武汉理工大学材科名词解释和材料科学基础基本概念

1、1 材料引言玻璃玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料。水泥水泥是指加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能够将砂，石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性材料。耐火材料耐火材料是指耐火度不低于1580摄氏度的无机非金属材料。硅质耐火材料，镁质耐火材料，熔铸耐火材料，轻质耐火材料，不定形耐火材料。高聚物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。胶粘剂胶粘剂是指在常温下处于粘流态，当受到外力作用时，会产生永久变形，外力撤去后又不能恢复原状的高聚物。合金合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素形成的具有金属特性的新物质固溶体当合金的晶体结

2、构保持溶质组元的晶体结构时，这种合金成为一次固溶体或端际固溶体，简称固溶体。电子化合物电子化合物是指具有一定（或近似一定）的电子浓度值，且结构相同或密切相关的相。间隙化合物间隙化合物（或间隙相）是由原子半径较大的过渡金属元素（Fe,Cr,Mn,Mo,W,V等）和原子半径较小的非（准）金属元素（H,B,C,N,Si,等）形成的金属间化合物。传统无机非金属材料主要是指由SiO2及其硅酸盐化合物为主要成分制成的材料，包括陶瓷，玻璃，水泥和耐火材料等。新型无机非金属材料是用氧化物，氮化物，碳化物，硼化物，硫化物，硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。2 晶体结构晶体晶体是离子，原子

3、或分子按一定的空间结构排列所组成的固体，其质点在空间的分布具有周期性和对称性，因而，晶体具有规则的外形。晶胞晶胞是从晶体结构中取出来的反应晶体周期性和对称性的重复单元。晶体结构晶体结构是指晶体中原子或分子的排列情况，由空间点阵+结构基元而构成，晶体结构的形式是无限多的。空间点阵空间点阵是把晶体结构中原子或分子等结构基元抽象为周围环境相同的阵点之后，描述晶体结构的周期性和对称性的图像。晶面可将晶体点阵在任何方向上分解为相互平行的节点平面，这样的结点平面成为晶面。晶面指数结晶学中经常用（h k l）来表示一组平行晶面，成为晶面指数。晶面族在对称性高的晶体（如立方晶系）中，往往有并不平行的两组以上的

4、晶面，它们的原子排列状况是相同的，这些晶面构成一个晶面族。晶向族晶体中原子排列周期相同的所有晶向为一个晶向族，用u v w表示。晶带或晶带面在结晶学中，把同时平行某一晶向u v w的所有晶面成为一个晶带（Zone）或晶带面Plane of a Zone，该晶向u v w成为这个晶带的晶带轴（Zone Axis），一个晶带中任一晶面（h k l）与其晶带轴u v w之间的关系满足晶带轴定理：hu+kv+lw=0离子键离子键是正，负离子依靠静电库仑力而产生的键合。共价键共价键是原子之间通过共用电子对或通过电子云重叠而产生的键合。金属键金属键是失去最外层电子（价电子）的原子实和自由电子组成的电子云之

5、间的静电库仑力而产生的键合。范德华键（分子键）范德华键（分子键）是通过“分子力”而产生的键合。氢键氢键是指氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子（O,F,N等）相结合所形成的键。晶体的结合能晶体的结合能Eb定义为：组成晶体的N个原子处于“自由”状态时的总能量EN与晶体处于稳定状态时的总能量E0的差值，即Eb=EN-E0晶格能对于离子晶体而言，其晶格能EL定义为：1mol离子晶体中的正负离子，由相互远离的气态结合成离子晶体时所释放出的能量。空间利用率（原子堆积系数）晶胞中原子体积与晶胞体积的比值。孤立态原子半径从原子核中心到核外电子的几率分布趋向于零的位置间的距离。这个半径亦称为范德华半

