)度的斷裂；而金屬和非晶態(tài)高聚物則在毫米級(jí)宏觀尺寸的裂紋時(shí)，才會(huì)發(fā)生低應(yīng)力的斷裂。常用晶體材料的劃痕硬度稱為莫氏硬度，它不表示軟硬的程度，只表示硬度有小到大的順序，順序在后面的材料能劃破前面材料的表面。量子力學(xué)：反映微觀粒子（分子、原子、原子核、基本粒子等）運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論古典量子論：穩(wěn)定橢圓軌道、電子

11、自旋理論波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)意義：空間某處物質(zhì)波的強(qiáng)度（振幅的平方）可代表能夠在該處找到這一粒子的幾率密度。在任何給定情況下運(yùn)動(dòng)的粒子都具有一波函數(shù)與它相聯(lián)系，這個(gè)波函數(shù)在空間某處的振幅的平方與粒子在該處出現(xiàn)的幾率成正比隧道效應(yīng)：粒子由區(qū)域穿過(guò)勢(shì)壘到達(dá)區(qū)域中，并且粒子穿過(guò)勢(shì)壘后能量并不減少，仍然保持在區(qū)域的能量材料的力學(xué)與顯微結(jié)構(gòu)：納米陶瓷復(fù)合材料顯微結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)性能的影響：納米陶瓷材料根據(jù)彌散相的不同和基體尺寸分為晶內(nèi)型、晶間型、晶向/晶間型和納米/納米型。陶瓷納米復(fù)合材料的室溫性能（如硬度、強(qiáng)度、斷裂韌性等）得到顯著改善。納米復(fù)合材料在提高室溫力學(xué)性能的同時(shí)，也顯著地改善了高溫性能。相對(duì)而言，陶瓷納

12、米材料在高溫力學(xué)性能方面的提高更引人注目。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能：長(zhǎng)纖維增強(qiáng)效果明顯，但是形狀復(fù)雜的零件用長(zhǎng)纖維比較困難，短纖維的效果不太理想?；旧纤袃?yōu)良的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：纖維的取向大致相同，分散均勻，沒(méi)有團(tuán)聚、交叉、扭曲等制造缺陷，所有纖維基本上被基體包裹。從一些研究成果來(lái)看，纖維長(zhǎng)度對(duì)復(fù)合材料強(qiáng)度的影響一般隨著長(zhǎng)度增加而增大。顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料對(duì)材料力學(xué)性能的影響：復(fù)合材料的斷裂韌性隨增強(qiáng)相顆粒尺寸的變化并不呈現(xiàn)單調(diào)變化規(guī)律。 當(dāng)顆粒尺寸很小時(shí)，斷裂韌性隨顆粒尺寸的增加而增加，但當(dāng)顆粒尺寸本身很大時(shí)，復(fù)合材料的斷裂韌性都隨著顆粒的增加而減小。研究表明，復(fù)合

13、材料力學(xué)性能很大程度上取決于分散相在基體相中的分散質(zhì)量和二者形成的界面情況，而無(wú)機(jī)剛性粒子的加入正好產(chǎn)生特殊的界面結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生增強(qiáng)增韌的力學(xué)效果。層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料顯微結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)性能的影響：層狀材料的結(jié)構(gòu)是兩層相同或多層相同或不相同的材料組成，界面可以是強(qiáng)結(jié)合，也可以是弱結(jié)合的材料 經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的層狀材料具有在特定方向上對(duì)裂紋的容忍性，包括最具破壞性的表面裂紋。層狀結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料分成兩類：弱界面結(jié)合和強(qiáng)界面結(jié)合層狀結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料。相變?cè)鲰g復(fù)合材料結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)性能的影響：相變?cè)鲰g陶瓷實(shí)質(zhì)上是利用多晶多相陶瓷的某些相成分在不同溫度的相變，達(dá)到改善材料微觀結(jié)構(gòu)的目的，從而產(chǎn)生增韌效果。相變?cè)鲰g的材料中

14、，多相組分有時(shí)無(wú)法按照某一尺寸或線度去描述，不同的相變陶瓷內(nèi)部可以出現(xiàn)多尺度的組織結(jié)構(gòu)。從上可以看出材料的力學(xué)性能與顯微結(jié)構(gòu)關(guān)系是十分密切的，在絕大數(shù)情況下可以說(shuō)是微觀結(jié)構(gòu)決定了材料的力學(xué)性能。當(dāng)然，這種決定關(guān)系并不是一目了然的，需要深入的研究其決定機(jī)理以進(jìn)行定量計(jì)算，從而指導(dǎo)材料的研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用。 隨著顯微技術(shù)的發(fā)展及高速攝影技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料的微觀動(dòng)態(tài)研究已成為可能并具有實(shí)際意義。同時(shí)，將力學(xué)性能與其它物理性能相結(jié)合也將是新材料研究中一件有意義的工作。第二章 材料的結(jié)構(gòu)結(jié)合鍵：相鄰原子和原子群之間力的相互作用。結(jié)合鍵的特性決定結(jié)構(gòu)和性能。所有物質(zhì)都是由原子構(gòu)成。原子由電子、質(zhì)子和中子構(gòu)

15、成。原子特性取決于： 1）原子序數(shù)Z 2）原子的質(zhì)量 3）電子的空間分布4）原子中電子的能量 5）在原子中加入或除去一個(gè)（多個(gè)）電子從而產(chǎn)生帶電離子的難易程度。電子行為的描述量子力學(xué)：電子具有波粒二象性：電子波需滿足薛定諤方程、泡利不相容原理（同一電子態(tài)只有一個(gè)電子占據(jù)）、能量最低原理和洪德定則（在未填滿的殼層中，電子的自旋值應(yīng)盡量大）原子成鍵類型的影響因素電負(fù)性（EN）和電負(fù)性差值（EN）離子鍵：原子間高電負(fù)性差值。共價(jià)鍵：負(fù)電性元素（特別是具有4個(gè)或更多價(jià)電子的元素）構(gòu)成的化合物金屬鍵：含有三個(gè)或三個(gè)以下價(jià)電子的正電性元素構(gòu)成的固體鍵的類型影響材料的性能。鍵能曲線可用來(lái)解釋固體的鍵長(zhǎng)、材料

16、的模量（剛度）、結(jié)合強(qiáng)度以及線膨脹系數(shù)等宏觀性能。點(diǎn)陣陣點(diǎn)無(wú)限延伸排列，每個(gè)點(diǎn)被相同類型的鄰近點(diǎn)所包圍。體現(xiàn)了晶體的平移對(duì)稱性。單胞由點(diǎn)陣組成的最小具平移對(duì)稱性的單位基元處在一個(gè)陣點(diǎn)的“物質(zhì)群” 晶體結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣基元點(diǎn)缺陷：晶體中的空位和間隙原子、離子晶體中的空位和間隙原子、晶體中的雜質(zhì)、離子晶體中的雜質(zhì)線缺陷：1、位錯(cuò)的類型2、金屬晶體中的位錯(cuò)3、離子、共價(jià)和聚合物晶體中的位錯(cuò)4、位錯(cuò)與滑移面缺陷：1、自由表面2、晶界3、其他面缺陷扭轉(zhuǎn)晶界體缺陷：1、空洞空位的三維聚集2、沉淀物與基體不同晶體結(jié)構(gòu)相的三維聚集聚合物由長(zhǎng)鏈分子組成的有機(jī)材料非晶態(tài)原子在空間的排列不是周期性重復(fù)的點(diǎn)陣玻璃化轉(zhuǎn)變的實(shí)質(zhì)

