材料科学基础 第8章 材料的表面与界面
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材料表⾯与界⾯(1)材料表⾯与界⾯第⼀章绪论§1-1表⾯与界⾯的概念表⾯:通常把⼀个相和它本⾝的蒸汽(或在真空中)相接触为界⾯。
界⾯:两个不同的相或取向不同的材料相接触的分界⾯。
§1-2表⾯科学及其应⽤理想晶体(⽆限连续体):晶胞(能反映晶体特征的最⼩单元)在三维空间上的周期性重复。
实际晶体:有边界⼀、表⾯与体内的差别1、组成上的差别―表⾯偏析(表⾯富集、表⾯偏析、晶界偏析)2、表⾯质点排列与体内的差别(表⾯结构分析)3、表⾯原⼦的电⼦结构与体内的不同表⾯上的原⼦的电⼦云空间分布变化表⾯物理化学性质变化表⾯原⼦的电⼦结构与能级变化能量和空间分布状态XPS测内层电⼦UPS测价电⼦⼆、表⾯科学的实际应⽤光学性质:增透膜、减反膜催化作⽤:1、改善材料的机械性能、腐蚀性能SiN4-SiN2O预氧化2、催化问题3、界⾯的研究固-固界⾯、固-液界⾯(润湿)4、能源的利⽤§1-3表⾯研究⽅法⼀、常⽤表⾯分析技术AES 俄歇电⼦谱AEAPS 俄歇电⼦出现电势谱SEM 扫描电⼦显微镜EPMA 电⼦探针微区分析(微探针)EELS 电⼦能量损失谱ESCA 化学分析电⼦谱(XPS)EXAFS 扩展X射线吸收精细结构HREELS ⾼分辨电⼦能量损失谱IMMA 离⼦微探针质量分析器IRRAS 红外反射吸收谱LEED 低能电⼦衍射MEED 中能电⼦衍射RHEED 反射⾼能电⼦衍射SIMS ⼆次离⼦质谱STM 扫描隧道显微镜UPS 紫外光电⼦谱XPS X射线光电⼦谱⼆、表⾯分析分类1、根据测量物理基础分类a、以电学、光学技术为基础b、表⾯电⼦谱⽅法2、表⾯电⼦谱优点:a)电⼦容易产⽣⽽且价廉b) 电⼦的荷质⽐很⼤,很容易被聚束或偏转c) 电⼦有合适的⾮弹性散射平均⾃由程(能够带回来⾮常丰富的近表⾯层的信息) d) 电⼦和原⼦、分⼦、离⼦不同,它在使⽤过程中不会影响系统的真空度,不会存在“记忆”效应 e) 电⼦能有效地加以检测缺点:a) 电⼦对样品不是完全⽆损的b) 电⼦谱探测的深度依赖于电⼦的能量和材料的特性c) 电⼦携带的信息⼀般来⾃近表⾯约1nm 的深度,所以电⼦谱包含有某些体内的性质d) 电⼦不像光束那么容易做到“偏振化”和单⾊化,并且容易受外界磁场的影响。
第一章 原子排列与晶体构造1. fcc 构造的密排方向是 ,密排面是 ,密排面的堆垛顺序是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ,把原子视为刚性球时,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ;bcc 构造的密排方向是 ,密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ;hcp 构造的密排方向是 ,密排面是 ,密排面的堆垛顺序是 ,致密度为 ,配位数是 ,,晶胞中原子数为 ,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 。
2. Al 的点阵常数为,其构造原子体积是,每一个晶胞中八面体间隙数为 ,四面体间隙数为 。
3. 纯铁冷却时在912e 发生同素异晶转变是从 构造转变成 构造,配位数 ,致密度降低 ,晶体体积 ,原子半径发生 。
4. 在面心立方晶胞中画出)(211晶面和]211[晶向,指出﹤110﹥中位于〔111〕平面上的方向。
在hcp 晶胞的〔0001〕面上标出)(0121晶面和]0121[晶向。
5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。
6 在铅的〔100〕平面上,1mm 2有多少原子?铅为fcc 面心立方构造,其原子半径R=×10-6mm 。
第二章 合金相构造一、 填空1〕 随着溶质浓度的增大,单相固溶体合金的强度 ,塑性 ,导电性 ,形成间隙固溶体时,固溶体的点阵常数 。
2〕 阻碍置换固溶体溶解度大小的要紧因素是〔1〕 ;〔2〕 ;〔3〕 ;〔4〕 和环境因素。
3〕 置换式固溶体的不均匀性要紧表现为 和 。
4〕 依照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分,固溶体可分为 和 。
5〕 无序固溶体转变成有序固溶体时,合金性能转变的一样规律是强度和硬度 ,塑性 ,导电性 。
6〕间隙固溶体是 ,间隙化合物是 。
二、问答1、 分析氢,氮,碳,硼在-Fe 和-Fe 中形成固溶体的类型,进入点阵中的位置和固溶度大小。
元素的原子半径如下:氢:,氮:,碳:,硼:,-Fe :,-Fe :。
