北科-材料科学基础各章重点总结汇总(4)

晶界结构总是比晶内结构“松散”，从而使溶质原子产生向晶界聚集的倾向，引起晶界平衡偏析。溶质在晶界的平衡富集率取决于溶质原子在晶体中的畸变大小以及温度。晶界两侧的压力（化学势）差会引起晶界迁移，小角度界面迁移主要是界面位错的滑移和攀移，因此迁移率与取向差θ有比较强的关系。迁移率也和取得取向差的旋转轴有关，因为不同的轴使晶界位错的柏氏矢量与晶界面的取向不同，使位错攀移的距离不同。对于大角度晶界，因为大角度晶界迁移机制是原子的热

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激活跳动，所以迁移率与温度之间服从Arrhenius关系。微量杂质使普通大角度晶界迁移率大幅度下降，但对普通大角度晶界的影响比特殊大角度晶界的影响大得多，但是在极高纯度下或者在低纯度下则二者的迁移率差别不大。因为大角度杂质偏聚程度与晶界取向差有关系，从而晶界迁移率与晶界的关系也存在相似的关系，但它并不是晶界迁移率的内禀结构关系。杂质在晶界的偏聚，对晶界迁移有拖曳作用，拖曳力的大小随杂质浓度和迁移驱动力而变，驱动力很大时，晶界可以摆脱杂质的拖曳。同时，拖曳作用因温度升高而降低。

相界面的结构比较复杂，一般不可能存在精确的CSL，但有可能构建一个O-点阵。有共格、半共格和非共格相界，具有严格共格关系的相界极为少见，而半共格相界却是极为常见的一类相界。共格和半共格相界两侧的相必然有某种取向关系。半共格相界面的错配通过弛豫使它局限在错配位错处，可以用O-点阵来描述匹配好区和错配位错位置和间距。

在多晶体中晶粒的形状大都是多面体，满足晶粒间界面的平衡关系并且能充满空间的晶粒形状是开尔文十四面体。对于多相系统，在晶粒棱上连接的不是一种相，两个相的浸润二面角对两相材料的显微组织有很大影响，这些概念对粉末冶金以及陶瓷材料的液相烧结非常重要。

晶体中经由热处理、辐照或形变引入过饱和的点缺陷，空位的沉积会引起疏松或空洞等体缺陷，还可以由空位沉积成的富兰克位错分解成层错四面体。

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第八章 固态中原子扩散

总结

在非热力学0K下，原子、离子或分子等都会绕着其平衡位置摆动，它们的能量也是绕着平均能量随机起伏的，当其中一些质点具有一定超额能量时，可以离开其平衡位置到达另一个新的平衡位置，这样的一个图像就是扩散的微观图像。大量的原子、离子或分子随机无规跃迁，可以构成物质的宏观输运。

扩散的唯象理论是把扩散系统看作是连续介质，研究和建立物质宏观输运规律，即建立和求解适当的微分方程。菲克第一定律描述在某处扩散流量与此处的浓度梯度称正比，其间的比例系数就是扩散系数D。D是表征扩散速度的系数，根据扩散的本质不同，扩散系数有禀性扩散系数、互扩散系数、自扩散系数等。对于稳态扩散，即浓度场不随时间变化的扩散，应用第一定律是方便的，更一般的情况是应用菲克第二定律。如果扩散系数是浓度的函数，第二定律的微分方程是非线性的，这就需要用数值方法求解。如果扩散系数与成分无关（如果讨论的问题所涉及的浓度范围不大，常以这个浓度范围的D的平均值作为常数来求解），则扩散微分方程是线性的。D为常数时菲克第二定律的典型解有三种：误差函数解、高斯解和三角级数解，这三种解是互通的，可以通过数学方法相互转换。这些宏观的解释解，可以在一直扩散系数以及边界和初始条件下解出浓度场；反过来，可以根据一定条件下的实验资料求出扩散系数。