6、径。金属原子半径相邻两原子面间距离的一半。如果是离子晶体，则定义正，负离子半径之和等于相邻两原子面间的距离。配位数一个原子（或离子）周围同种原子（或异号离子）的数目成为原子或离子的配位数，用CN来表示。离子极化在离子紧密堆积时，带电荷的离子所产生的电场，必然要对另一个离子的电子云产生吸引或排斥作用，使之发生变形，这种现象称为极化。哥希密特化学定律晶体结构取决于其组成基元（原子，离子或离子团）的数量关系，大小关系及极化性能。同质多晶这种化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下形成结构不同的晶体的现象，成为同质多晶。由此所产生的每一种化学组成相同但结构不同的晶体，成为变体。类质同晶化学组成相似或相

7、近的物质，在相同的热流条件下，形成的晶体具有相同的结构，这种现象称为类质同晶现象。位移性转变仅仅是结构畸变，转变前后结构差异小，转变时并不打开任何键或改变最邻近的配位数，只是原子的位置发生少许位移，使次级配位有所改变。重建性转变不能简单地通过原子位移来实现，转变前后结构差异大，必须破坏原子间的键，形成一个具有新键的结构。Hume-Rothery规则如果某非金属元素的原子能以单键与其他原子共价结合形成单质晶体，则每个原子周围共价单键的数目为8减去元素所在周期表的族数（m），即共价单键数目为（8-m）。这个规则亦称为（8-m）规则。解理晶体沿某个晶面劈裂的现象称为解理。热释电性热释电性是指某些像六

8、方ZnS型的晶体，由于加热使整个晶体温度变化，结果在与该晶体c轴垂直方向的一端出现正电荷，在相反的一端出现负电荷的性质。晶体的热释电性与晶体内部的自发极化有关。声电效应通过半导体进行声电相互转换得现象称为声电效应。反萤石结构碱金属元素的氧化物R2O、硫化物R2S、硒化物R2Se、碲化物R2Te等A2X型化合物为反萤石结构，它们的正负离子位置刚好与萤石结构中的相反，即碱金属离子占据F-离子的位置，O2-或其他离子占据Ca2+的位置。这种正负离子位置颠倒的结构，叫做反同形体。电光效应电光效应是指对晶体施加电场时，晶体的折射率发生变化的效应。铁电晶体铁电晶体是指具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回

9、线的晶体。声光效应声光效应是指光波被声光介质中的超声波所衍射或散射的现象。正尖晶石和反尖晶石在尖晶石结构中，如果A离子占据四面体空隙，B离子占据占据八面体空隙，则称为正尖晶石。反之，如果半数的B离子占据四面体空隙，A离子和另外半数的B离子占据八面体空隙，则称为反尖晶石。正尖晶石（A）B2O4 反尖晶石（B）ABO4同晶取代SiO4四面体中心的Si4+离子可部分地被Al3+所取代，取代后的结构本身并不发生大的变化，即所谓的同晶取代，但晶体的性质却可以发生很大的变化。压电效应某些晶体在机械力作用下发生变形，使晶体内正负电荷中心相对位移而极化，致使晶体两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与应力

10、成比例。这种由“压力”产生“电”的现象称为正压电效应。反之，如果具有压电效应的晶体置于外电场中，电场使晶体内部正负电荷中心位移，导致晶体产生形变。这种由“电”产生“机械形变”的现象称为逆压电效应。高分子高分子是指其分子主链上的原子都直接以共价键连接，且链上的成键原子都共享成键电子的化合物。3 晶体结构缺陷晶体结构缺陷通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变成为晶体的结构缺陷。点缺陷点缺陷亦称为零维缺陷，缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。点缺陷包括空位、间隙质点、杂志质心和色心等。线缺陷线缺陷也称为一维缺陷，是指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，

11、即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。如各种位错。面缺陷面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三位方向上很小。如晶界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。体缺陷体缺陷亦称为三维缺陷，是指在局部的三维空间偏离理想晶体的周期性、规则性排列而产生的缺陷。如第二相粒子团、空位团等。热缺陷热缺陷称为本征缺陷，是指由热起伏的原因所产生的空位和（或）间隙质点（原子或离子）。热缺陷包括弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷。弗伦克尔缺陷是质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙质点成对出现。肖特基缺陷是质点由表面位置迁移到新表面