第一章 原子排列与晶体结构1. fcc 结构的密排方向是 ,密排面是 ,密排面的堆垛顺序是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ,把原子视为刚性球时,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ;bcc 结构的密排方向是 ,密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ;hcp 结构的密排方向是 ,密排面是 ,密排面的堆垛顺序是 ,致密度为 ,配位数是 ,,晶胞中原子数为 ,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 。
2. Al 的点阵常数为0.4049nm ,其结构原子体积是 ,每个晶胞中八面体间隙数为 ,四面体间隙数为 。
3. 纯铁冷却时在912ε 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构,配位数 ,致密度降低 ,晶体体积 ,原子半径发生 。
4. 在面心立方晶胞中画出)(211晶面和]211[晶向,指出﹤110﹥中位于(111)平面上的方向。
在hcp 晶胞的(0001)面上标出)(0121晶面和]0121[晶向。
5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。
6 在铅的(100)平面上,1mm 2有多少原子?已知铅为fcc 面心立方结构,其原子半径R=0.175×10-6mm 。
第二章 合金相结构一、 填空1) 随着溶质浓度的增大,单相固溶体合金的强度 ,塑性 ,导电性 ,形成间隙固溶体时,固溶体的点阵常数 。
2) 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是(1) ;(2) ;(3) ;(4) 和环境因素。
3) 置换式固溶体的不均匀性主要表现为 和 。
4) 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分,固溶体可分为 和 。
5) 无序固溶体转变为有序固溶体时,合金性能变化的一般规律是强度和硬度 ,塑性 ,导电性 。
6)间隙固溶体是 ,间隙化合物是 。
二、 问答1、 分析氢,氮,碳,硼在α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型,进入点阵中的位置和固溶度大小。
2020届材料科学基础期末必考知识点总结豆第八章回复与再结晶第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化一回复与再结晶回复:冷变形金属在低温加热时,具显微组织无可见变化,但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。
再结晶:冷变形金属被加热到适当温度时,在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒,而使形变强化效应完全消除的过程。
二显微组织变化(示意图)回复阶段:显微组织仍为纤维状,无可见变化;再结晶阶段:变形晶粒通过形核长大,逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。
晶粒长大阶段:晶界移动、晶粒粗化,达到相对稳定的形状和尺三性能变化1力学性能(示意图)回复阶段:强度、硬度略有下降,塑性略有提高。
再结晶阶段:强度、硬度明显下降,塑性明显提高。
晶粒长大阶段:强度、硬度继续下降,塑性继续提高,粗化严重时下降。
2物理性能密度:在回复阶段变化不大,在再结晶阶段急剧升高;电阻:电阻在回复阶段可明显下降。
四储存能变化(示意图)1储存能:存在于冷变形金属内部的一小部分(〜10%)变形功。
「弹性应变能(3〜12%)2存在形式J位错(80〜90%) 1I点缺陷j 是回复与再结晶的驱动力3储存能的释放:原子活动能力提高,迁移至平衡位置,储存能得以释放。
五内应力变化回复阶段:大部分或全部消除第一类内应力,部分消除第二、三类内应力;再结晶阶段:内应力可完全消除。
第二节回复一回复动力学(示意图)1加工硬化残留率与退火温度和时间的关系ln(x o/x)=C o texp(-Q/RT)x o原始加工硬化残留率;X—退火时加工硬化残留率;C0一比例常数;t—加热时间;T—加热温度。
2动力学曲线特点(1)没有孕育期;(2)开始变化快,随后变慢;(3)长时间处理后,性能趋于一平衡值。
3高温回复:位错攀移(+滑移)f 位错垂直排列(亚晶界)+多边化(亚(0.3~0.5Tm )晶粒)一►弹性畸变能降低。
三回复退火的应用去应力退火:降低应力(保持加工硬化效果),防止工件变形、开 裂,提高耐蚀性。