材料科學(xué)基礎(chǔ)課件

1、寫在前面寫在前面 本本PPT中列出的知識點都很重要中列出的知識點都很重要 紅色標出的是特別重要的紅色標出的是特別重要的 本本PPT作為教案的配合材料，較之作為教案的配合材料，較之教案更為精簡教案更為精簡第一章第一章 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 1-1晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ) 1-2晶體化學(xué)基本原理晶體化學(xué)基本原理 1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典型晶體結(jié)構(gòu)1-1晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ) 材料性能決定因素：內(nèi)部微觀構(gòu)造。材料性能決定因素：內(nèi)部微觀構(gòu)造。 固態(tài)材料分類：晶體與非晶體固態(tài)材料分類：晶體與非晶體 要關(guān)注二者的區(qū)別要關(guān)注二者的區(qū)別 掌握材料性能，不根據(jù)外觀，必需從原掌握材料性能，不根據(jù)外觀，必需從原子排列情況確定子排

2、列情況確定 1-1晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ)一、空間點陣一、空間點陣 空間點陣和晶胞的概念空間點陣和晶胞的概念 晶胞的描述方法晶胞的描述方法 7種晶系、種晶系、14種布拉菲點陣、晶族的概種布拉菲點陣、晶族的概念念 關(guān)注關(guān)注晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣區(qū)別與關(guān)聯(lián)晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣區(qū)別與關(guān)聯(lián) 1-1晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ)二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù) 晶向、晶面、晶向指數(shù)、晶面指數(shù)、晶向族、晶向、晶面、晶向指數(shù)、晶面指數(shù)、晶向族、晶面族的概念晶面族的概念 關(guān)注關(guān)注六方晶系按兩種晶軸系所得指數(shù)的轉(zhuǎn)換：六方晶系按兩種晶軸系所得指數(shù)的轉(zhuǎn)換： 從從(hkil)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成(hkl)：去掉：去掉i即可，反之：加

3、上即可，反之：加上i= -(h+k) UVW與與uvtw間互換關(guān)系間互換關(guān)系: :U=u-t， V=v-t， W=w；u=(2U-V)， v=(2V-U)， t= -(u+v)， w=W 1-1晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ)二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù) 晶帶與晶帶軸的概念晶帶與晶帶軸的概念 關(guān)注關(guān)注 1、晶帶軸、晶帶軸uvw與該晶帶的晶面與該晶帶的晶面(hkl)之之間的關(guān)系：間的關(guān)系：hu+kv+lw=0 2、任兩個不平行晶面的晶帶軸：、任兩個不平行晶面的晶帶軸：(h1k1l1)和和(h2k2l2) 則有則有u=k1l2-k2l1， v=l1h2-l2h1， w=h1k2-h2k11-1

4、晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ)二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù) 晶面間距的概念、特點晶面間距的概念、特點 關(guān)注關(guān)注晶面間距的計算晶面間距的計算正交晶系面間距計算式：正交晶系面間距計算式：立方晶系面間距計算式：立方晶系面間距計算式：注意：以上對簡單晶胞而言；復(fù)雜晶胞應(yīng)考慮層注意：以上對簡單晶胞而言；復(fù)雜晶胞應(yīng)考慮層面增加的影響。如，在體心立方或面心立方晶面增加的影響。如，在體心立方或面心立方晶胞中間有一層，故實際晶面間距應(yīng)為胞中間有一層，故實際晶面間距應(yīng)為d001/2。2221clbkahdhkl222lkhadhkl1-1晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ)三、晶體的對稱性三、晶體的對稱性 宏觀和微觀對稱要

5、素、點群、空間群、宏觀和微觀對稱要素、點群、空間群、單形、聚形的概念的概念單形、聚形的概念的概念 關(guān)注關(guān)注所有對稱要素歸納：所有對稱要素歸納：1-2晶體化學(xué)基本原理晶體化學(xué)基本原理一、電負性一、電負性 電負性的概念、分界電負性的概念、分界 化合物形成與電負性關(guān)系：兩元素電負性差別很小，化合物形成與電負性關(guān)系：兩元素電負性差別很小，鍵合為非極性共價鍵或金屬鍵；電負性差別增加，鍵鍵合為非極性共價鍵或金屬鍵；電負性差別增加，鍵合極性增加，傾向于離子性鍵合。合極性增加，傾向于離子性鍵合。 （純共價鍵合）（純共價鍵合）SiMgSNaCl（離子鍵合）（離子鍵合） 兩頭是兩頭是極端極端 （強極性特征）（強極

6、性特征）HFHClHBrHI（弱極性特征）（弱極性特征） 大多數(shù)實際材料鍵合特點：幾種鍵合形式同時存在。大多數(shù)實際材料鍵合特點：幾種鍵合形式同時存在。1-2晶體化學(xué)基本原理晶體化學(xué)基本原理二、晶體中的鍵型二、晶體中的鍵型 化學(xué)鍵的概念、種類，分子鍵的概念化學(xué)鍵的概念、種類，分子鍵的概念 關(guān)注關(guān)注離子鍵、共價鍵、金屬鍵離子鍵、共價鍵、金屬鍵 、范式鍵、范式鍵、氫鍵的特點、成鍵方式、強度、形成條氫鍵的特點、成鍵方式、強度、形成條件件1-2晶體化學(xué)基本原理晶體化學(xué)基本原理三、結(jié)合能和結(jié)合力三、結(jié)合能和結(jié)合力 原子結(jié)合為晶體的原因：原子結(jié)合起來后，體原子結(jié)合為晶體的原因：原子結(jié)合起來后，體系能量降低系

7、能量降低 結(jié)合能：分散原子結(jié)合成晶體過程中，釋放出結(jié)合能：分散原子結(jié)合成晶體過程中，釋放出的能量的能量V 原子間的吸引與排斥：吸引是長程力，源自異原子間的吸引與排斥：吸引是長程力，源自異性電荷庫侖引力，遠距離時起主要作用；排斥性電荷庫侖引力，遠距離時起主要作用；排斥是短程力，源自同性電荷間的庫侖力和原子實是短程力，源自同性電荷間的庫侖力和原子實周圍電子氣相互重疊引起的排斥，十分接近時周圍電子氣相互重疊引起的排斥，十分接近時起主要作用。起主要作用。1-2晶體化學(xué)基本原理晶體化學(xué)基本原理四、原子半徑四、原子半徑 范德瓦耳斯半徑范德瓦耳斯半徑 、共價半徑、離子半徑、共價半徑、離子半徑、金屬半徑的概念