12、位置，在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位，其特征是正负离子空位成比例出现。滑移在外力作用下，晶体的一部分相对于另一部分，沿着一定晶面的一定晶向发生平移，使晶面上的原子从一个平衡位置平移到另一个平衡位置，此过程称为滑移。滑移系统一个滑移面和该面上的一个确定的滑移方向，构成一个一个滑移系统，以（h k l）u v w来表示。孪生晶体塑性形变的另一种机制是孪生，即在外力作用下，晶体的一部分相对于另一部分，沿着一定的晶面和晶向发生切变，切变之后，两部分晶体的位向以切变面为镜面成对称关系。发生切变的晶面和方向分别叫孪晶面和孪生方向。变形后发生切变的部分和与其呈晶面对称的部分构成孪晶，其界面是

13、共格晶面。位错滑移位错滑移是指在外力作用下，位错线在其滑移面（即位错线和伯氏矢量b构成的晶面）上的运动，结果导致晶体永久变形。位错攀移位错攀移是指在热缺陷或外力作用下，位错线在垂直其滑移面方向上的运动，结果导致晶体中空位或间隙质点的增殖或减少。位错的线张力线张力是一种组态力，定义为使位错线增加单位长度所需要的能量，所以线张力在数值上等于单位长度位错线的应变能，即T=W=Gb2。固溶体将外来组元引入晶体结构，占据基质晶体质点位置或间隙位置的一部分，仍保持一个晶相，这种晶体成为固溶体。置换式固溶体亦称替代固溶体，其溶质原子位于点阵结点上，替代（置换）了部分溶剂原子。间隙式固溶体亦称间隙型固溶体，其

14、溶质原子位于点阵的间隙中。非化学计量缺陷按照化学中定比定律，化合物中的不同原子的数量要保持固定的比例，但在实际的化合物中，有一些化合物并不符合定比定律，其中负离子与正离子的比例并不是固定的比例关系，这些化合物称为非化学计量化合物。这是在化学组成上偏离化学计量而产生的一种缺陷。色心色心是由于电子补偿而引起的一种缺陷。一些电子体受到X射线、射线、中子或电子辐照，往往会产生颜色。4 非晶态结构与性质熔体，玻璃体熔体或液体是介于气体和固体（晶体）之间的一种物质状态。熔体特指加热到较高温度才能液化的物质的液体，即较高熔点物质的液体。熔体快速冷却则变成玻璃体。缩聚由分化过程产生的低聚合物不是一成不变的，它

15、可以相互发生作用，形成级次较高的聚合物，同时释放出部分Na2O。这过程成为缩聚。硼反常现象这种由于B3+离子配位数变化引起性能曲线上出现转折的现象，称为硼反反常现象。混合碱效应熔体中同时引入一种以上的R2O或RO时，粘度比等量的一种R2O或RO高，称为“混合碱效应”，这可能和离子的半径、配位等结晶化学条件不同而相互制约有关。单键强度通过测定各种化合物（MOx）的离解能（MOx离解为气态原子时所需要的总能量），将这个能量除以该种化合物正离子M的氧配位数，可得出MO单键强度（单位是kJ/mol）。晶子学说玻璃结构是一种不连续的原子集合体，即无数“晶子”分散在无定形介质中；“晶子”的化学性质和数量取

16、决于玻璃的化学组成，可以是独立原子团或一定组成的化合物和固体等微观多相体，与该玻璃物系的相平衡有关；“晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格极度变形的微笑有序区域，在“晶子”中心质点排列较有规律，愈远离中心则变形程度愈大；从“晶子”部分到无定形部分的过渡是逐步完成的，两者之间无明显界线。无规则网络学说玻璃的结构与相应得晶体结构相似，同样形成连续的三维空间网络结构。但玻璃的网络与晶体的网络不同，玻璃的网络是不规则的、非周期的，因此玻璃的内能比晶体的内能要大。由于玻璃的强度与晶体的强度属于同一个数量级，玻璃的内能与相应晶体的内能相差并不多，因此它们的结构单元（四面体或三角体）应是相同的，不同之处在于排

