浙大材料科学基础最新版

浙大材料科学基础课件p a r t6(总13页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除一纯螺型和一纯刃型位错平行：由于螺型力场yz xz σσ和，而没有刃型滑移和攀移所需的yx σ和xx σ；同样，刃型力场xx σ、yy σ、yx σ和zz σ中也没有螺型滑移所需的z θσ，所以，两位错间没有相互作用任意柏格斯矢量的两个平行的直线位错：分解为刃型分量和螺型分量，分别计算两螺和两刃间的相互作用，再叠加起来 结论：若柏格斯矢量夹角</2，则两位错互相排斥；若柏格斯矢量夹角>/2，则两位错互相吸引2、位错塞积：许多位错被迫堆积在某种障碍物前，如错误!未找到引用源。

所示，它们来自同一位错源，具相同的柏格斯矢量，障碍物如晶界塞积群（在垂直于位错线方向的）长度：对刃型为N b/(1-)，对螺型为N b/。

正比于位错总数N ，反比于外加切应力 塞积群的平衡：外加切应力所产生的滑移力F x =b ，使位错尽量靠紧；其他位错间的排斥力（每一对位错间的排斥力，式2-74）使位错尽量散开；障碍物阻力（短程），仅作用在塞积群前端的位错上达很高的数值。

三者间的平衡位错塞积群前端的应力集中：受外力，同时受所有其它位错作用在领先位错与障碍物间挤压产生局部应力ττn ='。

n （塞积位错数）倍于外力的应力集中,能使相邻晶粒屈服，也可能在晶界处引起裂缝。

3.位错反应：位错之间的相互转化。

譬如一分为二或两合为一，b b b +→2位错反应条件：1、反应前矢量和等于反应后矢量和，即∑∑=后前b b2、反应后总能量小于反应前总能量，即∑∑=22后前b b （因为能量正比于b 2）。

反应b b b +→2使能量从4b 2降为2b 2变稳定4.位错交割：位错互相切割的过程林位错：穿过运动位错的滑移面的其它位错。

它会阻碍位错运动或位错切它而过位错割阶：交割过程中使位错被切割而产生的一小段不在原滑移面上的位错（错误!未找到引用源。

(六)晶界的特性晶界的特性：不完整，畸变较大，存在晶界能，晶粒长大和晶界的平直化能减小晶界总面积，降低晶界总能量；晶界常温下对塑性变形起阻碍作用，显然，晶粒越细，金属材料的强度、硬度也越高；晶界有较高动能及缺陷，熔点较低，腐蚀速度较快第三章固溶体固溶体：类似于液体中含有溶质的溶液，晶体中含有外来杂质原子的一种固体的溶液固溶体特点：掺入外来杂质原子后原来的晶体结构不发生转变。

但点阵畸变，性能变化如多数合金，硅中掺入磷和硼都是固溶体固溶度：外来组分量可在一定范围内变化，不破坏晶体结构的最大溶解度量中间相：超过固溶体的溶解限度时，可能形成晶体结构不同，处于两端固溶体的中间部位的新相固溶体分类：置换固溶体，间隙固溶体，缺位固溶体,如图3-1所示溶体的有序和无序分类：据溶质原子在溶剂晶体结构中排列的有序与否区分。

达某一尺度为有序畴；长程有序可为超结构有限和无限固溶体分类：两组元在固态呈无限溶解，即为（连§3-1影响固溶度的因素结构相同只是完全固溶的必要条件，不是充分条件续固溶体）无限固溶体一、休姆-罗瑟里(Hume-Rothery)规律固溶体固溶度的一般规律：1、尺寸因素:当尺寸因素不利时，固溶度很小；2、化学亲和力:稳定中间相（和组元的化学亲和力有关）会使一次固溶体的固溶度下降（中间相自由能曲线低）；3、电子浓度:电子浓度（价电子数和原子数的比值）影响固溶度和中间相稳定性，100)100(vx x V a e +-=（溶质价为v ，溶剂价为V ）。

