材料科学基础知识点.docx
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材料科学基础知识点
重点与难点
1.描述原子中电子的空间位置和能量的四个量子数;*2.核外电子排布遵循的原则;*3.元素性质、原子结构和该元素在周期表中的位置三者之间的关系;
*4.原子间结合键分类及其特点;5.高分子链的近程和远程结构。
重要概念与名词
主量子数n,轨道角动量量子数l,磁量子数m,自旋角动量量子数s;
能量最低原理,Pauli不相容原理,Hund规则;
元素,元素周期表,周期,族;
结合键,金属键,离子键,共价键,范德华力,氢键;
高分子链,近程结构,结构单元,线性、支化、交联和三维网络分子结构;
无规、交替、嵌段和接枝共聚物;
全同立构、间同立构、无规立构,顺式、反式构型;
远程结构、数均、重均相对分子质量,聚合度;
热塑性、热固性塑料。
由于高分子材料的相对分子质量可高达几十万甚至上百万,所包含的结构单元可能不止一种,每一种结构单元又具有不同构型,而且结构单元之间可能有不同键接方式与序列,故高分子的结构相当复杂。
高分子结构包括高分子键结构和聚集态结构两方面。
键结构又分近程结构和远程结构。
近程结构属于化学结构,又称一次结构,是指大分子链中原子的类型和排列,结构单元的键接顺序、支化、交联以及取代基在空间的排布规律等。
远程结构又称二次结构,是指高分子的大小与形态,键的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象。
第二章概要
重点与难点
1.选取晶胞的原则;2.7个晶系,14种布拉菲空间点阵的特征;
3.晶向指数与晶面指数的标注;4.晶面间距的确定与计算;
5.晶体的对称元素与32种点阵;6.极射投影与Wulff网;
7.三种典型金属晶体结构的晶体学特点;8.晶体中的原子堆垛方式和间隙;
9.固溶体的分类及其结构特点;10.影响固溶体固溶度的因素;
11.超结构的类型和影响有序化的因素;12.中间相的分类及其结构特点;
13.离子晶体的结构规则;14.NaCl型、A2B2型和硅酸盐晶体结构特点;
15.金刚石型共价晶体结构特点;16.聚合物晶态结构模型,晶体形态及其结构特点;17.非晶态结构及其性能与晶体结构的区别。
重要概念与名词
晶体,非晶体;
晶体结构,空间点阵,阵点,晶胞,7个晶系,14种布拉菲点阵;
宏观对称元素,微观对称元素,点群,空间群;
极射投影,极点,吴氏网,标准投影;
晶向指数,晶面指数,晶向族,晶面族,晶带轴,共价面,晶面间距;
面心立方,体心立方,密排立方,多晶型性,同素异构体;
点阵常数,晶胞原子数,配位数,致密度,四面体间隙,八面体间隙;
合金,相,固溶体,中间相,短程有序参数a,长程有序参数S;
置换固溶体,间隙固溶体,有限固溶体,无限固溶体,无序固溶体,有序固溶体;
正常价化合物,电子化合物,电子浓度,间隙相,间隙化合物,拓扑密堆相;
离子晶体,NaCl型结构,闪锌矿型结构,纤锌矿型结构,硅酸盐[SiO4]4-四面体;
共价晶体,金刚石结构;
聚集态结构,球晶,缨状微束模型,折叠链模型,伸直链模型;
玻璃,玻璃化转变温度
[UVW]与[uvtw]之间的互换关系:
晶带定律:
立方晶系晶面间距计算公式:
六方晶系晶面间距计算公式:
电子浓度计算公式:
物质通常有三种聚集状态:
气态、液态和固态。
而按照原子(或分子)排列的规律性又可将固态物质分为两大类,晶体和非晶体。
晶体中的原子在空间呈有规则的周期性重复排列;而非晶体的原子则是无规则排列的。
原子排列在决定固态材料的组织和性能中起着极重要的作用。
金属、陶瓷和高分子的一系列特性都和其原子的排列密切相关。
一种物质是否以晶体或以非晶体形式出现,还需视外部环境条件和加工制备方法而定,晶态与非晶态往往是可以互相转化的。
固态物质可分为晶体和非晶体两大类。
晶体的性能是与内部结构密切相关的。
