金属材料:以金属键结合为主的材料,如钢铁材料。
无机非金属材料:以离子键和共价键结合为主的材料,如陶瓷材料。
高分子材料:以共价键结合为主的材料,如塑料、橡胶。
复合材料:以界面特征结合为主的材料,如玻璃钢。
结构材料:利用它的力学性能,用于制造需承受一定载荷的设备、零部件、建筑结构等。
功能材料:利用它的特殊物理性能(电、热、光、磁等),用于制造各种电子器件、光敏元件、绝缘材料等。
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。
复合材料:是由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成。
晶体:物质的质点(分子、原子或离子)在三维空间呈规则的周期性重复排列的物质。
空间点阵:把质点看成空间的几何点,点所形成的空间阵列。
晶格:用假想的空间直线,把这些点连接起来,所构成的三维空间格架。
晶胞:从晶格中取出具有代表性的最小几何单元。
晶格参数:描述晶胞的六个参数a、b、c、晶体中各种方位上的原子面叫晶面,表示晶面的符号叫晶面指数。
{hkl}代表原子排列完全相同,只是空间位向不同的各组晶面,称为晶面族。
晶体中各个方向上的原子列叫晶向,表示晶向的符号叫晶向指数。
<unw>代表原子排列完全相同,只是空间位向不同的各组晶向,称为晶向族所有平行或相交于某一直线的这些晶面构成一个晶带,此直线称为晶带轴。
属此晶带的晶面称为共带面。
晶胞原子数:指一个晶胞内所含的原子个数。
原子半径:指晶胞中原子密度最大方向上相邻两个原子之间距离的一半,与晶格常数有关。
配位数:指晶格中任一原子周围所具有的最近且等距的原子数。
致密度:合金:是指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。
如:黄铜,Cu、Zn合金;碳钢,Fe、C合金。
组元:组成合金最基本的独立物质(组成合金的元素、稳定化合物)。
相:成分结构相同并以界面分开的均匀部分。
组织:在显微镜下所看到的相的分布形态。
固溶体:指溶质组元溶于溶剂晶格中,并保持溶剂组元晶格类型而形成的均匀固体。
溶剂组元:含量较多的成分溶质组元:含量较少的成分。
置换固溶体:溶质原子占据溶剂晶格的某些结点位置而形成的固溶体。
间隙固溶体:溶质原子占据溶剂晶格间隙而形成的固溶体。
有限固溶体:具有有限固溶度的固溶体。
无限固溶体:溶质能以任意比例溶入溶剂的固溶体。
无序固溶体:溶质原子在溶剂晶格中的分布是任意的、无规律的。
有序固溶体:溶质原子占据溶剂晶格的一定位置。
中间相可以是化合物,也可以是以化合物为基的固溶体,它具有金属的性质,又称金属间化合物。
合金中各组元之间发生相互作用而形成的一种新相,叫金属间化合物。
正常价化合物:符合一般化合物原子价规律,成分固定并可用分子式表示,如AB、A2B、AB2、A2B3,主要受电负性控制的一种中间相。
电子化合物:符合电子浓度规律的化合物。
当r非/r金<0.59时,形成具有简单晶格的化合物,称为间隙相。
当r非/r金>0.59时,形成具有复杂结构的化合物,称为间隙化合物。
离子晶体(ionic crystal) :由正、负离子通过离子键或离子键和共价键混合键按一定方式堆积起来而形成的。
离子半径(ionic radius) :从原子核中心到其最外层电子的平衡距离。
离子晶体配位数CN(coordination number) :最邻近且等距的异号离子数。
取决于正负离子的半径比R+/R-,常见的是4、6、8。
负离子配位多面体:离子晶体中正离子周围配位负离子中心连线构成的多面体称配位多面体。
离子堆积:离子晶体通常由负离子堆积成骨架,正离子按其自身大小居于相应负离子空隙(负离子配位多面体)。
