1材料物理精品PPT课件
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材料的基本物理性质与力学性质(ppt57页)
D V o 100% Vo
影响材料的：强度 ；吸水性 耐久性 ；导热性
5、孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与 总体积之比。直接反映材料的致密程度。
公式:
P Vo V 1 V (1 o ) 100%
孔隙率与Vo 密实度V的o 关系:
P+D=1
孔结构－孔隙率＋孔径尺寸＋开口形状
影响材料的: 强度、 吸水性、耐久性、 导热性
• 塑性－材料在外力的作用下产生变形，当外 力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并 且不产生裂缝的性质。
• 实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性 变形。
荷载 A
弹塑性材料的变 形曲线
0
b a 变形
ob—塑性变形 ab—弹性变形
低碳钢的应力应变(σ～ε)曲线
第1章
内 容： ➢ 材料的基本物理性质 ➢ 材料的基本力学性质 ➢ 材料的耐久性
1.1 材料的基本物理性质
内 容： • 材料的状态参数 • 材料的结构参数 • 材料与水有关的性质 • 材料的热工性质
一、材料的状态参数
1、密度----材料在绝对密实状态下单位体积的 质量。单位g/cm3或kg/m3。
公式 :
Q
At(T2 T1)
式中 λ－热导率（W/m.K） 热阻 R=1/ λ
Q－传导的热量（J）
A－热传导面积（m2）
δ－材料的厚度（m）
t－热传导时间（s）
(T2-T1)－材料两侧温差（K）
• 材料的热导率越小，绝热性能越好。 • 影响热导率的因素：
材料内部的孔隙构造－密闭的空气使λ降低
材料的含水情况－含水、结冰使λ增大 • 常见热导率参数：
• 泡沫塑料 λ＝0.035 水 λ＝0.58 • 大理石 λ＝3.5 冰 λ＝2.2 • 钢材 λ＝58 空气 λ＝0.023 • 混凝土 λ＝1.51 松木 λ＝1.17～0.35
影响材料的：强度 ；吸水性 耐久性 ；导热性
5、孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与 总体积之比。直接反映材料的致密程度。
公式:
P Vo V 1 V (1 o ) 100%
孔隙率与Vo 密实度V的o 关系:
P+D=1
孔结构－孔隙率＋孔径尺寸＋开口形状
影响材料的: 强度、 吸水性、耐久性、 导热性
• 塑性－材料在外力的作用下产生变形，当外 力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并 且不产生裂缝的性质。
• 实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性 变形。
荷载 A
弹塑性材料的变 形曲线
0
b a 变形
ob—塑性变形 ab—弹性变形
低碳钢的应力应变(σ～ε)曲线
第1章
内 容： ➢ 材料的基本物理性质 ➢ 材料的基本力学性质 ➢ 材料的耐久性
1.1 材料的基本物理性质
内 容： • 材料的状态参数 • 材料的结构参数 • 材料与水有关的性质 • 材料的热工性质
一、材料的状态参数
1、密度----材料在绝对密实状态下单位体积的 质量。单位g/cm3或kg/m3。
公式 :
Q
At(T2 T1)
式中 λ－热导率（W/m.K） 热阻 R=1/ λ
Q－传导的热量（J）
A－热传导面积（m2）
δ－材料的厚度（m）
t－热传导时间（s）
(T2-T1)－材料两侧温差（K）
• 材料的热导率越小，绝热性能越好。 • 影响热导率的因素：
材料内部的孔隙构造－密闭的空气使λ降低
材料的含水情况－含水、结冰使λ增大 • 常见热导率参数：
• 泡沫塑料 λ＝0.035 水 λ＝0.58 • 大理石 λ＝3.5 冰 λ＝2.2 • 钢材 λ＝58 空气 λ＝0.023 • 混凝土 λ＝1.51 松木 λ＝1.17～0.35
材料物理学ppt课件
Vx12kx2 22m02x2
式中k， 4202m；k弹性系数 0固 ；有频率
代入薛定谔方程， 得到谐振子的运动微分方程：
2 2 V E
2m
2 2m
d 2
dx2
2
2m02 x2
E
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
的几率 ），波函数是空间和时间的函数，并且是复数，
即Φ = Φ(x，y，z，t)
自由粒子(动量、能量不随时间或位置改变）的波函数：
2 i ( px Et )
0e h
r,t
Ae
i
( Et
pr )
0 、 A 常数
（描述自由粒子的波是平面波）
波函数的性质：波函数乘上一个常数后，所描写的粒子状态不变（粒子在 空间各点出现的几率总和等于1，所以粒子在空间各点出现的几率只决定于 波函数在各点强度的比例，而不决定于强度的绝对大小）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
量子力学的应用
