【正文】 影響下，分子鏈從倦曲變?yōu)樯熘笔峭ㄟ^分子運動來實現(xiàn)的，分子鏈的運動起因于主鏈中單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。對于線型非晶態(tài)高分子，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg以下，呈現(xiàn)玻璃態(tài)，其原因是熱能只激活比鏈段更小的運動單元，如鏈節(jié)，側(cè)基等。2． 能根據(jù)一些較簡單的擴(kuò)散問題中的初始條件和邊界條件。9． 無規(guī)則行走的，擴(kuò)散距離與步長的關(guān)系。圖5．1為低碳鋼在單向拉伸時的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。這樣，外力去除后，原子都會恢復(fù)其原來的平衡位置，所產(chǎn)生的變形便完全消失，這就是彈性變形。~，高分子材料則相對較大些。多數(shù)金屬材料僅在低于比例極限sp的應(yīng)力范圍內(nèi)符合虎克定律，%；而橡膠類高分子材料的高彈形變量則可高達(dá)1000%，但這種變形是非線性的。一些實際晶體，在加載或卸載時，應(yīng)變不是瞬時達(dá)到其平衡值，而是通過一種弛豫過程來完成其變化的。金剛石一類的共價鍵晶體由于其原子間結(jié)合力很大，故其彈性模量很高；金屬和離子晶體的則相對較低；而分子鍵的固體如塑料、橡膠等的鍵合力更弱，故其彈性模量更低，通常比金屬材料的低幾個數(shù)量級。在切應(yīng)力下，t =Gg，(2)金屬、陶瓷和部分高分子材料不論是加載或卸載時，只要在彈性變形范圍內(nèi)，其應(yīng)力與應(yīng)變之間都保持單值線性函數(shù)關(guān)系，即服從虎克（Hooke）定律：原子處于平衡位置時，其原子間距為r0，位能U處于最低位置，相互作用力為零，這是最穩(wěn)定的狀態(tài)。重要概念與名詞：質(zhì)量濃度，密度，擴(kuò)散，自擴(kuò)散，互擴(kuò)散，間隙擴(kuò)散，空位擴(kuò)散，下坡擴(kuò)散，上坡擴(kuò)散，穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，擴(kuò)散系數(shù)，互擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散通量，柯肯達(dá)爾效應(yīng)，體擴(kuò)散，表面擴(kuò)散，晶界擴(kuò)散，肖脫基型空位，弗蘭克爾型空位，鏈節(jié)，鏈段，分子鏈，柔順性，玻璃態(tài)，高彈態(tài)，粘流態(tài)，皮革態(tài)1．2．3．4．5．6．7．8．9．10．11．第5章 材料的形變和再結(jié)晶材料在加工制備過程中或是制成零部件后的工作運行中都要受到外力的作用。7． 間隙原子擴(kuò)散比置換原子擴(kuò)散容易的原因。非完全晶態(tài)高分子的力學(xué)狀態(tài)中出現(xiàn)皮革態(tài)，它是由晶區(qū)和非晶區(qū)不同的力學(xué)特性的綜合結(jié)果。高分子的分子運動可分為兩種尺寸的運動單元，即大尺寸單元——高分子鏈，小尺寸單元——鏈段或鏈段以下的單元（包括鍵角和鍵長的變化，側(cè)基運動等）。高分子化合物的力學(xué)行為是由分子鏈運動的難易程度所決定的。由反應(yīng)擴(kuò)散所形成的相可參考平衡相圖進(jìn)行分析。擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散激活能有關(guān)。在置換固溶體中的原子擴(kuò)散通量可具有菲克第一定律的形式，但擴(kuò)散系數(shù)是互擴(kuò)散系數(shù)，它與兩種原子的本征擴(kuò)散系數(shù)相關(guān)。擴(kuò)散是固體中物質(zhì)遷移的唯一方式。對于間隙型擴(kuò)散，設(shè)原子的振動頻率為v，溶質(zhì)原子最鄰近的間隙位置數(shù)為z（即間隙配位數(shù)），則G 應(yīng)是v，z，以及具有跳躍條件的原子分?jǐn)?shù)eDG/ kT的乘積，即式中D0稱為擴(kuò)散常數(shù)；DU是間隙擴(kuò)散時溶質(zhì)原子跳躍所需額外的熱力學(xué)內(nèi)能，該遷移能等于間隙原子的擴(kuò)散激活能Q。 