17、列的周期性。5 表面结构与性质弛豫表面为使体系能量尽可能降低，表面上的原子常常会产生相对于正常位置的上、下位移，结果表面相中原子层的间距偏离体相原子层的间距，产生压缩或膨胀。表面上原子的这种位移称为表面弛豫。重构表面重构是指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内，但垂直方向的层间距离体内相同。吸附表面吸附表面有时也称界面。它是在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围空间吸附在表面上的质点所构成的表面。根据原子在基底上的吸附位置，一般可分为四种吸附情况，即顶吸附、桥吸附、填充吸附和中心吸附等。表面偏析表面的许多现象如催化、腐蚀、摩擦等，都与表面的组成和结构有关。不论表面进行多么严格

18、的清洁处理，总有一些杂质由体内偏析到表面上来，从而使固体表面组成与体内不同。固体表面力晶体中每个质点周围都存在着一个力场。由于晶体内部质点排列是有序和周期重复的，故每个质点力场是对称的。但在固体表面，质点排列的周期重复性中断，使处于表面边界上的质点力场对称性破坏，表现出剩余的键力，这就是固体表面力。范德华力分子引力，一般是指固体表面与被吸附质点（例如气体分子）之间相互作用力。粘附功是指把单位粘附界面拉开所需的功。 6 相平衡和相图凝聚系统没有气相或虽有气相但其影响可忽略不计的系统称为凝聚系统。相系统中具有相同物理与化学性质的完全均匀部分的总和成为相。组元系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的

19、化学纯物质称为组元。独立组元足以表示形成平衡系统中各相组成所需要的最少数目的物质（组元）成为独立组元。自由度在一定范围内，可以任意改变而不引起旧相消失或新相产生的独立变量称为自由度。可逆与不可逆多晶转变多晶转变根据其进行的方向是否可逆，分为可逆的转变和不可逆的转变两种类型。可逆转变又称为双向转变，不可逆转变称为单向转变。独立析晶独立析晶通常是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回吸的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来，使转熔过程不能继续进行，从而使液相进行另一个单独的析晶过程，这就是所谓的独立析晶。7 基本动力学过程扩散扩散扩散是物质内质点运动的基本方式，当温度高于绝对零度时，任何物系内的

20、质点都在做热运动。当物质内有梯度（化学位、浓度、应力梯度等）存在时，由于热运动而触发（导致）的质点定向迁移即所谓的扩散。稳态扩散与非稳态扩散稳态扩散的特征是空间任意一点的浓度不随时间变化，扩散通量不随位置变化；非稳态扩散的特征是空间任意一点的浓度随时间变化，扩散通量随位置变化。稳态扩散在扩散系统中，若对于任一体积元，在任一时刻流入的物质量与流出的物质量相等，即任一点的浓度不随时间变化，则称这种状态为稳态扩散。本征扩散与非本征扩散本征扩散是由本征点缺陷（即热缺陷）引起的扩散；非本征扩散是由非本征点缺陷引起的扩散，又包括掺杂点缺陷和非化学计量化合物两种情况。自扩散与互扩散自扩散是指不伴有浓度变化的

21、扩散，与浓度梯度无关，只能发生在纯金属或均匀固溶体中；互扩散是指伴有浓度变化的扩散，与浓度差有关。克肯达尔效应由于多元系统中各组元扩散速率不同而引起的扩散偶原始界面向扩散速率快的一侧移动的现象称为克肯达尔效应。8 材料中的相变一级相变在临界温度、临界压力时，两相化学位相等，但化学位的一阶偏导数不相等的相变。二级相变相变时化学位及其一阶偏导数相等，而二阶偏导数不相等的相变。扩散型相变在相变时，依靠原子（离子）的扩散来进行的相变成为扩散型相变。非扩散型相变相变过程不存在原子（离子）的扩散，或虽存在扩散但不是相变所必需的或不是主要过程的相变即为无扩散型相变。共格应变能对于大多数晶态固体来说，其点阵常

