第十四章流变学基础
第一节概述
一、流变学的基本概念
（一）流变学研究内容
流变学—Rheology 来源于希腊的Rheos=Sream（流动）词语，是Bingham 和Crawford为了表示液体的流动和固体的变形现象而提出来的概念。流变学主要是研究物质的变形和流动的一门科学。对某一物体外加压力时，其内部各部分的形状和体积发生变化，即所谓的变形。对固体施加外力，固体内部存在一种与外力相对抗的内力使固体保持原状。
此时在单位面积上存在的内力称为内应力（stress）。对于外部应力而产生的固体的变形，当去除其应力时恢复原状的性质称为弹性（elasticity）。把这种可逆性变形称为弹性变形（elastic deformation）,而非可逆性变形称为塑形变形（plastic deformation）。流动是液体和气体的主要性质之一，流动的难易程度与流体本身的粘性（viscosity）有关，因此流动也可视为一种非可逆性变形过程。实际上，多数物质对外力表现为弹性和粘性双重特性，称为粘弹性物质。（二）剪切应力与剪切速度
观察河道中流水，水流方向一致，但水流速度不同，中心处的水流最快，越靠近河岸的水流越慢。因此在流速不太快时可以将流动着的液体视为互相平行移动的液层，叫层流，如图14-1。由于各层的速度不同，便形成速度梯度du/dy，或称剪切速度。这反映流体流动的特征。由于流动阻力便产生速度梯度，流动较慢的液层阻滞着流动较快液层的运动。使各液层间产生相对运动的外力叫剪切力，在单位液层面积（A）上所需施加的这种力称为剪切应力，简称剪切力（shearing force），单位为N·m-2，以S 表示。
剪切速度（rate of shear），单位为s-1，以D 表示。剪切应力与剪切速度是表征体系流变性质的两个基本参数。
二、流变学在药剂学中的应用
流变学在药学研究中的重要意义在于可以应用流变学理论对乳剂、混悬剂、半固体制剂等的剂型设计、处方组成以及制备、质量控制等进行评价。
（一）流变学在混悬剂中的应用
在混悬液中分散粒子沉降时的粘性以及经过振荡从容器中倒出时流变性质发生变化。混悬液在静止状态下所产生的剪切应力，如果只考虑悬浮粒子的沉降，由于其外力很小，可以忽略不计，但经过振摇后把制剂从容器中倒出时可以观察到存在较大的剪切速度。Mervine 和Chase 提出，混悬剂在贮藏过程中若剪切速度小，则显示较高的粘性；
若剪切速度大，则显示较低的粘性。因此混悬剂在振摇、倒出及铺展时能自由流动是形成理想的混悬剂的最佳条件。如图14-2 所示，表现假塑性流动的西黄蓍胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠等物质具有上述性能。图中用具有牛顿流体性质的甘油为对照组进行实验，结果说明，甘油的粘性作为悬浮粒子的助悬剂较为理想。触变性物质在静置状态下可形成凝胶，经振摇后转变为液状。图14-3 表示白皂土、膨润土以及皂土和羧甲基纤维素钠混合物的稠度曲线（consistency curve）。图中表明，白皂土具有非常显著的滞后曲线，膨润土具有较大的触变性，而白皂土和CMC-Na 的混合液曲线，则表现出假塑性流动和触变性双重性质。因此，通过调节分散液的混合比例，可以制成理想的混悬剂的基质。
（二）流变学在乳剂中的应用
乳剂在制备和使用过程中往往会受到各种剪切力的影响。在使用和制备条件下乳剂的特性是否适宜，主要由制剂的流动性决定。例如，为了使皮肤科用的制剂或化妆品达到其质量标准，必须调节和控制好制剂的铺展性。另外，为了使注射用乳剂容易通过注射用针头，或使乳剂的特性适合于工业化生产工艺的需要，掌握制剂处方对乳剂流动性的影响非常重要。乳剂中除了被稀释成很稀的溶液以外，大部分乳剂表现为非牛顿流动，因此，对其数据的处理或不同制剂间进行定量比较非常困难。在这里主要对分散相、连续相以及乳化剂对粘性的影响加以说明。与分散相相关的主要因素有相的体积比、粒度分布、内相固有的粘度等，如分散相体积比相对较低（0.05 以下）时，其系统表现为牛顿流动；随着体积比增加，系统的流动性下降，表现为假塑性流动；而体积比较高时，转变为塑性流动；如体积比接近0.74 时产生相转移，粘度显著增大，而且平均粒径变小。
粒径较大时，在同样的平均粒径条件下，粒度分布宽的系统比粒度分布狭的系统粘度低。
剪切速度增大时粘度减少，是由于液滴间的距离增大而导致。乳化剂的类型
会影响粒子的絮凝作用和粒子间的引力，从而改变其流动性。在任何系统，乳化剂的浓度越高，制剂的粘度越大。连续相的粘度是影响流动性的主要因素之一另外，膜的物理学特性和电学性质也是影响乳剂粘性的重要因素之一。
（三）流变学在半固体制剂中的应用
图14-4 表示乳剂性基质、亲水性凡士林以及含有水分的亲水性凡士林溶液的流动曲线。当亲水性凡士林中加入水，屈服点（下降曲线延伸与横轴相交的点）由520g 下降到320g。同时，亲水性凡士林的塑性粘度（下降曲线斜率的倒数）和触变性随着水的加入而增大。图14-5 和图14-6 分别表示温度对凡士林、液体石蜡聚乙烯复合型软膏基质的塑性流动以及对触变性的影响。从图14-5 中可以看出，温度对两种基质的影响是一样的，而且，屈服点的温度变化曲线也表现出同样的性质。而对其触变性而言，从图14-6中可以看出温度对两种基质的影响完全不同，其主要原因是随着温度的升高凡士林的蜡状骨架基质产生崩解，而液体石蜡聚乙烯复合型软膏基质在温度发生变化的条件下能够维持树脂状结构。在制备制剂时，可根据上述理论和曲线设计具有最佳粘度特性的软膏处方和制备工艺过程。表14-1 表示在剂型设计和制备工艺过程中流变学的主要应用领域。
第二节流变性质
根据流动和变形形式不同，将物质分类为牛顿流体和非牛顿流体。牛顿流体遵循牛顿流动法则，非牛顿流体不遵循该法则。
一、牛顿流动
实验证明，纯液体和多数低分子溶液在层流条件下的剪切应力S 与剪切速度D 成正比，式14-1 为牛顿粘度定律（Newtonian equation），遵循该法则的液体为牛顿流体（Newtonian fluid）。
式中，F—A 面积上施加的力；η—粘度（viscosity）或粘度系数（viscosity coefficient），是表示流体粘性的物理常数。SI 单位中粘度用Pa·s 表示。
根据公式得知牛顿液体的剪切速度D 与剪切应力S 之间关系，如图14-7（a）所示，呈直线关系，且直线经过原点。这时直线斜率的倒数表示粘度，粘度与剪切速度无关，而且是可逆过程，只要温度一定，粘度就一定。表14-2 中表示制剂研究中常用的各种图14-6
二、非牛顿流动
实际上大多数液体不符合牛顿定律，如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固- 液的不均匀体系的流动均不遵循牛顿定律，因此称之为非牛顿流体（non-Newtonian fluid），此种物质的流动现象称为非牛顿流动（non-Newtonian flow）。
对于非牛顿流体可以用旋转粘度计测定其粘度，对其剪切速度 D 随剪切应力S 的变化作图可得，如图14-7 和14-8 中所示的流动曲线（flow curve）或粘度曲线(viscosty curve)。
图14-7 中（a）表示牛顿流体的流动曲线，(b)、(c)、图14-8 中(d)、(e)线为非牛顿流体的流动曲线。根据非牛顿流体的流动曲线的类型把非牛顿流动分为塑性流动、假塑性流动和胀性流动三种。
（一）塑性流动
塑性流动（plastic flow）的流动曲线如图14-7（b）所示，曲线不经过原点，在横轴剪切应力S 轴上的某处有交点，将直线外延至横轴，在S 上某一点可以得屈服值（yield value）。当剪切应力达不到屈服值以上时，液体在剪切应力作用下不发生流动，而表现为弹性变形。当剪切应力增加至屈服值时，液体开始流动，剪切速度 D 和剪切应力S呈直线关系。液体的这种变形称为塑性（plastisity）流动。引起液体流动的最低剪切应。