原子的自由能與其位置的關(guān)系（a）為面心立方結(jié)構(gòu)的八面體間隙中心位置，（b）為面心立方結(jié)構(gòu)（100）晶面上的原子排列。對于多晶材料，擴(kuò)散物質(zhì)可沿三種不同路徑進(jìn)行，即晶體內(nèi)擴(kuò)散（或稱體擴(kuò)散），晶界擴(kuò)散和樣品自由表面擴(kuò)散，并分別用DL和DB和DS表示三者的擴(kuò)散系數(shù)。晶界能量比晶內(nèi)高，原子規(guī)則排列較晶內(nèi)差，如果溶質(zhì)原子位于晶界上可降低體系總能量，它們會優(yōu)先向晶界擴(kuò)散，富集于晶界上，此時溶質(zhì)在晶界上的濃度就高于在晶內(nèi)的濃度。決定組元擴(kuò)散的基本因素是化學(xué)勢梯度，不管是上坡擴(kuò)散還是下坡擴(kuò)散，其結(jié)果總是導(dǎo)致擴(kuò)散組元化學(xué)勢梯度的減小，直至化學(xué)勢梯度為零。當(dāng)固體中存在著成分差異時，原子將從濃度高處向濃度低處擴(kuò)散。點缺陷的平衡濃度：螺型位錯的應(yīng)力場： 刃型位錯的應(yīng)力場： 式中 位錯的應(yīng)變能： 式中 位錯的線張力： 作用于位錯的力：滑移力 攀移力 兩平行螺位錯間徑向作用力：兩平行刃型位錯間的交互作用力： FR源開動的臨界切應(yīng)力：擴(kuò)展位錯的平衡寬度：對稱傾斜晶界：D┴=q cosf不對稱傾斜晶界：，三叉晶界界面能平衡公式：第4章 固體中原子及分子的運動物質(zhì)的遷移可通過對流和擴(kuò)散兩種方式進(jìn)行。多晶材料中大量存在的是大角度晶界。柏氏矢量不僅決定位錯的組態(tài)及其運動方向，而且對位錯的一系列屬性，如位錯的應(yīng)力場、應(yīng)變能，位錯的受力狀態(tài)，位錯增殖與交互作用，位錯反應(yīng)等都有很大影響。 晶體的線缺陷表現(xiàn)為各種類型的位錯。在實際晶體中，總存在著偏離理想結(jié)構(gòu)的區(qū)域——晶體缺陷，這在高分子材料中，尤其嚴(yán)重。依孿晶形成原因的不同，可分為形變孿晶、生長孿晶和退火孿晶等。這就是用腐蝕劑顯示全相樣品組織的依據(jù)，也是某些金屬材料在使用中發(fā)生晶間腐蝕破壞的原因。多晶體材料中各晶粒之間的晶界通常為大角度晶界。它有兩個自由度θ 和j 。表面能也可以單位長度上的表面張力(N/m)表示。界面的存在對晶體的力學(xué)、物理和化學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響。顯然，位錯環(huán)各處的位錯結(jié)構(gòu)類型也可按各處的位錯線方向與滑移矢量的關(guān)系加以分析，如A，B兩處是刃型位錯，C，D兩處是螺型位錯，其他各處均為混合位錯?！?).螺型位錯線與滑移矢量平行，因此一定是直線，而且位錯線的移動方向與晶體滑移方向互相垂直。但該區(qū)只有幾個原子間距寬，畸變區(qū)是狹長的管道，所以刃型位錯是線缺陷。其實這種正、負(fù)之分只具相對意義而無本質(zhì)的區(qū)別。因此，在同一溫度下，晶體中間隙原子的平衡濃度C要比空位的平衡濃度C′低得多。當(dāng)某一原子具有足夠大的振動能而使振幅增大到一定限度時，就可能克服周圍原子對它的制約作用，跳離其原來的位置，使點陣中形成空結(jié)點，稱為空位。 點缺陷六方晶系晶面間距計算公式：[ U V W ] 與 [ u v t w ] 之間的互換關(guān)系：晶帶定律：聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，球晶， 纓狀微束模型，折疊鏈模型，伸直鏈模型；離子晶體， NaCl 型結(jié)構(gòu)，閃鋅礦型結(jié)構(gòu)，纖鋅礦型結(jié)構(gòu)，硅酸鹽 [SiO 4 ] 4 四面體； 置換固溶體，間隙固溶體，有限固溶體，無限固溶體，無序固溶體，有序固溶體；點陣常數(shù)，晶胞原子數(shù)，配位數(shù)，致密度，四面體間隙，八面體間隙；晶向指數(shù)，晶面指數(shù)，晶向族，晶面族，晶帶軸，共價面，晶面間距；宏觀對稱元素，微觀對稱元素，點群，空間群； 重要概念與名詞晶體，非晶體；結(jié)合物晶態(tài)結(jié)構(gòu)是其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（三次結(jié)構(gòu)）中的一大類。