为了便于了解晶体结构,首先引入一个"空间点阵"的概念。
根据"每个阵点的周围环境相同"和六个点阵参数间的相互关系,可将晶体分为7个晶系,14种布拉菲点阵。
晶胞是能反映点阵对称性、具有代表性的基本单元(最小平行六面体),其不同方向的晶向和晶面可用密勒指数加以标注,并可采用极射投影方法来分析晶面和晶向的相对位向关系。
在晶体结构中,最常见的是面心立方(fcc)、体心立方(bcc)和密排六方(hcp)三种典型结构,其中fcc和hcp系密排结构,具有最高的致密度和配位数。
这三种典型结构的晶胞分别含有4、2、6个原子。
利用刚球模型可以算出晶体结构中的间隙,以及点阵常数与原子半径之间的关系。
金属晶体的结合键是金属键,故往往构成具有高度对称性的简单晶体结构,如fcc、bcc和hcp等。
但是,工业上广泛使用的金属材料绝大多数是合金。
由于合金元素的加入,使形成的合金相结构变得复杂。
合金组元之间的相互作用及其所形成的合金相的性质主要是由它们各自的电化学因素、原子尺寸因素和电子浓度三个因素控制的。
合金相基本上可分为固溶体和中间相两大类。
固溶体保持溶剂的晶体结构类型。
根据溶质在固溶体点阵中的位置可分为置换固溶体和间隙固溶体;按固溶度则分为有限固溶体和无限固溶体;而按溶质在固溶体中的排布则分为无序固溶体和有序固溶体;若按溶剂分类则有第一类固溶体和第二类固溶体之分。
中间相的晶体结构不同于其组元的结构,它通常可用化合物的化学分子式表示。
中间相根据其主导影响因素可分为正常价化合物,电子化合物,间隙相与间隙化合物,拓扑密堆相等。
离子晶体是以正负离子为结合单元的,其结合键为离子键。
Pauling在实验基础上,用离子键理论,归纳总结出离子晶体的如下结构规则:
负离子配位多面体规则、电价规则、负离子多面体共用顶、棱和面的规则,不同种类正离子配位多面体间连接规则和节约规则等。
它们在分析、理解晶体结构时简单明瞭,突出了结构特点。
典型的离子晶体结构是NaCl型,自然界有几百种化合物都属于此种结构。
它属于立方晶系,Fm3m空间群,可以看成分别由Na+和CL-构成两个fcc结构相互在棱边上穿插而成。
在无机非金属材料中,硅酸盐晶体结构尤其复杂,有孤岛状、组群状、链状、层状和骨架状结构等。
但它们有一个共同特点,即均具有[SiO4]4-四面体,并遵循由此导出的硅酸盐结构定律。
共价晶体是以共价键结合。
共价晶体的共同特点是配位数服从8-N法则(N为原子的价电子数)。
最典型的共价晶体结构是金刚石结构。
它属于复杂的fcc结构,可视为两个fcc晶胞沿体对角线相对位移1/4距离穿插而成。
聚合物晶态结构是其聚集态结构(三次结构)中的一大类。
由于大分子结构的缘故,聚合物的结晶是分子结晶,一个大分子可以贯穿若干个晶胞,结晶速度慢且存在结晶不完整性。
聚合物的晶态多种多样,主要由单晶、片晶、球晶、树枝状晶、孪晶和串晶等。
由于聚合物的晶态结构相当复杂,可用缨状微束模型、折叠链模型、伸直链模型、串晶或球晶结构模型以及Hosemann模型来加以描述。
固态物质中除各种晶体外,另一大类称为非晶体。
由于非晶态物质内的原子排列在三维空间不具有长程有序和周期性,故决定了它在性质上是各向同性的,且没有固定的熔点(对玻璃而言,存在一个玻璃转变温度)。
但是应注意固态物质虽有晶体和非晶体之分,然在一定条件下,两者是可以相互转换的。
第三章概要
在实际晶体中,由于原子(或离子、分子)的热运动,以及晶体的形成条件、冷热加工过程和其他辐射、杂质等因素的影响,实际晶体中原子的排列不可能那样规则、完整,常存在各种偏离理想结构的情况,即晶体缺陷。
晶体缺陷对晶体的性能,特别是对那些结构敏感的性能,如屈服强度、断裂强度、塑性、电阻率、磁导率等有很大的影响。
另外晶体缺陷还与扩散、相变、塑性变形、再结晶、氧化、烧结等有着密切关系。
因此,研究晶体缺陷具有重要的理论与实际意义。
理想的完整晶体是不存在的。
在实际晶体中,总存在着偏离理想结构的区域--晶体缺陷,这在高分子材料中,尤其严重。