22、数总是随成分而改变的，如果这种固溶体发生调幅分解时，点阵保持共格，必须使点阵发生弹性畸变而引起应变能。比体积应变能由切变产生的应变能与由体积变化产生的应变能之和。10 烧结烧结压制成型后的粉状物在低于熔点的高温作用下，通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，气孔派出，体积收缩，强度提高，逐渐变成具有一定的几何形状和坚固整个的过程。初次再结晶是指从塑性变形的、具有应变的基质中，生长出新的无应变晶粒的成核和长大过程。二次再结晶正常的晶粒长大是晶界移动，晶粒的平均尺寸增加。如果晶界受到杂质等第二相质点的阻碍，正常的晶粒长大便会停止。但是当坯体中若有大晶粒存在时，这些大晶粒变数较多，晶界曲率较大，能量较高，

23、使晶界可以越过杂质或气孔而继续移向邻近小晶粒的曲率中心。晶粒的进一步生长，增大了晶界的曲率使生长过程不断加速，直到大晶粒的边界互相接触为止。这个过程称为二次再结晶或异常的晶粒长大。11 腐蚀与氧化全面腐蚀是常见的一种腐蚀，是指整个金属表面均发生腐蚀，它可以是均匀的也可以是不均匀的。应力腐蚀（SCC）是指金属材料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。应力腐蚀开裂门槛值一般认为当拉伸应力低于某一个临界值时，不再发生断裂破坏，这个临界应力称应力腐蚀开裂门槛值，用KISCC表示。晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。氧化广义的金属氧化是金属在一定温度条件下与环

24、境介质O2（还有S2、Cl2、N2、C等）间发生化学反应而引起材料损耗的不可逆腐蚀过程。12 材料的疲劳与断裂疲劳破坏材料或构件在交变应力（应变）作用下发生的破坏称为疲劳破坏或疲劳失效。热疲劳由于温度的变化形成的变动热应力引起的疲劳称为热疲劳。氢腐蚀材料在高温高压环境下使用较长时间后，有时在晶界附近能产生很多气泡或裂纹，从而引起构件的失效，这种不可逆损伤一般称为氢腐蚀。晶体缺陷单晶体：是指在整个晶体内部原子都按照周期性的规则排列。多晶体：是指在晶体内每个局部区域里原子按周期性的规则排列，但不同局部区域之间原子的排列方向并不相同，因此多晶体也可看成由许多取向不同的小单晶体（晶粒）组成点缺陷（Po

25、int defects）：最简单的晶体缺陷，在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列。在空间三维方向上的尺寸都很小，约为一个、几个原子间距，又称零维缺陷。包括空位vacancies、间隙原子interstitial atoms、杂质impurities、溶质原子solutes等。线缺陷（Linear defects）：在一个方向上的缺陷扩展很大，其它两个方向上尺寸很小，也称为一维缺陷。主要为位错dislocations。面缺陷（Planar defects）：在两个方向上的缺陷扩展很大，其它一个方向上尺寸很小，也称为二维缺陷。包括晶界grain boundaries、相界phase b

26、oundaries、孪晶界twin boundaries、堆垛层错stacking faults等。晶体中点阵结点上的原子以其平衡位置为中心作热振动，当振动能足够大时，将克服周围原子的制约，跳离原来的位置，使得点阵中形成空结点，称为空位vacancies 肖脱基（Schottky）空位：迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置，使晶体内部留下空位。弗兰克尔（Frenkel）缺陷：挤入间隙位置，在晶体中形成数目相等的空位和间隙原子。晶格畸变：点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变。从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降；电阻升高，密度减小等。热平衡缺陷：由于热起伏促使原子脱离点阵位置而

27、形成的点缺陷称为热平衡缺陷（thermal equilibrium defects），这是晶体内原子的热运动的内部条件决定的。过饱和的点缺陷：通过改变外部条件形成点缺陷，包括高温淬火、冷变形加工、高能粒子辐照等，这时的点缺陷浓度超过了平衡浓度，称为过饱和的点缺陷(supersaturated point defects) 。位错：当晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移时，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错。刃型位错线可以理解为已滑移区和未滑移区的分界线，它不一定是直

