第一章 材料概论.ppt

原子排列的研究方法 採用X射線或電子束來進行研究，其原理就是光學中的干涉和衍射 主要公式︰ 布拉格定律︰ ? ? ? 2dsinθ＝nλ X射線衍射分析示意及衍射分佈圖。 區分其衍射峰的基本特徵︰銳利峰和饅頭峰 SiO2晶體及非晶體的衍射分佈圖 晶體材料組織 材料的組織︰就是各種晶粒的組合特徵，即各種晶粒的相對量、尺寸大小、形狀及分佈等特徵。 組織的顯示與觀察 單相組織 多相組織 組織的顯示與觀察 a、顯微組織或金相組織︰用金相顯微鏡或電子顯微鏡才能觀察內部的組織。 b、組織的顯示︰對試樣磨光和拋光，以獲得平整而光滑的表面，然後經化學浸蝕，將晶界顯示出來，形成溝槽。 c、組織的觀察︰光線進入溝槽不能反射到顯微鏡而呈組織圖。 單相組織 單相組織︰具有單一相的組織，即所有晶粒的化學組成相同，晶體架構也相同。 注意︰區別于單晶體 描述單相組織特徵的主要有︰晶粒尺寸及形狀 a、晶粒尺寸對材料性能有重要影響 細化晶粒──明顯提升材料的強度（細化強化），還可改善材料的塑性和韌性。 b、晶粒的形狀取決于各個晶核的生長條件 等軸晶──材料的各方向性能接近 柱狀晶──材料方向性能優越，定向的固技術。 c、晶粒的形狀也會隨壓力加工工藝而變化（鍛造）。 多相組織 多相組織的定義︰ 晶體材料具有兩個相以上，各個相具有不同的成分和 晶體架構。 多相合金組織的含義及組織與性能之間的關係 多相合金組織的含義及組織與性能之間的關係 兩個上的晶粒尺度相當合金的力學性能取決于兩個相或兩種組織組成物的相對量及各自的性能。 組織中兩相的晶粒尺度相差甚遠，其中尺寸較細的相以球狀、點狀、片狀或針狀等形態彌散地分佈于另一個晶粒的基體內。彌散強化──提升材料的強度水準 第二相在基體相的晶界上分佈──這是一種常見的組織特徵。 第二相連續分佈 第二相非連續分佈 材料的穩態結構與介穩態架構 穩態架構──能量最低的結構──平衡態結構 介穩態結構──能量相對較高的結構 材料結構的形成由其熱力學條件及動力學條件共同決定 材料結構的形成由其熱力學條件及動力學條件共同決定 熱力學條件︰沿能量降低的方向進行，即存在一個推展力──只預言了過程的可能性。 Gibss 自由能︰ G =H＋TS △G= △ H ＋ T△S △G〈0 熱力學與動力學條件的支配作用 熱力學分析了推展力，動力學分析了阻力，材料最終的架構取決于何者起支配作用。 材料總是趨向于轉變為穩態，但當到達穩態的阻力很大時，亞穩態也可長期存在。 始態 穩態與亞穩態轉變的熱力學和動力學條件 穩態 亞穩態 Q2 Q1 第一章 材料概論 Outline 一、原子結構 二、原子鍵結 三、原子排列 四、結晶組織 五、材料的穩態結構與介穩態結構 材料性質 材料的內部結構決定材料的性能 材料的內部結構可分四個層次: 原子結構 鍵結 原子的排列（晶體和非晶體） 顯微組織 ? 從這四個方面能深層次討論材料結構對性能 的影響。 原子結構 原子的電子排列 薛丁格方程──電子在核外運動狀態的變化規律，電子運動的軌道是由四個量子數所確定。 主量子數 n︰確定電子離核遠近和能級的高低。 次量子數 l︰能量水準不同的的亞殼層。s, p, d, f 磁量子數m︰確定軌道的空間取向。 自旋量子數ms︰每個狀態下存在自旋方向相反的兩個電子。 服從二個基本原理︰ 包立不相容原理； 最低能量原理 元素性質的週期性 週期表的構成以及各族元素的共性所作的分析中不難得出︰各個元素所表現的行為或性質一定會呈現同樣的週期件變化，因為原子架構從根本上決定了原于間的結合鍵，從而影響元素的性質。實驗數據已證實了這一點。不論是決定化學性質的電負性，還是元素的物理性質(熔點、線膨脹系數)及幾素晶體的原子半徑都符合週期性變化規律。 元素性質的週期性 分子中的原子對于成鍵電子吸引能力相對大小的量度。 電負性︰ 電負性──表征原子吸收電子能力。 增 减 原子鍵結 原子鍵結 分子間的結合力可根據強弱分成 一次鍵──離子鍵、共價鍵、金屬鍵 倚賴與電子的轉移或共享 二次鍵──凡得瓦耳斯鍵和氫鍵 倚賴于原子之間的偶極吸引力 離子鍵 　 ?當電負性較小的活潑金屬元素的原子與電負性較大的活潑非金屬元素的原子相互接近時，金屬原子失去最外層電子形成帶正電荷的陽離子；而非金屬原子得到電子形成帶負電荷的陰離子。 陽、陰離子之間除了靜電相互吸引外，還存在電子與電子、原子核與原子核之間的相互排斥作用。當陽、陰離子接近到一定距離時，吸引作用和排斥作用達到了平衡，系統的能量降到最低，陽、陰離子之間就形成了穩定的化學鍵