按其几何特征,晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三大类。
点缺陷包括空位、间隙原子、杂质或溶质原子等。
点缺陷通常是由于原子的热运动并存在能量起伏而导致的。
在一定温度下,点缺陷处于不断产生和复合的过程中。
当这两个过程达到平衡时,此时的点缺陷浓度就是该温度下的平衡浓度。
它根据热力学理论求得:
另外晶体中的点缺陷还可通过高温淬火、冷变形以及高能粒子的辐照效应等形成。
此时晶体点缺陷浓度往往超过其平衡浓度,称为过饱和点缺陷。
晶体的线缺陷表现为各种类型的位错。
位错的概念是在研究晶体滑移过程时提出的。
它相当于滑移面上已滑移区和未滑移区的交界线。
位错按几何特征分为刃型位错和螺型位错两大类。
但实际晶体中大量存在的是混合位错。
柏氏矢量b是一个反映位错周围点阵畸变总积累的重要物理量。
该矢量的方向表示位错的性质与位错的取向,即位错运动导致晶体滑移的方向;该矢量的模∣b∣表示了畸变的程度,称为位错的强度,而且∣b∣
。
一根位错线具有唯一的柏氏矢量,这是柏氏矢量的守恒性所决定的。
柏氏矢量不仅决定位错的组态及其运动方向,而且对位错的一系列属性,如位错的应力场、应变能,位错的受力状态,位错增殖与交互作用,位错反应等都有很大影响。
对刃型位错,运动方式有滑移和攀移两种,而对螺型位错,则只能滑移,但由于其滑移面不是唯一的,故可进行交滑移或双交滑移。
位错的组态,分布及密度大小对材料性能影响很大。
材料塑性变形就是大量位错运动的结果。
位错理论可用来解释材料的屈服现象、加工硬化和弥散强化机制。
晶界、亚晶界、相界、层错等属于晶体的面缺陷。
根据界面两侧晶粒的位向差,晶界分为小角度晶界和大角度晶界。
小角度晶界又可分为倾斜晶界、扭转晶界等,它们的结构可用相应的位错模型来描述。
多晶材料中大量存在的是大角度晶界。
大角度晶界的结构较复杂,其中原子排列不规则,不能用位错模型来描述。
有人提出用"重合位置点阵"模型来描述,但它仅适用特殊位向,尚不能解释两晶粒处于任意位向差的晶界结构。
多相合金中同一相中的界面也是晶界和亚晶界,不同相之间的界面是相界。
相界的结构有共格、半共格和非共格三类,单相合金或多相合金中的层错和孪晶界都是共格界。
共格界面的界面能最低
重点与难点
1.点缺陷的形成与平衡浓度;2.柏氏矢量的确定,物理意义及守恒性;
3.位错的基本类型和特征;4.分析归纳位错运动的两种基本形式:
滑移和攀移的特点;5.分析运动位错的交割及其所形成的扭折或割阶不同情况;
6.比较螺型位错与刃型位错二者应力场畸变能的异同点;7.作用于位错的组态力、位错的线张力、外加切应力、位错附近原子实际所受的力、以及位错间的交互作用力相互之间的关系与区别;
8.位错的增值机制;9.堆垛层错与不全位错;10.位错反应的条件;
11.Thompson四面体;12.扩展位错的生成、宽度和运动;
13.小角度和大角度晶界模型;14.晶界能与晶界特性;15.孪晶界与相界。
重要概念与名词
点缺陷,线缺陷,面缺陷;
空位,间隙原子,肖脱基空位,弗兰克尔空位;
点缺陷的平衡浓度,热平衡点缺陷,过饱和点缺陷,色心,电荷缺陷;
刃型位错,螺型位错,混合位错,全位错,不全位错;
柏氏回路,柏氏矢量,柏氏矢量的物理意义,柏氏矢量的守恒性;
位错的滑移,位错的交滑移,位错的攀移,位错的交割,割阶,扭折;
位错的应力场,位错的应变能,线张力,滑移力,攀移力;
位错密度,位错增殖,弗兰克-瑞德位错源,L-C位错,位错塞积;
堆垛层错,肖克莱不全位错,弗兰克不全位错;
位错反应,几何条件,能量条件;
可动位错,固定位错,汤普森四面体;
扩展位错,层错能,扩展位错的宽度,扩展位错束集,扩展位错交滑移;
晶界,亚晶界,小角度晶界,对称倾斜晶界,不对称倾斜晶界,扭转晶界;
大角度晶界,"重合位置点阵"模型;
晶界能,孪晶界,相界,共格相界,半共格相界,错配度,非共格相界。
