材料科學(xué)基礎(chǔ)名詞解釋2

四、沉淀硬化

不可變形顆粒的強(qiáng)化作用

可變形顆粒的強(qiáng)化作用

強(qiáng)化機(jī)制：

位錯(cuò)切過粒子后產(chǎn)生新的界面，顆粒表面上產(chǎn)生的臺(tái)階增加了顆粒與基體之間的新界面，提高了界面能。

若共格的粒子是一種有序結(jié)構(gòu)，位錯(cuò)切過之后，沿滑移面產(chǎn)生反相疇，使位錯(cuò)切過粒子時(shí)需要附加應(yīng)力。

由于粒子的點(diǎn)陣常數(shù)與基體不一樣，粒子周圍產(chǎn)生共格畸變，存在彈性應(yīng)變場(chǎng)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。

在實(shí)際合金中，起主要作用的往往是1~2種。增大粒子尺寸或增加體積分?jǐn)?shù)有利于提高強(qiáng)度

晶體缺陷的作用

晶體缺陷對(duì)晶體的性能，特別是對(duì)那些結(jié)構(gòu)敏感的性能，如強(qiáng)度、塑性、電阻率、磁導(dǎo)率等有

很大的影響。

晶體缺陷還與擴(kuò)散、相變、塑性變形、再結(jié)晶、氧化、燒結(jié)等有著密切關(guān)系。因此，研究晶

體缺陷具有重要的理論與實(shí)際意義。

點(diǎn)缺陷可以導(dǎo)致：

點(diǎn)陣畸變

使晶體的內(nèi)能升高，降低了晶體的熱力學(xué)穩(wěn)定性，

增大了原于排列的混亂程度，并改變了其周圍原子的振動(dòng)頻率，引起組態(tài)熵和振動(dòng)熵的改變，使晶體熵值

增大，增加了晶體的熱力學(xué)穩(wěn)定性。

這兩個(gè)相互矛盾的因素使得晶體中的點(diǎn)缺陷在一定的溫度下有一定的平衡濃度。它可根據(jù)熱

力學(xué)理論求得。

7.點(diǎn)缺陷對(duì)材料性能的影響

使金屬的電阻增加

體積膨脹(密度減小)

使離子晶體的導(dǎo)電性改善

過飽和點(diǎn)缺陷，如淬火空位、輻照缺陷等還可以

提高金屬的屈服強(qiáng)度。

提高材料的高溫蠕變速率

所謂高溫蠕變是金屬在一定溫度和恒定的應(yīng)力下發(fā)生緩慢而又連續(xù)的一種形變。

影響聚合物固溶度的因素：

如果第二類型鏈節(jié)的特性(尺寸、形狀和鍵結(jié)構(gòu))和大塊聚合物中的相似，它就可以直接合并人聚合物的晶

態(tài)區(qū)域中。

如果兩者不相似，則雜質(zhì)會(huì)阻礙聚合物的結(jié)晶，雜質(zhì)則位于非晶態(tài)區(qū)域周圍。

Fick第一定律

擴(kuò)散中原子的通量與質(zhì)量濃度梯度成正比，即:J=D(C1-C2)/?x=-D(?C/?x)

三、共價(jià)和金屬晶體中的擴(kuò)散機(jī)制

多晶體金屬中，擴(kuò)散物質(zhì)可以沿金屬表面、晶界、位錯(cuò)線發(fā)生遷移，分別被稱為“表面擴(kuò)散”、

“晶界擴(kuò)散”和“位錯(cuò)擴(kuò)散”，擴(kuò)散物質(zhì)也可以在晶粒點(diǎn)陣內(nèi)部發(fā)生遷移，被稱為體擴(kuò)散。 主要擴(kuò)散機(jī)制：間隙機(jī)制、空位機(jī)制

一般來說，空位擴(kuò)散激活能Qv高于間隙擴(kuò)散激活能Qi。因?yàn)榍耙环N機(jī)制要求的能量包括空位形成及

原子移人空位的能量，而后一種情況的能量?jī)H是使間隙原子移入間隙位置的能量。

五、離子晶體中的擴(kuò)散機(jī)制

為了維持電的中性，在離子晶體中擴(kuò)散必須牽涉至少兩種帶電物(離子和帶電的空位)。 附加空位對(duì)擴(kuò)散影響的程度取決于這些空位與雜質(zhì)離子間聯(lián)結(jié)的程度。

若空位可以自由地從它取代的雜質(zhì)原子位置移開，這些空位可以顯著地增加在離子晶體中的擴(kuò)散速率。

1. 基本概念

相：物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同且均勻的部分

在宏觀尺寸范圍內(nèi)相是均勻的，具有一定的熱力學(xué)性質(zhì)(如內(nèi)能、焓、熵等)；相間有界面；系統(tǒng)