⑴一维势阱问题 势阱—在某一定区域内，势能有固定的值。 设一粒子处于势能为V的势场中，沿x方向做一维运动，势能满足下列边界条件：
V
0xa，Vx0
x0和xa，Vx
t
(1.6)
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
③定态薛定谔方程 由于势能与时间无关，薛定谔方程可进行简化．设方程的一种特解为：
x ,y ,z .t. x ,y ,z ft
式中k， 4202m；k弹性系数 0固 ；有频率
代入薛定谔方程， 得到谐振子的运动微分方程：
2 2 V E
2m
2 2m
d 2
dx2
2
2m02 x2
E
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
的几率 ），波函数是空间和时间的函数，并且是复数，
即Φ = Φ(x，y，z，t)
自由粒子(动量、能量不随时间或位置改变）的波函数：
2 i ( px Et )
0e h
r,t
Ae
i
( Et
pr )
0 、 A 常数
（描述自由粒子的波是平面波）
波函数的性质：波函数乘上一个常数后，所描写的粒子状态不变（粒子在 空间各点出现的几率总和等于1，所以粒子在空间各点出现的几率只决定于 波函数在各点强度的比例，而不决定于强度的绝对大小）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
量子力学的应用
⑴一维势阱问题 势阱—在某一定区域内，势能有固定的值。 设一粒子处于势能为V的势场中，沿x方向做一维运动，势能满足下列边界条件：
V
0xa，Vx0
x0和xa，Vx
t
(1.6)
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
③定态薛定谔方程 由于势能与时间无关，薛定谔方程可进行简化．设方程的一种特解为：
x ,y ,z .t. x ,y ,z ft
第一章材料物理性能绪论.ppt
三、研究材料疲劳裂纹的扩展
四、研究淬火钢的回火
ρ
110 230 300
t(℃)
第五节导体合金及精密电阻
一、导体合金 Ag：ρ=1.47μΩ•cm
Cu：ρ=1.724μΩ•cm
AL：ρ=2.61μΩ•cm
二、精密电阻合金
锰铜 86Cu-12Mn-2Ni 康铜 Cu-40Ni-1.5Mn 新康铜 82.5Cu-12Mn-1.5Fe 新锰铜 67Mn-33Cu 三、加热合金
第六节影响电阻的因素
一、温度 二、应力 三、组织结构 塑性变形 热处理 四、合金元素及相结构 固溶体 有序化
第一章 电阻分析
第一节金属的导电性及其物理本质 一、金属的导电性
导体σ=104～108 （c/s） 半导体σ=10-7～104 （c/s） 绝缘体σ=10-8～10-18 （c/s）
二、金属导电的物理本质
1.经典电子理论
σ=ne2t/（2m） 2.量子自由电子理论
neff2 1 σ=
2m μ μ称为散射几率
四、碳钢的电阻
Wc＜0.02％时 Wc＞0.02％时 Wc＜0.9％的退火钢在20℃时 ρ20=（10.5 +3Wc+2Wc2）（μΩ•cm） Wc＜01％的钢，经850℃淬火后，在20 ℃时 ρ20=（10.3 +1.6Wc+12.6Wc2）（μΩ•cm） 1000℃淬火时 ρ20=（10.3 +9.3Wc+7.4Wc2）（μΩ•cm）
3.能带理论
三、影响金属导电性的因素
1.温度ρT=ρ0（1+αT） α=
2.应力的影响 ρ=ρ0（1+φp）
3.冷加工变形的影响 ρ=ρ（T）+ Δρ Δρ= Δρ（空位）+ Δρ（位错）
【可编辑全文】《材料物理化学》PPT课件
材料是当代文明的三大支柱之一 材料、能源、信息是当代社会文明和国民经济的三大支柱，是人类社会进步和科学技术发展的物质基础和技术先导。 材料是全球新技术革命的四大标志之一（新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术）。
什么是材料科学？
材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、X-射线衍射、热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共性的一门学科。
特种陶瓷是用于各种现代工业及尖端科学技术领域的陶瓷制品。包括结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷主要用于耐磨损、高强度、耐高温、耐热冲击、硬质、高刚性、低膨胀、隔热等场所。功能陶瓷主要包括电磁功能、光学功能、生物功能、核功能及其它功能的陶瓷材料。
常见高温结构陶瓷包括：高熔点氧化物、碳化物、硼化物、氮化物、硅化物。 功能陶瓷包括:装置瓷（即电绝缘瓷）、电容器陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷（又称为铁氧体）、导电陶瓷、超导陶瓷、半导体陶瓷（又称为敏感陶瓷）、热学功能陶瓷（热释电陶瓷、导热陶瓷、低膨胀陶瓷、红外辐射陶瓷等）、化学功能陶瓷（多孔陶瓷载体等）、生物功能陶瓷等。
传统的无机非金属材料之一：陶瓷
