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材料科学基础名词解释 第一章 固体结构1、晶体:原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。非晶体:原子没有长程的周期排列，无固定的熔点，各向同性等。2、中间相:两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。3、晶体点阵：由实际原子、离子、分子或各种原子集团，按一定几何规律的具体排列方式称为晶体结构或晶体点阵。4、配位数:晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。5、晶格：描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。6、晶胞:在点阵中取出一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。7、空间点阵：由周围环境相同的阵点在空间排列的三维列阵成为空间点阵。8、晶向：在晶格中，穿过两个以节点的任一直线，都代表晶体中一个原子列在空间的位向，称为晶向。9、晶面：由节点组成的任一平面都代表晶体的原子平面，称为晶面。10、晶向指数（晶面指数）：为了确定晶面、晶向在晶体中的相对取向、就需要一种符号，这种符号称为晶面指数和晶向指数。国际上通用的是密勒指数。 一个晶向指数并不是代表一个晶向，二十代表一组互相平行、位向相同的晶向。11、晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族，以表示。 12、晶面间距：相邻两个平行晶面之间的垂直距离。低指数晶面的面间距较大，而高指数晶面的面间距较小。晶面间距越大，则该晶面上原子排列越紧密，该原子密度越大。13、配位数：每个原子周围最近邻且等距离的原子数目，称为配位数。14、多晶型性：有些金属固态在不同温度或不同压力范围内具有不同的晶体结构，这种性质称为晶体的多晶型性。15、多晶型性转变：具有多晶型性的金属在温度或压力变化时，由一种结构转变为另一种结构的过程称为多晶型性转变，也称为同素异构转变。16、晶体缺陷：通常把晶体中原子偏离其平衡位置而出现不完整性的区域称为晶体缺陷。17、间隙原子：进入点阵间隙总的原子称为间隙原子。间隙原子由同类原子形成称为自间隙原子，由外来杂志原子形成称为异类间隙原子。19、置换原子：异类原子占据原来基体原子的平衡位置，则称为置换原子。20、线缺陷：晶体中线缺陷指各种类型的位错，它是晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律的错排现象，错排区是细长的管状畸变区域。21、位错：位错是晶体中已滑移区与未滑移区的边界线。22、位错环：在一个圆形区域内部发生滑移，外部不滑移，因而得到封闭的圆周边界。这种封闭位错叫做位错环。23、柏氏矢量：可以揭示位错本质并能描述位错行为的矢量，称为柏氏矢量。刃型位错，柏氏矢量与位错线互相垂直，螺型位错的柏氏矢量与其位错线互相平行。24、全位错：柏氏矢量的模等于该晶向上原子的间距则此位错称为全位错或者单位为错；如果小于，则称为不全位错。25、柏氏矢量的特性：柏氏矢量是完整晶体中对应回路的不封闭段，所以b是位错周围晶体弹性变形的叠加，b越大，弹性性能越高。26、位错密度：位错密度是单位体积晶体中所含的位错线的总长度或晶体中穿过单位截面面积的位错线数目。当位错密度较低时，晶体的强度随着位错密度的增加而减少，当位错密度较高时则相反。因此，提高工程材料的强度，可以才去两条相反的途径：要么尽量减小位错密度，要么尽量增大位错密度。前者是晶须，后者是非晶态材料。27、滑移：所谓滑移是指位错线沿滑移面的移动，任何类型的位错都能进行滑移28：攀移：所谓攀移是指位错线垂直于滑移面的移动，只有刃型位错才能进行攀移。28、在滑移时，刃型位错的滑移方向垂直于位错线而与柏氏矢量平行。29、位错攀移在低温下较难进行，另作用于半原子面的正应力以及晶体中的过饱和空位均有利于攀移的进行。30、位错的应变能：晶体中位错的存在引起点阵畸变，导致能量增高，此增量称为位错的应变能，或称为位错的能量。刃型位错弹性应变能约为螺型位错的1.5倍。31、位错源：能增殖位错的地方称为位错源。32、位错的增殖：经过剧烈冷变形的金属中位错密度比经过充分退火的金属要高出45个数量级，变形过程汇总位错肯定是以某种方式不断增殖。33、位错的塞积：在切应力的作用下，位错源所产生的大量位错沿滑移面运动时，如果遇上障碍物（如固定为错，杂质粒子，晶界等），领先位错会在障碍物前被阻止，后续位错被堵塞起来，形成位错的塞积。塞积的位错群体就称为位错的塞积群，最靠近障碍物的位错称为领先位错。34、位错的交割：在晶体形变过程中，任意一条位错线的运动，除了受与其相连接的位错线牵制外，还会遇到具有不同方向和不同滑移面上的其他位错线，这就出现了位错线的互相交割。35、位错割阶：由于位错线不能中断，故出现了小台阶，它相当于一小段螺型位错线，称为位错割阶。