材料合成与制备课件资料讲解.ppt

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1、材料合成与制备课件1单晶体2多晶体3非晶体单晶(singlecrystal)，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。多晶是众多取向晶粒的单晶的集合。多晶与单晶内部均以点阵式的周期性结构为其基础，对同一品种晶体来说，两者本质相同。两者不同处在于单晶是各向异性的，多晶则是各向同性的。非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体。它没有一定规则的外形，如玻璃、石蜡等。从显微学上来看

2、单晶，多晶。单晶与多晶，一个晶粒就是单晶，多个晶粒就是多晶，没有晶粒就是非晶。单晶只有一套衍射斑点；多晶的话，取向不同会表现几套斑点，标定的时候，一套一套来，当然有可能有的斑点重合，通过多晶衍射的标定可以知道晶粒或者两相之间取向关系。如果晶粒太小，可能会出现多晶衍射环。非晶衍射是非晶衍射环，这个环均匀连续，与多晶衍射环有区别。举例单晶材料及应用：鸽血红（纯红色）红宝石粉红色红宝石蓝色蓝宝石黄色蓝宝石绿色蓝宝石紫色蓝宝石帕德马蓝宝石变色蓝宝石Cr3+Ｃr3+/Fe/TiFe2+/Ti4+

3、Fe3+、色心Fe3+、Fe3+/Ti4+Cr3+/Fe2+/Ti4+、Fe2+/Fe3+色心/Cr3+、Fe3+Fe、Ti、Cr１.１　固相-固相平衡的晶体生长１.２　液相-固相平衡的晶体生长１.３　气相-固相平衡的晶体生长第一章单晶材料的制备１.１　固相-固相平衡的晶体生长固-固生长即是结晶生长法。1）能在较低温度下生长；2）生长晶体的形状是预先固定的。所以丝、片等形状的晶体容易生长，取向也容易控制。3）杂质和添加组分的分布在生长前被固定下来，在生长过程中并不改变。难以控制成核以形成大晶粒。优点

4、缺点用应变退火方法生长单晶，通常是通过塑性变形，然后在适当的条件下加热等温退火，温度变化不能剧烈，结果使晶粒尺寸增大。１.１　固相-固相平衡的晶体生长1.1.1形变再结晶理论塑性变形（PlasticDeformation），金属零件在外力作用下产生不可恢复的永久变形。退火是将金属或合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。冷变形后材料经重新加热进行退火之后，其组织和性能会发生变化。观察在不同加热温度下变化的特点可将退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。1.1.1形变再结晶理论晶

5、粒长大是指再结晶结束之后晶粒的继续长大。回复是指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段；再结晶是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程；经塑性变形后，材料承受了大量的应变，因而储存大量的应变能。在产生应变时，发生的自由能变化近似等于做功减去释放的热量。该能量通常就是应变退火再结晶的主要推动力。残存的形变贮能1.再结晶驱动力应变退火再结晶的推动力由下式给出：∆G=W-q+GS+∆G0（1-8）W是产生应变或加工时所做的功（W的大部分驻留在晶粒间界中），q是作为热而释放的能量，GS是

6、晶粒的表面自由能，∆G0是试样中不同晶粒取向之间的自由能差。减小晶粒间界的面积便能降低材料的自由能。产生应变的样品相对未产生应变的样品来说在热力学上是不稳定的。2.晶粒长大形核-焊接-吞并晶粒长大可以通过现存晶粒在退火时的生长或通过新晶粒成核，然后在退火时生长的方式发生，焊接一颗大晶粒到多晶试样上，并且是大晶粒吞并临近的小晶粒而生长，就可以有籽晶的固-固生长，即再结晶后的晶粒长大再结晶刚完成后，得到的是细小的等轴晶粒。如果继续提高退火温度或延长保温时间，便会发生晶粒互相吞并而长大的现象，称为“晶粒长大

7、”。晶粒的异常长大（不均匀长大，或称为二次再结晶）晶粒的正常长大（即均匀长大）晶粒长大通常有两种方式：晶粒的正常长大（即均匀长大）（1）长大的驱动力驱动力来自总界面能的下降。晶粒长大是通过晶界迁移来实现。晶界移动的驱动力属于化学力。化学力的来源是系统自由能的降低。具体讲有两种情况：铝晶粒长大的晶界迁移1 — 迁移前晶界位置2 — 迁移后晶界位置相邻晶粒的能量差界面曲率晶粒的正常长大（即均匀长大）（2）晶界迁移的规律若晶粒长大到一定程度，晶界可变为平直状，晶界迁移便趋停止。因此，再结晶后的晶粒长大有一定

8、的限度，不会无限粗化。a.弯曲晶界总是趋向于平直化即晶界向曲率中心移动，以减少表面积，晶粒的正常长大（即均匀长大）（2）晶界迁移的规律b.在二维坐标中，晶界边数少于6的晶粒(其晶界向外凸出)，必然逐步缩小，消失；而边数大于6的晶粒（其晶界向内凹进）则逐渐长大；当边数为6，晶面平直，夹角为120°时，不再移动。晶粒形状与晶界曲率晶粒的正常长大（即均匀长大）（3）影响晶粒长大的因素温度。温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。分散相粒子。阻碍晶界迁移，降低晶粒长大