四面体空隙:由四个球体围成的空隙,球体中心线围成四面体形。
八面体空隙:由六个球体围成的空隙,球体中心线围成八面体形。
缺陷:通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。
理想晶体:质点严格按照空间点阵排列。
实际晶体:存在着各种各样的结构的不完整性。
点缺陷(point defect):特征是三维空间各个方向上的尺寸都很小,尺寸范围约为一个或几个原子尺度,又称零维缺陷,包括空位、间隙原子、杂质和溶质原子。
线缺陷(line defect):特征是在两个方向上尺寸很小,另外一个方向上尺寸很大,又称一维缺陷,如各类位错。
面缺陷(planar defect):特征是在一个方向上尺寸很小,另外两个方向上尺寸很大,又称二维缺陷,包括表面、晶界、亚晶界、相界、孪晶界等。
体缺陷:在三维方向上缺陷尺寸都较大。
如镶嵌块、空洞等空位是由原子脱离其平衡位置而形成的脱离平衡位置的原子,迁移到晶格的间隙中,这样所形成的空位叫弗仑克尔空位;脱离平衡位置的原子,迁移到晶体表面上,这样所产生的空位叫肖特基空位;脱离平衡位置的原子,迁移到其他空位处,这样虽然不产生新的空位,但可以使空位变换位置处于晶格间隙中的原子即为间隙原子。
间隙原子也是一种热平衡缺陷,在一定温度下有一平衡浓度,对于异类间隙原子来说,常将这一平衡浓度称为固溶度或溶解度由于原子大小的区别也会造成晶格畸变,置换原子在一定温度下也有一个平衡浓度值,一般称之为固溶度或溶解度,通常置换原子比间隙原子的固溶度要大的多。
占据在原来基体原子平衡位置上的异类原子称为置换原子。
弗仑克尔缺陷:一个正离子跳入离子晶体的间隙位置,则出现了一个正离子空位,这种空位-间隙离子对。
肖特基缺陷:在离子晶体中,由于要维持电价平衡,因此一个正离子产生空位,则邻近必有一个负离子空位,这样的一个正负离子空位对位错:晶体中一列或数列原子发生有规律的错排现象。
晶体中已滑移区与未滑移区的边界线(即位错线)若垂直于滑移方向,则会存在一多余半排原子面,它象一把刀刃插入晶体中,使此处上下两部分晶体产生原子错排,这种晶体缺陷称为刃型位错(edge dislocation)。
多余半排原子面在滑移面上方的称正刃型位错,记为“┻”;相反,半排原子面在滑移面下方的称负刃型位错,记为“┳”晶体中已滑移区与未滑移区的边界线(即位错线)若平行于滑移方向,则在该处附近原子平面已扭曲为螺旋面,即位错线附近的原子是按螺旋形式排列的,这种晶体缺陷称为螺型位错(screw dislocation)。
螺型位错可分为左螺型和右螺型位错,通常用拇指代表螺旋前进方向,其余四指代表螺旋方向,符合右手法则的称右螺旋位错;符合左手法则的称为左螺旋位错。
位错线与b既不平行、也不垂直的位错为混合型位错。
用柏氏矢量可判断位错的类型。
柏氏矢量与位错线垂直者为刃型位错,平行者为螺型位错,既不垂直又不平行者为混合位错。
位错的滑移:在外加切应力作用下,通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不断地作少量位移(小于一个原子间距)而逐步实现的。
位错的攀移:是构成刃型位错的多余半原子面的扩大或缩小,它是通过物质迁移即原子或空位的扩散来实现的。
通常把半原子面向上运动称为正攀移,向下运动称为负攀移。
在位错的滑移过程中,其位错线很难同时实现全长的运动,因而一个运动的位错线,特别是在受到阻碍的情况下,有可能通过其中一部分线段首先进行滑移。
若由此形成的曲折线段在位错的滑移面上时,称为扭折;若该曲折线段垂直于位错的滑移面时,称为割阶。
扭折和割阶也可由位错之间的交割而形成。