（二）假塑性流动
假塑性流动（pseudoplastic flow）或假粘性流动（quasi-viscous flow）的流动曲线如图14-7(c)所示。随着S 值的增大而粘度下降的流动称为假塑性流动。假塑性流动的公式为假塑性流动。这种高分子随着S 值的增大其分子的长轴按流动方向有序排列。因此，可以减少对流动的阻力，易于流动。
（三）胀性流动
胀性流动曲线如图14-8（d）所示，曲线经过原点，且随着剪切应力的增大其粘性也随之增大，表现为向上突起的曲线称为胀性流动（dilatant flow）曲线。相当于式14-3 中（n<1）的情况，如象滑石粉或淀粉等非凝聚性粒子处于密集型状态，其空隙被液体填充，剪切应力较低时，对混悬液缓慢地进行搅拌，粒子排列并不发生紊乱的条件下，表现为较好的流动性。但是，对混悬液进行快
速搅拌，即剪切应力较大时，由于其粒子形成疏松的填充状态，粒子空隙不能很好地吸收水分而形成块状集合体，增大粒子间的摩擦力，降低流体的流动性。三、触变流动
当对普鲁卡因、青霉素注射液或某种软膏剂进行搅拌时，由于其粘度下降，故流体易于流动。但是，放置一段时间以后，又恢复原来的粘性。象这种随着剪切应力增大，粘度下降，剪切应力消除后粘度在等温条件下缓慢地恢复到原来状态的现象称为触变性（thixlotropy）。这种触变流动曲线如图14-8（e）所示，其流动曲线的特性表现为剪切应力的下降曲线与上升曲线相比向左迁移，在图上表现为环状滞后曲线。也就是说，与同一个S 值进行比较，曲线下降时粘度低，上升时被破坏的结构并不因为应力的减少而立即恢复原状，而是存在一种时间差。即所谓的触变性是施加应力使流体产生流动时，流体的粘性下降，流动性增加；而停止流动时，其状态恢复到原来性质的现象。广义上讲，假塑性流动也可以归到触变性流动的范畴内。
四、粘弹性
高分子物质或分散体系，具有粘性和弹性的双重特性，我们把这种性质称为粘弹性(Viscoelasticity)。物质被施加一定的压力而变形，并使其保持一定应力时，应力随时间而减少，把这种现象称为应力缓和 (stress relaxation) 。另外，对物质附加一定重量时，表现为一定的伸展性或形变，而且随时间变化，把这种现象称为蠕变性（creep）。粘弹性可用将弹性模型的弹簧和粘性模型的缓冲器加以组合的各种模型表示。
（一）麦克斯韦尔（Maxwell）模型
如图14-9（a）所示，把弹簧（弹性率G）和缓冲器（粘性率η）串联的模型称为Maxwell 模型。对该模型施加应力为S 时，弹簧和缓冲器形变程度分别用r1，r2 来表示，则两者均遵循牛顿定律，经推导可得14-4 关系式：
式中，τ=η/G。当伸展保持一定时，其应力随时间的变化按指数函数关系减小。图14-10（a）中τ为缓和时间(relaxation time),即应力值变为开始的1/e 所需要的时间，换言之模型所固有的时间。
（二）福格特（Voigt）模型
如图14-9（b）所示，把弹簧的缓和器并联的模型称为福格特模型。对福格
特模型施加应力为S 时，作用于弹簧和缓冲器的力分别为S1 和S2：
式中，λ=η/G，表示形变量下降到全形变量的1/e 所需要的时间，叫滞延时间（retavalation time）。（14-8）式表示在一定的负荷下伸展随时间的变化，反映蠕变的方程。伸展的程度开始随时间而增大，到了一定的时间后S0/G 达到定值。
（三）双重粘弹性模型
在实际工作中高分子物质的粘弹性现象非常复杂，因此单纯用Maxwell 模型或Voigt模型很难解释清楚其现象。但是，如果把几个模型组合在一起进行解释，则非常接近于实际的粘弹性现象。图14-11 表示的是Maxwell 模型和Voigt 模型组合在一起的4 个影响因素模型。表示在t=0 时，一定负荷的应力S，以及t=t1 时减荷时的伸展系数r 和时间t 之间的关系。结果说明，这种关系非常接近于实际高分子材料的蠕变和恢复曲线现象。
第三节蠕变性质的测定方法
测定高分子液体的粘弹性或流变学性质，或测定线性粘弹性函数可通过以下几个途径：①测定使待测样品产生微小应变r(t)时所需的应力S(t)；②测定对待测样品施加应力S(t)时所产生的应变程度r(t)；③施加一定剪切速度时，测定其应力S(t)。
具体测定方法有两种：第一种方法是不随时间变化的静止测定法，即r0 一定时，施加应力S0；第二种方法为转动测定法，对于胶体和高分子溶液的粘度如式（14-9）所示，
其变化主要依赖于剪切速度。
η (D) = S （14-9）
式中，η(D)-非牛顿流体的粘度；S-剪切应力；D-剪切速度。对于牛顿流体可以用具有一定剪切速度的粘度计进行测定。但是，对于非牛顿流体必须用可以测得不同剪切速度的粘度计进行测定。
一、落球粘度计
落球粘度计原理是在有一定温度试验液的垂直玻璃管内，使具有一定密度和直径的玻璃制或钢制的圆球自由落下，通过测定球落下时的速度，可以得到试验
液的粘度。图14-12 表示的是Hoeppler 落球粘度计的装置。测定方法是将试验液和圆球装入到玻璃管内，外围的恒温槽内注入循环水保持一定的温度，使球位于玻璃管上端，然后准确地测定球经过上下两个标记线的时间，反复测数次，利用下式计算得到牛顿流体的粘度。
式中，t—球落下时经过两个标记线所需时间，sec；ρb、ρl—在测定温度条件下球和液
体的比重；B—球本身固有的常数。
图14-12 Hoppler 落球粘度计
二、旋转粘度计
旋转粘度计有双重圆筒形、圆锥圆板型和平行圆板型三种，如图14-13 所示。测定原理为筒内装入试验液，然后用特制的旋转子进行旋转，考察产生的弯曲现象，利用做用力求得产生的应力。旋转装量中回旋角Ω和弯曲程度r 以及转矩M 和应力S 之间的关系如（14-11）式所示。
三、圆锥平板粘度计
Ferranti-Shirley 粘度计为圆锥平板粘度计cone and plate visometer 的一种类型。
Ferranti-Shirley 圆锥平板粘度计的装置如图14-14 所示。测定方法为将试验液放在平板的中央，然后把平板推至上面的圆锥下部后对圆锥进行旋转，使试验液在静止的平板和旋转的圆锥之间产生剪切，如图14-15 所示。剪切速度用每分钟圆锥旋转的转速来表示，通过读取产生于圆锥的粘性引力，即剪切应力的刻度可以得到剪切应力，通过对剪切应力与剪切速度作图，用式（14-16）可以计算得到试验液的粘度。
式中，C-常数；T-转矩；V-每分钟的旋转数，即圆锥的转速。如果试验液为塑性流动的流体，则其塑性粘度用式14-17 可以表示：
式中，屈服值用式 f = C f ×T f 来表示；Tf—剪切应力轴上的转矩；Cf —装置固有的常数。
圆锥平板粘度计与圆筒粘度计比较有以下几个优点：①对受剪切的整个试验液，其剪切速度是相同的（保持定值），因此在测定过程中不产生栓塞；②对所测定的试验液的装样和取样非常容易；③在整个测定过程中能够始终保持恒定的
温度，而且适用于微量试验液的测定并具有良好的重现性。
测定软膏、乳剂、雪花膏等半固体制剂的流变性质，主要用penetrometer，curd tensionmeter 和spread meter 进行测定。如图14-16（a）所示penetrometer，主要用于测定软膏等制剂的稠度。其主要原理为在软膏表面，测定圆锥体尖的针头进入软膏体的距离叫针入度，一般用0.01mm 为一个单位来表示。合格的软膏制剂通常规定范围在200–240 个单位。curd tension meter 如图14-16（b）所示，主要是利用与弹簧相连的接触轴上垂吊一定量的物体，将试验液按一定的速度上下移动，使接触轴浸入到试验液中，再通过记录仪记录此时的剪切速度并计算其粘度。另外，spread meter 如图14-16（c）所示，测定的原理是在平行板之间装入试验液，在一定压力条件下通过测定试验液的扩