典型的離子晶體結(jié)構(gòu)是NaCl型，自然界有幾百種化合物都屬于此種結(jié)構(gòu)。合金相基本上可分為固溶體和中間相兩大類。晶胞是能反映點陣對稱性、具有代表性的基本單元（最小平行六面體），其不同方向的晶向和晶面可用密勒指數(shù)加以標(biāo)注，并可采用極射投影方法來分析晶面和晶向的相對位向關(guān)系。陶瓷材料晶體般比較復(fù)雜。較大的球晶（5μm以上）很容易在光學(xué)顯微鏡下觀察到。 聚合物的晶體形態(tài)共價晶體的共同特點是配位數(shù)服從8－N法則小為原子的價電子數(shù)，這就是說結(jié)構(gòu)中每個原子都有8－N個最近鄰的原子。離子晶體按其化學(xué)組成分為二元化合物和多元化合物。對于電價高，配位數(shù)低的正離子來說，這個效應(yīng)尤為顯著。陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)大多屬離子晶體。3).具有強(qiáng)磁性的金屬間化合物，如稀土元素（Ce，La，Sm，Pr，Y等）和Co的化合物，具有特別優(yōu)異的永磁性能；1).具有超導(dǎo)性質(zhì)的金屬間化合物，如Nb3Ge，Nb3Al，Nh3Sn，V3Si，NbN等；中間相通?？捎没衔锏幕瘜W(xué)分子式表示。這時溶質(zhì)原子存在于溶質(zhì)點陣中的固定位置上，而且每個晶胞中的溶質(zhì)和溶劑原子之比也是一定的。溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體稱為間隙固溶體。固溶體是以某一組元為溶劑，在其晶體點陣中溶人其他組元原子（溶質(zhì)原子）所形成的均勻混合的固態(tài)溶體，它保持著溶劑的晶體結(jié)構(gòu)類型。圖中實心圓圈代表金屬原子，令其半徑為rA；空心圓圈代表間隙，令其半徑為rB。原子密排面在空間一層一層平行的堆垛起來就分別構(gòu)成以上三種晶體結(jié)構(gòu)。/3+c178。另外，在晶體內(nèi)凡晶面間距和晶面上原子的分布完全相同，只是空間位向不同的晶面可以歸并為同一晶面族，以{h k l}表示，它代表由對稱性相聯(lián)系的若干組等效晶面的總和。2)求得待定晶面在三個晶軸上的截距，若該晶面與某軸平行，則在此軸上截距為無窮大；晶面指數(shù)標(biāo)定步驟如下：1)以晶胞的某一陣點O為原點，過原點O的晶軸為坐標(biāo)軸x,y, z, 以晶胞點陣矢量的長度作為坐標(biāo)軸的長度單位。,γ=120176。晶胞、晶軸和點陣矢量將晶胞作三維的重復(fù)堆砌，就構(gòu)成了空間點陣。原子排列在決定固態(tài)材料的組織和性能中起著極重要的作用。熱塑性、熱固性塑料。全同立構(gòu)、間同立構(gòu)、無規(guī)立構(gòu)，順式、反式構(gòu)型；高分子鏈，近程結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)單元，線性、支化、交聯(lián)和三維網(wǎng)絡(luò)分子結(jié)構(gòu)；元素，元素周期表，周期，族；主量子數(shù)n，軌道角動量量子數(shù)l，磁量子數(shù)m，自旋角動量量子數(shù)s；；高分子結(jié)構(gòu)包括高分子鍵結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)兩方面。它包括靜電力、誘導(dǎo)力和色散力。當(dāng)電子排布為全充滿、半充滿或全空時，是比較穩(wěn)定的，整個原子的能量最低； 由于分子上非鍵合原子之間的相互作用，內(nèi)旋轉(zhuǎn)一般是受阻的，即旋轉(zhuǎn)時需要消耗一定的能量。高分子的相對分子質(zhì)量不是均一的，它實際上是由結(jié)構(gòu)相同、組成相同但相對分子質(zhì)量大小不同的同系高分子的混合物聚集而成。