8、金屬半徑的概念1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典型晶體結(jié)構(gòu)一、金屬晶體一、金屬晶體 （一）晶體中的原子排列及典型金屬晶（一）晶體中的原子排列及典型金屬晶體結(jié)構(gòu)：最典型結(jié)構(gòu)、堆積特征、密排體結(jié)構(gòu)：最典型結(jié)構(gòu)、堆積特征、密排面、密排面上原子排列方式、晶格常數(shù)面、密排面上原子排列方式、晶格常數(shù)與原子半徑的關(guān)系、間隙與原子半徑的關(guān)系、間隙 （二）晶體中原子間的間隙：八面體、（二）晶體中原子間的間隙：八面體、四面體間隙、配位數(shù)、致密度的概念四面體間隙、配位數(shù)、致密度的概念 關(guān)注計算關(guān)注計算1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典型晶體結(jié)構(gòu)二、共價晶體二、共價晶體 典型結(jié)構(gòu)：單晶硅（金剛石、低于室溫時的典型結(jié)構(gòu)：單晶硅（金剛石、低于室溫時

9、的C、Ge、Sn）結(jié)構(gòu)稱金剛石立方結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)稱金剛石立方結(jié)構(gòu)(骨架狀，四骨架狀，四原子近鄰原子近鄰)； As、Sb、Bi結(jié)晶成層狀結(jié)構(gòu)結(jié)晶成層狀結(jié)構(gòu)(片片狀，三原子近鄰狀，三原子近鄰)；S、Se、Te螺旋鏈結(jié)構(gòu)（兩螺旋鏈結(jié)構(gòu)（兩原子近鄰鍵合）原子近鄰鍵合） 成鍵強度：金剛石結(jié)構(gòu)成鍵強；層狀結(jié)構(gòu)層內(nèi)成鍵強度：金剛石結(jié)構(gòu)成鍵強；層狀結(jié)構(gòu)層內(nèi)強，層間弱；鏈結(jié)構(gòu)鏈內(nèi)共價鍵，鏈間分子鍵強，層間弱；鏈結(jié)構(gòu)鏈內(nèi)共價鍵，鏈間分子鍵1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典型晶體結(jié)構(gòu)二、共價晶體二、共價晶體 其它重要結(jié)構(gòu)：其它重要結(jié)構(gòu)：閃鋅礦和纖鋅礦，有極性共價鍵，是共價閃鋅礦和纖鋅礦，有極性共價鍵，是共價晶體的兩種典型結(jié)構(gòu)晶體的兩

10、種典型結(jié)構(gòu)方石英結(jié)構(gòu)：共價晶體方石英結(jié)構(gòu)：共價晶體SiO2的一種變體，的一種變體，立方立方ZnS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鱗石英結(jié)構(gòu)：共價晶體鱗石英結(jié)構(gòu)：共價晶體SiO2的一種變體，的一種變體，六方六方ZnS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典型晶體結(jié)構(gòu)三、離子晶體三、離子晶體 負離子配位多面體：以正離子為中心，將周圍負離子配位多面體：以正離子為中心，將周圍最近鄰配置的各負離子的中心連起來形成的多最近鄰配置的各負離子的中心連起來形成的多面體面體,負離子配位多面體的形狀正離子配位數(shù)：負離子配位多面體的形狀正離子配位數(shù)：配置于正離子周圍的負離子數(shù)配置于正離子周圍的負離子數(shù) 三者之間三者之間 關(guān)系：關(guān)系：1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典

11、型晶體結(jié)構(gòu)三、離子晶體三、離子晶體 形成晶體結(jié)構(gòu)的泡林五規(guī)則形成晶體結(jié)構(gòu)的泡林五規(guī)則 關(guān)注用規(guī)則分析結(jié)構(gòu)關(guān)注用規(guī)則分析結(jié)構(gòu)1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典型晶體結(jié)構(gòu)四、硅酸鹽晶體四、硅酸鹽晶體 硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)關(guān)注計算關(guān)注計算 島狀硅酸鹽：島狀硅酸鹽： 焦硅酸鹽：焦硅酸鹽： 環(huán)狀硅酸鹽：環(huán)狀硅酸鹽： 鏈狀硅酸鹽：鏈狀硅酸鹽： 層狀硅酸鹽：層狀硅酸鹽： 單鏈與環(huán)狀的區(qū)別：化學(xué)式中單鏈單鏈與環(huán)狀的區(qū)別：化學(xué)式中單鏈Si的數(shù)量是的數(shù)量是1或或2；環(huán)狀是環(huán)狀是3以上以上4,SiFOHSiRRNN3,SiFOHSiRRNN23,SiFOHBBSiRRNNN23)(,)(,),(,tAlSitAlFOHB

12、BtAlSiRRNNNN13)(,)(,),(,tAlSitAlFOHBBtAlSiRRNNNN1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典型晶體結(jié)構(gòu)五、高分子晶體五、高分子晶體 ( (一一) ) 高分子晶體的形成高分子晶體的形成 基本形態(tài)基本形態(tài) 、高分子材料特點高分子材料特點 、高分子結(jié)構(gòu)單高分子結(jié)構(gòu)單元連接特點元連接特點 、結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài) 、結(jié)晶特性結(jié)晶特性 ( (二二) )高分子晶體的形態(tài)高分子晶體的形態(tài) 高分子晶體形貌高分子晶體形貌：結(jié)晶高分子較多地具有球晶：結(jié)晶高分子較多地具有球晶的形貌。一個球晶由沿半徑垂直方向的多層晶的形貌。一個球晶由沿半徑垂直方向的多層晶片組成。晶片內(nèi)是纓束狀晶區(qū)或折疊鏈晶區(qū)。片組

13、成。晶片內(nèi)是纓束狀晶區(qū)或折疊鏈晶區(qū)。晶片間是無定形的非晶區(qū)偏振光顯微鏡下聚乙晶片間是無定形的非晶區(qū)偏振光顯微鏡下聚乙烯球晶烯球晶第二章第二章 晶體的不完整性晶體的不完整性 2-1點缺陷點缺陷 2-2位錯位錯 2-3表面、界面結(jié)構(gòu)及不完整性表面、界面結(jié)構(gòu)及不完整性 第二章第二章 晶體的不完整性晶體的不完整性 缺陷：晶體中偏離完整性的區(qū)域，即造成晶體點陣周缺陷：晶體中偏離完整性的區(qū)域，即造成晶體點陣周期勢場畸變的一切因素期勢場畸變的一切因素 晶體缺陷分類：晶體缺陷分類：(1)點缺陷（零維缺陷）。其特點是在點缺陷（零維缺陷）。其特點是在X、Y、Z三個方向三個方向上的尺寸都很小上的尺寸都很小(相當(dāng)于原

14、子的尺寸相當(dāng)于原子的尺寸)；(2)線缺陷（一維缺陷）。其特點是在兩個方向上的尺寸線缺陷（一維缺陷）。其特點是在兩個方向上的尺寸很小，另一個方向上的尺寸相對很長；很小，另一個方向上的尺寸相對很長；(3)面缺陷（二維缺陷）。其特點是在一個方向上的尺寸面缺陷（二維缺陷）。其特點是在一個方向上的尺寸很小，另外兩個方向上的尺寸很大。很小，另外兩個方向上的尺寸很大。2-1點缺陷點缺陷一、點缺陷的類型一、點缺陷的類型 （一）熱缺陷（一）熱缺陷 弗倫克爾缺陷：原子離開平衡位置后，弗倫克爾缺陷：原子離開平衡位置后，擠到格子點的間隙中，形成間隙離子，擠到格子點的間隙中，形成間隙離子，而原來位置上形成空位，成對產(chǎn)生

15、。而原來位置上形成空位，成對產(chǎn)生。 肖特基缺陷：原子獲得較大能量，移到肖特基缺陷：原子獲得較大能量，移到表面外新的位置上去，原來位置則形成表面外新的位置上去，原來位置則形成空位，空位逐漸轉(zhuǎn)移到內(nèi)部，體積增加?？瘴唬瘴恢饾u轉(zhuǎn)移到內(nèi)部，體積增加。2-1點缺陷點缺陷一、點缺陷的類型一、點缺陷的類型 在晶體中，幾種缺陷可以同時存在，但在晶體中，幾種缺陷可以同時存在，但通常有一種是主要的。一般說，正負離通常有一種是主要的。一般說，正負離子半徑相差不大時，肖特基缺陷是主要子半徑相差不大時，肖特基缺陷是主要的。兩種離子半徑相差大時弗倫克爾缺的。兩種離子半徑相差大時弗倫克爾缺陷是主要的。陷是主要的。 ( (

16、二二) )組成缺陷組成缺陷 產(chǎn)生和類型產(chǎn)生和類型2-1點缺陷點缺陷一、點缺陷的類型一、點缺陷的類型 ( (三三) )電荷缺陷電荷缺陷 產(chǎn)生產(chǎn)生 ( (四四) )非化學(xué)計量結(jié)構(gòu)缺陷非化學(xué)計量結(jié)構(gòu)缺陷 產(chǎn)生產(chǎn)生2-1點缺陷點缺陷二、點缺陷的反應(yīng)與濃度平衡二、點缺陷的反應(yīng)與濃度平衡 （一）熱缺陷（一）熱缺陷2-1點缺陷點缺陷二、點缺陷的反應(yīng)與濃度平衡二、點缺陷的反應(yīng)與濃度平衡 ( (二二) )組成缺陷和電子缺陷組成缺陷和電子缺陷 ( (三三) )非化學(xué)計量缺陷與色心，關(guān)注計算非化學(xué)計量缺陷與色心，關(guān)注計算1 1、負離子缺位，金屬離子過剩、負離子缺位，金屬離子過剩2 2、間隙正離子，金屬離子過剩、間隙

17、正離子，金屬離子過剩3 3、間隙負離子，負離子過剩、間隙負離子，負離子過剩4 4、正離子空位，負離子過剩、正離子空位，負離子過剩2-2位錯位錯一、位錯的結(jié)構(gòu)類型一、位錯的結(jié)構(gòu)類型 刃型位錯、螺型位錯、混合型位錯的概刃型位錯、螺型位錯、混合型位錯的概念念 Burgers回路與位錯的結(jié)構(gòu)特征：回路與位錯的結(jié)構(gòu)特征：Burgers矢量矢量 、位錯強度、位錯強度 、Burgers回路回路 概念概念 位錯柏格斯矢量的守恒性位錯柏格斯矢量的守恒性 2-2位錯位錯一、位錯的結(jié)構(gòu)類型一、位錯的結(jié)構(gòu)類型 位錯密度：位錯密度： 在單位體積晶體中所包含的位錯線的總在單位體積晶體中所包含的位錯線的總長度。長度。VS2

18、-2位錯位錯二、位錯的應(yīng)力場二、位錯的應(yīng)力場 ( (一一) )位錯的應(yīng)力場位錯的應(yīng)力場刃型位錯：連續(xù)彈性介質(zhì)模型：設(shè)一內(nèi)半徑刃型位錯：連續(xù)彈性介質(zhì)模型：設(shè)一內(nèi)半徑rc，外半徑外半徑R的無限長的空心彈性圓柱，圓柱軸與的無限長的空心彈性圓柱，圓柱軸與z軸重合。將它沿徑向切開至中心，將切面兩軸重合。將它沿徑向切開至中心，將切面兩側(cè)沿側(cè)沿x軸相對移動一個距離軸相對移動一個距離b，然后再粘合起來，然后再粘合起來,畸變狀態(tài)與含正刃型位錯晶體相似，可通過它畸變狀態(tài)與含正刃型位錯晶體相似，可通過它求出刃型位錯的應(yīng)力場求出刃型位錯的應(yīng)力場 2-2位錯位錯一、位錯的結(jié)構(gòu)類型一、位錯的結(jié)構(gòu)類型 螺型位錯：螺型位錯：

19、 連續(xù)彈性介質(zhì)模型：彈性圓柱切開至中連續(xù)彈性介質(zhì)模型：彈性圓柱切開至中心，然后將切面兩側(cè)沿心，然后將切面兩側(cè)沿z軸相對移動軸相對移動b，再粘合起來，就得到沿再粘合起來，就得到沿z軸的螺型位錯模軸的螺型位錯模型型 2-2位錯位錯二、位錯的應(yīng)力場二、位錯的應(yīng)力場 ( (二二) )位錯的應(yīng)變能與線張力位錯的應(yīng)變能與線張力 刃型位錯、螺型位錯、混合型位錯應(yīng)變能的刃型位錯、螺型位錯、混合型位錯應(yīng)變能的計算計算 位錯線張力：位錯線長度增加一個單位時，晶位錯線張力：位錯線長度增加一個單位時，晶體能量的增加體能量的增加 直線形位錯：直線形位錯：T大約等于大約等于mb2 彎曲位錯線：正、負位錯在遠處會部分抵消，

20、彎曲位錯線：正、負位錯在遠處會部分抵消，系統(tǒng)能量變化小于系統(tǒng)能量變化小于mb2 ，常取，常取 221bT2-2位錯位錯二、位錯的應(yīng)力場二、位錯的應(yīng)力場 ( (三三) )位錯核心位錯核心 位錯核心錯排嚴重，不能再簡化為連續(xù)彈性體。以點位錯核心錯排嚴重，不能再簡化為連續(xù)彈性體。以點陣模型解決陣模型解決 派派納納(Peierls-Nabarro)模型：實際上是不完全的點陣模型：實際上是不完全的點陣模型。設(shè)晶體由被滑移面隔開的兩個半塊晶體組成。模型。設(shè)晶體由被滑移面隔開的兩個半塊晶體組成。銜接處直接考慮原子間相互作用，內(nèi)部簡化成連續(xù)彈銜接處直接考慮原子間相互作用，內(nèi)部簡化成連續(xù)彈性介質(zhì)。性介質(zhì)。派派-

21、 -納模型中位錯的能量組成：兩部分。納模型中位錯的能量組成：兩部分。一是兩半晶一是兩半晶體中的彈性應(yīng)變能（主要分布于位錯核心之外）；另體中的彈性應(yīng)變能（主要分布于位錯核心之外）；另一是滑移面兩側(cè)原子互作用能（錯排能）（基本集中一是滑移面兩側(cè)原子互作用能（錯排能）（基本集中于位錯核心范圍內(nèi)）于位錯核心范圍內(nèi)）2-2位錯位錯三、位錯的運動三、位錯的運動 位錯的運動方式：位錯的運動方式： 刃型位錯：滑移：位錯線沿著滑移面移刃型位錯：滑移：位錯線沿著滑移面移動；攀移：位錯線垂直于滑移面的移動。動；攀移：位錯線垂直于滑移面的移動。 螺型位錯：只作滑移螺型位錯：只作滑移2-2位錯位錯三、位錯的運動三、位錯

22、的運動 ( (一一) )位錯的滑移位錯的滑移 三類位錯的滑移特性三類位錯的滑移特性 位錯滑移的驅(qū)動力：設(shè)想位錯受到一種力而運位錯滑移的驅(qū)動力：設(shè)想位錯受到一種力而運動（實際上位錯是一種原子組態(tài)，力是作用于動（實際上位錯是一種原子組態(tài)，力是作用于晶體中的原子）。使位錯發(fā)生運動的力。稱為晶體中的原子）。使位錯發(fā)生運動的力。稱為位錯運動的驅(qū)動力。位錯運動的驅(qū)動力。 注意：驅(qū)動力不必一定是外力，晶體內(nèi)部質(zhì)點、注意：驅(qū)動力不必一定是外力，晶體內(nèi)部質(zhì)點、界面或其它位錯引起的應(yīng)力界面或其它位錯引起的應(yīng)力2-2位錯位錯三、位錯的運動三、位錯的運動 點陣阻力：源于晶格結(jié)構(gòu)的周期性，滑點陣阻力：源于晶格結(jié)構(gòu)的周期

23、性，滑移面兩側(cè)原子之間的相互作用力移面兩側(cè)原子之間的相互作用力 派派-納應(yīng)力：派納應(yīng)力：派-納模型，提出了為克服納模型，提出了為克服點陣阻力推動位錯前進所必須的滑移力點陣阻力推動位錯前進所必須的滑移力和相應(yīng)的切應(yīng)力：和相應(yīng)的切應(yīng)力：)/2exp()1 (2bwp2-2位錯位錯三、位錯的運動三、位錯的運動 ( (二二) )位錯攀移位錯攀移 位錯攀移特征：與滑移不同，位錯攀移時伴隨位錯攀移特征：與滑移不同，位錯攀移時伴隨物質(zhì)遷移，需物質(zhì)遷移，需擴散實現(xiàn)。需要熱激活，比滑移擴散實現(xiàn)。需要熱激活，比滑移需要更大的能量。另外，易在多余半原子面邊需要更大的能量。另外，易在多余半原子面邊緣產(chǎn)生曲折緣產(chǎn)生曲折

24、 單位長度位錯線所受的化學(xué)攀移力：單位長度位錯線所受的化學(xué)攀移力： 單位長度位錯線所受的彈性攀移驅(qū)動力：單位長度位錯線所受的彈性攀移驅(qū)動力：02ln1CCkTbFsbdydybFc2-2位錯位錯四、位錯與缺陷的相互作用四、位錯與缺陷的相互作用 ( (一一) )位錯之間的相互作用位錯之間的相互作用 1 1、位錯間的彈性相互作用：位錯的彈性應(yīng)力、位錯間的彈性相互作用：位錯的彈性應(yīng)力場間發(fā)生的干涉和相互作用，將影響到位錯的場間發(fā)生的干涉和相互作用，將影響到位錯的分布和運動分布和運動 2 2、位錯塞積：許多位錯被迫堆積在某種障礙、位錯塞積：許多位錯被迫堆積在某種障礙物前，它們來自同一位錯源，具相同的柏

25、格斯物前，它們來自同一位錯源，具相同的柏格斯矢量，障礙物如晶界矢量，障礙物如晶界 3.3.位錯反應(yīng)位錯反應(yīng) : :位錯之間的相互轉(zhuǎn)化。譬如位錯之間的相互轉(zhuǎn)化。譬如一分為二或兩合為一，一分為二或兩合為一，bbb22-2位錯位錯四、位錯與缺陷的相互作用四、位錯與缺陷的相互作用 ( (二二) )位錯與點缺陷的相互作用位錯與點缺陷的相互作用位錯與溶質(zhì)原子的相互作用能位錯與溶質(zhì)原子的相互作用能 史諾克史諾克(Snoek)氣團氣團 柯垂耳柯垂耳(Cottrell)氣團氣團 電學(xué)相互作用電學(xué)相互作用 化學(xué)相互作用化學(xué)相互作用 空位、間隙原子和位錯的互相轉(zhuǎn)化空位、間隙原子和位錯的互相轉(zhuǎn)化 2-2位錯位錯五、位

26、錯源與位錯增殖五、位錯源與位錯增殖 （一）位錯的來源（一）位錯的來源位錯產(chǎn)生位錯產(chǎn)生 ( (二二) )位錯的增殖位錯的增殖弗蘭克一瑞弗蘭克一瑞德德(Frank-Read)源源 弗蘭克弗蘭克-瑞德源需要施加的應(yīng)力瑞德源需要施加的應(yīng)力 弗蘭克弗蘭克-瑞德源開動的臨界瑞德源開動的臨界應(yīng)力應(yīng)力 雙交滑移增殖機構(gòu)雙交滑移增殖機構(gòu) 單點源單點源 2-3表面、界面結(jié)構(gòu)及不完表面、界面結(jié)構(gòu)及不完整性整性一、晶體的表面一、晶體的表面 ( (一一) )表面力場表面力場固體表面力固體表面力 分子間引力主要來源分子間引力主要來源 ( (二二) )晶體表面狀態(tài)晶體表面狀態(tài)表面能表面能 2-3表面、界面結(jié)構(gòu)及不完表面、界