展速度来求得试验液的伸展性能。
《材料科学基础》上半学期容重点 第一章固体材料的结构基础知识 键合类型（离子健、共价健、金属健、分子健力、混合健）及其特点；键合的本质及其与材料性能的关系，重点说明离子晶体的结合能的概念； 晶体的特性（5个）； 晶体的结构特征（空间格子构造）、晶体的分类； 晶体的晶向和晶面指数（米勒指数）的确定和表示、十四种布拉维格子； 第二章晶体结构与缺陷 晶体化学基本原理：离子半径、球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体； 典型金属晶体结构； 离子晶体结构，鲍林规则（第一、第二）；书上表2－3下的一段话；共价健晶体结构的特点；三个键的异同点（举例）； 晶体结构缺陷的定义及其分类，晶体结构缺陷与材料性能之间的关系（举例）； 第三章材料的相结构及相图 相的定义 相结构 合金的概念：
固溶体 置换固溶体 （１）晶体结构 无限互溶的必要条件—晶体结构相同 比较铁（体心立方，面心立方）与其它合金元素互溶情况（表３－１的说明） （２）原子尺寸：原子半径差及晶格畸变； （３）电负性定义：电负性与溶解度关系、元素的电负性及其规律；（４）原子价：电子浓度与溶解度关系、电子浓度与原子价关系；间隙固溶体 （一）间隙固溶体定义 （二）形成间隙固溶体的原子尺寸因素 （三）间隙固溶体的点阵畸变性 中间相 中间相的定义 中间相的基本类型： 正常价化合物：正常价化合物、正常价化合物表示方法 电子化合物：电子化合物、电子化合物种类 原子尺寸因素有关的化合物：间隙相、间隙化合物 二元系相图： 杠杆规则的作用和应用； 匀晶型二元系、共晶（析）型二元系的共晶（析）反应、包晶（析）
型二元系的包晶（析）反应、有晶型转变的二元系相图的特征、异同点； 三元相图： 三元相图成分表示方法； 了解三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心定律的定义； 第四章材料的相变 相变的基本概念：相变定义、相变的分类（按结构和热力学以及相变方式分类）； 按结构分类：重构型相变和位移型相变的异同点； 马氏体型相变：马氏体相变定义和类型、马氏体相变的晶体学特点，金属、瓷中常见的马氏体相变（举例）（可以用许教授提的一个非常好的问题――金属、瓷马氏体相变性能的不同――作为题目） 有序-无序相变的定义 玻璃态转变：玻璃态转变、玻璃态转变温度、玻璃态转变点及其黏度按热力学分类：一级相变定义、特点，属于一级相变的相变；二级相变定义、特点，属于二级相变的相变； 按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变（spinodal相变）按原子迁动特征分类：扩散型相变、无扩散型相变
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。 基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，
材料科学基础名词解释 第一章晶体学基础 空间点阵晶体中原子或原子集团排列的周期性规律，可以用一些在空间有规律分布的几何点来表示，这样的几何点集合就构成空间点阵。 （每个几何点叫结点；每个结点周围的环境相同，则都是等同点。） 晶格在三维空间内表示原子或原子集团的排列规律的结点所构成的阵列，设想用直线将各结点连接起来，就形成空间网络，称为晶格。 晶胞空间点阵可以看成是由最小的单元——平行六面体沿三维方向重复堆积而成，这样的平行六面体就叫晶胞。 晶系按照晶胞的大小和形状的特点（点阵的对称性）对晶体进行的分类。 晶格常数（点阵常数）决定晶胞形状和大小的6个参数。 布拉维点阵结点都是等同点的点阵就叫布拉维点阵。 晶面穿过晶体的原子面称为晶面。 晶向连接晶体中任意原子列的直线方向称为晶向。 晶面(间)距两个相同晶面间的垂直距离。 晶面族在高度对称的晶体中，特别是在立方晶体中，往往存在一些位向不同、但原子排列情况完全相同的晶面，这些晶体学上等价的晶面就构成一个晶面族。 晶向族……晶体学上等价的晶向构成晶向族。 配位数晶体结构中一个原子周围的最近邻且等距离的原子数。 堆垛密度/紧密系数/致密度晶胞中各原子的体积之和与晶胞的体积之比。 晶体是具有点阵结构的，由长程有序排列的原子、离子、分子或配位离子等组成的固体。 非晶体是无点阵结构的和长程有序排列的结构基元组成的固体。 晶体结构指晶体中原子在三维空间排列情况。 *同素异构体化合物有相同的分子式，但有不同的结构和性质的现象。 原子半径包括共价半径：两原子之间以共价键键合时，两核间距离的一半，实际上核间距离是共价键的键长。金属半径：金属晶体中相邻两金属原子核间距离的一半。范德瓦尔斯半径：靠范德华力相互吸引的相邻不同分子中的两个相同原子核间距离的一半。 晶体原子数某一晶体结构的一个晶胞中所含有的原子个数。 第二章固体材料的结构 结合键指由原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小。 离子键当一正电性元素和一负电性元素相接触时，由于电子一得一失，使它们各自变成正离子和负离子，二者靠静电作用相互结合起来的化学键。 共价键由俩个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。 金属键自由电子与原子核之间静电作用而产生的键合力。 分子键又称范德华力，由瞬间偶极矩和诱导偶极矩产生的分子间引力所构成的物理键。 合金两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合
第十四章流变学基础 一、概念与名词解释 1、流变学 2、变形 3、内应力 4、弹性 5、弹性变形 6、塑性变形 7、剪切速度 8、剪切力和剪切应力 9、牛顿流体 10、非牛顿流体 11、塑性流动 12、假塑性流动 13、胀性流动 14、触变性 15、黏弹性 二、填空题 1、___________是研究物质在外力作用下的变形和流动的一门科学。 2、对于外力而产生的固体变形，当去除其应力时恢复原状的形变称为_________，而非可逆性的形变称为____________。 3、影响乳剂流动性的处方因素包括_________、___________和______________等。 4、根据流动和变形的形式不同，将物质分为_________和____________。后者的流动曲线可分为__________，______________和_________________三种。 5、假塑性流动的特点是液体黏度随着剪切力的增大而______________，而具有胀性流动特点的液体黏度随着剪切力的增大而______________。 三、选择题 （一）单项选择题 1、假塑性流体的流动公式是（）。 A.D=S/η B D=S/ηa C. D=S n /η a (n>1) D.D=S-S0/η E. D=S n /η a (n<1) 2、甘油属于何种流体（）。 A.胀性流体 B.触变流体 C.牛顿流体 D.假塑性流体 E.塑性流体 3、对黏弹体施加一定的作用力而变形，使其保持一定的形变时，应力随时间而减小，这种现象称为（）。