36、晶体结构条件：是指柏氏矢量必须连接晶体中的一个原子平衡位置到另一个平衡位置。37：能量条件：是指柏氏矢量必须使位错处于最低能量。38、肖克莱不全位错：面心立方晶体中的不全位错，层错区与完整晶体区的交线M（垂直于纸面）即为肖克莱不全位错。39、弗兰克不全位错：层错区与右半部分完整晶体之间的边界（垂直于纸面）就是弗兰克不全位错。40、位错反应：由几个位错合成为一个新位错或由一个位错分解为几个新位错的过程称为位错反应。由几何条件，能量条件决定。41、离子晶体中的位错特点：1.滑移面不一定是最密排面，但柏氏矢量仍为最短的点阵矢量。2.刃型位错的附加半原子面是包括两个互补的附加半原子面。3.刃型位错在滑移面上滑移时，沿着位错线没有粒子和电荷的移动，因而位错露头处的有效电荷不改变符号。42、与金属相比，共价晶体和离子晶体中固有的位错，特别是可动的位错很少，另外，金属在变形时可大量增殖位错，而共价晶体和离子晶体由于结合力很强，位错运动时点阵阻力大，这些都是导致其变形比金属困难。43、面缺陷：一是晶体的外表面，二是晶体的内界面。44、晶界：相邻晶粒之间的界面称为境界。45、小角晶界：两个相邻晶粒位向差小于10度的晶界称为小角晶界。又可分为对称倾侧晶界，扭转晶界46、界面能：由于晶界上原子排列不规则，产生点阵畸变，引起能量升高，这部分能量称为界面能。小角度界面能岁位向差的增大而增加，大角界面能基本是一恒定值，与位向差无关，且比小角界面能大很多。47、在多晶体中，即使一个晶粒内，原子排列也并不是十分规整，其中会出现位向差很小（通常小于1度）的亚结构。各亚结构之间的交界称为亚晶界。亚晶界属于小角晶界。48、孪晶界：孪晶是指相邻两个晶粒或一个晶粒内的相邻两部分的原子相对于一个公共境界呈镜面对称排列，此公共晶面称为孪晶面。孪晶之间的界面称为孪晶界，如果孪晶界与孪晶面不一致，称为非共格孪晶界。49、相界：相邻两个相之间的界面称为相界。50、致密度:晶体结构中原子体积占总体积的百分数。体心立方0.68 面心立方密排六方0.747、交滑移:当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。11、弥散强化：许多材料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内，则这种材料的强度往往会增加，称为弥散强化。12、不全位错：柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。13、扩展位错：通常指一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。14、螺型位错：位错线附近的原子按螺旋形排列的位错称为螺型位错。38、多滑移:当外力在几个滑移系上的分切应力相等并同时达到了临界分切应力时，产生同时滑移的现象。41、全位错:把柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错称为全位错。42、滑移系:晶体中一个滑移面及该面上一个滑移方向的组合称一个滑移系。45、刃型位错:晶体中的某一晶面，在其上半部有多余的半排原子面，好像一把刀刃插入晶体中，使这一晶面上下两部分晶体之间产生了原子错排，称为刃型位错。46、细晶强化:晶粒愈细小，晶界总长度愈长，对位错滑移的阻碍愈大，材料的屈服强度愈高。晶粒细化导致晶界的增加，位错的滑移受阻，因此提高了材料的强度。47、双交滑移:如果交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动，则称为双交滑移。48、单位位错:把柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错。50、晶界偏聚:由于晶内与晶界上的畸变能差别或由于空位的存在使得溶质原子或杂质原子在晶界上的富集现象。68、孪晶:孪晶是指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为孪晶，此公共晶面就称孪晶面。73、位错:是晶体内的一种线缺陷，其特点是沿一条线方向原子有规律地发生错排；这种缺陷用一线方向和一个柏氏矢量共同描述。77、亚晶粒:一个晶粒中若干个位相稍有差异的晶粒称为亚晶粒。78、亚晶界:相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界。79、晶界能:不论是小角度晶界或大角度晶界，这里的原子或多或少地偏离了平衡位置，所以相对于晶体内部，晶界处于较高的能量状态，高出的那部分能量称为晶界能，或称晶界自由能。80、表面能:表面原子处于不均匀的力场之中，所以其能量大大升高，高出的能量称为表面自由能（或表面能）。88、柏氏矢量:描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和方向，也使位错扫过后晶体相对滑动的量。91、位错滑移:在一定应力作用下，位错线沿滑移面移动的位错运动。