27、面結(jié)構(gòu)及不完整性整性一、晶體的表面一、晶體的表面( (三三) )晶體表面的不均勻性晶體表面的不均勻性完美晶格結(jié)構(gòu)的晶體表面：完美晶格結(jié)構(gòu)的晶體表面：分成兩種類型：分成兩種類型：緊密堆積表面：表面平坦，沒有波折，所有的原緊密堆積表面：表面平坦，沒有波折，所有的原子距離該表面的平行平面的距離都相等子距離該表面的平行平面的距離都相等不緊密堆積的表面：即臺階式的表面，表面有波不緊密堆積的表面：即臺階式的表面，表面有波折。折。2-3表面、界面結(jié)構(gòu)及不完表面、界面結(jié)構(gòu)及不完整性整性二、晶界二、晶界 ( (一一) ) 晶界幾何晶界幾何晶界分類：根據(jù)位向差晶界分類：根據(jù)位向差( ( ) )的不同，晶界分為兩類

28、：的不同，晶界分為兩類：(1)(1)小角度晶界小角度晶界- -兩相鄰晶粒的位向差約小于兩相鄰晶粒的位向差約小于1010 ；(2)(2)大角度晶界大角度晶界- -兩晶粒間的位向差較大，一般大于兩晶粒間的位向差較大，一般大于1010 以以上。上。 ( (二二) )小角度晶界小角度晶界傾側(cè)晶界傾側(cè)晶界 位錯間距位錯間距 2-3表面、界面結(jié)構(gòu)及不完表面、界面結(jié)構(gòu)及不完整性整性二、晶界二、晶界不對稱傾側(cè)晶界不對稱傾側(cè)晶界扭轉(zhuǎn)晶界扭轉(zhuǎn)晶界一般小角度晶界：旋轉(zhuǎn)軸和界面可任意取向，由一般小角度晶界：旋轉(zhuǎn)軸和界面可任意取向，由刃型和螺型位錯組合構(gòu)成。刃型和螺型位錯組合構(gòu)成。晶界能：晶界上原子排列畸變，增高的能量

29、。主晶界能：晶界上原子排列畸變，增高的能量。主要要來自位錯能量（位錯密度又決定于晶粒間的來自位錯能量（位錯密度又決定于晶粒間的位向差），隨位向差增加而增大，僅適用于位向差），隨位向差增加而增大，僅適用于 15 。式中為常數(shù)，。式中為常數(shù)，A取決于位錯中心的原取決于位錯中心的原子錯排能子錯排能2-3表面、界面結(jié)構(gòu)及不完表面、界面結(jié)構(gòu)及不完整性整性二、晶界二、晶界( (三三) )大角度晶界大角度晶界“重合位置點陣重合位置點陣”模型模型 ( (四四) )晶界能晶界能晶界能：金屬晶界能：金屬多晶體的晶界一般為大角度晶界，多晶體的晶界一般為大角度晶界，金屬大角度晶界能約在金屬大角度晶界能約在0.251.

30、0J/m2范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，與晶粒之間的位向差無關(guān)，大體上為定值。與晶粒之間的位向差無關(guān)，大體上為定值。( (五五) )孿晶界孿晶界2-3表面、界面結(jié)構(gòu)及不完表面、界面結(jié)構(gòu)及不完整性整性二、晶界二、晶界 孿晶面孿晶面 共格孿晶界共格孿晶界 非共格孿晶界非共格孿晶界 孿晶形成與堆垛層錯的關(guān)系孿晶形成與堆垛層錯的關(guān)系 孿晶面界面能孿晶面界面能 ( (六六) )晶界的特性晶界的特性 晶界的特性晶界的特性 第三章第三章 固溶體固溶體 3-1影響固溶度的因素影響固溶度的因素 3-2固溶體各論固溶體各論第三章第三章 固溶體固溶體 固溶體固溶體 固溶度固溶度 中間相中間相 固溶體分類固溶體分類 溶體的有序和無

31、序分類溶體的有序和無序分類 有限和無限固溶體分類有限和無限固溶體分類 3-1影響固溶度的因素影響固溶度的因素一、休姆一、休姆-羅瑟里羅瑟里(Hume-Rothery)規(guī)律規(guī)律固溶體固溶度的一般規(guī)律：固溶體固溶度的一般規(guī)律：1、尺寸因素、尺寸因素:當(dāng)尺寸因素不利時，固溶度很??；當(dāng)尺寸因素不利時，固溶度很??；2、化學(xué)親和力、化學(xué)親和力:穩(wěn)定中間相（和組元的化學(xué)親和穩(wěn)定中間相（和組元的化學(xué)親和力有關(guān)）會使一次固溶體的固溶度下降（中間相自由力有關(guān)）會使一次固溶體的固溶度下降（中間相自由能曲線低）；能曲線低）；3、電子濃度、電子濃度:電子濃度（價電子數(shù)和原子數(shù)的比電子濃度（價電子數(shù)和原子數(shù)的比值）影響固

32、溶度和中間相穩(wěn)定性，值）影響固溶度和中間相穩(wěn)定性， （溶質(zhì)價為（溶質(zhì)價為v，溶劑價為，溶劑價為V）。還有適用于某些合金系）。還有適用于某些合金系的的“相對價效應(yīng)相對價效應(yīng)” ，即高價元素在低價中的固溶度，即高價元素在低價中的固溶度大大100)100(vxxVae3-1影響固溶度的因素影響固溶度的因素二、尺寸因素二、尺寸因素 尺寸與溶解度關(guān)系尺寸與溶解度關(guān)系 維伽定律維伽定律 靜位移靜位移 尺寸因素對固溶度的影響尺寸因素對固溶度的影響 15%15%規(guī)律規(guī)律 寬容系數(shù)寬容系數(shù) 3-1影響固溶度的因素影響固溶度的因素三、電價因素三、電價因素 電子濃度與溶解度電子濃度與溶解度 極限電子濃度與晶體結(jié)構(gòu)類

33、型極限電子濃度與晶體結(jié)構(gòu)類型 固溶限度與平均族數(shù)固溶限度與平均族數(shù) 離子價對固溶體的影響離子價對固溶體的影響 3-1影響固溶度的因素影響固溶度的因素四、電負性因素四、電負性因素 化學(xué)親和力對固溶體溶解度的影響化學(xué)親和力對固溶體溶解度的影響 化學(xué)親和力與固溶度化學(xué)親和力與固溶度 達肯經(jīng)驗規(guī)律達肯經(jīng)驗規(guī)律 場強與固溶度場強與固溶度 3-2固溶體各論固溶體各論一、置換固溶體一、置換固溶體 三類固溶體的區(qū)分方法三類固溶體的區(qū)分方法 固溶體的計算確定固溶體的計算確定 關(guān)注關(guān)注 結(jié)構(gòu)相容與置換結(jié)構(gòu)相容與置換 尺寸因素分析尺寸因素分析 3-2固溶體各論固溶體各論二、間隙固溶體二、間隙固溶體 間隙固溶體間隙固