17、：結(jié)構(gòu)無(wú)序的液體轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)無(wú)序的固態(tài)液體結(jié)晶的實(shí)質(zhì)：結(jié)構(gòu)無(wú)序向結(jié)構(gòu)有序轉(zhuǎn)變，原子非定域化向原子定域化轉(zhuǎn)變，兩者耦合在一起同時(shí)進(jìn)行。離子玻璃：氧化物、氯化物、硫化物 共價(jià)玻璃：有機(jī)玻璃、無(wú)定形半導(dǎo)體熱固性彈性體的結(jié)構(gòu)：交聯(lián) 熱塑性彈性體的結(jié)構(gòu)：嵌段第三章 材料的電學(xué)任何一種物質(zhì)，只要存在帶電荷的自由粒子載流子，就可以在電場(chǎng)下產(chǎn)生導(dǎo)電電流。金屬中： 自由電子 無(wú)機(jī)材料中：電子（電子/空穴）電子電導(dǎo) 離子（正、負(fù)離子/空穴）離子電導(dǎo)霍爾效應(yīng)：置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)差?；魻栃?yīng)的起源：源于磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)電荷所產(chǎn)生的

18、洛侖茲力，導(dǎo)致載流子在磁場(chǎng)中產(chǎn)生洛侖茲偏轉(zhuǎn)。該力所作用的方向即與電荷運(yùn)動(dòng)的方向垂直，也與磁場(chǎng)方向垂直。利用電解效應(yīng)可以檢驗(yàn)：1.材料是否存在離子導(dǎo)電2.可以判定載流子是正離子還是負(fù)離子能否用更簡(jiǎn)單明了的模型來(lái)揭示純金屬電阻率與溫度的依賴關(guān)系？ 晶格熱容是一個(gè)宏觀物理量，是晶格振動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均效應(yīng)。電阻率也是一個(gè)宏觀物理量，是電子與聲子作用的統(tǒng)計(jì)平均效應(yīng)。平均聲子模型，是假定聲子系統(tǒng)由平均聲子來(lái)構(gòu)成，在這個(gè)系統(tǒng)中，每個(gè)聲子的動(dòng)量等于原聲子系統(tǒng)中聲子的平均動(dòng)量。我們知道，對(duì)電導(dǎo)有貢獻(xiàn)的只是費(fèi)密面上的電子，因此純金屬電阻率可看成是費(fèi)密面上的電子與平均聲子相互碰撞的結(jié)果。純金屬的電阻率與聲子濃度和聲子平

19、均動(dòng)量的平方成正比。電介質(zhì)的定義：電介質(zhì)的本質(zhì)特征是以極化的方式傳遞、存儲(chǔ)或記錄電場(chǎng)的作用和影響，介電常數(shù)是表征電介質(zhì)的最基本的參量。陶瓷的介電性能決定于感應(yīng)極化的產(chǎn)生及其隨時(shí)間的建立過(guò)程，而介電常數(shù)隨頻率和溫度的變化是決定電介質(zhì)應(yīng)用的重要因素。在討論電介質(zhì)的極化時(shí)，通常針對(duì)各向同性線性均勻電介質(zhì)在電場(chǎng)中的行為。所說(shuō)的均勻是指電介質(zhì)的性質(zhì)不隨空間坐標(biāo)發(fā)生變化，所說(shuō)的各向同性是指電介質(zhì)的參數(shù)不隨場(chǎng)量的方向發(fā)生變化，線性是指電介質(zhì)的參數(shù)不隨場(chǎng)量的數(shù)值發(fā)生變化。電介質(zhì)的極化定義：導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)作用下定向運(yùn)動(dòng)，形成傳導(dǎo)電流。但在電介質(zhì)中，原子、分子或離子中的正負(fù)電荷則以共價(jià)鍵或離子鍵的形式被相

20、互強(qiáng)烈地束縛著，通常稱為束縛電荷。在電場(chǎng)作用下，正、負(fù)束縛電荷只能在微觀尺度上作相對(duì)位移，不能作定向運(yùn)動(dòng)。正負(fù)束縛電荷間的相對(duì)偏移，產(chǎn)生感應(yīng)偶極矩。在外電場(chǎng)作用下, 電介質(zhì)內(nèi)部感生偶極矩的現(xiàn)象，稱為電介質(zhì)的極化。注意：鐵電體中自發(fā)極化的產(chǎn)生是不需要外加電場(chǎng)誘導(dǎo)的，完全是由特殊晶體結(jié)構(gòu)誘發(fā)的。 極化類型：1.彈性位移極化（瞬時(shí)極化）2. 取向極化（弛豫極化）注意：原子和離子的電子位移極化率與溫度無(wú)關(guān)。離子位移極化率與正負(fù)離子半徑和的立方成正比，與電子位移極化率有大體相同的數(shù)量級(jí)，隨溫度升高，離子間距離增大，相互作用減弱，力常數(shù)K減小，因此離子位移極化率隨溫度升高而增大，但增加甚微。偶極子取向極化

21、率與溫度成反比，隨溫度升高而下降。偶極子取向極化率比電子位移極化率大得多。不同電介質(zhì)因極化機(jī)制不同, 通常表現(xiàn)出不同介電常數(shù)。在交變電場(chǎng)下，由于介質(zhì)的極化建立需要一定時(shí)間，在實(shí)際電介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生損耗，因此介電響應(yīng)需用復(fù)介電常數(shù)描述弛豫過(guò)程：一個(gè)宏觀系統(tǒng)由于周圍環(huán)境的變化或受到外界的作用而變?yōu)榉菬崞胶鉅顟B(tài)，這個(gè)系統(tǒng)再?gòu)姆瞧胶鉅顟B(tài)過(guò)渡到新的熱平衡態(tài)的整個(gè)過(guò)程就稱為弛豫過(guò)程。弛豫過(guò)程實(shí)質(zhì)上是系統(tǒng)中微觀粒子由于相互作用而交換能量，最后達(dá)到穩(wěn)定分布的過(guò)程。弛豫過(guò)程的宏觀規(guī)律決定于系統(tǒng)中微觀粒子相互作用的性質(zhì)。介電損耗：電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下往往會(huì)發(fā)生電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪埽ㄈ鐭崮埽┑那闆r，即發(fā)生電能的損耗。常

22、將電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，單位時(shí)間消耗的電能叫介電損耗。電介質(zhì)的擊穿：一般外電場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，電介質(zhì)只被極化，不影響其絕緣性能。當(dāng)其處在很強(qiáng)的外電場(chǎng)中時(shí)，電介質(zhì)分子的正負(fù)電荷中心被拉開(kāi)，甚至脫離約束而成為自由電荷，電介質(zhì)變?yōu)閷?dǎo)電材料。當(dāng)施加在電介質(zhì)上的電壓增大到一定值時(shí)，使電介質(zhì)失去絕緣性的現(xiàn)象稱為擊穿。擊穿場(chǎng)強(qiáng)電介質(zhì)所能承受的不被擊穿的最大場(chǎng)強(qiáng)。擊穿電壓電介質(zhì)（或電容器）擊穿時(shí)兩極板的電壓。零電阻現(xiàn)象：將超導(dǎo)體冷卻到某一臨界溫度（TC）以下時(shí)電阻突然降為零的現(xiàn)象。邁斯納效應(yīng)：當(dāng)超導(dǎo)體冷卻到臨界溫度以下而轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)后，只要周圍的外加磁場(chǎng)沒(méi)有強(qiáng)到破壞超導(dǎo)性的程度，超導(dǎo)體就會(huì)把穿透到體內(nèi)的磁力線完全排斥

