【材料科學(xué)基礎(chǔ)】重點(diǎn)論述題總結(jié)(一)一、原子鍵合金屬鍵結(jié)合力主要是正離子和電子云之間的靜電庫(kù)侖力，對(duì)晶體結(jié)構(gòu)沒(méi)有特殊的(1)金屬內(nèi)原子面之間相對(duì)位移，金屬鍵仍舊保持，故具有良好的延展性；(2)在一定電位差下，自由電子可在金屬中定向運(yùn)動(dòng)，形成電流，顯示出良好的(3)隨溫度升高，正離子(或原子)本身振幅增大，阻礙電子通過(guò).使電阻升高，d)固態(tài)金屬中，不僅正離子的振動(dòng)可傳遞熱能，且電子運(yùn)動(dòng)也能傳遞熱能，故比(4)金屬中的自由電子可吸收可見(jiàn)光的能量，被激發(fā)、躍遷到較高能級(jí)，因此金(5)當(dāng)激發(fā)出的電子跳回到原來(lái)能級(jí)時(shí)，將所吸收的能量重新輻射出來(lái)，使金屬(6)金屬的結(jié)合能比離子晶體和原子晶體要低一些，但過(guò)渡金屬的結(jié)合能則比較晶體中的鍵合作用可分為離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、范德華鍵和氫鍵。離子鍵的特點(diǎn)是沒(méi)有方向性和飽和性，結(jié)合力很大。共價(jià)鍵的特點(diǎn)是具有方向性和飽和性，結(jié)合力也很大。金屬鍵是沒(méi)有方向性和飽和性的的共價(jià)鍵，結(jié)合力是離子間的靜電庫(kù)侖力。范德華鍵是通過(guò)分子力而產(chǎn)生的鍵合，分子力很弱。氫鍵是兩個(gè)電負(fù)性較大的原子相結(jié)合形成的鍵，具有飽和性。對(duì)物理性能的影響(1)熔點(diǎn)：共價(jià)鍵、離子鍵的最高，高分子材料的最低；(2)密度：金屬鍵的最高，共價(jià)鍵、離子鍵的較低，高分子材料的最低；(3)導(dǎo)電導(dǎo)熱性：金屬鍵最好，共價(jià)鍵、離子鍵最差。對(duì)力學(xué)性能的影響(1)強(qiáng)度：結(jié)合鍵強(qiáng)，則強(qiáng)度也高，但還受組織的影響；(2)塑韌性：金屬鍵最好，共價(jià)鍵、離子鍵最低；(3)彈性模量：共價(jià)鍵、離子鍵最高，金屬鍵次之，二次鍵最低。二、固體結(jié)構(gòu)1.置換固溶體溶解度的影響因素(1)晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型的影響溶質(zhì)與溶劑晶體結(jié)構(gòu)相同，是形成連續(xù)固溶體的必要條件。(2)原子尺寸的影響相互替代的原子尺寸愈相近，則固溶體愈穩(wěn)定①時(shí)，有利于形成無(wú)限固溶體；②15%<△r<30%時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間形成有限固溶體；③△rr>30%時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間很難或不能形成置換固溶體。(3)電負(fù)性的影響溶質(zhì)與溶劑元素之間的化學(xué)親和力愈強(qiáng)，即合金組元間電負(fù)性差愈大，傾向于生成化合物而不利于形成固溶體；生成的化合物愈穩(wěn)定，則固溶體的溶解度就愈小。電負(fù)性相近有利于形成固溶體，電負(fù)性相差很大時(shí)將形成中間相或化合物。電子濃度一定時(shí)，溶質(zhì)原子電價(jià)越高溶解度越低。(5)此外，固溶度還與溫度有關(guān)，不同溫度下溶解度不同。(1)溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)大小添加的溶質(zhì)原子越小，越易形成間隙固溶體。(2)溶劑晶體的結(jié)構(gòu)一般晶體中空隙越大，結(jié)構(gòu)越疏松，就越易形成間隙固溶體。沸石間隙逐漸增大，形成間隙固溶體可能性增大。(3)電價(jià)因素填隙型固溶體，可通過(guò)生成空位或產(chǎn)生部分置換來(lái)維持結(jié)構(gòu)中的電中性。(電價(jià)差距越小，溶解度越大)rg>rA時(shí)，溶質(zhì)原子周?chē)c(diǎn)陣膨脹，平均點(diǎn)陣常數(shù)增大；rg<rA時(shí)，溶質(zhì)原子周?chē)c(diǎn)陣收縮，平均點(diǎn)陣常數(shù)減小。