34、溶體 在金屬中：溶質(zhì)元素是半徑小于在金屬中：溶質(zhì)元素是半徑小于1A的一些非金屬元的一些非金屬元素。即氫、硼、碳、氮、氧等素。即氫、硼、碳、氮、氧等 間隙形狀、大小與溶解度：間隙元素小間隙大，溶解度間隙形狀、大小與溶解度：間隙元素小間隙大，溶解度相對較大，但與具體情況有關(guān)。相對較大，但與具體情況有關(guān)。 -Fe中溶入碳原子，八中溶入碳原子，八面體間隙面體間隙0.535A，碳，碳0.77A，點陣畸變，溶解度受限，點陣畸變，溶解度受限，(1148 C)僅僅2.11wt%，約相當(dāng)于，約相當(dāng)于9.2atm%； -Fe中，雖四中，雖四面體間隙大于八面體間隙，但尺寸仍遠小于碳，溶解度面體間隙大于八面體間隙，但

35、尺寸仍遠小于碳，溶解度極小。且測定表明，碳在極小。且測定表明，碳在 -Fe八面體間隙中八面體間隙中在無機非金屬材料中：可利用的空隙較多。面心立在無機非金屬材料中：可利用的空隙較多。面心立方結(jié)構(gòu)的方結(jié)構(gòu)的MgO，四面體空隙可利用；，四面體空隙可利用；TiO2中還有八面體中還有八面體空隙可利用；空隙可利用；CaF2結(jié)構(gòu)中則有配位為八的較大空隙存在結(jié)構(gòu)中則有配位為八的較大空隙存在3-2固溶體各論固溶體各論三、有序固溶體三、有序固溶體 （一）短程有序（一）短程有序-微觀不均勻性微觀不均勻性 1、無序分布、無序分布 2、偏聚狀態(tài)、偏聚狀態(tài) 3、有序分布、有序分布 短程有序短程有序 “短程序參數(shù)短程序參數(shù)

36、” 短程序參數(shù)短程序參數(shù) 3-2固溶體各論固溶體各論三、有序固溶體三、有序固溶體 ( (二二) )長程有序長程有序 長程有序長程有序 長程序參數(shù)長程序參數(shù) 長程序和短程序的不同長程序和短程序的不同 3-2固溶體各論固溶體各論 四、固溶體的理論分析與計算四、固溶體的理論分析與計算 固溶體中的缺陷、固溶體的密度及晶格固溶體中的缺陷、固溶體的密度及晶格參數(shù)參數(shù) 關(guān)注計算關(guān)注計算 1、生成置換型固溶體時的缺陷反應(yīng)計算、生成置換型固溶體時的缺陷反應(yīng)計算（其中（其中 為為CaO的溶入摩爾數(shù)）的溶入摩爾數(shù)） 2、生成填隙型固溶體時的缺陷反應(yīng)計算、生成填隙型固溶體時的缺陷反應(yīng)計算（其中（其中 為為CaO的溶入

37、摩爾數(shù)）的溶入摩爾數(shù)）3-2固溶體各論固溶體各論 五、中間相五、中間相 中間相中間相 金屬中間相特點金屬中間相特點 金屬間化合物金屬間化合物 中間相分類中間相分類 3-2固溶體各論固溶體各論 五、中間相五、中間相 （一）電子化合物（一）電子化合物 電子相電子相 (二二)間隙相間隙相 間隙相間隙相 間隙相的晶體結(jié)構(gòu)間隙相的晶體結(jié)構(gòu) (三三)間隙化合物間隙化合物 間隙化合物間隙化合物 間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu)間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu) 間隙化合物固溶體間隙化合物固溶體 3-2固溶體各論固溶體各論 五、中間相五、中間相 (四四)拓撲密堆相拓撲密堆相 拓撲密堆相：由兩種大小不同的原子構(gòu)成的一類中間拓撲密堆相：由

38、兩種大小不同的原子構(gòu)成的一類中間相。大小原子通過適當(dāng)配合構(gòu)成空間利用率和配位數(shù)相。大小原子通過適當(dāng)配合構(gòu)成空間利用率和配位數(shù)都很高的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，配位數(shù)可達都很高的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，配位數(shù)可達12、14、15及及16。具。具有拓撲學(xué)特點有拓撲學(xué)特點 拓撲密堆相類型：有拓撲密堆相類型：有Cr3Si型相型相(Cr3Si、Nb3Sn、Nb3Sb等等)，拉弗斯，拉弗斯(Laves)相相(MgCu2、MgZn2、MgNi2等等)， 相相(Fe7W6、Fe7Mo6等等)，R相相(Cr18Mo31Co)，P相相(Crl8Ni40Mo42)， 相相(FeCr、FeV、FeW、FeMo、CrCo、MoCo、WCo等等)等等

39、。等等。第四章第四章 非晶態(tài)固體非晶態(tài)固體非晶態(tài)固體：原子在空間排布沒有長非晶態(tài)固體：原子在空間排布沒有長程序的固體程序的固體非晶態(tài)固體范疇：玻璃、非晶態(tài)金屬非晶態(tài)固體范疇：玻璃、非晶態(tài)金屬及非晶態(tài)半導(dǎo)體等及非晶態(tài)半導(dǎo)體等結(jié)構(gòu)是認識和研究物質(zhì)的基礎(chǔ)，然而，結(jié)構(gòu)是認識和研究物質(zhì)的基礎(chǔ)，然而，非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)比晶體要復(fù)雜得多。非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)比晶體要復(fù)雜得多。第四章第四章 非晶態(tài)固體非晶態(tài)固體 4-1非晶態(tài)固體的特征與表述非晶態(tài)固體的特征與表述 4-2非晶態(tài)半導(dǎo)體非晶態(tài)半導(dǎo)體 4-3非晶態(tài)金屬非晶態(tài)金屬 4-4玻璃玻璃 4-5非晶態(tài)高分子非晶態(tài)高分子4-1 非晶態(tài)固體的特征與表述非晶態(tài)固體的特征與