23、出體外，在超導(dǎo)體內(nèi)永遠(yuǎn)保持磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。邁斯納效應(yīng)與零電阻現(xiàn)象是超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特性，它們既互相獨(dú)立，又密切聯(lián)系。超導(dǎo)態(tài)的臨界參數(shù)： 溫度（TC）超導(dǎo)體必須冷卻至某一臨界溫度以下才能保持其超導(dǎo)性。臨界電流密度（JC）通過(guò)超導(dǎo)體的電流密度必須小于某一臨界電流密度才能保持超導(dǎo)體的超導(dǎo)性。臨界磁場(chǎng)（HC）施加給超導(dǎo)體的磁場(chǎng)必須小于某一臨界磁場(chǎng)才能保持超導(dǎo)體的超導(dǎo)性。第I類超導(dǎo)體：主要包括一些在常溫下具有良好導(dǎo)電性的純金屬，如鋁、鋅、鎵、鎘、錫、銦等，該類超導(dǎo)體的熔點(diǎn)較低、質(zhì)地較軟，亦被稱作“軟超導(dǎo)體”。其特征是由正常態(tài)過(guò)渡到超導(dǎo)態(tài)時(shí)沒(méi)有中間態(tài)，并且具有完全抗磁性。第I類超導(dǎo)體由于其臨界電流密度和臨

24、界磁場(chǎng)較低，因而沒(méi)有很好的實(shí)用價(jià)值。第II類超導(dǎo)體：除金屬元素釩、锝和鈮外，第II類超導(dǎo)體主要包括金屬化合物及其合金。第II類超導(dǎo)體和第I類超導(dǎo)體的區(qū)別主要在于：1.第II類超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)時(shí)有一個(gè)中間態(tài)（混合態(tài)）2.第II類超導(dǎo)體的混合態(tài)中有磁通線存在，而第I類超導(dǎo)體沒(méi)有；3. 第II類超導(dǎo)體比第I類超導(dǎo)體有更好的應(yīng)用前景。理想第II類超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)比較完整，不存在磁通釘扎中心，并且當(dāng)磁通線均勻排列時(shí)，在磁通線周圍的渦旋電流將彼此抵消，其體內(nèi)無(wú)電流通過(guò)，從而不具有高臨界電流密度。非理想第II類超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)存在缺陷，并且存在磁通釘扎中心，其體內(nèi)的磁通線排列不均勻，體內(nèi)各處的渦旋

25、電流不能完全抵消，出現(xiàn)體內(nèi)電流，從而具有高臨界電流密度。在實(shí)際上，真正適合于實(shí)際應(yīng)用的超導(dǎo)材料是非理想第II類超導(dǎo)體。第四章 材料的磁學(xué)磁感應(yīng)強(qiáng)度：表示材料在外磁場(chǎng)H的作用下在材料內(nèi)部的磁通量密度。磁導(dǎo)率：表示材料在單位磁場(chǎng)強(qiáng)度的外磁場(chǎng)作用下，材料內(nèi)部的磁通量密度，是材料的特征常數(shù)。在工程中磁導(dǎo)率分為：有效磁導(dǎo)率、永久磁導(dǎo)率、表觀磁導(dǎo)率、振幅磁導(dǎo)率、可逆磁導(dǎo)率、切變磁導(dǎo)率、脈沖磁導(dǎo)率、最大磁導(dǎo)率等相對(duì)磁導(dǎo)率：材料的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率0之比磁化強(qiáng)度：在外磁場(chǎng)H的作用下，材料中因磁矩沿外場(chǎng)方向排列而使磁場(chǎng)強(qiáng)化的量度，其值等于單位體積材料中感應(yīng)的磁矩大小。軌道磁矩：電子圍繞原子核的軌道運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)

26、非常小的磁場(chǎng)，形成一個(gè)沿旋轉(zhuǎn)軸方向的磁矩自旋磁矩：每個(gè)電子本身有自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)沿自旋軸方向的磁矩。原子磁矩：為原子中各電子磁矩總和。原子中每個(gè)電子都可以看作是一個(gè)小磁體，具有永久的軌道磁矩和自旋磁矩。 一個(gè)原子的凈磁矩是所有電子磁矩的相互作用的矢量和，又稱為本征磁矩或固有磁矩。 電子對(duì)的軌道磁矩相互對(duì)消，自旋磁矩也可能相互對(duì)消，所以當(dāng)原子電子層或次層完全填滿時(shí)，磁矩為零。抗磁性：由于外磁場(chǎng)使電子的軌道運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化而引起的，方向與外磁場(chǎng)相反的一種磁性。一種很弱的、非永久性的磁性，只有在外磁場(chǎng)存在時(shí)才能維持。順磁性：有些固體的原子具有本征磁矩；無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，材料中的原子磁矩?zé)o序排列，材料表現(xiàn)不

27、出宏觀磁性；受外磁場(chǎng)作用時(shí)，原子磁矩能通過(guò)旋轉(zhuǎn)而沿外場(chǎng)方向擇優(yōu)取向，表現(xiàn)出宏觀磁性，這種磁性稱為順磁性。鐵磁性：有些磁性材料在外磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生很強(qiáng)的磁化強(qiáng)度。外磁場(chǎng)除去后仍保持相當(dāng)大的永久磁性。材料是否具有鐵磁性取決于兩個(gè)因素：(1)原子在晶格中的排列方式(2)原子是否具有由未成對(duì)電子，即自旋磁矩貢獻(xiàn)的凈磁矩(本征磁矩)反鐵磁性：在有些材料中，相鄰原子或離子的磁矩呈反方向平行排列，結(jié)果總磁矩為零，叫反鐵磁性亞鐵磁性：亞鐵磁性在宏觀性能上與鐵磁性類似，區(qū)別在于亞鐵磁性材料的飽和磁化強(qiáng)度比鐵磁性的低。成因是由于材料結(jié)構(gòu)中原子磁矩不象鐵磁體中那樣向一個(gè)方向排列，而是呈反方向排列，相互抵消了一部分。鐵

28、磁性材料的居里溫度：對(duì)于所有的磁性材料來(lái)說(shuō)，并不是在任何溫度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一個(gè)臨界溫度Tc，在這個(gè)溫度以上，由于高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)，原子磁矩的排列是混亂無(wú)序的。在此溫度以下，原子磁矩排列整齊，產(chǎn)生自發(fā)磁化，物體變成鐵磁性或亞鐵磁性。所以，居里溫度 是鐵磁體或亞鐵磁體的相變轉(zhuǎn)變點(diǎn)磁疇：磁性材料內(nèi)部的一個(gè)個(gè)小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個(gè)個(gè)小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同。各個(gè)磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。宏觀物體一般總是具有很多磁疇，這樣，磁疇的磁矩方向各不相同，結(jié)果相互抵消，矢量和為零，整個(gè)物體的磁矩為零，它也就不能吸引