还有适用于某些合金系的“相对价效应” ，即高价元素在低价中的固溶度大二、尺寸因素尺寸与溶解度关系：溶质与溶剂原子的尺寸相差大，畸变大，稳定性就低，溶解度小点阵常数的改变：置换固溶体，平均点阵常数增大或收缩,如 图3-2所示；间隙固溶体，总是随溶质溶入而增大。

维伽定律：固溶体点阵常数a 与溶质的浓度x 之间呈线性关系：x a a a a )(121-+=。

相图绘制方法及应用整理探究目录相图绘制 (1)相图概念 (2)相图测定原理 (2)相图绘制方法 (2)一、动态法 (3)1、步冷曲线法 (3)2、差热分析曲线法 (4)3、热膨胀曲线法 (5)4、电导（电阻）法 (6)5、热质量法 (6)二、静态法 (6)1、淬火法 (6)2、X 光探测法 (7)3、扩散偶法 (8)相图的用途 (9)化学化工领域 (9)硝酸钾生产 (9)矿物学领域 (1)材料设计领域 (1)1总结 (12)参考文献 (12)相图概念在一个多相体系中，温度、压力和浓度的变化，使相的种类、数量和组成也相应地在变化。

如果将这种变化用几何图形来描述，这种图形就可以反映出该体系在一定的组成、温度和压力下达到平衡时所处的状态，反映出该体系在平衡状态下的相态，即反映出该体系内有哪些相，每个相的组成以及各相之间的相对数量等等。

这种几何图形称为相图，也称状态图或平衡图。

相图便是处于平衡状态下体系中的组成分、物相和外界条件相互关系的几何描述。

相图中的点、线、面、体都代表着不同温度和压力下平衡体系中的各个相、相组成和各相之间相互转变的关系。

相图测定原理相图测定就是通过实验测量和观察来确定材料中的相平衡关系，并绘制出相图的科学研究。

在相图中，每一个相区对于材料一定的平衡组织状态。

当材料跨越不同的相区时，就会出现组织状态的变化，或者出现新相或者旧相消失。

该过程所伴随的物理、化学性质的变化，利用这种变化就可以测定出材料的相平衡关系。

相图绘制方法随着研究、技术的进步，相图的测量方法也越来越多，综合来看，可以将众多的方法分为动态法和静态法两大类（见下图）。

而在实际测定中，得到相图结果的准确度与所使用的方法及仪器本身的精度有密切关系。

一种方法可能适合这个体系而不适合另外的体系。

选用相图测量方法时必须综合考虑在体系相变过程中所测量的量的变化大小和仪器对这一变化的灵敏程度。

目前用的普遍的方法有动态法中的热分析法和静态法中的合金法、扩散偶法。

专题报告五—陶瓷的特种烧结技术目录一、简介1.微波与等离子体烧结技术------------------------------12.等离子体放电烧结技术--------------------------------1二、特种烧结的方法---------------------------------------21．微波与等离子体烧结技术-----------------------------21.1微波加热烧结----------------------------------21.2微波等离子烧结--------------------------------31.3微波--等离子体分步烧结------------------------42．等离子体放电烧结技术-------------------------------5三、特种烧结的应用----------------------------------------61.微波与等离子体烧结技术------------------------------62．等离子体放电烧结技术-------------------------------7 2．1纳米材料的制备-------------------------------72．2梯度功能材料的烧结---------------------------82．3高致密度、细晶粒陶瓷-------------------------9四、参考文献---------------------------------------------10特种烧结：随着现代科学技术的进步，各种新兴技术在无机材料的合成制备领域有了广泛的应用，现着重介绍两种特种烧结技术：微波与等离子体烧结技术，等离子体放电烧结技术一、简介1.微波与等离子体烧结技术微波是指波长在1mm~0。