点缺陷的平衡浓度:
螺型位错的应力场:
刃型位错的应力场:
式中
位错的应变能:
式中
位错的线张力:
作用于位错的力:
滑移力
攀移力
两平行螺位错间径向作用力:
两平行刃型位错间的交互作用力:
F-R源开动的临界切应力:
扩展位错的平衡宽度:
对称倾斜晶界:
不对称倾斜晶界:
,
三叉晶界界面能平衡公式:
第四章
物质的迁移可通过对流和扩散两种方式进行。
在气体和液体中物质的迁移一般是通过对流和扩散来实现的。
但在固体中不发生对流,扩散是唯一的物质迁移方式,其原子或分子由于热运动不断地从一个位置迁移到另一个位置。
扩散是固体材料中的一个重要现象,诸如金属铸件的凝固及均匀化退火,冷变形金属的回复和再结晶,陶瓷或粉末冶金的烧结,材料的固态相变,高温蠕变,以及各种表面处理等等,都与扩散密切相关。
要深入地了解和控制这些过程,就必须先掌握有关扩散的基本规律。
研究扩散一般有两种方法:
①表象理论一根据所测量的参数描述物质传输的速率和数量等;
②原子理论一扩散过程中原子是如何迁移的。
本章主要讨论固体材料中扩散的一般规律、扩散的影响因素和扩散机制等内容。
固体材料涉及金属、陶瓷和高分子化合物三类;
金属中的原子结合是以金属键方式;
陶瓷中的原子结合主要是以离子键结合方式为主;
而高分子化合物中的原子结合方式是共价键或氢键结合,并形成长链结构,这就导致了三种类型固体中原子或分子扩散的方式不同,描述它们各自运动方式的特征也是本章的主要目的之一。
固体中原子或分子的迁移称为扩散。
扩散是固体中物质迁移的唯一方式。
研究扩散一般涉及两个方面:
扩散的宏观规律——表象理论;扩散的微观机制——原子理论菲克第一定律描述了原子扩散通量(J)与浓度梯度(
)之间的关系,即扩散通量与浓度梯度成正比,并且扩散方向与浓度梯度方向相反。
菲克第一定律描述了一种扩散物质的质量浓度不随时间变化的稳态过程,因而不能描述大多实际情况的非稳态扩散。
因此,在引入质量守恒定律后,由菲克第一定律导出了可应用于非稳态过程的第二定律。
根据不同扩散问题的初始条件和边界条件,由菲克第二定律可求解出扩散物质随时间和位置的变化规律。
置换固溶体中的原子扩散与间隙固溶体的原子扩散不同,它不仅涉及到溶质原子的扩散,也涉及到溶剂原子的扩散。
溶质原子和溶剂原子的扩散速率不同导致了柯肯达耳效应。
在置换固溶体中的原子扩散通量可具有菲克第一定律的形式,但扩散系数是互扩散系数,它与两种原子的本征扩散系数相关。
从菲克第一定律看,扩散的驱动力是浓度梯度,即物质从高浓度向低浓度扩散,扩散的结果导致浓度梯度的减小,直至成分均匀,扩散停止。
但实际上,在某些情况下的扩散,物质出现从低浓度向高浓度扩散的“上坡扩散”或“逆向扩散的现象。
扩散的热力学分析表明,扩散的驱动力是化学势梯度
,而不是浓度梯度,由此不仅能解释正常的“下坡扩散”现象。
也能解释“上坡扩散”的反常现象。
在描述原子迁移的扩散机制中,最重要的是间隙机制和空位机制。
间隙固溶体中原子扩散仅涉及到原子迁移能,而置换固溶体中原子的扩散机制不仅需要迁移能而且还需要空位形成能,因此导致间隙原子扩散速率比置换固溶体中的原子扩散速率高得多。
扩散系数(或称扩散速率)是描述物质扩散难易程度得重要参量。
扩散系数与扩散激活能有关。
其遵循阿累尼乌斯方程。
因此,物质的扩散能力也可用扩散激活能的大小来表征。
实验表明,原子扩散的距离与时间的平方根成正比,而不是时间成正比,由此推断原子的扩散是一种无规则行走。
由原子无规则行走的理论推导出的扩散距离(
)与扩散时间t的平方根成正比,其与扩散方程的推导结果一致,表明原子的扩散确实是一种无规则行走,实际测出的扩散距离是大量原子无规曲折行走的综合效果
为了更好地应用扩散和控制扩散,了解影响扩散的因素是重要的。
在影响扩散的诸多因素(如温度,固溶体类型,晶体结构,晶体缺陷,化学成分,应力等)中,温度是影响扩散的最重要因素。
出现相变的扩散称为相变扩散和反应扩散。