29、其它磁性材料。也就是說(shuō)磁性材料在正常情況下并不對(duì)外顯示磁性。只有當(dāng)磁性材料被磁化以后，它才能對(duì)外顯示出磁性。既然磁疇內(nèi)部的磁矩排列是整齊的，那么在磁疇壁處原子磁矩又是怎樣排列的呢？ 在疇壁的一側(cè)，原子磁矩指向某個(gè)方向，假設(shè)在疇壁的另一側(cè)原子磁矩方向相反。那么，在疇壁內(nèi)部，原子磁矩必須成某種形式的過(guò)渡狀態(tài)。實(shí)際上，疇壁由很多層原子組成。為了實(shí)現(xiàn)磁矩的轉(zhuǎn)向，從一側(cè)開(kāi)始，每一層原子的磁矩都相對(duì)于磁疇中的磁矩方向偏轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，并且每一層的原子磁矩偏轉(zhuǎn)角度逐漸增大，到另一側(cè)時(shí)，磁矩已經(jīng)完全轉(zhuǎn)到和這一側(cè)磁疇的磁矩相同的方向。退磁化過(guò)程：樣品磁化到飽和點(diǎn)之后，慢慢地減小H，則M也減小。這個(gè)過(guò)程叫退磁化過(guò)程

30、。M(B)的變化并不是按磁化曲線的原路程退回，而是按另一條曲線變化。磁滯現(xiàn)象：起始磁化曲線為 oc ,當(dāng)外磁場(chǎng)減小時(shí)，介質(zhì)中的磁場(chǎng)并不沿起始磁化曲線返回，而是滯后于外磁場(chǎng)變化磁滯現(xiàn)象是由于摻雜和內(nèi)應(yīng)力等的作用，當(dāng)撤掉外磁場(chǎng)時(shí)磁疇的疇壁很難恢復(fù)到原來(lái)的形狀，而表現(xiàn)出來(lái)。 退磁方法：(1)加熱法：當(dāng)鐵磁質(zhì)的溫度升高到某一溫度時(shí)，磁性消失，由鐵磁質(zhì)變?yōu)轫槾刨|(zhì)，該溫度為居里溫度 tc 。當(dāng)溫度低于 tc 時(shí)，又由順磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁質(zhì)。原因：由于加熱使磁介質(zhì)中的分子、原子的振動(dòng)加劇，提供了磁疇轉(zhuǎn)向的能量，使鐵磁質(zhì)失去磁性。(2)敲擊法：通過(guò)振動(dòng)可提供磁疇轉(zhuǎn)向的能量，使介質(zhì)失去磁性。如敲擊永久磁鐵會(huì)使磁鐵磁

31、性減小。(3)加反向磁場(chǎng)法：加反向磁場(chǎng)，提供一個(gè)矯頑力Hc ,使鐵磁質(zhì)退磁。(4)加交變衰減的磁場(chǎng)：使介質(zhì)中的磁場(chǎng)逐漸衰減為0 ，應(yīng)用在錄音機(jī)中的交流抹音磁頭中。鐵磁材料分類：1. 軟磁材料：具有較高的磁導(dǎo)率和較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度； 較小的矯頑力（矯頑力很小，即磁場(chǎng)的方向和大小發(fā)生變化時(shí)磁疇壁很容易運(yùn)動(dòng)）和較低磁滯損耗，磁滯回線很窄； 在磁場(chǎng)作用下非常容易磁化； 取消磁場(chǎng)后很容易退磁化。軟磁材料主要應(yīng)用：制造磁導(dǎo)體，變壓器、繼電器的磁芯(鐵芯)、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和定子、磁路中的連接元件、磁極頭、磁屏蔽材料、感應(yīng)圈鐵芯、電子計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)元件和存儲(chǔ)元件等。軟磁材料的應(yīng)用要求：要求軟磁材料的電阻率比較高，因

32、為使用中除上述磁滯能量損失之外，還可能因磁場(chǎng)變化在磁性材料中產(chǎn)生電流（渦流）而造成能量損失。為了盡量減少后一種能量損失，要求磁性材料的電阻率較高，因此常用固溶體合金（如鐵-硅、鐵-鎳合金）和陶瓷鐵氧體作軟磁材料。2. 硬磁材料：硬磁材料又稱永磁材料，難于磁化又難于退磁。主要特點(diǎn)：具有較大的矯頑力，； 磁滯回線較粗，具有較高的最大磁能積(BH)max； 剩磁很大； 這種材料充磁后不易退磁，適合做永久磁鐵。 硬磁性材料如碳鋼、鋁鎳鈷合金和鋁鋼等。硬磁材料主要應(yīng)用：用于制造各種永磁體，以便提供磁場(chǎng)空間；可用于各類電表和電話、錄音機(jī)、電視機(jī)中以及利用磁性牽引力的舉重器、分料器和選礦器中。3.非金屬氧化

33、物-鐵氧體：鐵氧體是含鐵酸鹽的陶瓷氧化物磁性材料，一般呈現(xiàn)出亞鐵磁性。 磁滯回線呈矩形，又稱矩磁材料， 剩磁接近于飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 具有高磁導(dǎo)率、高電阻率 由Fe2O3和其他二價(jià)的金屬氧化物（如NiO，ZnO等）粉末混合燒結(jié)而成。 可作磁性記憶元件第八章 晶體的塑性形變研究金屬形變的意義：材料的強(qiáng)度和塑性是兩個(gè)重要的力學(xué)性能，它決定了零構(gòu)件的加工成形的工藝性能，同時(shí)又是零構(gòu)件的重要使用性能。材料的力學(xué)性能是結(jié)構(gòu)敏感的，它和材料的組織和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，如晶體缺陷密度。塑性形變的主要機(jī)制是滑移，滑移的臨界分切應(yīng)力可作為起始塑性形變切應(yīng)力的估計(jì)，它取決于位錯(cuò)源開(kāi)動(dòng)所需的力以及位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需克服的P-N力

34、等阻力。起始塑性形變所需要的切應(yīng)力越高，晶體材料的屈服強(qiáng)度越高。交滑移：兩個(gè)或多個(gè)滑移面共同按1個(gè)滑移方向滑移稱交滑移。交滑移形成的滑移線（帶）是折線形狀。對(duì)低層錯(cuò)能材料，位錯(cuò)很難交滑移，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是平面型的，稱平面滑動(dòng)。對(duì)高層錯(cuò)能材料，位錯(cuò)容易交滑移，滑移線呈波紋狀，稱波紋滑動(dòng)。交滑移容易與否，對(duì)材料的應(yīng)變硬化有很大的影響。層錯(cuò)能越低，位錯(cuò)不易通過(guò)交滑移越過(guò)遇到的障礙，從而加大了應(yīng)變硬化。多系滑移：當(dāng)外力的取向使2個(gè)或多個(gè)滑移系上的分切應(yīng)力均達(dá)到臨界分切應(yīng)力值時(shí)，這些滑移系可以同時(shí)開(kāi)動(dòng)而發(fā)生多系滑移。發(fā)生多系滑移時(shí)，在拋光表面看到不止一組的滑移線，而是兩組或多組交叉的滑移線。由于多個(gè)滑移系開(kāi)動(dòng)