28、线螺型位错：位错附近的原子是按螺旋形排列的。螺型位错的位错线与滑移矢量平行，因此一定是直线混合位错：一种更为普遍的位错形式，其滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错线相交成任意角度。可看作是刃型位错和螺型位错的混合形式。柏氏矢量 b: 用于表征不同类型位错的特征的一个物理参量，是决定晶格偏离方向与大小的向量，可揭示位错的本质。位错的滑移（守恒运动）：在外加切应力作用下，位错中心附近的原子沿柏氏矢量b方向在滑移面上不断作少量位移（小于一个原子间距）而逐步实现。 交滑移：由于螺型位错可有多个滑移面，螺型位错在原滑移面上运动受阻时，可转移到与之相交的另一个滑移面上继续滑移。如果交滑移后的位错再转

29、回到和原滑移面平行的滑移面上继续运动，则称为双交滑移。 位错滑移的特点1) 刃型位错滑移的切应力方向与位错线垂直，而螺型位错滑移的切应力方向与位错线平行； 2) 无论刃型位错还是螺型位错，位错的运动方向总是与位错线垂直的；（伯氏矢量方向代表晶体的滑移方向） 3) 刃型位错引起的晶体的滑移方向与位错运动方向一致，而螺型位错引起的晶体的滑移方向与位错运动方向垂直； 4) 位错滑移的切应力方向与柏氏矢量一致；位错滑移后，滑移面两侧晶体的相对位移与柏氏矢量一致。5) 对螺型位错，如果在原滑移面上运动受阻时，有可能转移到与之相交的另一滑移面上继续滑移，这称为交滑移 (双交滑移）派-纳力：晶体滑移需克服晶

30、体点阵对位错的阻力，即点阵阻力位错的攀移（非守恒运动）：刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动，主要是通过原子或空位的扩散来实现的（滑移过程基本不涉及原子的扩散）。位错在某一滑移面上运动时，对穿过滑移面的其它位错（林位错）的交割。包括扭折和割阶。扭折：位错交割形成的曲折线段在位错的滑移面上时，称为扭折。割阶：若该曲折线段垂直于位错的滑移面时，称为割阶。 位错交割的特点1) 运动位错交割后，在位错线上可能产生一个扭折或割阶，其大小和方向取决于另一位错的柏氏矢量，但具有原位错线的柏氏矢量(指扭折或割阶的长度和方向)2) 所有的割阶都是刃型位错，而扭折可以是刃型也可是螺型的。 3) 扭折与原位错线在同一

31、滑移面上，可随位错线一道运动，几乎不产生阻力，且在线张力的作用下易于消失；4）割阶与原位错不在同一滑移面上，只能通过攀移运动，所以割阶是位错运动的障碍- 割阶硬化 位错的应变能：位错周围点阵畸变引起的弹性应力场，导致晶体能量的增加，称为位错的应变能或位错的能量。 位错密度：单位体积内所包含的位错线总长度。 r = L / V (cm-2)一般，位错密度也定义为单位面积所见到的位错数目 r = n / A (cm-2) 单位位错 Unit dislocation：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错全位错 Perfect dislocation：柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错，全位错滑移后晶体原

32、子排列不变不全位错 Imperfect dislocation：柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错，不全位错滑移后晶体原子排列规律变化部分位错 Partial dislocation：柏氏矢量小于点阵矢量的位错 堆垛层错：实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序有可能遭到破坏和错排，称为堆垛层错，简称层错。位错反应：位错线之间可以合并或分解，称为位错反应界面interface：通常包含几个原子层厚的区域，其原子排列及化学成分不同于晶体内部，可视为二维结构分布，也称为晶体的面缺陷。包括：外表面和内界面外表面：指固体材料与气体或液体的分界面。它与摩擦、吸附、腐蚀、催化、光学、微电子等密切相关。 内界面

33、：分为 晶粒界面、亚晶界、孪晶界、层错、相界面等。 表面能：晶体表面单位面积自由能的增加，可理解为晶体表面产生单位面积新表面所作的功 = dW/ds 小角度晶界：（Low-angle grain boundary）相邻晶粒的位相差小于10º亚晶界一般为2º左右。对称倾斜晶界：(symmetric tilt boundary) 晶界两侧晶体互相倾斜 晶界的界面对于两个晶粒是对称的，其晶界视为一列平行的刃型位错组成。大角度晶界：（High-angle grain boundary） 相邻晶粒的位相差大于10º 重合位置点阵：当两个相邻晶粒的位相差为某一值时，若设想两晶