由反应扩散所形成的相可参考平衡相图进行分析。
实验结果表明,在二元合金反应扩散的渗层组织中不存在两相混合区,只有孤立的单相区存在,而且在它们的相界面上的浓度是突变的,它对应于相图中每个相在一定温度下的极限溶解度,不存在两相混合区的原因可用相平衡的热力学来解释。
在金属和合金中,原子结合是以金属键方式结合,因此扩散原子可以跃迁进入邻近的任何空位和间隙位置。
陶瓷中的原子结合以离子键结合方式为主,在离子晶体中扩散离子只能进入具有同电荷的位置。
在离子晶体中缺陷的产生是以保持电荷中性为条件,因此需要形成不同电荷的两种缺陷,如一个阳离子空位和一个阴离子空位,这种缺陷组合称为肖脱基型空位;或者形成自间隙离子,由此形成的阳离子(阴离子)空位的电荷可通过形成间隙阳离子(间隙阴离子)来补偿,这样的缺陷组合称为费兰克尔型空位。
当化合物中的离子化合价发生变化,或在化合物中搀杂离子的化合价不同于化合物中的离子,为了保持电荷中性,就会出现阳离子空位或阴离子空位。
由于离子晶体的电导率与离子的扩散系数相关,因此通过测定不同温度下的电导率,就可计算出不同温度下的扩散系数,由此可进一步获得离子扩散的激活能。
高分子化合物(又称聚合物)的基本结构单元是链节,链节之间联结是通过原子以共价键或氢键结合,由此形成长链结构。
高分子化合物的力学行为是由分子链运动的难易程度所决定的。
高分子的主链很长,通常是倦曲的,而不是伸直的。
在外界影响下,分子链从倦曲变为伸直是通过分子运动来实现的,分子链的运动起因于主链中单键的内旋转。
由单键内旋转导致分子在空间的不同形态(组态)称为构象。
基于单键内旋转不可能是完全自由的,即不能把链节视为分子链中的独立运动的基本单元,故需要引入“链段”的重要概念。
链段的长度Lp取决于不同构象的能垒差
。
当
→0(内旋转完全自由),Lp等于链节长度l,表示高分子的柔韧性最好;当
→∞,Lp等于整个分子链节长度L(nl),此时分子链为刚性,无柔韧性。
因此,可视链段为高分子链的独立运动的基本单元,即每个链段的运动是各不相关,完全独立的,并可用链段长度的大小表征高分子链的可动性和柔韧性。
高分子的分子运动可分为两种尺寸的运动单元,即大尺寸单元——高分子链,小尺寸单元——链段或链段以下的单元(包括键角和键长的变化,侧基运动等)。
高分子在不同条件下的力学行为取决于该条件不同运动单元的激活程度。
对于线型非晶态高分子,在玻璃化转变温度Tg以下,呈现玻璃态,其原因是热能只激活比链段更小的运动单元,如链节,侧基等。
而当温度高于Tg而小于粘流温度Tf时,热能只激活链段及链段以下的单元的运动,而呈现高弹态。
但此时热能尚不能激活高分子链整体运动,故不能产生分子链间的相对滑动。
只有当温度高于Tf温度,整个分子链质心出现相对位移,而呈现出粘流态。
对于体型非晶态高分子,由于它是一种立体网状交联结构,分子链不能产生相对质心运动,因此它不能呈现粘流态,只能出现玻璃态和高弹态,并且随着交换联密度的增大,可能不出现高弹态。
完全结晶的高分子是不存在的,都会有相当部分的非晶区。
非完全晶态高分子的力学状态中出现皮革态,它是由晶区和非晶区不同的力学特性的综合结果。
重点与难点
1.菲克第一定律的含义和各参数的量纲。
2.能根据一些较简单的扩散问题中的初始条件和边界条件。
运用菲克第二定律求解。
3.柯肯达耳效应的起因,以及标记面漂移方向与扩散偶中两组元扩散系数大小的关系。
4.互扩散系数的图解方法。
5.“下坡扩散”和“上坡扩散”的热力学因子判别条件。
6.扩散的几种机制,着重是间隙机制和空位机制。
7.间隙原子扩散比置换原子扩散容易的原因。
8.计算和求解扩散系数及扩散激活能的方法。
9.无规则行走的,扩散距离与步长的关系。
10.影响扩散的主要因素。
11.反应扩散的特点和能应用相图确定反应扩散出现相类型。
12.运用电荷中性原理确定不同情况下出现的缺陷类型。
13.高分子链柔韧性的表征及其结构影响因素。
14.线型非晶高分子、结晶高分子和非完全结晶高分子力学状态的差异和起因。
