材料科学基础概念

各向异性：晶体的几何度量和物理效应常随方向不同而表现出量

的差异，这种性质称为各向异性

均匀性：在宏观观察下，晶体每一点上的物理效应和化学组成均

相。

这些点代表原子(分子或离子)的中心，也可是彼此等同的原子群或分子群的中心，各点的周围环境相同。这种点称为阵点（结点）。阵点在三维空间的周期性规则排列的阵列称为空间点阵。

点阵：阵点在三维空间的周期性规则排列的阵列 格子：以阵点为顶点取出的平行六面体单位

晶胞：点阵中取出具有代表性的最小平行六面体，作为点阵组成单元

晶体结构：基元＋点阵结构，基元在三维空间周期重复形成晶体结构。

配位数和致密度定量地表示原子排列的紧密程度。 配位数（coordination number，CN）：晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数

致密度（K）：晶胞中原子所占的体积分数，

固溶体是一种组元(溶质)溶解在另一种组元(溶剂)中的最大含量(即极限溶解度)便称为固溶度。

溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体称为置换固溶体

溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体

原子或离子的周围与它直接相邻结合的原子或离子的中心联线

所构成的多面体，称为原子或离子的配位多面体．

原子脱离正常格点位置后不在晶体内部形成间隙原子，而是占据

晶体表面的一个正常位置，并在原来的格点位置处产生一个空位，在晶体内部只形成空位的热缺陷称为肖脱基缺陷

特点：

 肖特基缺陷的生成需要一个像晶界、位错或者表面之类的晶格排列混乱的区域  伴随晶体体积增加

原子脱离正常格点移到间隙位置，形成一个间隙原子，同时在原来的格点位置处产生一个空位，间隙原子和空位成对出现的缺陷称为夫伦克耳缺陷

 特点：间隙质点与空位总是成对出现 体积不变  一个滑移面和此面上的一个滑移方向组成一个滑移系

置换型固溶体中两种可动性大致属于同一数量级的原子间存在扩散速率差异，导致其中一种扩散出去的通量大于进入的通量 这就是著名的柯肯达尔(kirkendall)效应。 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 化学扩散：由于浓度梯度所引起的扩散。

• 自扩散：不依赖浓度梯度，而仅由热振动而产生的扩散。 扩散机制：1．交换机制2．间隙机制3．空位机制4．晶界扩散及表面扩散

影响扩散的因素：1．温度2．固溶体类型3．晶体结构4．晶体缺陷5．化学成分6．应力的作用

材料受力后要发生变形，外力较小时产生弹性变形，外力较大时产生塑性变形，而当外力过大时就会发生断裂。 变形可分为三个阶段：弹性变形、塑性变形、断裂

材料经预先加载产生少量塑性变形，然后同向加载则σe升高，反向加载则σe降低的现象,称为包申格效应。

这种在弹性极限范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为弹性后效。

由于应变落后于应力，在σ－ε曲线上使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线，称为弹性滞后。

加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料恢复所释放的变形功，多余的部分被材料内部所消耗，称为内耗，

在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要通过滑移、孪生和扭折等方式进行

1. 滑移：在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定晶面（滑移面）和一定晶向（滑移方向）相对另一部分发生相对位移的现象 滑移的特点：1) 滑移后，晶体的点阵类型不变；2) 晶体内部各部分位向不变；3) 滑移量是滑移方向上原子间距的整数倍；4) 滑移后，在晶体表面出现一系列台阶。

构成滑移系必须满足两条：1)必须是密排面和密排方向；2)向一定在面上。

能引起滑移的最小分切应力称为临界分切应力

2. 孪生 ：在切应力作用下,晶体的一部分以一定的晶面(孪生面)为对称面和一定的晶向(孪生方向)与另一部分发生相对切变的现象.

孪生的特点：1) 点阵类型不变但晶体位向发生变化，呈镜面对称；

2) 孪生是一种均匀切变，每层原子面的位移量与该原子面到孪生面的距离成正比，其相邻原子面的相对位移量相等，且小于一个原子间距，即孪生时切变量是原子间距的分数倍；

3) 孪生变形速度很快，接近声速。 滑移与孪生的区别： 滑移 孪生 晶体位向 位移量 切应力 塑 变量 变 形速度 不变 改变 整数倍 小 分数倍 大 大 小 慢 快 相同点：切应力作用产生、点阵不变、位错运动来实现 对那些既不能进行滑移也不能进行孪生的地方，为了使晶体的形状与外力相适应，当外力超过某一临界值时晶体将会产生局部弯曲，这种变形方式称为扭折

固溶强化：溶质原子的存在及其固溶度的增加，使基体金属的变形抗力提高。

由于第二相呈点状弥散分布在基体内,使其强度、硬度明显升高的现象叫弥散强化。

加工硬化即金属材料经冷加工变形后，强度、硬度显著提高，而塑性、韧性下降的现象。

由于变形而使晶粒具有择优取向的组织，称为形变织构。 再结晶：指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程。 冷变形后的金属加热到一定温度后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状况，这个过程称为再结晶。

再结晶温度: 冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为再结

晶温度。

小于再结晶温度的加工称为冷加工；大于再结晶温度的加工称为热加工。

组成一个体系的基本单元（元素或化合物）称为组元 体系中具有相同的物理和化学性质的、且与其他部分以界面分开的均匀部分称为相

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

金属的Tn总低于Tm这种现象，叫过冷现象

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。

结晶的实质：就是从近程规则排列的液体变成远程规则排列的固体过程。

长大与消失的趋势相等，这种晶胚称为临界晶核 形成临界晶核所需要的能量称为临界形核功

系统中各微小体积的能量偏离系统平均能量的现象，称为能量起伏

ΔGVL-S↓还不能完全补偿ΔGA↑，还需要提供一定的能量。这部分为形核而提供的能量叫形核功

由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变

成分起伏：在微小体积内成分偏离平均成分的现象。 一个晶粒内或一个枝晶间化学成分不同的现象，叫枝晶偏析或晶内偏析。

各晶粒之间化学成分不均匀的现象叫晶间偏析 。

由固定成分的L中,在共晶温度下同时结晶出两种固定成分的固相的反应，称为共晶反应。

由共晶成分附近的非共晶成分的合金，经快冷后得到全部的共晶组织，称为伪共晶

在一定的T下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相反应叫包晶反应。

由于包晶转变不能充分进行而产生的化学成分不均匀的现象，称为包晶偏析

C溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，称奥氏体。用γ或A表示 α相：C溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，称铁素体。用α或F表示

Fe3C相：它是Fe与C形成的间隙化合物，也叫渗碳体， 共晶转变所形成的奥氏体和渗碳体的混合物称为莱氏体，用符号Ld表示。

正常凝固是将质量浓度为ρo的固溶体合金，整体融化→定向凝固。

区域熔炼是将质量浓度为ρo的固溶体合金，局部融化→局部凝固

将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷，叫成分过冷

用平衡分配系数k0表示。k0=WS/WL即平衡凝固时固相的质量分数与液相的质量分数之比。