35、，位錯(cuò)交截產(chǎn)生割階及位錯(cuò)帶著割階運(yùn)動(dòng)等原因使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增加，因而強(qiáng)度增加。 外力軸處于只有1個(gè)滑移系開(kāi)動(dòng)的取向，材料的強(qiáng)度是比較低的，這樣的取向稱為軟取向；外力軸處于易多滑移的取向稱為硬取向。拉伸和壓縮時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)：若晶體在拉伸時(shí)不受約束，滑移時(shí)各滑移層會(huì)象推開(kāi)撲克牌那樣一層層滑開(kāi)，每一層和力軸的夾角c0保持不變。但在實(shí)際拉伸中，夾頭不能移動(dòng)，這迫使晶體轉(zhuǎn)動(dòng)，在靠近夾頭處由于夾頭的約束晶體不能自由滑動(dòng)而產(chǎn)生彎曲，在遠(yuǎn)離夾頭的地方，晶體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的方向是使滑移方向轉(zhuǎn)向力軸。滑移時(shí)晶體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使晶體各部分相對(duì)外力的取向不斷改變，各滑移系的取向因子也發(fā)生變化。如果起始取向c0和l0大于45&

36、#176;，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)取向因子加大，出現(xiàn)軟化，這種軟化稱幾何軟化。轉(zhuǎn)動(dòng)使1和1小于45°，取向因子又重新減小，出現(xiàn)硬化，這種硬化稱幾何硬化。起始與可測(cè)的關(guān)系：臨界分切應(yīng)力是在滑移系上第一個(gè)位錯(cuò)開(kāi)動(dòng)所需要的切應(yīng)力。但從實(shí)際的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，不可能測(cè)量到這樣微小的塑性形變。實(shí)際測(cè)得屈服點(diǎn)都是對(duì)應(yīng)某一定量的塑性形變的應(yīng)力，即此時(shí)已有了一定數(shù)量的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。這樣，測(cè)出的臨界分切應(yīng)力（塑性形變的起始應(yīng)力）已不是單一的一個(gè)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)需要克服的阻力，而還應(yīng)包含一些運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)間交互作用引起的阻力。測(cè)量?jī)x器的靈敏度越高，所測(cè)出的塑性形變的起始應(yīng)力就越低。條件屈服應(yīng)力：實(shí)際測(cè)量的應(yīng)力應(yīng)變曲線中，大多數(shù)材料是沒(méi)有明確的

37、彈性形變和塑性形變的分界點(diǎn)的，所以一般是人為地按一定條件來(lái)確定屈服應(yīng)力，這種屈服應(yīng)力稱為條件屈服應(yīng)力。臨界分切應(yīng)力與溫度間的關(guān)系：長(zhǎng)程交互作用引起的阻力隨溫度的變化是很小的。對(duì)于如位錯(cuò)和林位錯(cuò)相截形成割階或帶著割階滑動(dòng)等短程交互作用引起的阻力，因?yàn)檫@些過(guò)程只涉及幾個(gè)原子間距，熱激活對(duì)這些過(guò)程會(huì)有很大作用。溫度上升使這些過(guò)程易于進(jìn)行，所以臨界分切應(yīng)力隨溫度上升而降低。當(dāng)溫度高時(shí)，熱激活提供足夠的能量，使得臨界分切應(yīng)力不再隨溫度變化。加工硬化現(xiàn)象：材料加工時(shí)強(qiáng)度和硬度隨應(yīng)變加大而增加；應(yīng)力-應(yīng)變曲線：是定量描述加工硬化性質(zhì)的依據(jù)。單晶應(yīng)力-應(yīng)變曲線：它是定量描述加工硬化性質(zhì)的依據(jù)。上下屈服點(diǎn)效應(yīng)：

38、如果體心立方金屬含有微量的如碳、氮等間隙原子，不論它是單晶體或多晶體，它的應(yīng)力-應(yīng)變曲線都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。原因：溶質(zhì)氣團(tuán)影響加工硬化行為的因素：1.內(nèi)部因素：晶體結(jié)構(gòu)、晶體取向或織構(gòu)、堆垛層錯(cuò)能、化學(xué)成分、顯微組織的幾何形狀和尺寸以及位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)。2.外部因素：溫度、應(yīng)變速率、形變模式。孿晶特點(diǎn)：原子排列以某一晶面成鏡面對(duì)稱。孿晶形成過(guò)程：形變、晶體生長(zhǎng)、退火及相變。孿生和滑移的差別：(1)滑移使滑移面兩側(cè)相對(duì)滑動(dòng)一個(gè)完整的平移矢量（柏氏矢量），而孿生則在孿晶內(nèi)所有的面都滑動(dòng)，滑動(dòng)的距離并非是完整的平移矢量，每個(gè)面的滑動(dòng)量和距孿生面的距離成正比。(2)滑移后整個(gè)晶體的位向沒(méi)有改變，

39、而孿生則使孿晶部分的位向與基體成對(duì)稱。(3)滑移使表面出現(xiàn)臺(tái)階（滑移線），表面重新拋光后，滑移線消失；孿生則使表面出現(xiàn)浮凸，因?qū)\晶與基體的取向不同，表面重新拋光后并浸蝕后仍能看到。孿生的一般特點(diǎn)：(1)出現(xiàn)的頻率和尺寸取決于晶體結(jié)構(gòu)和層錯(cuò)能的大小。(2)常在高應(yīng)力集中處形核，出現(xiàn)孿生時(shí)曲線有突然下降。(3)根據(jù)孿晶幾何的分析，孿生區(qū)域應(yīng)由2個(gè)與基體共格的孿生面為邊界。(4)由孿生提供的形變量是很小的，特別是在六方結(jié)構(gòu)晶體中扭折：塑性形變的一種形式。出現(xiàn)條件:滑移和孿生困難時(shí)發(fā)生。壓縮方向平行于滑移面，不容易滑移的，為松弛外力，局部晶格繞某軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)而形成扭折。在扭折帶中包含大量不均勻堆積的滑移

40、位錯(cuò)，在扭折面K兩邊的滑移線雖然是鏡面對(duì)稱的，但晶格卻并非是對(duì)稱的。形變帶：晶粒局部轉(zhuǎn)動(dòng)使晶體從單一的取向分裂成兩種互補(bǔ)的取向的局部區(qū)域。形變帶和扭折帶都是在特殊條件下滑移的表現(xiàn)，它們都是因形變形成取向與晶體其余部分不同的區(qū)域，在它們的邊緣并不是晶界，它有一定的寬度，是取向逐漸過(guò)渡的區(qū)域，稱這個(gè)過(guò)渡的邊界為過(guò)渡帶多晶體形變的特點(diǎn)：不同于單晶；每一晶粒的取向“軟”和“硬”不同，形變先后及形變量也不同。為保持整體的連續(xù)性，每個(gè)晶粒的形變必受相鄰晶粒所制約。晶界存在引起強(qiáng)度增加的原因：雙晶試驗(yàn)表明，試樣的屈服強(qiáng)度隨2個(gè)晶粒取向差加大而加大；把取向差與強(qiáng)度的關(guān)系曲線外推到取向差為零時(shí)，屈服強(qiáng)度大體和單

41、晶的各種取向的屈服強(qiáng)度的平均值接近。說(shuō)明晶界本身對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不是主要的，而對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)主要來(lái)自晶粒間的取向差。因相鄰晶粒取向不同，為保持形變時(shí)應(yīng)變連續(xù)，各晶粒形變要協(xié)調(diào)，在晶界附近會(huì)進(jìn)行多系滑移。正是這些多系滑移增加了形變阻力，從而增加強(qiáng)度。實(shí)現(xiàn)任一變形的條件：必須有5個(gè)獨(dú)立的滑移系開(kāi)動(dòng)。原因：描述任一應(yīng)變狀態(tài)用9個(gè)分量-對(duì)稱張量，6個(gè)分量-形變體積不變，即3個(gè)正應(yīng)變之和不變，只有5個(gè)是獨(dú)立的。形變時(shí)宏觀協(xié)調(diào)的難易與晶粒尺寸相關(guān)：晶粒小時(shí)各晶粒間形變比較均勻。晶粒越大，形變?cè)讲痪鶆?，晶?！八榛钡默F(xiàn)象越強(qiáng)烈。大晶粒形變要求局部開(kāi)動(dòng)比較少的滑移系(少于5個(gè))，結(jié)果流變應(yīng)力會(huì)降低。這是小晶粒材料比

42、大晶粒材料強(qiáng)和硬的原因。影響冷形變金屬微觀組織的因素：1.層錯(cuò)能：層錯(cuò)能高-組織為胞狀結(jié)構(gòu)、DDW、MB及亞晶等。層錯(cuò)能低-有擴(kuò)展位錯(cuò)，不易交滑移和攀移-產(chǎn)生形變孿晶。2.晶粒大小：大晶粒比小晶粒表現(xiàn)更明顯的不均勻形變，晶?！八榛备@著。3.第二相顆粒：造成更高的位錯(cuò)密度。大顆粒-位錯(cuò)集中在顆粒附近可形成形變帶及大小約為0.1µm的亞晶。小顆粒-位錯(cuò)環(huán)或位錯(cuò)纏結(jié)分布在粒子附近。彌散粒子釘扎位錯(cuò)，使位錯(cuò)不易交滑移，阻礙普通胞狀結(jié)構(gòu)形成。 4. 溶質(zhì)原子：偏聚在位錯(cuò)上形成氣團(tuán)，降低位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)率及形成胞狀結(jié)構(gòu)的傾向。溶質(zhì)原子可影響層錯(cuò)能而改變形變行為。溶入高價(jià)金屬原子超過(guò)一定限度時(shí)降低層錯(cuò)

43、能，不利于胞狀結(jié)構(gòu)的形成。5.形變溫度：提高-有利于交滑移和攀移，胞狀結(jié)構(gòu)明顯，胞尺寸增大。-減少位錯(cuò)與第二相顆粒的交互作用，使大顆粒附近的形變帶尺寸減小，形變帶內(nèi)的點(diǎn)陣轉(zhuǎn)動(dòng)減少。6.形變速率的作用：與溫度的作用相反，提高形變速率相當(dāng)于降低形變溫度的作用?？棙?gòu)(擇尤取向)的概念：多晶體晶粒取向集中分布在某一個(gè)或某些取向附近的現(xiàn)象。出現(xiàn)織構(gòu)的原因：形變總是在取向有利的滑移系和孿生系上發(fā)生，結(jié)果使得形變后晶體的取向并非是任意的。隨著形變進(jìn)行，各晶粒的取向會(huì)逐漸轉(zhuǎn)向某一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)定的取向，這些穩(wěn)定的取向取決于金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)及形變方式。晶體取向：指晶體的3個(gè)晶軸在給定參考坐標(biāo)系內(nèi)的相對(duì)方位。取向與

44、織構(gòu)的區(qū)別：多晶中晶粒取向的（擇優(yōu)）分布。單與多的關(guān)系。極圖: 表示被測(cè)材料中各晶粒的某一選定晶面hkl的取向分布的圖形。反極圖：與極圖相反；是描述多晶體材料中平行于材料的某一外觀特征方向的晶向在晶體坐標(biāo)架的空間分布的圖形；形變織構(gòu)的類型取決于形變金屬的本質(zhì)及加工方式。當(dāng)兩個(gè)相的塑性較好時(shí)，一般有兩種近似處理方法：(1) 設(shè)兩相具有同樣的應(yīng)變，s1和s2必不同，平均應(yīng)力為：(2)設(shè)兩相應(yīng)力相同，應(yīng)變e1和e2必不同，平均應(yīng)變?yōu)椋簩?shí)際上，這兩種假設(shè)都不完全正確。形變過(guò)程中各晶粒中的形變已是極不均勻的，第二相的存在更加大了這種不均勻性，所以，第一種應(yīng)變相同的假設(shè)與實(shí)際不符；按第二種應(yīng)力相同的假設(shè)，

45、兩相間應(yīng)變必不連續(xù)分布，則在界面處會(huì)出現(xiàn)裂縫，這也是和實(shí)際不符。實(shí)際情況是，形變總是從較弱的相開(kāi)始，隨著形變量的增加，在某些界面處的應(yīng)力集中導(dǎo)致較硬的相形變。在形變過(guò)程要求跨過(guò)相界面的應(yīng)力和應(yīng)變都要保持連續(xù)性。另一相是脆性相，則除兩相的相對(duì)量外，脆性相的形狀和分布對(duì)合金塑性起重大作用。三種情況：(1)脆性相連續(xù)地沿塑性相晶界分布；(2)脆性相不連續(xù)地分布在塑性相的晶界上；(3)脆性相不連續(xù)地分布在塑性相內(nèi)。形變后的殘余內(nèi)應(yīng)力：金屬形變時(shí)，外力作功的大部分以熱的形式散掉，只有一小部分（約10%15%）以殘余內(nèi)應(yīng)力的方式儲(chǔ)存在形變金屬中（稱儲(chǔ)存能），它隨形變量加大而加大，但它占形變總功的分?jǐn)?shù)卻隨形

46、變量加大而減小。通常把殘余內(nèi)應(yīng)力分為三類：第一類殘留內(nèi)應(yīng)力：由宏觀尺度上的不均勻形變引起。第二類殘留內(nèi)應(yīng)力：晶粒尺度范圍內(nèi)的不均勻形變引起。第三類殘余內(nèi)應(yīng)力：由形變產(chǎn)生的位錯(cuò)和點(diǎn)缺陷引起。第九章 回復(fù)和再結(jié)晶因回復(fù)過(guò)程在光學(xué)鏡下難以直接觀察到，要用特殊方法測(cè)量： 量熱法，測(cè)量回復(fù)時(shí)放出的儲(chǔ)存能；電阻法，測(cè)量回復(fù)過(guò)程電阻的減小量；測(cè)量回復(fù)過(guò)程硬度或流變應(yīng)力的降低量；測(cè)量回復(fù)過(guò)程位錯(cuò)密度的減小以及位錯(cuò)排列結(jié)構(gòu)的變化；測(cè)量因形變而使X射線譜線的寬展和在回復(fù)過(guò)程中鋒銳化程度；儲(chǔ)存能釋放量及釋放過(guò)程動(dòng)力學(xué)是了解回復(fù)過(guò)程的重要信息?；貜?fù)（再結(jié)晶）的影響因素： 1.低形變量試樣總儲(chǔ)存能少，大部分儲(chǔ)存能在回復(fù)

