材料科学基础复习要点

第三章、熔体和玻璃1、熔体的概念：不同聚合程度的各种聚合物的混合物硅酸盐熔体的粘度与组成的关系，粘度的理论解释。粘度随碱性氧化物含量增加而剧烈降低粘度随O/Si比值的上升而下降。当Al2O3/Na2O≤1时，用Al2O3代替SiO2可以起“补网”作用，从而提高粘度硅酸盐熔体粘度大小的主要因素是硅氧四面体网络连接程度。绝对速度理论自由体积理论过剩熵理论2、非晶态物质的特点：近程有序而远程无序。3、玻璃的通性：各向同性介稳性熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性熔融态向玻璃态转化时其物化性质随温度变化的连续性4、Tg、Tf,相对应的粘度和特点玻璃化温度、脆性温度，是退火的上限温度。粘度均为10121013dPa·s。可拉成丝的最低温度，软化温度，相当于粘度等于109dPa•S5、网络形成体、网络变性体、网络中间体6、玻璃形成的热力学、动力学、结晶化学观点熔体是物质在TM以上存在的一种高能状态。据随温度降低，熔体释放能量大小不同，冷却途径分为三种：1.结晶化2.玻璃化3.分相影响析晶因素成核速率Iv和晶体生长速率u需要适当的过冷度离子共价混合键既具有离子键易改变键角、易形成无对称变形的趋势，有利于造成玻璃的远程无序又有共价键的方向性和饱和性，不易改变键长和键角的倾向，造成玻璃的近程有序，因此容易形成玻璃。7、玻璃的结构学说（二种玻璃结构学说的共同之处和不同之处）晶子学说：玻璃由无数的“晶子”组成。它分散于无定形的介质中，并且“晶子”到介质的过渡是逐渐完成的，两者之间无明显界线。无规则网络学说:形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成相似的三维空间网络,这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三维空间无规律的发展而构筑起来的玻璃是具有近程有序、远程无序结构特点的无定形物质。晶子假说着重于玻璃结构的微不均匀和有序性。无规则网络学说着重于玻璃结构的无序、连续、均匀和统计性。8、玻璃的结构参数根据玻璃类型确定：Z；先计算：R；再计算：X、Y（注意网络中间体Al2O3在其中的作用，以及比较复杂成分的结构参数计算）X+Y=ZX+1/2Y=R硅酸盐和磷酸盐玻璃Z=4、硼酸盐玻璃Z=3(R2O＋RO)/Al2O31,则有[AlO4]即为网络形成离子9、硼的反常现象与硅酸盐玻璃相比，其性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律刚好相反，这也称之为硼反常性。硼氧三角体转变为由Ob组成的硼氧四面体第五章、热力学应用1.热力学在凝聚态体系中应用的特点2.热力学应用计算方法：1）经典法2）函数法3.纯固相参与的固相反应：给定原料配比条件下，各反应自由能G与温度间的关系，及其对固相反应的分析应用。4.伴有熔体参与的固相反应5.了解金属氧化物的高温稳定性第六章、相平衡1、相律以及相图中的一些基本概念:相、独立组分、自由度等2、水型物质与硫型物质相图的特点（固液界线的斜率？）3、单元系统相图中亚稳区域的特点4、SiO2相图中的多晶转变（重建型转变、位移型转变）5、一致熔化合物和不一致熔化合物的特点6、形成连续固溶体的二元相图的特点（没有二元无变量点）7、相图的坐标系统由什么来决定（相平衡系统中的最大自由度）8、界线、连线的概念，以及他们的关系9、等含量规则、等比例规则、背向规则、杠杆规则、连线规则、切线规则、重心规则。10、独立析晶（非平衡析晶）11、三元相图析晶路径的分析过程和方法（要熟练掌握）判断化合物的性质划分副三角形标出界线上的温度走向和界线的性质确定无变量点的性质分析具体的析晶路程第七章、扩散与固相反应1、固体中扩散的特点固体质点之间作用力较强，开始扩散温度较高，但远低于熔点；固体是凝聚态，质点以一定方式堆积，质点迁移必须越过势垒，扩散速率较低，迁移自由程约为晶格常数大小；晶体中质点扩散有各向异性2、菲克定律（宏观现象）菲克第一定律：稳态扩散：扩散物质在扩散层内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0；菲克第二定律：不稳态扩散：扩散物质在扩散层内各处的浓度随时间而变化，即dc/dt03、扩散系数是一个什么样的参数4、扩散推动力（化学位梯度）5、扩散系数的一般热力学关系式6、质点的扩散方式（五种、其中空位最常见，所需能量最小）7、本征扩散、非本征扩散，及其相应的扩散系数D产生本征扩散与非本征扩散的原因，分析、计算8、萤石结构的ZrO2中Zr4+和O2-哪个扩散的活化能大？（Zr4+缺陷方程的书写）9、固相反应的定义、泰曼温度10、固相反应的转化率：参与反应的一种反应物，在反应过程中被反应了的体积分数11、固相反应的一般动力学关系（反应的总阻力=各个分阻力之和）12、固相反应的特点（化学反应动力学范围、扩散动力学范围）13、杨德尔方程G＜0.314、金斯特林格方程G＜0.815、如果要合成某种化合物，从提高反应速率的角度出发，可提供选择的原料中选择什么原料较好？