第二章第4讲材料科学与工程基础(顾宜.ppt

1、固体中的2-6原子无序、固体中的缺陷、晶体中的点缺陷、真空和自间歇弗伦克尔和肖特基缺陷、化学计量线性、边缘和螺旋位错、伯格斯矢量界面、整体固溶体(合金)替代和间隙非晶扩散，第5，2-6章固体中的缺陷)2-6-1 6-1固溶体：杂质原子(或离子和分子)均匀分布(溶解)在基体晶格中的固体。共同特征：杂质和基体原子共同占据原始基体的晶格；有一定的组成范围固体溶解度1。根据相图划分：1)末端固溶体(初级固溶体):包括纯组分的固溶体相图2)中间固溶体(次级固溶体): 0任何组分100相图的中间部分(没有任何组分结构，基于化合物)，返回到上一页，2。根据溶质在晶格中的位置：1)置换固溶体：原(电离)晶体被

2、其他原(电离)子部分取代，置换量不同：完全混溶；不形成固溶体，且彼此部分溶解；图5.5，影响更换的因素：以下因素相同(接近)易于更换；否则，很难形成固溶体。当离子尺寸为：时，半径差为15，完全互溶性为20.40%，部分互溶性难以替代。2)间隙固溶体：由较小的原子进入晶格间隙形成的固溶体。影响因素：一、晶格结构的间隙大小；在间隙离子进入后，需要空位或其他高价的反荷离子通过置换来平衡电中性。图5.5，固溶体的判断，3)非化学计量化合物：其组成比例偏离化学式(包括可变价态离子)的化合物，其本质上是由金属的高氧化态和低氧化态形成的固溶体，其电中性由空隙或间隙离子平衡，图5.4，3。根据固溶度：1)极限

3、固溶度：固溶度100%；2)无限固溶体(连续固溶体):固溶度0.100%；2)有序固溶体：每个组分原子占据自己的晶格，晶格相互渗透形成复杂的超晶格。晶体中的缺陷原子排列的周期性被破坏的区域分为：1 .点缺陷：缺陷区域，其在任何方向上的尺寸都比晶体的线性小得多，空位：(a)没有原子的阵列点的位置，自填隙原子：(d)原子被压缩到晶格间隙中，肖特基缺陷：(c)离子对空位，弗兰克缺陷：(e)相等的正离子空位和正离子空位，(b)双空位，示例问题5.1计算铜在1000时每立方米空位的平衡数。空位形成的能量为0.9电子伏/原子；铜的原子量和密度(1000)分别为63.5克/摩尔和8.40克/立方厘米。解决方

4、案这个问题可以通过使用等式5.1来解决；然而，首先有必要根据铜的原子量ACu、密度和阿伏伽德罗数na来确定氮的值，即每立方米铜的原子数。位错：只有与晶体线性度相当的一维缺陷才会发生规则位错，EF BB，1)边缘位错边缘位错位错位错线垂直于滑移方向(Burgess矢量)，压力和张力，图5.7，2)螺旋位错：平行于滑移方向(Burgess矢量)和垂直于位错线的平面在螺旋斜面上的剪切力作用下容易发生，AD BB，图5.8，(位错有两个特征：一是位错线的方向， 它表示给定点的位错线的方向，如用单位向量表示的EF、AD； 另一个是表示当位错存在时，晶体一侧的粒子相对于另一侧的粒子的位移，用伯吉斯矢量b表

5、示它指位错的单位滑移距离，其方向平行于滑移方向，b=0相互垂直，纯边位错b=-b相互反向平行，纯螺旋位错，Burgers Vector，Burgers电路，右手法则：拇指-位错线方向四指转-Burgers电路转，混合位错，位错密度：n l/A l=n/A，图5.9，滑动外力推动，3。界面缺陷：仅在一个平面方向上具有与晶体线性相当的尺寸的缺陷，例如由排列成一个平面的一系列边缘位错形成的缺陷，2-6-3非晶1非晶材料：其结构在体积范围内缺乏可重复性的材料(非晶和非晶)没有平移对称性，没有长程有序性，根本没有周期性，并且具有统计规律。(密集随机堆积、随机网络等。)、2分布函数：径向分布函数：J(r)

6、=4r2 (r)双体分布函数：以一个原子为原点，在距离r处找到另一个原子的概率为g(r)=0(r)，即r处原子的数密度；0是整个样品的平均原子序数密度，可以得到两个参数：配位数：第一个峰面积，原子间距：峰位、3、非晶结构模型、微晶(不连续)、随机拓扑(连续)，除四面体外，还有8个、12个和10个四面体：6%、4%、4%的密度上限：0.637 B。随机网络(石英玻璃)，桥氧键角度变化很大，2-6-4扩散)1扩散现象：原子(或分子)通过热运动而运动， 第6章，1)自扩散：在纯固体中，同一元素的原子从一个晶格位置移动到另一个晶格位置，2个原子围绕它们的平衡位置以小振幅振动； 一些原子有足够的振幅并在

7、位置上移动。温度影响扩散；晶体中缺陷的类型和数量影响扩散。间隙扩散：间隙固溶体H，C，N，O，直接交换机制：极其困难，很少发生，图6.3，扩散通道：沿位错，晶界，外表面，活化能)Q的扩散：扩散系数，d=d o e q/rt，金属，第6.5节，金属的扩散活化能(kcal/mol)，Tm Q，离子材料的扩散活化能，空位机制，少量杂质在：下掺杂时会加速扩散，加入CdCl2后钠离子的扩散系数发生变化。2)带孔的非晶无序结构是通过自由体积(缺陷)实现的。在长链聚合物中，(聚合物)扩散包括：自扩散，它包括分子链段的运动，并与材料的粘性流动有关。外来分子的扩散与聚合物的渗透性和吸收特性有关。渗透性：聚合物膜的分离，耐腐蚀性，分子间间隙吸收：引起膨胀和化学反应。稳态扩散的数学模型：单位时间内垂直于给定方向的每单位面积的净原子序数(通量)，它不随时间变化。菲克第一定律：Jx=-D c /x Jx:扩散通量)D:扩散系数，Cm2/s(扩散系数)c /x:浓度梯度，第6.3节，将一块铁板在700的温度下，一边暴露在渗碳(富碳)气氛中，另一边暴露