15.概念和术语:
质量浓度,密度,扩散,自扩散,互扩散,间隙扩散,空位扩散,下坡扩散,上坡扩散,稳态扩散,非稳态扩散,扩散系数,互扩散系数,扩散通量,柯肯达尔效应,体扩散,表面扩散,晶界扩散,肖脱基型空位,弗兰克尔型空位,链节,链段,分子链,柔顺性,玻璃态,高弹态,粘流态,皮革态
重要概念与名词
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
第五章概要
材料在外力作用下发生变形。
当外力较小时,产生弹性变形。
弹性变形是可逆变形,卸载时,变形消失并恢复原状。
在弹性变形范围内,其应力与应变之间保持线性函数关系,即服从虎克(Hooke)定律:
式中E为正弹性模量,G为切变模量。
它们之间存在如下关系:
弹性模量是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量,故是组织结构不敏感参数。
在工程上,弹性模量则是材料刚度的度量。
实际上,理想的弹性体是不存在的,多数工程材料弹性变形时,可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等弹性不完整性。
弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等。
对非晶体,甚至对某些多晶体,在较小的应力时,可能会出现粘弹性现象。
粘弹性变形是既与时间有关,又具有可恢复的弹性变形,即具有弹性和粘性变形量方面特征。
粘弹性变形是高分子材料的重要力学特性之一。
当施加的应力超过弹性极限时,材料发生塑性变形,即产生不可逆的永久变形。
通过塑性变形,不但可使材料获得预期的外形尺寸,而且可使材料内部组织和性能产生变化。
单晶体塑性变形的两个基本方式为滑移和孪生。
滑移和孪生都是切应变,而且只有当外加切应力分量大于晶体的临界分切应力C时才能开始。
然而,滑移是不均匀切变,孪生为均匀切变。
对于多晶体而言,要求每个晶粒至少具备由5个独立的滑移系才能满足各晶粒在变形过程中相互制约和协调。
多晶体中,在室温下晶界的存在对滑移起阻碍作用,而且实践证明,多晶体的强度随其名的Hall-Petch公式来加以描述:
至于合金为单相固溶体时,由于溶质原子存在会呈现固溶强化效果,对某些材料还会出现屈服和应变时效现象;当合金为多相组织结构时,其变形还会受到第二相的影响,呈现弥散强化效果。
而陶瓷晶体,由于其结合键(离子键、共价键)的本性,再加上陶瓷晶体中的滑移系少,位错的b大,故其塑性变形相对金属材料要困难得多,只有以离子键为主的单晶陶瓷才能进行较大的塑性变形。
对于高分子材料,其塑性变形是靠粘性流动而不是靠滑移产生的,故与材料粘度密切相关,而且受温度影响很大。
材料经塑性变形后,外力所做的功部分以储存能形式存在于材料内部,从而使系统的自由能升高,处于不稳定状态。
故此,回复再结晶是材料经过冷变形后的自发趋势,加热则加快这一过程的发生。
当加热温度较低,时间较短时,发生回复。
此时,主要表现为亚结构的变化和多边化过程,第一类内应力大部消除,电阻率有所下降,而对组织形态和力学性能影响不大。
当加热温度较高,时间较长时就发生再结晶现象。
再结晶时,新的无畸变等轴晶将取代冷变形组织,其性能基本上回复到冷变形前的状态。
再结晶完成后继续加热时,晶粒将发生长名的Hall-Petch公式来加以描述:
至于合金为单相固溶体时,由于溶质原子存在会呈现固溶强化效果,对某些材料还会出现屈服和应变时效现象;当合金为多相组织结构时,其变形还会受到第二相的影响,呈现弥散强化效果。
而陶瓷晶体,由于其结合键(离子键、共价键)的本性,再加上陶瓷晶体中的滑移系少,位错的b大,故其塑性变形相对金属材料要困难得多,只有以离子键为主的单晶陶瓷才能进行较大
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