A.应力缓和 B.蠕变性 C.触变性 D.假塑性流动 E.塑性流动 （二）多项选择题 1、有关流变学的正确表述有：（） A.牛顿流动是切变应力S与切变速度D成正比（D=S/η）、黏度η保持不变的流动现象 B.塑性流动的流动曲线具有屈服值（或称为致流值）、不经过原点 C.假塑性流体具有切稀性质，即黏度随着切变应力的增加而下降 D.胀性流体具有切稠性质，即黏度随着切变应力的增加而增加 E.触变流体的上行线与下行线不重合，所包围成的面积越小，其触变性越大 2、以下关于乳剂流变学的描述正确的是（）。 A.分散相体积比较低时，体系表现为非牛顿流动 B.随着分散体体积比增加，系统流动性下降，转变成假塑性流动或塑性流动 C.乳化剂浓度越高，制剂黏度越大，流动性越差 D.平均粒度相同的条件下，粒度分布宽的系统比粒度分布窄的系统黏度低 3、非牛顿流体的流动曲线类型有（）。 A.塑性流动 B.假塑性流动 C.层流 D.胀性流动 4、测定牛顿流体的黏度常用仪器为（）。 A.落球黏度计 B.双重圆筒型黏度计 C.毛细管黏度计 D.平行圆板型黏度计 E.圆锥平板黏度计 四、问答题 1、什么是牛顿流动和非牛顿流动，有何特征？ 牛顿流体、非牛顿流动面包括塑性、假塑性、胀性 2、分别以混悬液、乳剂、软膏为例说明流变学在药剂中的应用。 3、什么是黏弹性？常见的理论模型有哪些？
流变测量学基础（一） 一、流变学的基本概念 1. 流变学研究内容 流变学—Rheology ，来源于希腊的Rheos=Sream （流动）词语，是Bingham 和Crawford 为了表示液体的流动和固体的变形现象而提出来的概念。流变学主要是研究物质的流动和变形的一门科学。 流动是液体和气体的主要性质之一，流动的难易程度与流体本身的粘性（viscosity ）有关，因此流动也可视为一种非可逆性变形过程。变形是固体的主要性质之一，对某一物体外加压力时，其内部各部分的形状和体积发生变化，即所谓的变形。对固体施加外力，固体内部存在一种与外力相对抗的内力使固体保持原状。此时在单位面积上存在的内力称为内应力（stress ）。对于外部应力而产生的固体的变形，当去除其应力时恢复原状的性质称为弹性（elasticity ）。把这种可逆性变形称为弹性变形（elastic deformation ）,而非可逆性变形称为塑形变形（plastic deformation ）。 实际上，多数物质对外力表现为弹性和粘性双重特性，我们称之为粘弹性，具有这种特性的物质我们称之为粘弹性物质。 2. 剪切应力与剪切速度 观察河道中流水，水流方向一致，但水流速度不同，中心处的水流最快，越靠近河岸的水流越慢。因此在流速不太快时可以将流动着的液体视为由若干互相平行移动的液层所组成的，这种流动方式叫层流，如图1。由于各层的速度不同，便形成速度梯度dv/dh ，或称剪切速率。流动较慢的液层阻滞着流动较快液层的运动，使各液层间产生相对运动的外力叫剪切力，在单位液层面积（A ）上所需施加的这种力称为剪切应力，简称剪切力（Shear Stress ），单位为N ·m -2，即Pa ，以τ表示。剪切速度（Shear Rate ），单位为s -1，以γ? 表示。剪切速率与剪切应力是表征体系流变性质的两个基本参数。 图1 流动时形成的速度梯度
1. 材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性。 2. 材料在弹性范围内，应力与应变的比值εσ/称为弹性模量E （单位MPa ）。E 标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。 3. 强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和破坏的能力。 4. 塑性是材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。 5. 韧性是材料在塑性应变和断裂全过程中吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现。 6. 硬度是指材料对局部塑性变形、压痕或划痕的抗力。 7. 应力场强度因子I K ，这个I K 的临界值，称为材料的断裂韧度，用C K I 表示。换言之，断裂韧度C K I 是材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学 性能指标。 8. 晶体是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。 9. 非晶体是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。 10. 把原子看成空间的几何点，这些点的空间排列称为空间点阵。用一些假想的空间直线把这些点连接起来，就构成了三维的几何格架称为晶格。从晶格中取出一个最能代表原子排列特征的最基本的几何单元，称为晶胞。 11. 体心立方晶格（bcc ）；面心立方晶格（fcc ）；密排六方晶格（hcp ） 12. 在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面。任意两个原子的连线称为原子列，其所指的方向称为晶向。立方晶系中，凡是
指数相同的晶面与晶向是相互垂直的。 13.在晶体中，不同晶面和晶向上原子排列方式和密度不同，则原子 间结合力的大小也不同，因而金属晶体不同方向上性能不同，这种性质叫做晶体的各向异性。 14.所谓位错是指晶体中一部分晶体沿一定晶面与晶向相对另一部分 晶体发生了一列或若干列原子某种有规律的错排现象。位错的基本类型有两种，即刃型位错和螺旋位错。 15.由于塑性变形过程中晶粒的转动，当形变量达到一定程度（70% 以上）时，会使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，形成特殊的择优取向。择优取向的结果形成了具有明显方向性的组织，称为织构。由于是变形过程中产生的，故称为形变织构。 16.由于每个小晶体外形呈不规则的颗粒状，因此被称为晶粒。晶粒 与晶粒之间的接触界面称为晶界。工业上广泛应用的钢铁材料中，晶粒尺寸一般在mm 3 110 -，必须在显微镜下才能看到。 ~ 10- 17.组成合金的最基本的独立单元称为组元，组元可以是金属、非金 属或稳定化合物。由两个组元组成的合金称为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金，以此类推。 18.相是指合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态，并 以界面互相分开的、均匀的组成部分。固态合金中的相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。 19.所谓组织是指用肉眼或显微镜观察到的不同组成相的形状、尺寸、 分布及各相之间的组合状态。
第七章流变学基础 学习要点 一、概述 （一）流变学 1. 定义： 流变学（rheology）是研究物质变形和流动的科学。 变形是固体的固有性质，流动是液体的固有性质。 2.研究对象： (1) 具有固体和液体两方面性质的物质。 (2) 乳剂、混悬剂、软膏、硬膏、粉体等。 （二）变形与流动 1. 变形是指对某一物体施加外力时，其内部各部分的形状和体积发生变化的过程。 2. 应力是指对固体施加外力，则固体内部存在一种与外力相对抗而使固体保持原状的单位面积上的力。 3. 流动：对液体施加外力，液体发生变形，即流动。 （三）弹性与黏性 1. 弹性是指物体在外力的作用下发生变形，当解除外力后恢复原来状态的性质。 可逆性变形----弹性变形。不可逆变形----塑性变形 2. 黏性是流体在外力的作用下质点间相对运动而产生的阻力。 3. 剪切应力（S）：单位液层面积上所施加的使各液层发生相对运动的外力， F S A =。 4. 剪切速度（D）：液体流动时各层之间形成的速度梯度， dv D dx =。 5. 黏度：η，面积为1cm2时两液层间的内摩擦力，单位Pa·s， S D η=。