47、階段釋放，只有小部分供作再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)能，再結(jié)晶在較高的溫度下發(fā)生。高形變量試樣的總儲(chǔ)存能高，在回復(fù)過(guò)程只釋放其中一小部分，大部分供作再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)能，再結(jié)晶在較低溫度下發(fā)生。2.雜質(zhì)可延緩空位的消除。雜質(zhì)原子還可釘扎位錯(cuò)，阻止形變時(shí)的動(dòng)態(tài)回復(fù)，提高儲(chǔ)存能，從而加速退火時(shí)的回復(fù)，延緩再結(jié)晶。一般來(lái)說(shuō)，純度越高，再結(jié)晶開(kāi)始的溫度越低。3.層錯(cuò)能越低，位錯(cuò)攀移或交滑移離開(kāi)原滑移面越困難，這樣回復(fù)釋放能量所占的分?jǐn)?shù)就越少。4.退火溫度高，在回復(fù)很短時(shí)間后就出現(xiàn)再結(jié)晶。退火溫度低，則再結(jié)晶出現(xiàn)的時(shí)間推遲。5.形變量越大，出現(xiàn)再結(jié)晶時(shí)間越早，再結(jié)晶所釋放的能量所占的比例也越大。金屬經(jīng)冷形變后，產(chǎn)生空位、位錯(cuò)

48、和層錯(cuò)等晶體缺陷，電子定向流動(dòng)時(shí)被這些缺陷散射而使電阻增加。等溫退火時(shí)，在退火早期電阻率隨時(shí)間延長(zhǎng)急劇下降，后來(lái)變化緩慢，最終趨于一穩(wěn)定值。不同溫度退火，這一穩(wěn)定值不同。退火溫度越高，穩(wěn)定值越低。機(jī)械性能的回復(fù)： 1.流變應(yīng)力和硬度是位錯(cuò)密度和位錯(cuò)分布的函數(shù)，只有發(fā)生位錯(cuò)遷動(dòng)時(shí)才會(huì)有機(jī)械性能的回復(fù)。2.低溫回復(fù)只涉及點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)，機(jī)械性能幾乎不變。較高溫度回復(fù)時(shí)，機(jī)械性能回復(fù)程度取決于金屬的形變性質(zhì)以及金屬本身特征。層狀性質(zhì)塑性形變（如六方結(jié)構(gòu)金屬只在基面滑移，又如立方晶體單系滑移等）時(shí)，晶體沒(méi)有嚴(yán)重局部點(diǎn)陣彎曲，不會(huì)發(fā)生再結(jié)晶，只能通過(guò)回復(fù)消除加工硬化。若塑性形變具有湍流性質(zhì)（如多系滑移），

49、特別是靠近晶界的復(fù)雜形變。這時(shí)晶體出現(xiàn)嚴(yán)重局部點(diǎn)陣彎曲區(qū)域，除在高溫回復(fù)消除部分加工硬化外，只有在再結(jié)晶時(shí)才能消除全部加工硬化。3.普遍的規(guī)律：形變量越大，塑性流變?cè)骄哂型牧餍再|(zhì)，回復(fù)退火使加工硬化消除的分?jǐn)?shù)越小。高層錯(cuò)能金屬中位錯(cuò)易交滑移和攀移，回復(fù)階段位錯(cuò)可對(duì)消和重排，機(jī)械性能有一定程度的回復(fù)。低層錯(cuò)能金屬中位錯(cuò)不易交滑移和重排，回復(fù)時(shí)機(jī)械性能回復(fù)少?；貜?fù)動(dòng)力學(xué)：等溫退火時(shí)電阻回復(fù)及機(jī)械性能回復(fù)都有相似的動(dòng)力學(xué)特征，共同點(diǎn)是：無(wú)孕育期，開(kāi)始階段變化率最快，然后逐漸變慢，最后趨于零，性質(zhì)回復(fù)到某一穩(wěn)定的特征值?；貜?fù)過(guò)程組織的變化：回復(fù)時(shí)空位遷動(dòng)和消失是不會(huì)影響顯微組織的，只有涉及位錯(cuò)遷動(dòng)時(shí)才

50、會(huì)影響顯微組織。位錯(cuò)遷動(dòng)和重排引起的顯微組織變化主要是多邊形化和亞晶形成和長(zhǎng)大。多邊形化：起源于單晶體經(jīng)一定程度彎曲后退火所發(fā)生的一種簡(jiǎn)單的顯微組織變化?，F(xiàn)泛指回復(fù)過(guò)程中有位錯(cuò)重新分布而形成確定的亞晶結(jié)構(gòu)的過(guò)程。亞晶形成：1. 晶內(nèi)位錯(cuò)胞，胞內(nèi)位錯(cuò)密度低，胞間高位錯(cuò)密度的位錯(cuò)纏結(jié)構(gòu)成的漫散胞壁。2. 胞內(nèi)位錯(cuò)變少，胞壁位錯(cuò)重新排列和對(duì)消，使胞壁減薄變鋒銳，形成位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。3. 轉(zhuǎn)化為亞晶（界）亞晶必須轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程引起原子從影線面積沿界面擴(kuò)散到空白面積中去。位錯(cuò)/空位的協(xié)同運(yùn)動(dòng)。再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力：形變金屬的機(jī)械儲(chǔ)存能；再結(jié)晶基本標(biāo)志：晶核通過(guò)大角度界面遷動(dòng)而長(zhǎng)大；再結(jié)晶與相變的關(guān)系：都有形核、長(zhǎng)大過(guò)

51、程，有孕育期，相似的動(dòng)力學(xué)方程；本質(zhì)區(qū)別：驅(qū)動(dòng)力不同。相變驅(qū)動(dòng)力是新/母相間的化學(xué)自由能差，而再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力是形變金屬的機(jī)械儲(chǔ)存能。相變必有一個(gè)臨界溫度，該臨界溫度是熱力學(xué)意義的溫度。再結(jié)晶臨界溫度只是一個(gè)動(dòng)力學(xué)意義的溫度。再結(jié)晶溫度：對(duì)形變金屬，從受形變開(kāi)始就獲得儲(chǔ)存能，它立刻就具有回復(fù)和再結(jié)晶的熱力學(xué)條件，原則上就可發(fā)生再結(jié)晶。溫度不同，只是過(guò)程的速度不同罷了。所以，再結(jié)晶并沒(méi)有一個(gè)熱力學(xué)意義的明確臨界溫度。人為定義了一個(gè)“再結(jié)晶溫度：在一定時(shí)間內(nèi)（一小時(shí)）剛好完成再結(jié)晶的溫度。是一個(gè)動(dòng)力學(xué)意義的溫度。形變量越大，再結(jié)晶剛完成的晶粒尺寸越小。在相同的形變量下，若給定退火時(shí)間，則晶粒尺寸隨退火

52、溫度增加而增加，這是再結(jié)晶后晶粒長(zhǎng)大的結(jié)果。再結(jié)晶的基本規(guī)律：（1）需超過(guò)一最小形變量-c。（2）隨,T再；但當(dāng)大到一定值后,T再趨于一穩(wěn)定值。（3）再結(jié)晶剛完成時(shí)的d取決于而和T關(guān)系不大。（4）原始d0，要獲得相同的T再的越大。（5）Tdef，要獲得相同程度的應(yīng)變硬化所需的。（6）新晶粒不會(huì)長(zhǎng)入取向相近的形變晶粒中。（7）再結(jié)晶后繼續(xù)加熱， d（此為長(zhǎng)大問(wèn)題）。再結(jié)晶圖：生產(chǎn)上常關(guān)心再結(jié)晶后的晶粒尺寸與形變量及退火溫度和時(shí)間的關(guān)系用來(lái)獲得所希望的晶粒大?。ê托阅埽?duì)應(yīng)再結(jié)晶圖。再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)條件：形核率不隨時(shí)間變化；形核地點(diǎn)在整個(gè)體積內(nèi)隨機(jī)分布；所有核心的長(zhǎng)大速度相同，不隨時(shí)間變化；核心在相碰