40、表述一、非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)特征一、非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)特征 非晶態(tài)固體的微結(jié)構(gòu)非晶態(tài)固體的微結(jié)構(gòu) 無序態(tài)的類型無序態(tài)的類型 雙體相關(guān)函數(shù)雙體相關(guān)函數(shù) 4-1 非晶態(tài)固體的特征與表述非晶態(tài)固體的特征與表述二、非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)表征函數(shù)二、非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)表征函數(shù) （一）徑向分布函數(shù)（一）徑向分布函數(shù)RDF 原子徑向分布函數(shù)原子徑向分布函數(shù) 約化徑向分布函數(shù)約化徑向分布函數(shù) (二二)結(jié)構(gòu)描述參數(shù)結(jié)構(gòu)描述參數(shù) 結(jié)構(gòu)精確描述參量結(jié)構(gòu)精確描述參量 4-1 非晶態(tài)固體的特征與表述非晶態(tài)固體的特征與表述三、非晶態(tài)固體的短程序三、非晶態(tài)固體的短程序 短程序分類短程序分類 （一）化學(xué)短程序（一）化學(xué)短程序（CSRO）

41、化學(xué)短程序化學(xué)短程序 化學(xué)短程序參數(shù)化學(xué)短程序參數(shù) (二二)幾何短程序幾何短程序(GSRO)與局域結(jié)構(gòu)參數(shù)與局域結(jié)構(gòu)參數(shù) Voronoi多面體多面體 Voronoi多面體的指數(shù)多面體的指數(shù)(Fi)描述描述 Voronoi多面體與配位數(shù)及局域原子體積多面體與配位數(shù)及局域原子體積 4-2 非晶態(tài)半導(dǎo)體非晶態(tài)半導(dǎo)體一、非晶半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)模型一、非晶半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)模型 結(jié)構(gòu)原子間的幾何關(guān)系定義結(jié)構(gòu)原子間的幾何關(guān)系定義 幾何短程有序幾何短程有序GSRO 幾何短程序局域結(jié)構(gòu)參數(shù)幾何短程序局域結(jié)構(gòu)參數(shù) 1.非晶態(tài)固體內(nèi)的流體靜壓力非晶態(tài)固體內(nèi)的流體靜壓力P 2.Von Mises切應(yīng)力切應(yīng)力 3.與近鄰原子的球

42、對稱性發(fā)生橢圓偏離與近鄰原子的球?qū)ΨQ性發(fā)生橢圓偏離的度量參數(shù)的度量參數(shù) 4-2 非晶態(tài)半導(dǎo)體非晶態(tài)半導(dǎo)體一、非晶半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)模型一、非晶半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)模型 蝕狀組態(tài)和交錯組態(tài)蝕狀組態(tài)和交錯組態(tài) 非晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)模型非晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)模型 微晶模型微晶模型 非晶子模型非晶子模型 連續(xù)無規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型連續(xù)無規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型(CRN) 描述非晶半導(dǎo)體的兩類參量：一類是局域原子描述非晶半導(dǎo)體的兩類參量：一類是局域原子團，由短程有序參數(shù)確定；另一類參量表征局團，由短程有序參數(shù)確定；另一類參量表征局域原子團互連成網(wǎng)絡(luò)的拓撲特點。域原子團互連成網(wǎng)絡(luò)的拓撲特點。4-2 非晶態(tài)半導(dǎo)體非晶態(tài)半導(dǎo)體二、非晶半導(dǎo)體的微結(jié)構(gòu)二、非晶半導(dǎo)

43、體的微結(jié)構(gòu) 硅和鍺的結(jié)構(gòu)硅和鍺的結(jié)構(gòu) III-V族結(jié)構(gòu)族結(jié)構(gòu) 硫系非晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)硫系非晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) a-Si:H薄膜結(jié)構(gòu)薄膜結(jié)構(gòu) a-Si:H的兩相結(jié)構(gòu)模型的兩相結(jié)構(gòu)模型 4-3 非晶態(tài)金屬非晶態(tài)金屬一、非晶態(tài)金屬和合金一、非晶態(tài)金屬和合金的結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)模型 微晶、非晶團模型及偏離微晶、非晶團模型及偏離 硬球無規(guī)密堆模型硬球無規(guī)密堆模型(DRPHS) 局域短程序特征的描述局域短程序特征的描述 Bernal空洞空洞 Voronoi多面體多面體 硬球無規(guī)密堆的（僅僅）五種不同硬球無規(guī)密堆的（僅僅）五種不同Bernal空洞空洞 硬球無規(guī)密堆模型中的硬球無規(guī)密堆模型中的Voronoi多面體多面體 4

44、-3 非晶態(tài)金屬非晶態(tài)金屬一、非晶態(tài)金屬和合金的結(jié)構(gòu)一、非晶態(tài)金屬和合金的結(jié)構(gòu)模型模型 Gaske1l的過渡金屬類金屬多面體模的過渡金屬類金屬多面體模型型三棱柱多面體三棱柱多面體 非晶結(jié)構(gòu)中的局域結(jié)構(gòu)單元與晶體的差非晶結(jié)構(gòu)中的局域結(jié)構(gòu)單元與晶體的差別別 非晶體最近鄰分布的非晶體最近鄰分布的Voronoi多面體多面體 4-3 非晶態(tài)金屬非晶態(tài)金屬二、非晶態(tài)金屬的微結(jié)構(gòu)二、非晶態(tài)金屬的微結(jié)構(gòu) 非晶態(tài)材料的微結(jié)構(gòu)非晶態(tài)材料的微結(jié)構(gòu) 非晶態(tài)材料中的局域晶場非晶態(tài)材料中的局域晶場 （一）幾何微結(jié)構(gòu)（一）幾何微結(jié)構(gòu)非晶態(tài)金屬的幾何微結(jié)構(gòu)非晶態(tài)金屬的幾何微結(jié)構(gòu) 非晶態(tài)金屬中的應(yīng)力與微結(jié)構(gòu)非晶態(tài)金屬中的應(yīng)力與

45、微結(jié)構(gòu) (二二)化學(xué)微結(jié)構(gòu)化學(xué)微結(jié)構(gòu)非晶態(tài)金屬的化學(xué)微結(jié)構(gòu)非晶態(tài)金屬的化學(xué)微結(jié)構(gòu) (三三)磁各向異性與微結(jié)構(gòu)磁各向異性與微結(jié)構(gòu)4-4 玻璃玻璃一、玻璃結(jié)構(gòu)理論一、玻璃結(jié)構(gòu)理論 （一）玻璃結(jié)構(gòu)的無規(guī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)說（一）玻璃結(jié)構(gòu)的無規(guī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)說 氧化物玻璃結(jié)構(gòu)氧化物玻璃結(jié)構(gòu) 形成穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)滿足的四條規(guī)則形成穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)滿足的四條規(guī)則 玻璃的無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)玻璃的無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 氧化物玻璃中的三種氧化物類型氧化物玻璃中的三種氧化物類型 (二二)玻璃結(jié)構(gòu)的微晶子學(xué)說玻璃結(jié)構(gòu)的微晶子學(xué)說 列別捷夫晶子觀點列別捷夫晶子觀點 蘭德爾微晶學(xué)說蘭德爾微晶學(xué)說 4-4 玻璃玻璃一、玻璃結(jié)構(gòu)理論一、玻璃結(jié)構(gòu)理論 玻璃結(jié)構(gòu)的