（四）黏弹性 1. 黏弹性是指物体具有黏性和弹性的双重特征，具有这样性质的物体称为黏弹体。 2. 应力松弛是指试样瞬时变形后，在不变形的情况下，试样内部的应力随时间而减小的过程，即，外形不变，内应力发生变化。 3. 蠕变是指把一定大小的应力施加于黏弹体时，物体的形变随时间而逐渐增加的现象，即，应力不变，外形发生变化。 二、流体的基本性质 图7-1 各种类型的液体流动曲线 A ：牛顿流动 B ：塑性流动 C ：假黏性流体 D ：胀性流动 E ：假塑性流体，表现触变性
《材料科学基础》上半学期内容重点 第一章固体材料的结构基础知识 键合类型（离子健、共价健、金属健、分子健力、混合健）及其特点；键合的本质及其与材料性能的关系，重点说明离子晶体的结合能的概念； 晶体的特性（5个）； 晶体的结构特征（空间格子构造）、晶体的分类； 晶体的晶向和晶面指数（米勒指数）的确定和表示、十四种布拉维格子； 第二章晶体结构与缺陷 晶体化学基本原理：离子半径、球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体； 典型金属晶体结构； 离子晶体结构，鲍林规则（第一、第二）；书上表2－3下的一段话；共价健晶体结构的特点；三个键的异同点（举例）； 晶体结构缺陷的定义及其分类，晶体结构缺陷与材料性能之间的关系（举例）； 第三章材料的相结构及相图 相的定义 相结构 合金的概念：
固溶体 置换固溶体 （１）晶体结构 无限互溶的必要条件—晶体结构相同 比较铁（体心立方，面心立方）与其它合金元素互溶情况（表３－１的说明） （２）原子尺寸：原子半径差及晶格畸变； （３）电负性定义：电负性与溶解度关系、元素的电负性及其规律；（４）原子价：电子浓度与溶解度关系、电子浓度与原子价关系；间隙固溶体 （一）间隙固溶体定义 （二）形成间隙固溶体的原子尺寸因素 （三）间隙固溶体的点阵畸变性 中间相 中间相的定义 中间相的基本类型： 正常价化合物：正常价化合物、正常价化合物表示方法 电子化合物：电子化合物、电子化合物种类 原子尺寸因素有关的化合物：间隙相、间隙化合物 二元系相图： 杠杆规则的作用和应用； 匀晶型二元系、共晶（析）型二元系的共晶（析）反应、包晶（析）
型二元系的包晶（析）反应、有晶型转变的二元系相图的特征、异同点； 三元相图： 三元相图成分表示方法； 了解三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心定律的定义； 第四章材料的相变 相变的基本概念：相变定义、相变的分类（按结构和热力学以及相变方式分类）； 按结构分类：重构型相变和位移型相变的异同点； 马氏体型相变：马氏体相变定义和类型、马氏体相变的晶体学特点，金属、陶瓷中常见的马氏体相变（举例）（可以用许教授提的一个非常好的问题――金属、陶瓷马氏体相变性能的不同――作为题目）有序-无序相变的定义 玻璃态转变：玻璃态转变、玻璃态转变温度、玻璃态转变点及其黏度按热力学分类：一级相变定义、特点，属于一级相变的相变；二级相变定义、特点，属于二级相变的相变； 按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变（spinodal相变）按原子迁动特征分类：扩散型相变、无扩散型相变
一形变强化形变强化：随变形程度的增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫形变强化或加工硬化。机理：随塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，结果即产生固定的割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力增加，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。规律：变形程度增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，位错密度不断增加，根据公式?σ=αbGρ1/2 ，可知强度与位错密度（ρ）的二分之一次方成正比，位错的柏氏矢量（b）越大强化效果越显著。方法：冷变形（挤压、滚压、喷丸等）。形变强化的实际意义（利与弊）：形变强化是强化金属的有效方法，对一些不能用热处理强化的材料可以用形变强化的方法提高材料的强度，可使强度成倍的增加；是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金属均匀变形，使工件或半成品的成形成为可能，如冷拔钢丝、零件的冲压成形等；形变强化还可提高零件或构件在使用过程中的安全性，零件的某些部位出现应力集中或过载现象时，使该处产生塑性变形，因加工硬化使过载部位的变形停止从而提高了安全性。另一方面形变强化也给材料生产和使用带来麻烦，变形使强度升高、塑性降低，给继续变形带来困难，中间需要进行再结晶退火，增加生产成本。 二固溶强化随溶质原子含量的增加，固溶体的强度硬度升高，塑性韧性下降的现象称为固溶强化。强化机理：一是溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，对滑移面上运动的位错有阻碍作用；二是位错线上偏聚的溶质原子形成的柯氏气团对位错起钉扎作用，增加了位错运动的阻力；三是溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。所有阻止位错运动，增加位错移动阻力的因素都可使强度提高。固溶强化规律：①在固溶体溶解度范围内，合金元素的质量分数越大，则强化作用越大；②溶质原子与溶剂原子的尺寸差越大，强化效果越显著；③形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换固溶体的元素；④溶质原子与溶剂原子的价电子数差越大，则强化作用越大。方法：合金化，即加入合金元素
第十一章固态相变与材料处理 第一节固态相变总论 一．固态相变的特点与分类 固态相变时至少存在以下变化之一：晶体结构的变化；化学成分的变化；有序度的变化，如合金的有序化转变，即点阵中原子的配位发生变化 相变的驱动力是新相和母相间的自由能之差驱动力靠过冷度来获得 阻力: 新相晶核形成时引起的界面能和体积应变能，固态相变也符合最小自由能原理。1）固态相变的特点 1.固态相变阻力大 2.原子迁移率低 3.非均匀形核 4.新相有特定形状 5.相界面结构关系 6.存在一定的位向关系和惯习面 2）固态相变的分类 1. 按热力学分类 一级相变：有体积变化，有相变潜热（放热或吸热），大多数相变属于一级相变； 二级相变：二级相变时仅有材料的压缩系数、比热容、热膨胀系数变化。如磁性转变、有序转化。 2. 按动力学分类：依据原子运动特征分 扩散型相变：相变时有原子长距离扩散（超过原子间距），导致成分变化，大多数相变属于扩散型； 无扩散型相变：没有原子扩散，相变前后没有成分变化；（如马氏体相变） 3. 按相变方式分类： 形核-长大型相变：新相与母相间有界面，大多数相变为此类； 无核相变：新旧相之间无明显界面，如调幅分解。 二. 相变的热力学 1）相变时自由能的变化 假设在均匀母相α中形成一个半径为r的球形新相β，则系统总自由能变化量为：ΔG ΔG= Gβ-Gα Gα代表原始相（即母相）的Gibbs自由能 Gβ代表生成相（即新相）的Gibbs自由能 固态相变时形成半径为r的球形晶胚所引起系统自由能的变化（ΔG）为： △G=-(4π/3)r3(△GV+△GE)+4πr2γαβ ΔGν----形成单位体积晶核时的自由能变化,常为负值； ΔGE----形成单位体积晶核时所产生的应变能； γ----晶核与基体之间交界面的单位面积界面能 化学自由能使系统的总自由能降低，是相变的驱动力；而界面能和应变能是相变的阻力。相变发生的条件是系统的总自由能的下降，即△G<0 2）相变时临界形核条件
