材料科学基础（2024秋）

辽宁工业大学 陈扬 齐义辉

目录

  • 1 材料的结构
    • 1.1 空间点阵与晶体结构
    • 1.2 晶向指数与晶面指数
    • 1.3 晶带与晶面间距
    • 1.4 晶体的极射赤面投影图
    • 1.5 三种典型的金属晶体结构
    • 1.6 晶体的原子堆垛方式和间隙
    • 1.7 离子晶体与共价晶体的结构
    • 1.8 固溶体
    • 1.9 中间相
  • 2 晶体中的缺陷
    • 2.1 点缺陷
    • 2.2 位错的特征
    • 2.3 位错的运动与交割
    • 2.4 位错的应力场与应变能
    • 2.5 作用在位错线上的力与位错间的交互作用力
    • 2.6 位错的生成与增殖
    • 2.7 实际晶体中的位错与位错反应
    • 2.8 小角度晶界和大角度晶界
    • 2.9 孪晶界与相界
  • 3 材料中的扩散
    • 3.1 扩散第一定律
    • 3.2 扩散第二定律及误差解
    • 3.3 扩散机制与柯肯达尔效应
    • 3.4 原子跳跃和扩散系数
    • 3.5 影响扩散的因素
    • 3.6 反应扩散
  • 4 单组元相图及纯金属的结晶
    • 4.1 单组元相图的热力学与相平衡
    • 4.2 液态金属的结构与结晶的热力学条件
    • 4.3 形核
    • 4.4 晶体长大与凝固组织
    • 4.5 凝固理论的应用
  • 5 二元相图及合金的凝固
    • 5.1 匀晶相图与固溶体凝固
    • 5.2 共晶相图及其合金凝固
    • 5.3 包晶相图及其合金凝固
    • 5.4 其他类型的二元相图
    • 5.5 钢的凝固过程及平衡组织
    • 5.6 铸铁的凝固过程及平衡组织
    • 5.7 固溶体的正常凝固
    • 5.8 成分过冷与固溶体的生长形态
    • 5.9 共晶体的形核与生长
    • 5.10 合金铸锭（件）的组织与缺陷
  • 6 晶体的塑性变形
    • 6.1 滑移
    • 6.2 Schmid定律及其应用
    • 6.3 派-纳力
    • 6.4 孪生
    • 6.5 多晶体的塑性变形
    • 6.6 固溶体的塑性变形
    • 6.7 弥散强化
    • 6.8 冷变形金属的组织和性能
  • 7 回复与再结晶
    • 7.1 冷变形金属加热时的组织性能变化
    • 7.2 回复
    • 7.3 再结晶形核机制
    • 7.4 再结晶动力学
    • 7.5 再结晶温度及影响因素
    • 7.6 再结晶后的晶粒尺寸
    • 7.7 正常晶粒长大
    • 7.8 再结晶织构与二次再结晶
  • 8 三元相图
    • 8.1 三元相图基础
    • 8.2 均晶相图
    • 8.3 固态互不溶解的三元共晶相图
    • 8.4 固态有限互溶的三元共晶相图
    • 8.5 三相平衡和四相平衡
扩散第一定律
  • 1 内容
  • 2 练习
  • 3 案例
  • 4 扩展学习

1. 第一定律的表达式及物理意义                                                     
    固体中存在浓度差时，将发生原子的扩散。沿 x 轴方向通过 x 处截面所迁移的物质的量 △m 与 x 处的浓度梯度△c/△x 成正比： 
j  或
j
引入扩散通量概念，则有 
j ——扩散第一定律 
式中：负号“－”表示扩散方向与浓度梯度方向相反；                                       
  D－扩散系数（m2/s）；                                                               
  c－扩散物质的浓度（量/m-3）；                                                     
  dc/dx－浓度梯度（量/m-4）；                                                            
  J－扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积的扩散物质的量（量/m2s）。       
  量：kg、原子数、mole等。                                                        
扩散第一定律表明：扩散通量与浓度梯度成正比，方向与浓度梯度相反。                                                     
2. 关于第一定律的说明：                                                               
① 上式是唯象的关系式，其中并不涉及扩散系统内部原于运动的微观过程；                 
② 扩散系数反映扩散系统的特性，并不仅仅取决于某一种组元的特性；                     
③ 上式不仅适用于扩散系统的任何位置，也适用于扩散过程的任一时刻。其中，J、D、j可以是常量也可以是变量，即第一定律既可用于稳态扩散，也可用于非稳态扩散。