46、微晶學(xué)說玻璃結(jié)構(gòu)的微晶學(xué)說 無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說與微晶學(xué)說比較統(tǒng)一的看法無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說與微晶學(xué)說比較統(tǒng)一的看法 (三三)常見玻璃的微觀結(jié)構(gòu)常見玻璃的微觀結(jié)構(gòu) 1、硅酸鹽玻璃、硅酸鹽玻璃 橋氧與網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系橋氧與網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系 “逆性玻璃逆性玻璃” 2、硼酸鹽玻璃：、硼酸鹽玻璃： 3、磷酸鹽玻璃：、磷酸鹽玻璃：4-4 玻璃玻璃二、玻璃的轉(zhuǎn)變二、玻璃的轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變溫度區(qū)轉(zhuǎn)變溫度區(qū) 轉(zhuǎn)變溫度范圍微觀過程轉(zhuǎn)變溫度范圍微觀過程 轉(zhuǎn)變溫度范圍附近的結(jié)構(gòu)變化情況轉(zhuǎn)變溫度范圍附近的結(jié)構(gòu)變化情況 “假想溫度假想溫度” 4-4 玻璃玻璃三、玻璃化的條件三、玻璃化的條件（一）熱力學(xué)與動力學(xué)條件（一）熱力學(xué)與動力學(xué)條件玻璃的不穩(wěn)（

47、亞穩(wěn)）性玻璃的不穩(wěn)（亞穩(wěn)）性 玻璃的穩(wěn)定存在玻璃的穩(wěn)定存在 容積分率容積分率 玻璃形成能力的判斷玻璃形成能力的判斷三三T圖圖 在時間在時間t內(nèi)單位體積的結(jié)晶內(nèi)單位體積的結(jié)晶VL/V 玻璃生成的主要動力學(xué)因素玻璃生成的主要動力學(xué)因素 4-4 玻璃玻璃三、玻璃化的條件三、玻璃化的條件 (二二)結(jié)晶化學(xué)條件結(jié)晶化學(xué)條件 陰離子集團對玻璃形成的影響陰離子集團對玻璃形成的影響 化學(xué)鍵性質(zhì)對玻璃的形成的影響化學(xué)鍵性質(zhì)對玻璃的形成的影響 化學(xué)鍵強度的影響化學(xué)鍵強度的影響 4-5非晶態(tài)高分子非晶態(tài)高分子一、非晶態(tài)高分子的結(jié)構(gòu)模型一、非晶態(tài)高分子的結(jié)構(gòu)模型(一一)無規(guī)線團模型無規(guī)線團模型 理論基礎(chǔ)是高分子溶液理

48、論理論基礎(chǔ)是高分子溶液理論 非晶態(tài)高分子無規(guī)線團模型非晶態(tài)高分子無規(guī)線團模型 高分子的自由體積高分子的自由體積 (二二)局部有序模型局部有序模型 高分子的兩種結(jié)構(gòu)單元高分子的兩種結(jié)構(gòu)單元 粒子相與粒間相的形態(tài)粒子相與粒間相的形態(tài) 4-5非晶態(tài)高分子非晶態(tài)高分子二、玻璃化轉(zhuǎn)變二、玻璃化轉(zhuǎn)變 玻璃化轉(zhuǎn)變玻璃化轉(zhuǎn)變 玻璃化轉(zhuǎn)變時的特性變化玻璃化轉(zhuǎn)變時的特性變化 自由體積理論自由體積理論 自由體積與溫度及熱膨脹的關(guān)系自由體積與溫度及熱膨脹的關(guān)系 高彈態(tài)在某溫度高彈態(tài)在某溫度T時的自由體積時的自由體積 玻璃態(tài)自由體積狀態(tài)玻璃態(tài)自由體積狀態(tài) 第五章第五章 固體材料中的質(zhì)點固體材料中的質(zhì)點運動與遷移運動與遷

49、移 5-1晶格中原子的運動與擴散晶格中原子的運動與擴散 5-2擴散機制及影響擴散的因素擴散機制及影響擴散的因素5-1 晶格中原子的運動與擴散晶格中原子的運動與擴散一、熱缺陷的運動、產(chǎn)生與復(fù)合一、熱缺陷的運動、產(chǎn)生與復(fù)合 擴散現(xiàn)象的本質(zhì)擴散現(xiàn)象的本質(zhì) 1、通過填隙途徑遷移、通過填隙途徑遷移 2、通過空位的機構(gòu)而遷移、通過空位的機構(gòu)而遷移 5-1 晶格中原子的運動與擴散晶格中原子的運動與擴散二、基本擴散定律二、基本擴散定律菲克定律菲克定律關(guān)注計算關(guān)注計算（一）穩(wěn)態(tài)擴散（一）穩(wěn)態(tài)擴散菲克第一定律菲克第一定律（二）非穩(wěn)態(tài)擴散（二）非穩(wěn)態(tài)擴散菲克第二定律菲克第二定律5-1 晶格中原子的運動與擴散晶格中原

50、子的運動與擴散三、擴散系數(shù)三、擴散系數(shù)（一）自擴散系數(shù)（一）自擴散系數(shù)擴散系數(shù)擴散系數(shù) 擴散的宏觀現(xiàn)象擴散的宏觀現(xiàn)象 擴散系數(shù)與原子遷移的關(guān)系擴散系數(shù)與原子遷移的關(guān)系 遷移頻率遷移頻率 實際擴散系數(shù)（對極稀的實際擴散系數(shù)（對極稀的fcc結(jié)構(gòu)的間隙固結(jié)構(gòu)的間隙固溶體）溶體） 自擴散系數(shù)自擴散系數(shù) 5-1 晶格中原子的運動與擴散晶格中原子的運動與擴散三、擴散系數(shù)三、擴散系數(shù) (二二)偏擴散系數(shù)偏擴散系數(shù) 偏擴散系數(shù)偏擴散系數(shù) 偏擴散系數(shù)的熱力學(xué)分析：例如偏擴散系數(shù)的熱力學(xué)分析：例如CoO和和NiO二元系統(tǒng)的擴散二元系統(tǒng)的擴散 (三三)交互擴散系數(shù)交互擴散系數(shù)達肯方程達肯方程 1.克根達爾克根達爾(Kirkendall)效應(yīng)效應(yīng) 2、達肯、達肯(Darken)公式公式 5-2擴散機制及影響擴散的因素擴散機制及影響擴散的因素一、擴散機制一、擴散機制（一）空位擴散（一）空位擴散空位擴散機制空位擴散機制 實現(xiàn)空位擴散的兩個條件