第二章思考题与例题 1. 离子键、共价键、分子键和金属键的特点，并解释金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高的原因？ 2. 从结构、性能等方面描述晶体与非晶体的区别。 3. 何谓理想晶体？何谓单晶、多晶、晶粒及亚晶？为什么单晶体成各向异性而多晶体一般情况下不显示各向异性？何谓空间点阵、晶体结构及晶胞？晶胞有哪些重要的特征参数？ 4. 比较三种典型晶体结构的特征。（Al、α-Fe、Mg三种材料属何种晶体结构？描述它们的晶体结构特征并比较它们塑性的好坏并解释。）何谓配位数？何谓致密度？金属中常见的三种晶体结构从原子排列紧密程度等方面比较有何异同？ 5. 固溶体和中间相的类型、特点和性能。何谓间隙固溶体？它与间隙相、间隙化合物之间有何区别？（以金属为基的）固溶体与中间相的主要差异（如结构、键性、性能）是什么？ 6. 已知Cu的原子直径为A，求Cu的晶格常数，并计算1mm3Cu的原子数。 7. 已知Al相对原子质量Ar（Al）=，原子半径γ=，求Al晶体的密度。 8 bcc铁的单位晶胞体积，在912℃时是；fcc铁在相同温度时其单位晶胞体积是。当铁由bcc转变为fcc时，其密度改变的百分比为多少？ 9. 何谓金属化合物？常见金属化合物有几类？影响它们形成和结构的主要因素是什么？其性能如何？ 10. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。在面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面。 11. 设晶面（152）和（034）属六方晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。反 之，求（3 1）及（2112）的正交坐标的表示。（练习），上题中均改为相应晶向指数，求相1 2 互转换后结果。 12.在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标，6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表面的晶面指数，各个棱边和对角线的晶向指数。 13. 写出立方晶系的{110}、{100}、{111}、{112}晶面族包括的等价晶面，请分别画出。 14. 在立方晶系中的一个晶胞内画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 15 在六方晶系晶胞中画出[1120]，[1101]晶向和（1012）晶面，并确定（1012）晶面与六方晶胞交线的晶向指数。 16.在立方晶系的一个晶胞内同时画出位于（101），（011）和（112）晶面上的[111]晶向。 17. 在1000℃，有W C为%的碳溶于fcc铁的固溶体，求100个单位晶胞中有多少个碳原子？（已知：Ar(Fe)=，Ar(C)=）
材料学名词解释 1、晶体原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。 2、中间相 两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。 3、亚稳相 亚稳相指的是热力学上不能稳定存在，但在快速冷却成加热过程中，由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。 4、配位数晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。 5、再结晶冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态，这个过程称为再结晶。（指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程） 6、伪共晶非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。 7、交滑移 当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。 8、过时效铝合金经固溶处理后，在加热保温过程中将先后析出GP 区，θ”，θ’，和θ。在开始保温阶段，随保温时间延长，硬度强度上升，当保温时间过长，将析出θ’，这时材料的硬度强度将下降，这种现象称为过时效。 9、形变强化金属经冷塑性变形后，其强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为形变强化。 10、固溶强化由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。 11、弥散强化 许多材料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内，则这种材料的强度往往
晶体缺陷 单晶体：是指在整个晶体内部原子都按照周期性的规则排列。 多晶体：是指在晶体内每个局部区域里原子按周期性的规则排列，但不同局部区域之间原子的排列方向并不相同，因此多晶体也可看成由许多取向不同的小单晶体（晶粒）组成 点缺陷（Point defects）：最简单的晶体缺陷，在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列。在空间三维方向上的尺寸都很小，约为一个、几个原子间距，又称零维缺陷。包括空位vacancies、间隙原子interstitial atoms、杂质impurities、溶质原子solutes等。 线缺陷（Linear defects）：在一个方向上的缺陷扩展很大，其它两个方向上尺寸很小，也称为一维缺陷。主要为位错dislocations。 面缺陷（Planar defects）：在两个方向上的缺陷扩展很大，其它一个方向上尺寸很小，也称为二维缺陷。包括晶界grain boundaries、相界phase boundaries、孪晶界twin boundaries、堆垛层错stacking faults等。 晶体中点阵结点上的原子以其平衡位置为中心作热振动，当振动能足够大时，将克服周围原子的制约，跳离原来的位置，使得点阵中形成空结点，称为空位vacancies 肖脱基（Schottky）空位：迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置，使晶体内部留下空位。弗兰克尔（Frenkel）缺陷：挤入间隙位置，在晶体中形成数目相等的空位和间隙原子。 晶格畸变：点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变。从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降；电阻升高，密度减小等。 热平衡缺陷：由于热起伏促使原子脱离点阵位置而形成的点缺陷称为热平衡缺陷（thermal equilibrium defects），这是晶体内原子的热运动的内部条件决定的。 过饱和的点缺陷：通过改变外部条件形成点缺陷，包括高温淬火、冷变形加工、高能粒子辐照等，这时的点缺陷浓度超过了平衡浓度，称为过饱和的点缺陷(supersaturated point defects) 。 位错：当晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移时，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错 刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错。 