對(duì)間隙固溶體：點(diǎn)陣常數(shù)隨溶質(zhì)原子的溶入總是增大的，點(diǎn)陣常數(shù)改變的影響比產(chǎn)生固溶強(qiáng)化(強(qiáng)度，Hv):溶質(zhì)原子的溶入使固溶體的強(qiáng)度和硬度升高。而且間隙固溶體強(qiáng)化效果更好。固溶體的電學(xué)，熱學(xué)，磁學(xué)等物理性質(zhì)也隨成分而連續(xù)變化。(1)光學(xué)性能：白寶石(Al?O?)添加Cr離子或者Ti離子會(huì)改變顏色，變?yōu)榧t(2)電學(xué)性能：非計(jì)量化合物成為半導(dǎo)體(3)介電性能；化合物如ZnO摻雜N改變能帶，促進(jìn)氣敏傳感。(4)熱學(xué)性能；加工硬化后金屬點(diǎn)缺陷濃度大大增加，不利于導(dǎo)熱，(5)抗腐蝕性能：不銹鋼中，金屬Cr元素的加入提高陽(yáng)極極化電位，抗腐蝕性環(huán)形交換機(jī)制、直接交換機(jī)制。(2)間隙機(jī)制：在間隙擴(kuò)散機(jī)制中，原子從一個(gè)晶格中間隙位置遷移到另一個(gè)間隙位置。包括推填機(jī)制、擠列機(jī)制。(3)空位機(jī)制：晶體中擴(kuò)散原子離開(kāi)自己的點(diǎn)陣位置去填充空位，而原先的點(diǎn)陣位置形成新的空位，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)原子的擴(kuò)散。(柯肯達(dá)爾效應(yīng)、擴(kuò)散性蠕變就屬于空位機(jī)制)(4)晶界擴(kuò)散以及表面擴(kuò)散：由于晶界、表面及位錯(cuò)等都可視為晶體中的缺陷，缺陷產(chǎn)生的畸變使原子遷移比完整晶體內(nèi)容易，導(dǎo)致這些缺陷中的擴(kuò)散速率大于本質(zhì)：晶體結(jié)構(gòu)～原子空間排列緊密程度。晶體的致密度越高→原子擴(kuò)散路徑越晶體致密度：(體心立方致密度<面心立方致密度，擴(kuò)散系數(shù)大，原子易遷移)(1)合金元素在不同結(jié)構(gòu)固溶體中的擴(kuò)散也有差別：C原子在a-Fe和y-Fe中(2)結(jié)構(gòu)不同的固溶體對(duì)擴(kuò)散元素的溶解限度是不同的，由此所造成的濃度梯度不同，也會(huì)影響擴(kuò)散速率。例如，鋼滲碳通常選取高溫下奧氏體狀態(tài)時(shí)進(jìn)行，除碳在奧氏體中形成較大的濃度梯度而有利于加速碳原子的擴(kuò)散以增加滲碳層的深(3)晶體的各向異性一般來(lái)說(shuō)，晶體的對(duì)稱(chēng)性越低，則擴(kuò)散各向異性越顯著。擴(kuò)散方向上的致密度越小，原子沿這個(gè)方向的擴(kuò)散也越快。在高對(duì)稱(chēng)性的立方晶體中，未發(fā)現(xiàn)D有各向異性；具有低對(duì)稱(chēng)性的菱方結(jié)構(gòu)的鉍，沿不同晶向的D值差別很大，最高可達(dá)近1000倍。形成置換固溶體的兩種金屬擴(kuò)散偶中，兩種金屬以不同的速率相對(duì)擴(kuò)散而造成原始界面漂移的現(xiàn)象成為柯肯達(dá)爾效應(yīng)。(1)揭示了擴(kuò)散宏觀規(guī)律與微觀擴(kuò)散機(jī)制的內(nèi)在聯(lián)系，具有普遍性；(2)直接否認(rèn)了置換式固溶體擴(kuò)散的換位機(jī)制，支持了空位機(jī)制；(3)擴(kuò)散系統(tǒng)中每一種組元都有自己的擴(kuò)散系數(shù)，低熔點(diǎn)組元擴(kuò)散快，高熔點(diǎn)組(4)克根達(dá)耳現(xiàn)象往往會(huì)產(chǎn)生副效應(yīng)，如收縮不完全會(huì)造成克根達(dá)耳孔等，這些副效應(yīng)在實(shí)際當(dāng)中往往產(chǎn)生不利的影響，因而應(yīng)設(shè)法加以控制。上坡擴(kuò)散是擴(kuò)散過(guò)程中擴(kuò)散元素從低濃度向高濃度處擴(kuò)散；如各種溶質(zhì)原子氣團(tuán)的形成和共析反應(yīng)產(chǎn)物的形成均為上坡擴(kuò)散。擴(kuò)散機(jī)制主要為：間隙固溶體中溶質(zhì)原