材料化学讲课讲稿.ppt

《材料化学讲课讲稿.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、材料化学狭义相变—仅限于同组成间的结构变化。（例水→冰；石英变体）广义相变—相变前后不但有结构变化，还有组成变化、有序变化等。（例玻璃分相）应用：相变可以控制材料的结构和性质。例，相变开裂→石英质陶瓷（？）相变增韧→氧化锆陶瓷一、相变类型1、按热力学分类一级相变：相变时两相化学位相等，但对T、P的一级偏导不等。特点：结构显著变化，有相变潜热；伴有体积V、内能Q、熵S的不连续变化；可以两相共存（例水与冰）可以过冷、过热。实例：固→液相变，大多数的晶型转变二级相变：两相化学位相等，一级偏导也相等，但其二级偏导不等。特点：无相变潜热和体积

2、变化；但热熔Cp、热膨胀系数β、压缩系数α不连续改变；相变过程整个系统宏观连续、均匀，不会两相共存。实例：固溶体的有序-无序转变，玻璃分相等。说明：1）相应的还有三级相变，n级相变，但最常见的为一、二级相变；2）虽这种分类比较严格，但BaTiO3(具有二级相变特征，但又有相变潜热)。2、按相变过程分类重建型：原子经过断键、扩散，重新形成点阵。相变速度慢。位移型：原子只作微小位移。相变速度快，材料易开裂。例SiO2的晶型转变：α石英-870℃→α鳞石英-1470℃→α方石英-1723℃→熔体↓573℃↓160℃↓268℃β石英→β鳞石

3、英→β方石英↓117℃γ鳞石英3、重建型相变1）化学键可能变化。例，金刚石与石墨；2）配位数可能变化。例NaCl型与CsCl型；3）相变滞后→介稳态4、连续相变1）为二级相变；2）相变前后：宏观均匀，不会出现两相共存（玻璃分相中的不稳分解）二、相变动力学（以结晶为例）1晶核形成自由能变化：△G总=-△GVV+σS+εV,（三部分组成:体积自由能+界面能+应变能）临界晶核半径r临:能自发长大的而不消失的最小半径r=2σ/△GV-ε形成晶核的条件：1）△T=Tm-T＞0，即必须过冷；2）有大于r临的晶核。结晶过程：成核+生长晶核形成速度

4、I均匀成核—均匀单相熔体中成核；需创造新的界面，成核难。非均匀成核—借助于成核基体成核；只界面取代，成核容易。2晶体生长影响晶体生长速度u因素：1）过冷度△T：2）扩散速度D；3）各晶面生长的差异性。logu针状莫来石晶体的螺位错生长实例1碳化硅晶体的螺位错生长实例23结晶总速度结晶总速度与△T的关系曲线分析：1）存在亚稳区，即△T过大过小都不利于析晶；（？）2）I、u曲线不重合，且u峰靠前3）I、u重叠区为强析晶区；4）u峰处保温→晶粒少，尺寸大I峰处保温→晶粒多，尺寸小举例：若无析晶区，怎样获得晶体？Ivuc温度速度d成核温度生

5、长温度时间温度三、相变增韧1意义：陶瓷脆性→增韧。韧性：抵抗动态应力；强度：抵抗静态应力）2ZrO2相变增韧机理外力作用产生的应力诱发四方相的ZrO2转变为单斜相，由相变带来的体积膨胀抵消了裂纹应力，由此提高陶瓷材料的韧性。（外力诱发相变，抵消裂纹应力）3韧性、强度与缺陷的关系公式2-54缺陷尺寸La减小：断裂强度σf↑断裂韧性kc↑4提高陶瓷韧性和强度的途径P1191）减小晶粒尺寸，降低气孔率；2）相变韧化剂；3）降低缺陷尺寸。3.2固体中的扩散（教材P108)定义：质点在一定的推动力作用下，由于质点的热运动而导致定向迁移，从宏观

6、上表现为物质的定向输送，此过程叫扩散。一、固体扩散的特点：1、扩散速率低，2、各向异性（对称性、周期性），3、开始扩散的温度低。思考题：流体中的扩散呢？离子晶体的导电固溶体的形成相变过程固相反应烧结金属材料的涂搪陶瓷材料的封接耐火材料的侵蚀性扩散的用途:硅酸盐所有过程1、Fick第一定律一维通式：J=-Ddc/dxJ:扩散通量，(质点数/s.cm2)D:扩散系数，(m2/s或cm2/s)dc/dx:浓度梯度说明：1）扩散通量具有方向性，J为矢量2）“－”表示逆浓度梯度方向扩散3）只适用于稳定扩散稳定扩散：扩散质点浓度不随时间变化二、

7、扩散动力学方程（菲克定律）2、Fick第二定律注：第二定律适用于不稳定扩散。3、扩散方程的应用第一定律：气体渗透等，第二定律：半导体器件，集成电路等。三、扩散的推动力1顺扩散：质点从高浓度→低浓度扩散，D＞0，扩散结果：溶质趋于均匀。2逆扩散：爬坡扩散，低浓度→高浓度，D＜0，扩散结果：偏聚或分相。3推动力：热力学角度概括→化学位梯度平衡条件：化学位梯度为零四、扩散的微观机制（质点的迁移方式）(a)空位机制：质点从正常位置移到空位（最容易实现）(b)间隙机制：质点从一个间隙到另一个间隙（晶格变形）(c)准间隙机制：从间隙位到正常位，

8、正常位质点到间隙(d)易位机制：两个质点直接换位（需较高能量）(e)环形机制：同种质点的环状迁移五、影响扩散因素一、温度的影响D＝D0exp(-G/RT)TD或TGD二、杂质与缺陷的影响1、杂质的作用增加缺陷浓度D