107、小角度晶界:相邻亚晶粒之间的位相差小于10o，这种亚晶粒间的晶界称为小角度晶界，一般小于2o，可分为倾斜晶界、扭转晶界、重合晶界等。70、孪生:晶体受力后，以产生孪晶的方式进行的切变过程叫孪生。61、肖脱基空位:在个体中晶体中，当某一原子具有足够大的振动能而使振幅增大到一定程度时，就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离其原来位置，迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上而使晶体内部留下空位，称为肖脱基空位。62、弗兰克尔空位:离开平衡位置的原子挤入点阵中的间隙位置，而在晶体中同时形成相等数目的空位和间隙原子。 第二章：固溶体1、固溶体：固溶体是固态下一种组元（熔质）熔解在另一种组元（熔剂）中而形成的新相，其特点是固溶体具有熔剂组元的点阵类型。晶格与固溶体相同的组元称为熔剂，其他的组元称为溶质。2、固溶体分类：溶质原子在熔剂点阵中所占的位置不同，可分为置换固溶体和间隙固溶体。按溶解度大小分为无限固溶体和有限固溶体，按各组元原子在点阵中排列的秩序性又可分为无序固溶体和有序固溶体。3、置换固溶体固溶度三大规律：1.原子尺寸 溶质和熔剂的原子尺寸差别越小就越容易形成置换固溶体，并且溶解度越大；2.晶体结构 溶质与熔剂的晶体结构类型相同是它们能够形成无限固溶体的必要条件；3.电负性因素 如果溶质原子与熔剂原子的负电性相差很大，即两者之间化学亲和力很大，则它们往往容易形成比较稳定的化合物；4.电子浓度4、间隙固溶体:溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体。只能形成有限固溶体5、有序固溶体：当一种组元溶解在另一组元中时，各组元原子分别占据各自的布拉维点阵的一种固溶体，形成一种各组元原子有序排列的固溶体，溶质在晶格完全有序排列。有序强化：对于某些具有无序-有序转变的固溶体来而言，有序状态的强度高于无序状态，这种现象也称为有序强化。6、固溶强化：固溶体的硬度、强度往往高于组成它的各组元，而塑性较低，这种现象就称为固溶强化。强化的程度不仅取决于它的成分，还取决于固溶体的类型，结构特点，固溶度等一系列因素。7、固溶强化规律：间隙式固溶质原子的强化效果一般要比置换式固溶质原子更显著。这是因为间隙式固溶质原子往往择优分布在位错线上，形成间隙原子气团，将位错牢牢钉住，从而造成强化。相反，置换式固溶质原子往往均匀分布，虽然由于溶质和熔剂原子尺寸不同，造成点阵畸变，从而增加位错的运动阻力，但这种阻力比间隙原子气团的钉扎力小得多，因而强化作用也小得多。显然，溶质和熔剂原子尺寸相差越大或固溶度越小，固溶强化越显著。8、金属间化合物：金属与金属，或金属与类金属之间所形成的化合物统称为金属间化合物。9、影响金属间化合物的形成及其结构的主要因素：电负性，电子浓度，原子尺寸。一一对应正常价化合物，电子化合物，间隙化合物。10、正常价化合物：就是符合原子价规则的化合物。11、电子化合物：是由IB组或过度族金属元素与IIB，IIIA,IVA族金属元素形成的金属化合物。12、间隙化合物：间隙化合物主要受组元的原子尺寸因素控制。通常是由过度族金属与原子半径很小的非金属元素组成，后者处于化合物晶格的间隙中。13、金属化合物的特性：具有极高的硬度，较高的熔点，而塑性很差。根据这一特性，绝大多数的工程材料将金属化合物作为强化合金的第二相来使用。特殊的物理性质：诸如电学性质，磁学性质，声学性质，电子发射性质，催化性质，化学稳定性，热稳定性，和高温强度等。14、间隙相:当非金属（X）和金属（M）原子半径的比值rX/rM0.59 时，形成的具有简单晶体结构的相，称为间隙相。15、点阵畸变:在局部范围内，原子偏离其正常的点阵平衡位置，造成点阵畸变。通常把这部分增加的能量称为点缺陷形成能。点缺陷：热缺陷：当晶体中的温度高于绝对0K时，由于晶格内原子热振动，使一部分能量较大的原子离开平衡位置造成缺陷杂志缺陷：由于外来原子进入晶体而产生的缺陷。非化学计量结构缺陷（电荷缺陷）：有一些化合物，它们的化学组成会明显的随着周围气氛的性质和压力的大小的变化而发生组成偏离化学计量的现象，由此产生的晶体缺陷称为。16、置换固溶体:当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体就称为置换固溶体。75、金属键:自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。90、范德华键:由瞬间偶极矩和诱导偶极矩产生的分子间引力所构成的物理键。99、同质异构体:化学组成相同由于热力学条件不同而形成的不同晶体结构。101、布拉菲点阵:除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵。102、配位多面体:原子或离子周围与它直接相邻结合的原子或离子的中心连线所构成的多面体，称为原子或离子的配位多面体。104、拓扑密堆相:由两种大小不同的金属原子所构成的一类中间相，其中大小原子通过适当的配合构成空间利用率和配位数都很高的复杂结构。