53、處停止長(zhǎng)大；再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)影響因素：1）形變量：變形量增大，使儲(chǔ)存能及形核位置增加，加速再結(jié)晶。2）形變方式：?jiǎn)尉w易滑移階段變形不會(huì)產(chǎn)生再結(jié)晶形核所需要的“位向梯度”，進(jìn)而只產(chǎn)生回復(fù)而不發(fā)生再結(jié)晶。壓縮變形的影響不如拉伸變形的影響大，在同樣的變形量下，拉伸變形比壓縮變形材料的再結(jié)晶溫度低。3）晶粒取向：變形晶粒的儲(chǔ)存能大小取決于開(kāi)動(dòng)的滑移系的多少及交互作用的大小，即取決于晶粒的原始取向。對(duì)多晶體，再結(jié)晶速度取決于變形前的織構(gòu)及變形織構(gòu)。4）原始晶粒尺寸的影響：相同應(yīng)變量下細(xì)晶內(nèi)形變儲(chǔ)存能高，加速再結(jié)晶；兩方面影響：晶界是有利的再結(jié)晶形核位置，原始晶粒小，再結(jié)晶形核位置多，有利于再結(jié)晶；但原始晶

54、粒小，變形較均勻，減少形核位置，不利于再結(jié)晶。總體是前者影響大于后者。原始晶粒尺寸還可能影響形變織構(gòu)，從而影響再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)。5）溶質(zhì)/雜質(zhì)的影響：延緩再結(jié)晶，對(duì)再結(jié)晶形核和長(zhǎng)大都有影響，但主要是通過(guò)對(duì)晶界遷移率的影響而提高再結(jié)晶溫度。6）形變溫度/應(yīng)變速率：熱激活的作用受溫度影響；高溫及低應(yīng)變速率變形時(shí)回復(fù)強(qiáng)烈，降低形變儲(chǔ)存能，不利于再結(jié)晶。7）退火溫度：再結(jié)晶的形核特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)事實(shí) ： 核心優(yōu)先在局部形變高的區(qū)域形成。(形變帶,晶界,夾雜附近及自由表面附近等)。 形變量高于一臨界值后，形核率隨形變量增加而急劇增加。 一般情況下(中等形變量下)，核心的晶體學(xué)位向與它形 成所在的形變區(qū)域的晶體學(xué)位向

55、有統(tǒng)計(jì)關(guān)系。 核心不能長(zhǎng)入和它的位向差別不大的區(qū)域中?？傊?，一切大取向差和大應(yīng)變能差的地方都可是形核地點(diǎn)。對(duì)再結(jié)晶有三方面影響：(1) 增加形變儲(chǔ)存能而增加再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力。因?yàn)樗剐巫兒蟮慕Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，使位錯(cuò)密度增加的緣故。(2) 粒子附近可能作為再結(jié)晶形核位置。大而硬且間距寬的第二相粒子，由于形變時(shí)粒子附近出現(xiàn)更多的不均勻形變區(qū)，這些區(qū)域有大的顯微取向差，可促發(fā)形核(3) 彌散和稠密分布的第二相粒子釘扎晶界，阻礙遷動(dòng)。再結(jié)晶時(shí)的脫溶交互作用：本質(zhì)是兩種轉(zhuǎn)變（再結(jié)晶和脫溶相變）的交互作用?；疽?guī)律：形變引入缺陷促進(jìn)脫溶和再結(jié)晶形核，脫溶析出粒子影響再結(jié)晶形核并釘扎晶界從而延緩再結(jié)晶。連續(xù)（原位）再結(jié)

56、晶的概念：退火時(shí)無(wú)大角晶界的遷移，但最后形變基體可恢復(fù)為原來(lái)的未形變狀態(tài)。晶粒正常長(zhǎng)大及二次再結(jié)晶：過(guò)程起點(diǎn)：再結(jié)晶完成，無(wú)形變組織；此時(shí)能量狀態(tài)：雖然形變儲(chǔ)存能已完全釋放，但材料仍未達(dá)到最穩(wěn)定狀態(tài)（含有晶界），為減少總界面能，晶粒力求長(zhǎng)大。晶粒長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力：總界面能的減少；這部分能量約為再結(jié)晶時(shí)釋放能量的1/100。實(shí)測(cè)n值與理論n值（=2）偏離原因：假設(shè)晶界遷移率是常數(shù)。但微小雜質(zhì)原子對(duì)晶界有很大拖曳作用，在中等遷移速度下M隨V變化。即使是非常純的金屬，在高溫時(shí)晶界結(jié)構(gòu)和晶界遷移率會(huì)改變的。晶粒長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力隨晶粒長(zhǎng)大而減小，這可能是因?yàn)樵诠倘荏w中存在不易擴(kuò)散的溶質(zhì)原子叢集對(duì)晶界起釘扎作用。粒子

57、釘扎的產(chǎn)生原因：晶界開(kāi)始穿過(guò)粒子時(shí)，晶界面積減小，即減少了總的界面能量，這時(shí)粒子是幫助晶界前進(jìn)的。但當(dāng)晶界到達(dá)粒子的最大截面處后，晶界繼續(xù)移動(dòng)又會(huì)重新增加晶界面積，即增加了總的界面能量，這時(shí)粒子對(duì)晶界移動(dòng)產(chǎn)生拖曳力，即起釘扎作用。織構(gòu)和表面對(duì)晶粒長(zhǎng)大的影響：織構(gòu)抑制：若一次再結(jié)晶后形成很鋒銳的織構(gòu)，因晶粒之間取向差不大（少于10°)，這樣的晶界能較低。由于晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力是界面能，所以存在強(qiáng)織構(gòu)時(shí)，阻礙晶粒的長(zhǎng)大，這種影響稱為織構(gòu)抑制。厚度抑制：對(duì)薄板材，當(dāng)很多晶粒長(zhǎng)大到其尺寸橫跨板材厚度時(shí)，長(zhǎng)大的晶粒兩面都暴露于表面，這些晶粒的長(zhǎng)大變成了二維長(zhǎng)大。露在自由表面上的晶界由于晶界張力與表面張力平衡而形成表面蝕溝，這些蝕溝總是與晶界的瞬間位置相連，它隨晶界移動(dòng)而移動(dòng)，結(jié)果對(duì)晶界產(chǎn)生釘扎作用。這種影響稱為厚度抑制。再結(jié)晶織構(gòu)的概念：具有形變織構(gòu)的材料在再結(jié)晶退火時(shí)會(huì)再度獲得織構(gòu)，這稱為再結(jié)晶織構(gòu)或退火織構(gòu)。再結(jié)晶織構(gòu)可能和原來(lái)的形變織構(gòu)一致，但更經(jīng)常和原來(lái)的形變織構(gòu)完全不同。再結(jié)晶織構(gòu)是如何形成的？?jī)纱笈蓜e。1.取向形核理論：在形變織構(gòu)基體上形成特定的晶體學(xué)取向的核心，這些核心長(zhǎng)大而成的晶粒必然會(huì)具有相對(duì)于基體位向的某種特定取向。因?yàn)榛w是擇尤取向的，所以