1mm范围内的电磁波，对应频率范围为30~300MHZ。

836材料科学基础
836材料科学基础是浙江大学的一门研究生入学考试科目，主要涉及材料科学的基础知识。

这门科目的考试内容主要包括晶体结构、缺陷、固溶体、非晶和玻璃、扩散以及固体物理基础等方面。

具体涉及到的知识点有：
●晶体结构的基础知识，包括原子结构、原子间距和晶体结构等。

●缺陷和固溶体的概念和基本理论。

●非晶和玻璃的结构和性质。

●扩散的基本理论和扩散现象。

●固体物理基础，包括能带理论、量子力学和统计物理等。

此外，对于这门科目的考试形式和难度，可以通过分析历年真题来了解。

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总的来说，836材料科学基础是一门涵盖了材料科学多个领域的综合性科目，需要考生具备较为扎实的基础知识和较强的综合素质。

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浙大836《材料科学基础》考试大纲2017年浙江大学《材料科学基础》考试纲要本课程考试要求学生了解并掌握材料的基本概念、材料科学的基础理论问题；了解和掌握包括金属材料、无机非金属材料以及半导体及功能材料在内的基础知识；掌握晶体结构、晶体的不完整性、固溶体、非晶态固体的基础知识与基本理论；掌握材料内的质点运动与电子运动的基本规律及基础理论。

一、考试内容1．晶体结构1.1晶体学基础：(1)空间点阵：空间点阵的概念、晶胞、晶系、布拉菲点阵、晶体结构与空间点阵。

(2)晶向指数和晶面指数：晶向指数、晶面指数、六方晶系指数、晶带、晶面间距。

(3)晶体的对称性：对称要素、点群、单形及空间群1.2晶体化学基本原理(1) 电负性(2)晶体中的键型：金属结合（金属键）、离子结合（离子键）、共价结合（共价键）、范德瓦耳斯结合（分子间键）、氢键(3)结合能和结合力(4)原子半径1.3典型晶体结构(1)金属晶体：晶体中的原子排列及典型金属晶体结构、晶体中原子间的间隙(2)共价晶体(3) 离子晶体：离子堆积与泡林规则、典型离子晶体结构分析(4)硅酸盐晶体：硅酸盐的分类、硅酸盐矿物结构、岛状结构、环状结构、链状结构、层状结构、骨架状结构(5)高分子晶体：高分子晶体的形成、高分子晶体的形态2. 晶体的不完整性2.1点缺陷(1)点缺陷的类型：热缺陷、组成缺陷、电荷缺陷、非化学计量结构缺陷(2)点缺陷的反应与浓度平衡：热缺陷、组成缺陷和电子缺陷、非化学计量缺陷与色心2.2位错(1)位错的结构类型：刃型位错、螺型位错、混合型位错、Burgers回路与位错的结构特征、位错密度(2)位错的应力场：位错的应力场、位错的应变能与线张力、位错核心(3)位错的运动：位错的滑移、位错攀移、位错的滑移、位错攀移(4)位错与缺陷的相互作用：位错之间的相互作用、位错与点缺陷的相互作用。