刃型位错线可以理解为已滑移区和未滑移区的分界线，它不一定是直线 螺型位错：位错附近的原子是按螺旋形排列的。螺型位错的位错线与滑移矢量平行，因此一定是直线 混合位错：一种更为普遍的位错形式，其滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错线相交成任意角度。可看作是刃型位错和螺型位错的混合形式。 柏氏矢量b: 用于表征不同类型位错的特征的一个物理参量，是决定晶格偏离方向与大小的向量，可揭示位错的本质。 位错的滑移（守恒运动）：在外加切应力作用下，位错中心附近的原子沿柏氏矢量b方向在滑移面上不断作少量位移（小于一个原子间距）而逐步实现。 交滑移：由于螺型位错可有多个滑移面，螺型位错在原滑移面上运动受阻时，可转移到与之相交的另一个滑移面上继续滑移。如果交滑移后的位错再转回到和原滑移面平行的滑移面上继续运动，则称为双交滑移。 位错滑移的特点 1) 刃型位错滑移的切应力方向与位错线垂直，而螺型位错滑移的切应力方向与位错线平行； 2) 无论刃型位错还是螺型位错，位错的运动方向总是与位错线垂直的；（伯氏矢量方向代表
第十四章流变学基础 第一节概述 一、流变学的基本概念 （一）流变学研究内容 流变学—Rheology 来源于希腊的Rheos=Sream（流动）词语，是Bingham 和Crawford为了表示液体的流动和固体的变形现象而提出来的概念。流变学主要是研究物质的变形和流动的一门科学。对某一物体外加压力时，其内部各部分的形状和体积发生变化，即所谓的变形。对固体施加外力，固体内部存在一种与外力相对抗的内力使固体保持原状。 此时在单位面积上存在的内力称为内应力（stress）。对于外部应力而产生的固体的变形，当去除其应力时恢复原状的性质称为弹性（elasticity）。把这种可逆性变形称为弹性变形（elastic deformation）,而非可逆性变形称为塑形变形（plastic deformation）。流动是液体和气体的主要性质之一，流动的难易程度与流体本身的粘性（viscosity）有关，因此流动也可视为一种非可逆性变形过程。实际上，多数物质对外力表现为弹性和粘性双重特性，称为粘弹性物质。（二）剪切应力与剪切速度 观察河道中流水，水流方向一致，但水流速度不同，中心处的水流最快，越靠近河岸的水流越慢。因此在流速不太快时可以将流动着的液体视为互相平行移动的液层，叫层流，如图14-1。由于各层的速度不同，便形成速度梯度du/dy，或称剪切速度。这反映流体流动的特征。由于流动阻力便产生速度梯度，流动较慢的液层阻滞着流动较快液层的运动。使各液层间产生相对运动的外力叫剪切力，在单位液层面积（A）上所需施加的这种力称为剪切应力，简称剪切力（shearing force），单位为N·m-2，以S 表示。 剪切速度（rate of shear），单位为s-1，以D 表示。剪切应力与剪切速度是表征体系流变性质的两个基本参数。 二、流变学在药剂学中的应用 流变学在药学研究中的重要意义在于可以应用流变学理论对乳剂、混悬剂、半固体制剂等的剂型设计、处方组成以及制备、质量控制等进行评价。 （一）流变学在混悬剂中的应用
第1章晶体结构 1．在立方晶系中，一晶面在x轴的截距为1，在y轴的截距为1/2，且平行于z 轴，一晶向上某点坐标为x=1/2，y=0，z=1，求出其晶面指数和晶向指数，并绘图示之。 2．画出立方晶系中下列晶面和晶向：（010），（011），（111），（231），(321)，[010]， [011]，[111]，[231]，[321]。 3．纯铝晶体为面心立方点阵，已知铝的相对原子质量Ar（Al）=27，原子半径r=0.143nm，求铝晶体的密度。 4．何谓晶体？晶体与非晶体有何区别？ 5．试举例说明：晶体结构与空间点阵？单位空间格子与空间点阵的关系？6．什么叫离子极化？极化对晶体结构有什么影响？ 7．何谓配位数（离子晶体/单质）？ 8．何谓对称操作，对称要素？ 9．计算面心立方结构（111）与（100）晶面的面间距及原子密度（原子个数/单位面积）。 10．已知室温下α-Fe（体心）的点阵常数为0.286nm，分别求（100）、（110）、（123）的晶面间距。 11.已知室温下γ-Fe（面心）的点阵常数为0.365nm，分别求（100）、（110）、 （112）的晶面间距。 12.已知Cs+半径为0.170nm，Cl－半径为0.181 nm，计算堆积系数。
13.MgO 属NaCl型结构，若r Mg2+=0.078nm，r O2-=0.132nm，（1）试用鲍林 规则 分析氧化镁晶体结构？（2）计算堆积密度？（3）画出氧化镁在（100）、（110）、 （111）晶面上的结点和离子排布图？
答案 1.答：晶面指数为：（120），见图ABCD面；晶向指数为：[102]，见图OP向。 2.答： 3.答： 2 22 2 . 1 4 30 . 4 4 a r n m n m ===， 3 32 37 33 4()4 2 7 2 .7 2 1 / 6 .0 2 1 0( .4 4 1 ) A r A l g c m N a c m ρ - ? === ??? 4.答：晶体：内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体，即晶体是具有格子构造的固体。
材料科学基础名词解释（上海交大第二版） 第一章原子结构 结合键结合键分为化学键和物理键两大类，化学键包括金属键、离子键和共价键；物理键即范德华力。 化学键是指晶体内相邻原子（或离子）间强烈的相互作用。 金属键金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。 离子键阴阳离子之间通过静电作用形成的化学键叫作离子键 共价键由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。 范德华力是借助临近原子的相互作用而形成的稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。 氢键氢与电负性大的原子（氟、氧、氮等）共价结合形成的键叫氢键。 近程结构高分子重复单元的化学结构和立体结构合称为高分子的近程结构。它是构成高分子聚合物最底层、最基本的结构。又称为高分子的一级结构 远程结构由若干个重复单元组成的大分子的长度和形状称为高分子的远程结构 第二章固体结构 1、晶体：原子在空间中呈有规则的周期性重复排列的固体物质。晶体熔化时具固定的熔点，具有各向异性。 2、非晶体：原子是无规则排列的固体物质。熔化时没有固定熔点，存在一个软化温度范围，为各向同性。 3、晶体结构：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序。 4、空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列，并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵。 5、阵点：把实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体，并将其中的每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点。 6、晶胞：为了说明点阵排列的规律和特点，在点阵中取出一个具有代表性的单基本元（最