的熱力學(xué)條件改變時(shí)，相的自由能會(huì)發(fā)生變化，相結(jié)構(gòu)也相應(yīng)發(fā)生變化。

組織：在光學(xué)顯微鏡下觀察到的材料特征，包括晶粒和相的尺寸及形貌、晶界和相界等。 結(jié)構(gòu)：在XRD、TEM等儀器中觀察到的原子排列特征。

相變：隨自由能變化而發(fā)生的相結(jié)構(gòu)變化。

一、相變的本質(zhì)

相變涉及到原子排列方式的變化

相變時(shí)體系有體積變化，有時(shí)同一種相態(tài)(固相)內(nèi)也會(huì)有體積變化(如Sn)，這會(huì)在固相內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)變和內(nèi)應(yīng)

力；新相與舊相之間存在界面。

相變時(shí)存在阻力

為了促進(jìn)相變的進(jìn)行，需要足夠的驅(qū)動(dòng)力

七、固態(tài)相變的特點(diǎn)

晶體結(jié)構(gòu)的變化:如純金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、固溶體的多型性轉(zhuǎn)變、馬氏體相變； 化學(xué)成分變化:如單相固溶體的調(diào)幅分解，其特點(diǎn)是只有成分轉(zhuǎn)變而無相結(jié)構(gòu)的變化； 有序程度的變化:如合金的有序化轉(zhuǎn)變，即點(diǎn)陣中原子的配位發(fā)生變化，以及與電子結(jié)構(gòu)變化相關(guān)的轉(zhuǎn)變(

磁性轉(zhuǎn)變、超導(dǎo)轉(zhuǎn)變等)。

相變驅(qū)動(dòng)力: 為新相與母相間的自由能差值

相變規(guī)律與液態(tài)和氣態(tài)中的相變不同

固態(tài)相變阻力大

原子遷移率低

非均勻形核

新相往往都有特定的形狀

按新相一母相界面原子的排列情況不同，存在共格、半共格、非共格等多種結(jié)構(gòu)形式的界面 新相與母相之間存在一定的位向關(guān)系

為了維持共格，新相往往在母相的一定晶面上開始形成

4.再結(jié)晶

(1)再結(jié)晶的特點(diǎn)

冷變形金屬加熱時(shí)，繼回復(fù)之后發(fā)生再結(jié)晶，連續(xù)加熱時(shí)，低溫下發(fā)生回復(fù)，超過一定溫度發(fā)生

再結(jié)晶。在一定溫度下等溫加熱時(shí)，短時(shí)發(fā)生回復(fù)，長(zhǎng)時(shí)間加熱，也發(fā)生再結(jié)晶。再結(jié)晶過程有以下特點(diǎn)

：

組織變化：由冷變形的伸長(zhǎng)晶粒變?yōu)樾碌牡容S晶粒。

力學(xué)性能發(fā)生急劇變化：強(qiáng)度、硬度急劇降低，塑性提高，恢復(fù)至變形前狀態(tài)。

變形儲(chǔ)能在再結(jié)晶過程中全部釋放。三類應(yīng)力(點(diǎn)陣畸變)消除，位錯(cuò)密度降低，形成無畸變晶粒。

材料是由相組成的，相之間有界面存在。

多相材料的整體性能取決：

相的數(shù)目

它們的相對(duì)量

各相的成分與結(jié)構(gòu)

相的尺寸和空間分布

材料的顯微組織取決于成分、溫度、壓力等變量。

描述材料的組織與溫度、壓力、成分之間關(guān)系的工具：相圖

相圖是在接近平衡狀態(tài)下測(cè)定得到的。

(一)二元相圖的一些基本規(guī)律

相區(qū)接觸法則

在二元相圖中，相鄰相區(qū)的相數(shù)差為1，點(diǎn)接觸除外。例如：兩個(gè)單相區(qū)之間必有一個(gè)雙相區(qū)

，三相平衡水平線只能與兩相區(qū)相鄰，而不能與單相區(qū)有線接觸。

在二元相圖中，三相平衡一定是一條水平線，該線上一定與3個(gè)單相區(qū)有點(diǎn)接觸，其中兩點(diǎn)在水平線的兩

端，另一點(diǎn)在水平線中間處。該水平線一定與3個(gè)兩相區(qū)相鄰。

兩相區(qū)與單相區(qū)的分界線與水平線相交處，前者的延長(zhǎng)線應(yīng)進(jìn)入另一個(gè)兩相區(qū)，而不可能進(jìn)入單相區(qū)。

均勻形核的條件：

結(jié)構(gòu)起伏

能量起伏

過冷

一、熱固性彈性體

對(duì)熱塑性聚合物進(jìn)行一定程度(輕度)的交聯(lián)，可以得到彈性體。彈性性能取決于交聯(lián)程度。

交聯(lián)是鏈之間的共價(jià)鍵，交聯(lián)允許結(jié)構(gòu)在去掉應(yīng)力后恢復(fù)到原來的纏繞構(gòu)型。

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