(5)位错源与位错增殖：位错的来源、位错的增殖2.3表面、界面结构及不完整性(1)晶体的表面：表面力场、晶体表面状态、晶体表面的不均匀性(2)晶界：晶界几何、小角度晶界、大角度晶界、晶界能、孪晶界、晶界的特性3.固溶体3.1影响固溶度的因素(1)休姆-罗瑟里(Hume-Rothery)规律(2)尺寸因素(3)电价因素(4)电负性因素3.2固溶体各论(1)置换固溶体(2)间隙固溶体(3)有序固溶体：短程有序-微观不均匀性、长程有序(4)固溶体的理论分析与计算(5)中间相：电子化合物、间隙相、间隙化合物、拓扑密堆相4.非晶态固体4.1非晶态固体的特征与表述(1)非晶态固体的结构特征(2)非晶态固体的结构表征函数：径向分布函数RDF、结构描述参数(3)非晶态固体的短程序：化学短程序（CSRO）、几何短程序(GSRO)与局域结构参数4.2非晶态半导体(1)非晶半导体的结构模型(2)非晶半导体的微结构4.3非晶态金属(1)非晶态金属和合金的结构模型(2)非晶态金属的微结构：几何微结构、化学微结构、磁各向异性与微结构4.4玻璃(1)玻璃结构理论：玻璃结构的无规网络学说、玻璃结构的微晶子学说、常见玻璃的微观结构(2)玻璃的转变(3)玻璃化的条件：热力学与动力学条件、结晶化学条件4.5非晶态高分子(1)非晶态高分子的结构模型：无规线团模型、局部有序模型(2)玻璃化转变5.固体材料中的质点运动与迁移5.1晶格中原子的运动与扩散(1)热缺陷的运动、产生与复合(2)基本扩散定律-菲克定律：稳态扩散-菲克第一定律的应用、非稳态扩散-菲克第（二）定律的应用(3)扩散系数：自扩散系数、偏扩散系数、交互扩散系数5.2扩散机制及影响扩散的因素(1)扩散机制：置换扩散、间隙扩散、表面与晶界扩散、位错扩散。

浙江大学材料科学与基础习题与解答第一章晶体结构一、分别确定具有下述晶胞参数关系的晶胞可能属于哪些晶系：1、；2、a b c；3、b c；4、；5、解答：1、（正交、四方、立方）2、（三斜、单斜、正交）3、（三斜、单斜、正交、四方）4、（三斜、单斜、菱方）5、（正交、六方、四方、立方）二、设图1-11是立方晶系，试标出AF方向的晶向指数，并写出该晶向所属晶向族中其它所有晶向指数。

解答：[11]，<111>=[111]、[11]、[11]、[1]、[11]、[1]、[1]、[]三、一个正交晶系晶胞，在X、Y、Z三个晶轴上分别截a/2、4b和2c/3，连接这三个截点作一个平面，试确定该平面的晶面指数；写出该晶胞包含（111）晶面的晶面族中所有其它晶面。

解答：(816)1四、分别确定立方晶系和正交晶系中{110}晶面族中的所有晶面。

与立方晶系{110}晶面族对比，正交晶系不属于{110}晶面族而立方晶系中却包含在{110}晶面族中的那些面，在正交晶系中分另属于什么晶族，请分类确定。

解答：立方：{110}=(110)+ (101)+(011)+(10)+ (01)+ (10)+(01)+(10)+ (01)+ (0)+ (0)+(0)；正交：{110}=(110)+ (10)+(10)+ (0)；{101}=(101)+ (10)+(01)+ (0)；{011}=(011)+(01)+(01)+ (0)五、在六方晶系中，有如右图中画出的一个晶面，试标定它的晶面指数。

解答：（20）六、设两个晶面（152）和（034）是属于六方晶系的正交坐标表述，试给出在描述六方晶胞中常用的四轴坐标下这两个晶面的晶面指数。

若现在有两个晶面（23）、（22），试确定这两个晶面在正交坐标下的晶面指数。

解答：（152），（034），（23），（22）2七、若上题中的所有晶面指数改为相应的晶向指数，请同样确定经转换后对应的各晶向指数。

化合物形成与电负性关系：两元素电负性差别很小，键合为非极性共价键或金属键；电负性差别增加，键合极性增加，倾向于离子性键合。

（纯共价键合）Si→MgS→NaCl（离子键合）两头是极端（强极性特征）HF→HCl→HBr→HI（弱极性特征）大多数实际材料键合特点：几种键合形式同时存在。

以图1-27键型四面体表示二、晶体中的键型晶体是具有空间格子构造的固体。

晶体中的质点(离子、原子或分子)在空间的排列必须具有一定的结合作用力，才能保证它们在晶体内固定在一定的位置上作有规则的排列。

化学键：质点间必须有结合力，才能保证规则排列。

原子和原子通过化学结合力产生了结合，一般称形成了化学键化学键（一次键或基本键）种类：典型的化学键有三种：离子键、共价键、金属键分子键(范氏键)、氢键：已形成一次键的分子等之间的结合。