小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。 7、晶系：根据六个点阵参数间的相互关系，将全部空间点阵归属于7中类型，即7个晶系，分别为三斜、单斜、正交、六方、菱方、四方和立方。 13、晶带轴：所有平行或相交于某一晶向直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴。属于此晶带的晶面称为共带面。 14、晶面间距：晶面间的距离。 18、点群：点群是指一个晶体中所有点对称元素的集合。 19、空间群：用以描述晶体中原子组合所有可能的方式，是确定晶体结构的依据，它是通过宏观和微观对称元素在三维空间的组合而得出的。 20、晶胞原子数：一个晶胞体积内的原子数。 21、点阵常数：晶胞的大小一般是由晶胞的棱边长度来衡量的，它具有表征晶体结构的一个重要基本参数。 22、配位数：指晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。 23、致密度：指晶体结构中原子体积占总体积的百分数。 24、多晶型：有些固态金属在不同的温度和压力下具有不同的晶体结构，即具有多晶型，转变产物为同素异形体。 25、合金：指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。 26、相：指合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。 27、固溶体:是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。 28、中间相：两组元A和B组成合金时，除了可形成以A为基或以B为基的固溶体（端际固溶体）外，还可能形成晶体结构与A,B两组元不同的新相，由于它们在二元相图上位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。 29、置换固溶体：当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体就称为置换固溶体。
第一章材料中的原子排列 第一节原子的结合方式 2 原子结合键 （1）离子键与离子晶体 原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性； 离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如氧化物陶瓷。 （2）共价键与原子晶体 原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性； 原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。如高分子材料。 （3）金属键与金属晶体 原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性； 金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。如金属。 金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。 （3）分子键与分子晶体 原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。 分子晶体：熔点低，硬度低。如高分子材料。 氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O （4）混合键。如复合材料。 3 结合键分类 （1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。 （2）二次键（物理键）：分子键和氢键。 4 原子的排列方式 （1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。长程有序，各向异性。 （2）非晶体：――――――――――不规则排列。长程无序，各向同性。 第二节原子的规则排列 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。图1-5 特征：a 原子的理想排列；b 有14种。 其中： 空间点阵中的点－阵点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。 描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。 空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。 （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。 2 晶胞图1－6 （1）――－：构成空间点阵的最基本单元。 （2）选取原则： a 能够充分反映空间点阵的对称性； b 相等的棱和角的数目最多； c 具有尽可能多的直角； d 体积最小。 （3）形状和大小 有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。 （4）晶胞中点的位置表示（坐标法）。 3 布拉菲点阵图1－7 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一组阵点的平面。 国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。 （1）晶向指数的标定
金属键: 金属键（metallic bond）是化学键的一种，主要在金属中存在。由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成. 晶体: 是由许多质点（包括原子、离子或分子）在三维空间作有规则的周期性重复排列而构成的固体 同素异晶转变（并举例）: 金属在固态下随温度的变化，由一种晶格变为另一种晶格的现象，称为金属的同素异晶转变。液态纯铁冷却到1538℃时，结晶成具有体心立方晶格的δ-Fe；继续冷到1394℃时发生同素异晶的转变,转变为面心立方晶格γ-Fe；再继续冷却到912℃时，γ-Fe又转变为体心立方晶格的α-Fe。 晶胞: 在空间点阵中，能代表空间点阵结构特点的小平行六面体，反映晶格特征的最小几何单元。 点阵常数: 晶胞三条棱边的边长a、b、c及晶轴之间的夹角α、β、γ称为晶胞参数 晶面指数: 晶体中原子所构成的平面。 晶面族: 晶体中具有等同条件（这些晶面的原子排列情况和面间距完全相同），而只是空间位向不同的各组晶面称为晶面族 晶向指数: 晶体中的某些方向，涉及到晶体中原子的位置，原子列方向，表示的是一组相互平行、方向一致的直线的指向。
晶向族（举例）; 晶体结构中那些原子密度相同的等同晶向称为晶向族。<111>:[111],[-1-11][11-1][-1-1-1][1-1-1][-111][-11-1][1-11] 晶带和晶带轴: 所有相交于某一晶向直线或平行于此直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴。 配位数: 在晶体中，与某一原子最邻近且等距离的原子数称为配位数 致密度: 晶胞内原子球所占体积与晶胞体积之比值 晶面间距: 两近邻平行晶面间的垂直距离 对称:通过某种几何操作后物体空间性质完全还原为原始状态 空间点阵：将构成物质结构的粒子抽象为质点后，质点在三维空间的排列情况 布拉菲点阵:考虑点阵上的阵点的具体排列而得到的点阵具体排列形式，而不是强调是布拉菲数学计算得到的十四种排列 固溶体：溶质原子在固态的溶剂中的晶格或间隙位置存在，晶体结构保持溶剂的物质 中间相：两种或以上元素原子形成与其组元的晶体结构均不相同的化合物 准晶：有独特结构和对称性的物质，原子排列在晶体的有序