34、粒的点阵彼此通过晶界向对方延伸，则其中一些原子将出现有规律的相互重合。由这些原子重合位置所组成的比原来晶体点阵大的新点阵，称为重合位置点阵。 晶界特性1）晶粒的长大和晶界的平直化能减少晶界面积和晶界能，在适当的温度下是一个自发的过程；须原子扩散实现2) 晶界处原子排列不规则，常温下对位错的运动起阻碍作用，宏观上表现出提高强度和硬度；而高温下晶界由于起粘滞性，易使晶粒间滑动； 3) 晶界处有较多的缺陷，如空穴、位错等，具有较高的动能，原子扩散速度比晶内高；4) 固态相变时，由于晶界能量高且原子扩散容易，所以新相易在晶界处形核； 5) 由于成分偏析和内吸附现象，晶界容易富集杂质原子，晶界熔点低，加

35、热时易导致晶界先熔化；à过热 6）由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的缘故，晶界腐蚀比晶内腐蚀速率快。 孪晶 Twins：两个晶体(或一个晶体的两部分)沿一个公共晶面构成镜面对称的位相关系，这两个晶体称为孪晶；这一公共晶面称为孪晶面(孪晶界) Twin plane (boundary)。 相界：具有不同结构的两相之间的分界面称为“相界” 非共格界面(non-coherent interface)：当两相邻晶体在界面处的晶面间距相差很大时，这种相界与大角度晶界相似，可看成是由原子不规则排列的薄过渡层构成 变形塑性变形的方式：主要通过滑移和孪生、还有扭折。滑移是指

36、晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。滑移带：滑移线的集合构成滑移带，滑移带是由更细的滑移线所组成，滑移系：一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系临界切应力：滑移只能在切应力的作用下发生，产生滑移的最小切应力称临界切应力。滑移是通过滑移面上的位错的运动来实现的孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的晶面称孪生面孪生与滑移的主要区别1 孪生通过晶格切变使晶格位向改变，使变形部分与未变形部分呈镜面对称；而滑移不引起晶格位向改变。2 孪生时，相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距；而滑移时滑移面两侧晶

37、体的相对位移量是原子间距的整数倍。3 孪生所需要的切应力比滑移大得多，变形速度大得多退火孪晶：由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶位错的塞积：当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来,称位错的塞积细晶强化：通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，使在断裂前发生较大的塑性变形。强度和塑性同时增加,金属在断裂前消耗的功也越大，因而其韧性也比较好。固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化原因：由于溶质原子与位错相互作用的结果，溶质原子不

38、仅使晶格发生畸变，而且易被吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错被钉扎住，位错要脱钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高柯氏Cotrell气团溶质原子的偏聚现象。在位错线附近存在溶质原子偏聚，位错的滑移受到约束和钉扎作用，塑性变形难度增加，金属材料的强度增加。弥散强化：当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。原因：由于硬的颗粒不易被切变，因而阻碍了位错的运动，提高了变形抗力加工硬化：随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化原因：随变形量增加, 位错密度增加，由于位错之间的交互

39、作用(堆积、缠结)，使得位错难以继续运动，从而使变形抗力增加；这是最本质的原因形变织构：由于晶粒的转动，当塑性变形达到一定程度时，会使绝大部分晶粒的某一位向与变形方向趋于一致，这种现象称形变织构或择优取向。内应力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受力时, 内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形时,外力所做的功大部分转化为热能，只有10%转化为内应力残留于金属中. 回复与再结晶回复recovery：是指新的无畸变晶粒出现前所产生的亚结构和性能变化的阶段。金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空位与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合并而使缺陷数量减少等。再结晶recry

40、stallization：是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程。在开始阶段，在畸变较大的区域里产生新的无畸变的晶粒核心，即再结晶的形核过程；然后通过逐渐消耗周围变形晶粒而长大，转变成为新的等轴晶，直至冷变形晶粒完全消失。晶粒长大grain growth：是指再结晶结束后晶粒的长大过程，在晶界界面能的驱动下，新晶粒会发生合并长大，最终达到一个相对稳定的尺寸多边形化：由于位错运动使其由冷塑性变形时的无序状态变为垂直分布，形成亚晶界，这一过程称多边形化 去应力退火：利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化，这种热处理方法称去应力退火回复阶段退火的作用： 提高扩散 促进位

