材料物理化学课件

这时候存在两种情况： （1）当热起伏较小时，形成的颗粒太小，新生相 的颗粒度愈小其饱和蒸汽压和溶解度都大，会蒸发 或溶解而消失于母相，而不能稳定存在。 我们将这种尺寸较小而不能稳定长大成新相的区域 称为核胚 核胚。 核胚 （2） 热起伏较大，界面对体积的比例就减少，当 热起伏达到一定大小时，系统自由焓变化由正值变 为负值，这种可以稳定成长的新相称为晶核 晶核。 晶核
一、晶核生长 （一） 晶核形成的热力学条件
均匀单相并处于稳定条件下的熔体或溶液，一 旦进入过冷却或过饱和状态，系统就具有结晶的趋 向。 △G=△G体（-）+△G表（+）=V△GV+AγLS (1) △ ） △ ） 设恒温、恒压条件下，从过冷液体中形成的新 相呈球形，球半径为r，
4 3 ∆Gr = πr ∆GV + 4πr 2γ LS 3
（三） 非均态成核速率
多数相变是不均匀成核， 多数相变是不均匀成核，即成核在异相的容器 界面、异体物质(杂质颗粒 杂质颗粒)上 内部气泡等处进行。 界面、异体物质 杂质颗粒 上、内部气泡等处进行。 如图5所示，核是在和液体相接触的固体界面上 图 生成的。这种促进成核的周体表面是通过表面能的 作用使成核的势垒减少的。
这就是晶体生长速率方程。引入扩散系数D 的表示 公式，简化得：
f ∆S∆T ∆G u = − × D× = −AD λ KT KT
结论： 结论：
生长速率u与扩散有关。如图6所示。 1）温度越低，扩散系数越小，生长速率也就越小， 并趋于零。所以当过冷度大，温度远低于平衡温 度Tm时，生长速率是扩散控制的。 2）当温度接近于Tm时，扩散系数变大，这时，u 值主要决定于两相的自由焓差△G 。当T=Tm时， △G=0，u=0。因此，生长速率在低于Tm的某个 温度，会出现极大值。不过，这个温度总是高于 具有最大成核速率的温度。

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2 熔点
金属和合金从固态向液态转变时的温度称为熔点，金属都有固定的熔点。 按照熔点的高低，金属可分为易熔金属（熔点小于1 700℃）和难熔金属（熔点大 于1 700℃）。通常，材料的熔点越高，高温性能就越好。陶瓷熔点一般都显著高于金 属及合金的熔点，所以陶瓷材料的高温性能普遍比金属材料好。合金的熔点决定于它 的成分，例如，钢和生铁虽然都是铁和碳的合金，但由于含碳量不同，熔点也不同。 熔点对于金属和合金的冶炼、铸造、焊接是非常重要的工艺参数。
1 耐腐蚀性
耐腐蚀性是指材料抵抗介质侵蚀的能力，材料的耐腐蚀性常用每年腐蚀深度（mm/年） 来表示，一般非金属材料的耐腐蚀性比金属材料高得多。对金属材料而言，其腐蚀形式主要 有两种，一种是化学腐蚀，另一种是电化学腐蚀。化学腐蚀是金属直接与周围介质发生纯化 学作用，如钢的氧化反应；电化学腐蚀是金属在酸、碱、盐等电解质溶液中，由于原电池的 作用而引起的腐蚀，电化学腐蚀比化学腐蚀更常见。
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6 磁性
金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。根据金属材料在磁场中受到磁化程 度的不同，可分为铁磁性材料（如铁、钴等）、顺磁性材料（如锰、铬等）和抗磁性 材料（如铜、锌等）三类。铁磁性材料在外磁场中能强烈地被磁化；顺磁性材料在外 磁场中只能微弱地被磁化；抗磁性材料能抗拒或削弱外磁场对材料本身的磁化作用。 工程上实用的强磁性材料是指铁磁性材料。
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3 导热性
材料传导热量的能力称为导热性。导热性是金属材料的重要性能之一，在制定焊 接、铸造、锻造和热处理工艺时，必须考虑材料的导热性，防止金属材料在加热或冷 却过程中形成过大的内应力，以避免金属材料变形或破坏。导热性好的金属散热也好， 因此在制造散热器、热交换器与活塞等零件时，要选用导热性好的金属材料。通常情 况下，金属及合金的导热性远高于非金属材料。

Vx12kx2 22m02x2
式中k， 4202m；k弹性系数 0固 ；有频率
代入薛定谔方程， 得到谐振子的运动微分方程：
2 2 V E
2m
2 2m
d 2
dx2
2
2m02 x2
E
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
的几率 ），波函数是空间和时间的函数，并且是复数，
即Φ = Φ(x，y，z，t)
自由粒子(动量、能量不随时间或位置改变）的波函数：
2 i ( px Et )
0e h
r,t
Ae
i
( Et
pr )
0 、 A 常数
（描述自由粒子的波是平面波）
波函数的性质：波函数乘上一个常数后，所描写的粒子状态不变（粒子在 空间各点出现的几率总和等于1，所以粒子在空间各点出现的几率只决定于 波函数在各点强度的比例，而不决定于强度的绝对大小）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
量子力学的应用
⑴一维势阱问题 势阱—在某一定区域内，势能有固定的值。 设一粒子处于势能为V的势场中，沿x方向做一维运动，势能满足下列边界条件：
V
0xa，Vx0
x0和xa，Vx
t
(1.6)
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
③定态薛定谔方程 由于势能与时间无关，薛定谔方程可进行简化．设方程的一种特解为：
x ,y ,z .t. x ,y ,z ft

材料是全球新技术革命的四大标志之一 （新材料技术、新能源技术、信息技术、 生物技术）。
什么是材料科学？
材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、 热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边 缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、X-射线衍射、 热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的 组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、 化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共 性的一门学科。
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、 硅石、菱镁矿、白云母等）为原料制造的。
3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种简单低 分子化合物经聚合而组成的分子量 很大的化合物。高聚物的种类繁多， 性能各异，其分类的方法多种多样。 按高分子材料来源分为天然高分子 材料和合成高分子材料；按材料的 性能和用途可将高聚物分为橡胶、 纤维、塑料和胶粘剂等。
特种玻璃（亦称为新型玻璃）是指采用精制、高 纯或新型原料，通过新工艺在特殊条件下或严格控制 形成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。
特种玻璃包括SiO2含量在85%以上或55%以下的硅 酸盐玻璃、非硅酸盐氧化物玻璃（硼酸盐、磷酸盐、 锗酸盐、碲酸盐、铝酸盐及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）、 非氧化物玻璃（卤化物、氮化物、硫化物、硫卤化物、 金属玻璃等）以及光学纤维等。
复合材料的种类繁多，目前还没有统 一的分类方法，下面根据复合材料的三要素 来分类。按基体材料分类，有金属基复合材 料，陶瓷基复合材料，水泥、混凝土基复合 材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等； 按增强剂形状可分为粒子、纤维及层状复合 材料；依据复合材料的性能可分为结构复合 材料和功能复合材料。
0.1.2 根据材料的性能分类
功能材料是具有优良的电学、磁学、光 学、热学、声学、力学、化学和生物学 功能及其相互转化的功能，被用于非结 构目的的高技术材料。