(一)金属结合（金属键）金属键（晶体）特点：原子团聚形成；电负性很小；吸引力相当弱；电子“共有化”（价电子几乎自由、被共用），如图1-28，无方向要求成键、强度及轨道（关系）：电子气和正离子实间库仑作用成键（电子气密度越大，库仑作用越强，直至与斥力平衡）；仅有s-轨道时键很弱，如（Na-Na ，Ca-Ca ，…），具有混合轨道（s-d 或s-p 轨道）时，如（Fe-Fe ，Cr-Cr ，…），键很强金属键形成的条件：5.0<∆X(二)离子结合（离子键）离子键（晶体）特点：负电荷原子排列，正电荷原子排列其周围允许空间；有价电子转移；金属原子最外层价电子给予非金属原子，如 图1-29；正负离子相间排列成键、强度：相反电荷间 静电力，静电力满足Coulomb's law ，与两离子间距离的平方成反比离子键形成的条件：两具有大电负性差的原子间形成，以离子为结合单元。

(三)共价结合（共价键）共价键(晶体)特点：两个原子各贡献一价电子共用(自旋相反)，如 图1-30；原子排列可有方向性成键、强度：对电子作用（吸引）力共价键形成的条件：（伴电负性升高且基本相同的对电子强烈吸引）形成的分子对称，无明显偶极矩：)%12(7.0离子性<-=∆b a X X X ；（有完全不同的对电子的吸引能力）形成的分子非对称，有极性且具偶极矩：7.17.0<∆≤X(四)范德瓦耳斯结合（分子间键）范键(晶体)特点：原子或共用电子间无电子转移，原子或分子基本保持原电子结构范键形成条件：成键不涉及电负性，由自然偶极化成键，在所有固体中这种键或多或少都会有。

习题第一章晶体结构与晶体的结构缺陷1. 下图为MgO 单位晶胞图, 请指出氧离子的紧密堆积方向及紧密堆积类型, 指出其八面体空隙, 四面体空隙的填充情况, 并说明单位晶胞中有几个MgO 分子。

2.子,13. MgO、CaO、SrO、BaO 皆为NaCl 型结构, 其晶格能大小顺序为_________ > ________ > ________ > ________ ; 硬度变化顺序为________ > ________ > _________ > ________。

4. 由结晶化学定律, 决定______________晶体结构的主要因素是构成晶体质点的____________、________和_____________。

5. 由n个等径球紧密堆积时, 其四面体空隙有_______个, 八面体空隙有_______个。

等径球的紧密堆积形式有_____________和___________。

1第二章熔融态与玻璃通性1.试用lgη=E+F/(T-T0)方程式，绘出下列两种熔体在13500C ~5000C间的粘度-温度曲线(lgη~1/T)：E F T0No.1 1.631 4229 219No.2 1.769 4690 2162.一种熔体在13000C的粘度是3100泊，在8000C是108泊，在10500C时其粘度是多少？在此粘度下急冷，是否形成玻璃？3.决定玻璃熔体中复合阴离子团大小和结构的主要因素是什么？试从熔体结构概念比较以下玻璃成分的粘度大小顺序：4.实验获得Na2O-Al2O3-SiO2和Na2O-B2O3-SiO2系统玻璃的分子体积随组成中R2O3含量变化如下图，试解释其原因。

115. 试述石英晶体、石英熔体、Na 2O 2SiO 2熔体结构的区别，如何用实验方法区分它们？2827 Al 2O 32625 B 2O 30 8 16 24 32 R 2O 3 mol%分 子 体 积 cm 3/mol16. 如右图所示同一组成的玻璃经退火处理(a)和急冷(b)，两种试样测得的膨胀曲线，两者明显不同，试说明原因。