扩散的微观理论主要描述扩散过程的原子机制，即原子是从一个平衡位置跃迁到另一个平衡位置的方式，并从微观机制诠释了宏观扩散系数的意义。原子或离子从一个平衡位置跃迁到另一个平衡位置的方式有多种，其中最重要的有间隙机制和空位机制。不论哪一种机制都可导出D=D0exp( Q/kT)的式子。原子或离子的跃迁需要的超额能量（激活能 hm）是决定跃迁的难易和跃迁的几率，此外，一个成功的跃迁还受跃迁原子或离子周围的环境所限制，即能接纳跃迁过来的原子、离子的机会和位置的多少。对于间隙机制扩散，扩散激活能Q= hm。对于空位机制扩散，要考虑跳动原子或离子周围的空位浓度，所以扩散激活能与空位浓度的表达式有关：简单的金属扩散情况，扩散激活能是Q= hm+ hf， hf是空位形成焓；离子化合物晶体，因为形成的点缺陷是肖克莱缺陷对（弗兰克缺陷对），所以，扩散激活能Q= hm+ hf/2；对于正离子和负离子价数不相同的离子晶体，则扩散激活能中关于空位形成能一项还会有变化；另外，在离子化合物和一些金属化合物中，因存在非禀性空位，它们的浓度只和晶体成分（或者说杂质含量）有关而和温度无关，这些影响不反映在激活能项，而是在扩散系数的指数前的D0项，即在D0中含有非禀性空位的浓度。因为扩散系数含D0和Q两个重要参量，一切提高D0和降低Q的因素都会提高扩散系数，但Q存在与指数项，它对扩散系数的影响更为重要。

非晶态玻璃中的扩散也服从菲克定律，由于非晶态结构比较松散和开放，原子通过其间的扩散要比晶态容易。但是，对于聚合物，由于它的长链分子，在其晶态区域的自扩散几乎是不可能的，而在非晶态区域，其缠结的长分子也是只能相依一种“蛇”爬行机制进行。单个原子或小分子穿过非晶态扩散行为，往往用渗透率而不是扩散系数来描述，但是渗透率和扩散系数有正比的关系。扩散原子和小分子的尺寸以及非晶态（玻璃和聚合物）的特性（例如玻璃的网络、聚合物分子的极性）对渗透率有重要的影响，利用这些特性可以用他们作“过滤”膜。

原子或离子迁动的前后是相关的，使真实扩散系数和以原子完全随机跳动导出的扩散系数有差异，我们定义这两个扩散系数的比值为相关系数。相关效应对扩散系数的影响并不是很大的，通常忽略相关效应对扩散系数的影响。

在晶体中存在如表面、晶界和位错等缺陷，在这些地方原子排列不象完整晶体那样规则，它们的详细原子排布也还没有完全搞清楚，但一般是比较复杂的。由于这里的原子排列不是完全规则的，所以它们和点缺陷以及溶质原子有交互作用，以使它们的溶质原子浓度和完整晶体内的不同，同时这

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些地方的扩散系数比完整晶体的高。因为这些地方扩散较快，称为高扩散率通道。

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第九章 材料的形变

总结

材料的变形有弹性变形、塑性变形或粘滞性流变等。高弹性、滞弹性都属弹性范畴。晶体的弹性变形的本质键的拉长，应力作用导致的内能增加，普弹性下服从虎克定律，应变（力）状态用张量描述。聚合物弹性变形的本质是分子链的构象的改变，应力作用导致的熵的降低。具有高弹性的聚合物的弹性极限比晶体高得多。金属塑性变形的本质是位错运动，滑移靠全位错运动完成，孪生由不全位错运动完成。滑移、孪生的组织变化、应力应变曲线特征明显不同，它们对塑性的贡献不同、取向变化的方式不同，温度的影响也不同。金属、陶瓷材料中的位错结构差异造成力学行为的差异。应力-应变曲线是材料内部（各种）形变机制的综合表现。晶体结构、层错能影响形变机制，也产生不同的形变组织。大应变下材料内有不同类型的形变不均匀区，它们是再结晶过程（下一章介绍）的优先形核地点。单晶软取向时的应力应变曲线为三阶段：易滑移阶段以单系滑移为主，位错间强烈的交互作用造成的线性硬化阶段、位错交滑移摆脱障碍的动态回复阶段。多晶中晶 …… 此处隐藏：2659字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……