共聚物的結(jié)構(gòu)氫鍵在高分子材料中特別重要。比化學(xué)鍵的鍵能少1～2個數(shù)量級。 共價鍵晶體中各個鍵之間都有確定的方位，配位數(shù)比較小。一般離子晶體中正負(fù)離子靜電引力較強(qiáng)，結(jié)合牢固。4).自旋角量子數(shù)si從內(nèi)到外，依次為K殼層(n=1)，L殼層(n=2)，M殼層(n=3)。目錄第1章 原子結(jié)構(gòu)與鍵合 1 原子結(jié)構(gòu) 1 原子間的鍵合 2 高分子鏈 2本章重點復(fù)習(xí) 3第2章 固體結(jié)構(gòu) 4 晶體學(xué)基礎(chǔ) 4 金屬的晶體結(jié)構(gòu) 5 合金相結(jié)構(gòu) 7 離子晶體結(jié)構(gòu) 9 共價晶體結(jié)構(gòu) 10 聚合物的晶體結(jié)構(gòu) 11 非晶態(tài)結(jié)構(gòu) 13本章重點復(fù)習(xí) 13第3章 晶體缺陷 15 點缺陷 15 位錯 16 表面及界面 18本章重點復(fù)習(xí) 20第4章 固體中原子及分子的運動 23 表象理論 23 擴(kuò)散的熱力學(xué)分析 23 擴(kuò)散的原子理論 24 擴(kuò)散激活能 25 無規(guī)則行走與擴(kuò)散距離 25本章重點復(fù)習(xí) 25第5章 材料的形變和再結(jié)晶 27 彈性和粘彈性 28 晶體的塑性變形 29 回復(fù)和再結(jié)晶 33 高聚物的塑性變形 36本章重點復(fù)習(xí) 36第6章 單組元相圖及純晶體凝固 38 單元系相變的熱力學(xué)及相平衡 38 純晶體的凝固 39本章重點復(fù)習(xí) 40第7章 二元系相圖及合金的凝固 42 相圖的表示和測定方法 42 相圖熱力學(xué)的基本要點 43 二元相圖分析 44 二元合金的凝固理論 45 高分子合金概述 47本章重點復(fù)習(xí) 48第8章 三元相圖 52 三元相圖基礎(chǔ) 52 固態(tài)互不溶解的三元共晶相圖 55 固態(tài)有限互溶的三元共晶相圖 57 兩個共晶型二元系和一個勻晶二元系構(gòu)成的三元相圖 58 包共晶型三元系相圖 59 具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖 60 形成穩(wěn)定化合物的三元系相圖 60 三元相圖舉例 61 三元相圖小結(jié) 63本章重點復(fù)習(xí) 64第9章 材料的亞穩(wěn)態(tài) 66 66 準(zhǔn)晶態(tài) 69 非晶態(tài)材料 70 固態(tài)相變形成的亞穩(wěn)相 71本章重點復(fù)習(xí) 72各章例題、習(xí)題以及解答 73第1章 原子結(jié)構(gòu)與鍵合 73第2章 固體結(jié)構(gòu) 77第3章 晶體缺陷 85第4章 固體中原子及分子的運動 93第5章 材料的形變和再結(jié)晶 100第6章 單組元相圖及純晶體凝固 107第7章 二元系相圖及合金的凝固 112第8章 三元相圖 120第9章 材料的亞穩(wěn)態(tài) 128上海交通大學(xué) 材料科學(xué)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)課程 整理 131第1章 原子結(jié)構(gòu)與鍵合材料是國民經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。 原子結(jié)構(gòu) 物質(zhì)的組成多電子的原子中，核外電子的排布規(guī)律遵循三原則，即能量最低原理、Pauli不相容原理和Hund規(guī)則。3).磁量子數(shù)miIA元 素 周 期 表OHIIA金屬非金屬惰性氣體過渡元素IIIAIVAVAVIAVIIAHeLiBeBCNOFNeNaMgIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIBAlSiPSClArKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrYZrNbMoT