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标题: 【知识精讲】23广工材料与化工专业考研知识——835材料科... [打印本页]

作者: 广工引路人 时间: 2022-5-27 10:47
标题: 【知识精讲】23广工材料与化工专业考研知识——835材料科...
01.晶体缺陷

晶体缺陷:实际晶体中与理想点阵结构发生偏差的区域。(晶体缺陷可分为以下三类。)

点缺陷:在三维空间各方向上尺寸都很小的缺陷。零维缺陷如空位、间隙原子、异类原子等。

线缺陷:在两个方向上尺寸很小,而另一个方向上尺寸较大的缺陷。一维缺陷主要就是位错。

面缺陷:在一个方向上尺寸很小,在另外两个方向上尺寸较大的缺陷。二维缺陷如晶界、相界、孪晶界和堆垛层错面等。

1 点缺陷的类型
（1）空位:肖脱基空位、弗兰克尔空位
（2）间隙原子:位于晶体点阵间隙的原子。
（3）置换原子:位于晶体点阵位置的异类原子。

2 点缺陷的产生及其运动
（1）点缺陷的产生平衡点缺陷:热振动中的能力起伏。过饱与点缺陷:外来作用,如高温淬火、辐照、冷加工等。
（2）点缺陷的运动(迁移、复合－浓度降低;聚集－浓度升高－塌陷)

3 点缺陷与材料行为
(1)结构变化:晶格畸变(如空位引起晶格收缩,间隙原子引起晶格膨胀,置换原子可引起收缩或膨胀)。
(2)性能变化:物理性能(如电阻率增大,密度减小)。力学性能(屈服强度提高)。

二线缺陷(位错)

位错:晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。
意义

对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用,对材料的扩散、相变过程有较大影响。)位错的提出:1926 年,弗兰克尔发现理论晶体模型刚性切变强度与与实测临界切应力的巨大差异(2～4 个数量级)。

1 位错的基本类型刃型位错、螺型位错

2 位错的性质
（1)形状: 不一定就是直线, 位错及其畸变区就是一条管道。
（2）就是已滑移区与未滑移区的边界。
（3）不能中断于晶体内部。可在表面露头, 或终止于晶界与相界, 或与其它位错相交,或自行封闭成环。

3 柏氏矢量

（1）确定方法 (避开严重畸变区)a 在位错周围沿着点阵结点形成封闭回路。b 在理想晶体中按同样顺序作同样大小的回路。c 在理想晶体中从终点到起点的矢量即为――。

（2）柏氏矢量的物理意义a 代表位错, 并表示其特征(强度、畸变量) 。b 表示晶体滑移的方向与大小。c 柏氏矢量的守恒性(唯一性) : 一条位错线具有唯一的柏氏矢量。d 判断位错的类型。。

4 位错的运动
（1）位错的易动性。
（2）位错运动的方式
（3）位错与溶质原子的相互作用间隙原子聚集于位错中心,使体系处于低能态。柯氏气团:溶质原子在位错线附近偏聚的现象。
（4）位错与空位的交互作用导致位错攀移。

8 位错的增殖、塞积与交割位错交割后结果:按照对方位错柏氏矢量(变化方向与大小)。割阶:位错交割后的台阶不位于它原来的滑移面上。扭折: ――――――――位于―――――――――。对性能影响:增加位错长度, 产生固定割阶。

9 位错反应
（1）位错反应:位错的分解与合并。
（2）反应条件几何条件: ∑b前 =∑b 后 ; 反应前后位错的柏氏矢量之与相等。能量条件: ∑b2前 >∑b2后 ; 反应后位错的总能量小于反应前位错的总能量。10 实际晶体中的位错(1)全位错:通常把柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为全位错或单位位错。 (2)不全位错:柏氏矢量小于点阵矢量的位错。（3）肖克莱与弗兰克不全位错。肖克莱不全位错的形成:原子运动导致局部错排,错排区与完整晶格区的边界线即为肖克莱不全位错。(结合位错反应理解。可为刃型、螺型或混合型位错。)弗兰克不全位错的形成:在完整晶体中局部抽出或插入一层原子所形成。(只能攀移,不能滑移。)（4）堆垛层错与扩展位错堆垛层错:晶体中原子堆垛次序中出现的层状错排。扩展位错:一对不全位错及中间夹的层错称之。

三面缺陷面缺陷主要包括晶界、相界与表面,它们对材料的力学与物理化学性能具有重要影响。1 晶界（1）晶界:两个空间位向不同的相邻晶粒之间的界面。（2）分类大角度晶界:晶粒位向差大于 10 度的晶界。其结构为几个原子范围内的原子的混乱排列,可视为一个过渡区。小角度晶界:晶粒位向差小于 10 度的晶界。其结构为位错列,又分为对称倾侧晶界与扭转晶界。亚晶界:位向差小于 1 度的亚晶粒之间的边界。为位错结构。孪晶界:两块相邻孪晶的共晶面。分为共格孪晶界与非共格孪晶界。2 相界（1）相界:相邻两个相之间的界面。（2）分类:共格、半共格与非共格相界。3 表面（1）表面吸附:外来原子或气体分子在表面上富集的现象。（2）分类物理吸附:由分子键力引起,无选择性,吸附热小,结合力小。化学吸附:由化学键力引起,有选择性,吸附热大,结合力大。

02.固体中原子及分子的运动

1 扩散的现象与本质（1）扩散:热激活的原子通过自身的热振动克服束缚而迁移它处的过程。（2）现象:柯肯达尔效应。（3）本质:原子无序跃迁的统计结果。(不就是原子的定向移动)。科肯道尔效应及其产生原因，以及对显微组织的影响：把Cu、Ni两根金属对焊在一起，在焊接面上镶上钨丝作为界面标志。然后加热到高温并长时间保温，作为界面标志的钨丝向纯Ni一侧移动了一段距离。产生原因：左侧的Cu、Ni扩散，右侧Ni向Cu扩散，但右侧Ni的扩散速度比Cu大，因此左侧Ni的浓度大于右侧Cu，此时过剩的Ni原子使左侧点阵膨胀，而右边原子减少的地方发生点阵收缩，其结果必然导致界面向Ni侧移动。对显微组织的影响：形成了固溶体。

2 扩散的分类（1）根据有无浓度变化自扩散:原子经由自己元素的晶体点阵而迁移的扩散。(如纯金属或固溶体的晶粒长大。无浓度变化。)互扩散:原子通过进入对方元素晶体点阵而导致的扩散。(有浓度变化)（2）根据扩散方向下坡扩散:原子由高浓度处向低浓度处进行的扩散。上坡扩散:原子由低浓度处向高浓度处进行的扩散。（3）根据就是否出现新相原子扩散:扩散过程中不出现新相。反应扩散:由之导致形成一种新相的扩散。

3 固态扩散的条件（1）温度足够高;（2）时间足够长;（3）扩散原子能固溶;（4）具有驱动力:化学位梯度。扩散定律1 菲克第一定律（扩散第一定律）(1)第一定律描述:单位时间内通过垂直于扩散方向的某一单位面积截面的扩散物质流量(扩散通量 J)与浓度梯度成正比。适用条件:稳态扩散2菲克第二定律（扩散第二定律）：适用于各处浓度随时间而变的非稳态扩散3影响扩散的因素及其影响规律。（1）温度（2）键能和晶体结构（3）固溶体类型（4）晶体缺陷（5）化学成分

03.固体结构

一、晶体学基础1空间点阵与晶体结构(1) 空间点阵:由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。(2) 晶体结构:原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。特征:a可能存在局部缺陷;b可有无限多种。(3)形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角a ,β ,γ表示。(4) 晶胞中点的位置表示3布拉菲点阵14种点阵分属7个晶系。4晶向指数与晶面指数晶向:空间点阵中各阵点列的方向。晶面:通过空间点阵中任意-组阵点的平面。国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。(1) 晶向指数的标定a建立坐标系。b求坐标。u',v',w'。c化整数。u,v,w.d加[ ]。[uvw]。说明:a指数意义:代表相互平行、方向一致的所有晶向。b负值:标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。c晶向族:晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向。用表示，数字相同，但排列顺序不同或正负号不同的晶向属于同一晶向族。(2)晶面指数的标定a建立坐标系:确定原点(非阵点)、坐标轴和度量单位。b量截距: x,y,z。c取倒数: h',k',I'。d化整数: h,k,k。e加圆括号: (hkl)。说明:a指数意义:代表一组平行的晶面;b 0的意义:面与对应的轴平行;c平行晶面:指数相同，或数字相同但正负号相反;d晶面族:晶体中具有相同条件(原子排列和晶面间距完全相同)，空间位向不同的各组晶面。用{hkl}表示。e若晶面与晶向同面，则hu+kv+lw=0;f若晶面与晶向垂直，则u=h, k=v, w=l。(3)六方系晶向指数和晶面指数a六方系指数标定的特殊性:四轴坐标系( 等价晶面不具有等价指数)。b晶面指数的标定标法与立方系相同(四个截距);用四个数字(hkil)表示; i=-(h+k)。(4)晶带a:平行于某一晶向直线所有晶面的组合。b性质:晶带用晶带轴的晶向指数表示;晶带面//晶带轴;晶带定律：hu+kv+lw=0.凡满足上式的晶面都属于以[uvw]为晶带轴的晶带。推论

a)由两晶面(h1k1l1) (h2k2l2)求其晶带轴[uvw]:u=k1l2-k2h1; v= l1h2-l2h1; w=h1k2-h2k1。(b)由两晶向[u1v1w1][ u2v2w2]求其决定的晶面(hkl)。h=v1w1- v2w2; k=w1u2- w2u1; l= u1v2- u2v1(5)晶面间距a -- - -组平行晶面中，相邻两个平行晶面之间的距离。b计算公式(简单立方):d=a/(h2+k2+l2)1/2注意:只适用于简单晶胞;对于面心立方hkl不全为偶、奇数，体心立方h+k+l=奇数时，d（nkl）=d/2。（因为有附加面）常见金属晶体结构：面心立方结构、体心立方结构、密排立方结构。

堆垛方式：fcc：ABAB； bcc:ABCABC hcp:ABAB

三、多晶型性元素的晶体结构随外界条件的变化而发生转变的性质。四、影响原子半径的因素（1）温度与应力（2）结合键的影响（3）配位数的影响（4）核外电子分布的影响
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