41、错运动 释放内应变能回复退火产生的结果： 电阻率下降 硬度、强度下降不多 降低内应力再结晶的形核率是指单位时间、单位体积内形成的再结晶核心的数目，一般用N表示；晶核一旦形成便会继续长大至相邻晶粒彼此相遇，长大速率用G表示再结晶温度：再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶的最低温度称再结晶温度。再结晶退火：把消除加工硬化的热处理称为再结晶退火晶粒的长大：正常长大，异常长大。正常长大：大多数晶粒几乎同时长大，晶粒长大的驱动力是降低其界面能，晶粒界面的不同曲率是造成界面迁移的直接原因，界面总是向曲率中心的方向移动。异常长大（不连续晶粒长大、二次再结晶）

42、：少数晶粒突发性不均匀长大，使晶粒之间尺寸差别显著增大，直至这些迅速长大的晶粒完全相互接触为止。退火孪晶:再结晶退火后出现的孪晶。是由于再结晶过程中因晶界迁移出现层错形成的再结晶织构:再结晶退火后形成的织构。退火可将形变织构消除，也可形成新织构低于再结晶温度的加工变形称为冷加工高于再结晶温度的加工变形称为热加工热加工：在加工变形的同时产生加工硬化和动态回复与再结晶，并且热加工产生的加工硬化很快被回复再结晶产生的软化所抵消，所以热加工体现不出加工硬化现象。动态回复：在塑变过程中发生的回复。动态再结晶：在塑变过程中发生的再结晶。 特点：反复形核，有限长大，晶粒较细。 包含亚晶粒，位错密度较高，强度

43、硬度高。超塑性：某些材料在特定变形条件下呈现的特别大的延伸率材料的凝固结构起伏（Structural undulation）：液态金属中存在着原子排列规则（有序）的小区域（原子集团），但是不稳定，存在原子重新聚集clustering，此起彼伏。能量起伏（Energy undulation）：造成结构起伏的原因是液态金属中存在着能量起伏，能量低的地方形成cluster，遇到能量高峰又散开成无序状态。结构起伏与能量起伏是对应的。过冷：结晶只有在T0以下的实际结晶温度下才能进行，这种现象称为过冷过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差DT称过冷度 DT= T0 T1均匀形核：是指新相晶核在母相中均匀地

44、生成，即晶核由液相中的一些cluster直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响非均匀形核：是指新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核，也称异质形核。临界形核功：形成临界晶核所需的能量G*称为临界形核功。形核率N：是指在单位时间内，单位体积的金属液体中形成的晶核数光滑界面：是指固相表面为基本完整的原子密排面，固液两相截然分开，从微观上看界面是光滑的，但是从宏观来看，界面呈锯齿状的折线。粗糙界面：在微观上高低不平、粗糙，存在几个原子厚度的过渡层，但是宏观上看，界面反而是平直的。过冷度：晶体长大也需要一定的过冷度。长大所需的界面过冷度称为动态过冷度，用Tk表示。粗糙界面长大机制：连续长大，晶体沿界面的法线方向向液相中生长。这种长大方式叫做垂直长大(vertical growth)，或连续长大 粗糙界面光滑界面晶体长大机制：二维形核 借螺型位错长大成分起伏：材料内因原子的热运动引起微区中成分瞬间偏离溶液的平均成分，出现起伏平衡分配系数k0：平衡凝固时固相的溶质质量分数wS（成分）和液相溶质质量分数wL（成分）之比。 正偏析：溶质浓度由锭表面向中心逐渐增加的不均匀分布称为正偏析，它是宏观偏析的一种。这种偏析通过扩散退火也难以消除区域熔炼：原始质量浓度为r0，凝固前端部分的溶质浓度不断下降（k0<1），后端部分不断富集，使前端溶质减少而得到提纯