由于这类结构具有拓扑特征，故称这些相为拓扑密堆相。10、固溶强化：由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。 位错的柏氏矢量具有的一些特性：用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；位错的柏氏矢量个部分均相同。刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。晶界具有的一些特性：晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；相变时新相优先在晶界出形核；晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；晶界易于腐蚀和氧化；常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌，加形核剂固溶强化规律：在固溶体溶解度范围内，合金元素的质量分数越大，则强化作用越大；溶质原子与溶剂原子的尺寸差越大，强化效果越显著；形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换固溶体的元素；溶质原子与溶剂原子的价电子数差越大，则强化作用越大。 锻造或轧制 晶界具有哪些特性？晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；相变时新相优先在晶界出形核；晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；晶界易于腐蚀和氧化；常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 简述位错与塑性、强度之间的关系。位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。晶体塑性变形的方式有滑移和孪晶，多数都以滑移方式进行。滑移的本质就是位错在滑移面上的运动，大量位错滑移的结果造成了晶体的宏观塑性变形。位错滑移的结果造成了晶体的宏观塑性变形，使材料发生屈服，位错越容易滑移，强度越低，因此增加位错移动的阻力，可以提高材料的强度。溶质原子造成晶格畸变还可以与位错相互作用形成柯氏气团，都增加位错移动的摩擦阻力，使强度提高。晶界、相界可以阻止位错的滑移，提高材料的强度。所以细化晶粒、第二相弥散分布可以提高强度。 与滑移相比孪晶有什么特点？孪晶是一部分晶体沿孪晶面对另一部分晶体做切变，切变时原子移动的距离不是孪晶方向原子间距的整数倍；孪晶面两边晶体的位相不同，成镜面对称；由于孪晶改变了晶体的取向，因此孪经晶抛光后仍能重现；孪晶是一种均匀的切变。 论述间隙原子、置换原子、位错、晶界对材料力学性能的影响。间隙原子、置换原子与位错相互作用形成柯氏气团，柯氏气团增加位错移动的阻力；溶质原子造成晶格畸变，增加位错移动的摩擦阻力，使强度提高，这就是固溶强化的机理。晶界越多，晶粒越细，根据霍尔配奇关系式s=0Kd-1/2 晶粒的平均直径d越小，材料的屈服强度s越高。晶粒越细小，晶粒内部和晶界附近的应变度差越小变形越均匀，因应力集中引起的开裂的机会也越小，塑性越好。晶粒越细小，应力集中越小，不易产生裂纹，晶界越多，易使裂纹扩展方向发生变化，裂纹不易传播，所以韧性就好。位错密度越高，则位错运动时越易发生相互交割，形成割阶，造成位错缠结等位错运动的障碍，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。根据公式?=abG1/2 ，位错密度（）越大，强化效果越显著。 影响置换固溶体溶解度的因素有哪些？1、原子尺寸因素：尺寸差越小溶解度越大。2、负电性因素：在形成固溶体的情况下，溶解度随负电性差的减小而增大。3、电子浓度因素：电子浓度越小，越易形成无限固溶体。4、晶体结构因素：晶格类型相同溶解度较大。 间隙固溶体和间隙化合物的区别间隙化合物的晶体结构都很复杂，原子间结合键位共价键和金属键。间隙化合物也具有很高的熔点和硬度，脆性较大，也是钢中重要的强化相之一。但与间隙相相比，间隙化合物的熔点和硬度以及化学稳定性都要低一些。 固溶体与金属化合物有何异同点？相同点：都具有金属的特性；不同点：结构不同，固溶体的结构与溶剂的相同，金属化合物的结构不同于任一组元；键合方式不同，固溶体为金属键，金属化合物为金属键、共价键、离子键混合键；性能不同，固溶体的塑性好、强度、硬度低，金属化合物，硬度高、熔点高、脆性大；在材料中的作用不同固溶体多为材料的基体，金属化合物为强化相。间隙化合物指由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小的非金属元素形成的金属化合物。塞积：沿着滑移面运动的位错遇到障碍物形成位错被堵塞，位错运动受阻的现象。晶粒度：表征晶粒大小的指标，通常用晶粒的平均面和和平均直径表示。上坡扩散：原子由低浓度处向高浓度处扩散的现象。