表面—固体材料与气体的分界面。
晶体的表面能:同体积晶体的表面能高出晶体内部的能量称为晶体的表面自由能或表面能。
计量单位为J/m2。
表面能就是表面张力,单位为N/m。
由多个小晶体组成的晶体结构称之为“多晶体”。
晶界(grain boundary):多晶体物质是由许多晶粒所组成,属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界亚晶界(subgrain boundary) :每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成,相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界。
是由位错堆积而成的。
界面能:晶界面上的原子相对正常晶体内部的原子而言,均处于较高的能量状态,因此,晶界也存在界面能。
在材料的研究中,发现少量杂质或合金元素在晶体内部的分布也是不均匀的,它们常偏聚于晶界,称这种现象为晶界内吸附。
相邻晶粒的位向差<10°时叫小角度晶界;相邻晶粒的位向差>10°时叫大角度晶界,对称倾斜晶界:晶界平面为两个相邻晶粒的对称面。
是由一列同号刃型位错所组成。
不对称倾斜晶界:两晶粒不以二者晶界为对称的晶界,而是由两组互相垂直的刃型位错排列而成。
扭转晶界:将一块晶体沿横断面切开,并使上下两部分晶体绕轴转动θ角,再与下部分晶体粘在一起形成。
可看成是由两组互相垂直的螺型位错所组成。
对称倾斜界面(tilt boundary):晶界平面为两个相邻晶粒的对称面。
是由一列刃型位错所组成。
扭转晶界(twist boundary):将一块晶体沿横断面切开,并使上下部分晶体绕轴转动θ角,再与下部分晶体粘在一起形成。
可看成是由互相垂直的螺型位错所组成。
大角度晶界为原子呈不规则排列的一过渡层。
大多数晶粒之间的晶界都属于大角度晶界。
孪晶界是晶界中最简单的一种,孪晶界上的原子同时位于两个晶体点阵的结点上,为孪晶的两部分晶体所共有,共格孪晶界:在孪晶面上的原子同时位于两个晶体点阵的结点上,为两个晶体所共有。
非共格孪晶界:如果孪晶界相对于孪晶面旋转一角度, 此时,孪晶界上只有部分原子为两部分晶体所共有。
具有不同晶体结构的两相之间的分界叫相界。
共格相界特征:界面上的原子同时位于两相晶格的结点上,即两相的晶格是彼此衔接的,界面上的原子为两者共有。
半共格相界特征:沿相界面每隔一定距离产生一个刃型位错,除刃型位错线上的原子外,其余原子都是共格的。
所以半共格界面是由共格区和非共格区相间组成。
非共格相界特征:原子不规则排列的薄层为两相的过渡层。
扩散定律:根据所测量的参数描述物质传输的速率和数量等扩散机制:扩散过程中原子是如何迁移的。
由浓度梯度引起的扩散称为化学扩散。
由热振动而引起的扩散称为自扩散。
由浓度低处向浓度高处的扩散称为上坡扩散由浓度高处向浓度低处的扩散称为下坡扩散。
短路扩散:原子沿晶体中缺陷进行的扩散称为短路扩散,包括表面扩散、晶界扩散、位错扩散等。
反应扩散:原子在扩散过程中由于固溶体过饱和而生成新相的扩散称为反应扩散或相变扩散。
稳态扩散,即质量浓度不随时间而变化。
非稳态扩散:即浓度随时间而变化的扩散,由液相至固相的转变称为凝固,凝固后的固体是晶体,又称为结晶。
金属的实际结晶温度(Tn)总低于理论结晶温度(Tm)这种现象,叫过冷现象。
金属的实际结晶温度(Tn)与理论结晶温度(Tm)之差,称为过冷度,用ΔT表示。
液态金属中处于时而形成、时而消失、不断变化的“近程规则排列”的原子集团,称为结构起伏。
每一瞬间都出现大量尺寸不同的结构起伏,所以过冷液态中的结构起伏,是固态晶核的胚芽,称为晶胚。