08材料科学基础讲义-7
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808材料科学基础讲义第一章引言材料科学是研究材料的组成、性质、结构和性能之间关系的学科。
808材料科学基础讲义旨在介绍材料科学的基本概念、原理和应用。
本讲义将涵盖材料的分类、结构与性质、材料制备与加工等内容,帮助学习者建立起对材料科学的基础理解。
第二章材料的分类材料可以根据其组成、结构和性质进行分类。
常见的分类方法包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料。
金属材料具有良好的导电性和机械性能,常用于制造结构件和导电部件。
陶瓷材料具有良好的耐热性和耐腐蚀性,常用于制造耐火材料和绝缘材料。
高分子材料具有良好的电绝缘性和可塑性,常用于制造塑料和橡胶制品。
复合材料由两种或两种以上的材料组合而成,具有综合性能优异的特点,广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑等领域。
第三章材料的结构与性质材料的性质与其结构密切相关。
材料的结构可以从微观和宏观两个层面进行描述。
微观结构主要指材料的晶体结构和非晶体结构。
晶体结构具有规则的原子排列方式,可以通过X射线衍射等方法进行表征。
非晶体结构具有无序的原子排列方式,常见于玻璃等非晶态材料。
宏观结构主要指材料的晶粒大小、晶界和孪晶等缺陷。
材料的性质包括力学性能、热学性能、电学性能等。
力学性能包括强度、硬度、韧性等指标,热学性能包括热膨胀系数、导热系数等指标,电学性能包括导电性和绝缘性等指标。
第四章材料制备与加工材料的制备与加工是指将原材料转化为具有特定形状和性能的材料的过程。
常见的材料制备方法包括熔融法、溶液法、气相法和固相法等。
熔融法是指将原材料加热至熔化状态,然后冷却固化成型的方法。
溶液法是指将原材料溶解在适当的溶剂中,然后通过结晶、蒸发等方式得到所需的材料。
气相法是指利用气相反应或气相沉积等方式制备材料。
固相法是指通过固相反应或烧结等方式制备材料。
材料的加工包括塑性加工、热加工和表面处理等。
塑性加工是指通过变形、锻造等方式改变材料的形状和性能。
热加工是指通过加热、熔化等方式改变材料的形状和性能。
材料科学基础第 7 章7.2.1 扩散系数与扩散推动力一扩散系数的物理意义二扩散过程的推动力S4S2S1 S3S n-1S n R nA(始点)扩散粒子在t时间内经n次无序跃迁后的净位移示意图 假设:①原子无序地向任意方向跃迁,②每次跃迁和前一次跃迁无关,则扩散原子经n次跃迁后净位移Rn就相当于左图中各跃迁S1、S2、S3…的矢量和。
有缘学习更多驾卫星ygd3076或关注桃报:奉献教育(店铺)若各个跃迁矢量相等而方向是无序的,即:则上式中第二项为零,因此:参考平面平均浓度CI IINN平均浓度R n R n 设沿x方向存在浓度梯度①在参考平面两侧各取宽度为R截面积为1m2的两个区域:n,②设Ⅰ区单位容积中平均粒子数为C,则总粒子数目为RCn③如果粒子同时沿三个坐标轴方向均匀扩散,则沿x、y、z各个方向分别为在时间t内,从Ⅰ区通过参考平面跃迁的粒子数:参考平面平均浓度平均浓度自Ⅱ区反向通过参考平面跃迁的粒子数:CI IINNR n R n故单位时间、单位截面积上的净扩散粒子数为:为:与菲克第一定律比较,得到扩散系数Dr式中,——单位时间内原子跃迁次数它与扩散机制、原子跃迁到邻近空位的跃迁频率,以及和原子相邻的可供跃迁的结点数有关。
扩散系数的物理意义上述推导过程中假设系统不存在定向推动力,即粒子不是沿一定取向跃迁而是无序的游动扩散过程,每一次跃迁都和先前一次无关,这种扩散称为无序游动扩散系数,晶体中的空位扩散符合这种条件 。
系数Dr在同一系统中对某个原子扩散来说,须考虑一个相关因子f,即有此扩散系数D称为自扩散系数,对于面心立方结构f=0.78扩散过程的推动力扩散体系的化学位梯度以化学位梯度的概念可建立扩散系数的热力学一般关系:扩散系数的热力学因子对于理想混合体系,活度系数γi =1,此时D i =D i ﹡=RTB i ,通常称D i ﹡为自扩散系数,D i 为本征扩散系数。
对于非理想混合体系,存在以下两种情况:1.当 ,此时D i >0,称为正常扩散,即物质流将从高浓度处流向低浓度处,扩散的结果使溶质趋于均匀化。