16、影响固相反应的因素？第八章、相变1、相变的概念（相的概念等）相变：指在一定外界条件下，体系中发生的从一相到另一相的变化过程。只是物理过程2、相变的分类3、一级相变:相变前后若两相的化学势相等，但化学势的一级偏微商不等的相变。特征：相变时有相变潜热和体积的突变。二级相变:相变时两相的化学势及一级偏微商相等，但二级偏微商不等。特征：相变时V、S无突变，CP、β、α突变。4、固态相变：马氏体相变：是指钢中的奥氏体转变为马氏体的相变。有序－无序相变:随温度升降而出现低温有序和高温无序的可逆转变5、相变过程中的亚稳态:理论上物体冷却（或加热）到相转变温度，发生相变形成新相.这种理论上应发生相变而实际上不能发生相转变的区域(阴影区)称亚稳区。亚稳区内，旧相能以亚稳态存在，新相还不能生成。1)亚稳区具有不平衡状态的特征，是物相在理论上不能稳定存在，而实际上却能存在的区域；2)在亚稳区内，系统不能自发产生新相，要产生新相，必然要越过亚稳区，这就是过冷却的原因；3)在亚稳区内虽然不能自发产生新相，但是当有外来杂质存在时，或在外界能量影响下，也有可能在亚稳区内形成新相，此时使亚稳区缩小6、晶核的形成条件:高自由能液体转变为低自由能固体，系统自由能减小(G1)产生新相，形成新的界面，系统自由能增加(G2)临界晶核rk。（要有△T）7、影响成核速率的因素：核坯的数目、质点加到核坯上的速率I=P·D8、均匀成核：晶核从均匀的单相熔体中产生的几率处处是相同的。非均匀成核：借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程。选择成核剂的要求:9、晶体生长速率:物质扩散到晶核表面的速度物质由液态结构转变为晶体结构的速度10、成核与晶体生长相比，需要更大的△T，以及析晶过程分析T对晶核形成速率I的影响；T对晶体生长速率u的影响；T对析晶范围的影响；“析晶区”——两曲线重叠区T对析晶数量和晶粒尺寸的影响11、分相现象、分相的概念及影响因素影响的判断一个均匀的玻璃相（或液相）在一定的温度和组成范围内有可能分成两个互不溶解或部分溶解的玻璃相（或液相），并相互共存的现象，称为玻璃的分相（或称液相不混溶现象）。12、了解什么是调幅分相（Spinodal分解）13、试讨论非均匀成核的活化能与接触角θ的关系，并证明当接触角θ为90度时，非均匀活化能的是均匀成核活化能的一半。第九章、烧结1、烧结的概念、定义烧结——成型的粉末坯体，经加热收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体的过程。烧结的目的是把粉状材料转变为致密体2、烧成与烧结、烧结与固相反应烧成：包括多种物理、化学变化，如：脱水、坯体内气体分解、多相反应和熔融、溶解、烧结等，其包括范围宽。烧结：仅是粉料经加热而致密化的简单过程，是烧成过程的一个重要部分。相同点：均在低于材料熔点或熔融温度之下进行的；过程自始至终都至少有一相是固态不同点：固相反应至少有两组元参加，并发生化学反应。烧结只有单组元或两组元参加，且不发生化学反应3、烧结的推动力（过剩的表面能G）4、烧结的模型（烧结初期的动力学关系、颈部增长率与烧结收缩率之间的关系）5、蒸发-凝聚传质、扩散传质、塑性流动、粘性流动、溶解-沉淀传质特点、公式（与时间、粒径的关系）、计算传质过程的特点（△L/L））6、烧结中后期的特点是什么？颗粒开始粘结，颈部扩大，气孔相互联通。晶界开始移动，晶粒生长。此阶段以晶界和晶格扩散为主，坯体气孔率降低为5％，收缩达80％~90％。烧结中期致密化速率较快。气孔完全孤立，晶粒已明显长大。坯体收缩达90~100％。7、液相烧结与固相烧结的异同点8、晶粒生长与二次再结晶的概念（烧结中后期）晶粒生长：无应变的材料在热处理时，平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程二次再结晶：指少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程，又称晶粒异常长大和晶粒不连续生长。9、晶粒生长的计算公式：D2-D02=kt10、晶粒生长与二次再结晶的区别晶粒尺寸均匀生长界面处于平衡状态，无应力不存在晶体生长核心气孔都维持在晶界上或晶界交汇处个别晶粒异常长大大晶粒界面上有应力存在大晶粒是二次再结晶的核心气孔被包裹在晶粒内部11、造成二次再结晶的原因以及防止方法晶界数（原始颗粒的均匀度）晶粒起始物料颗粒的大小工艺因素：原始粒度不均匀、温度偏高、烧结速率太快、坯体成型压力不均匀及存在局部不均匀液相等引入适当的添加剂控制温度等，工艺因素12、在有杂质（或烧结添加剂存在下）的晶粒生长：G3-G03=kt13、约束晶粒生长的因素、烧结过程中晶界移动的情况（三种）夹杂物（杂质、气孔等）的阻碍作用晶界上液相的影响晶粒生长极限尺寸晶界能量较小，晶界移动被杂质或气孔所阻挡，Vb=0，晶粒正常长大停止晶界具有一定的能量，晶界带动杂质或气孔继续移动，Vb=VP。气孔利用晶界的快速通道进行聚集和排除，坯体不断致密。晶界能量大，晶界越过杂质或气孔，把气孔包裹在晶粒内部，VbVP