陶瓷按其概念和用途不同，可分为两大类，即普通陶瓷和特种陶瓷。 根据陶瓷坯体结构及其基本物理性能的差异，陶瓷制品可分为陶器和瓷器。
普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎混练、成型、煅烧等过程而制成的各种制品。包括日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、电瓷以及其它工业用陶瓷。
材料与人类文明
材料是人类文明、社会进步、科学技术发展的物质基础和技术先导。在历史上，人们将石器、青铜器、铁器等当时的主导材料作为时代的标志，称其为石器时代、青铜器时代和铁器时代。在近代，材料的种类及其繁多，各种新材料不断涌现，很难用一种材料来代表当今时代的特征。
什么是材料科学？
材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、X-射线衍射、热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共性的一门学科。
特种陶瓷是用于各种现代工业及尖端科学技术领域的陶瓷制品。包括结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷主要用于耐磨损、高强度、耐高温、耐热冲击、硬质、高刚性、低膨胀、隔热等场所。功能陶瓷主要包括电磁功能、光学功能、生物功能、核功能及其它功能的陶瓷材料。
常见高温结构陶瓷包括：高熔点氧化物、碳化物、硼化物、氮化物、硅化物。 功能陶瓷包括:装置瓷（即电绝缘瓷）、电容器陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷（又称为铁氧体）、导电陶瓷、超导陶瓷、半导体陶瓷（又称为敏感陶瓷）、热学功能陶瓷（热释电陶瓷、导热陶瓷、低膨胀陶瓷、红外辐射陶瓷等）、化学功能陶瓷（多孔陶瓷载体等）、生物功能陶瓷等。
传统的无机非金属材料之一：陶瓷
陶瓷按其概念和用途不同，可分为两大类，即普通陶瓷和特种陶瓷。 根据陶瓷坯体结构及其基本物理性能的差异，陶瓷制品可分为陶器和瓷器。
普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎混练、成型、煅烧等过程而制成的各种制品。包括日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、电瓷以及其它工业用陶瓷。
材料与人类文明
材料是人类文明、社会进步、科学技术发展的物质基础和技术先导。在历史上，人们将石器、青铜器、铁器等当时的主导材料作为时代的标志，称其为石器时代、青铜器时代和铁器时代。在近代，材料的种类及其繁多，各种新材料不断涌现，很难用一种材料来代表当今时代的特征。
材料物理学PPT课件
表面是指基片（衬底）的表面状态 。 基片的作用：承载薄膜材料与作为外延衬底。 淀积物在表面形成薄膜的过程是：吸附→成核→
长大（二维或三维）。 表面的缺陷与形貌会延伸到薄膜中。 表面存在的应力也会影响薄膜的生长。 表面的状态对薄膜的性质影响非常大。
§2.2材料的界面
2.2.1界面的定义和种类
2.2.3 相界
1. 非共格相界 两相结构不同或晶格常数差别很大时，交界区
称非共格相界。 2. 共格相界
当两相结构一样，晶格常数差别较小，通过晶 格常数扩张与收缩，使得晶界两侧的原子排列按 原晶格结构连贯地结合。
3. 准共格相界:晶格结构相同，但晶格常数差
别较大，过渡区主要由失配位错组成
2.2.4 分界面
高技术新材料如金属间化合物，超晶格、多层膜和各
种薄膜材料，纳米固体材料以及颗粒、晶须、纤维等增强
金属基或增韧的陶瓷基复合材料中，由于界面的原子结构、
化学成分不同于界面两侧体材料，而且在界面上很容易发
生化学反应。
所以界面的性质与界面两侧的体材料有很大差别，界
面对材料的性能起着重要的作用，甚至有时能起控制作用。
1.表面的范围
根据研究内容而定，是一个过渡区（若干Å 至数 m）。
2.理想表面与实际表面
（1）理想表面表面原子排列除上部无原子外与 体内一样。
（2）实际表面 未清洁过的表面（ Uncleaned surface）； 清洁表面（Cleaned surface）； 真空清洁表面 。
1.1.2清洁表面的的原子排布
相与相的交界面称界面（Boundary ， Interface）。 晶粒与晶粒间的交界区称晶粒间界（Grain Boundary
GB），又称晶界或粒界。 对多相凝聚体系统，各相间的界面称相界（Phase
长大（二维或三维）。 表面的缺陷与形貌会延伸到薄膜中。 表面存在的应力也会影响薄膜的生长。 表面的状态对薄膜的性质影响非常大。
§2.2材料的界面
2.2.1界面的定义和种类
2.2.3 相界
1. 非共格相界 两相结构不同或晶格常数差别很大时，交界区
称非共格相界。 2. 共格相界
当两相结构一样，晶格常数差别较小，通过晶 格常数扩张与收缩，使得晶界两侧的原子排列按 原晶格结构连贯地结合。
3. 准共格相界:晶格结构相同，但晶格常数差
别较大，过渡区主要由失配位错组成
2.2.4 分界面
高技术新材料如金属间化合物，超晶格、多层膜和各
种薄膜材料，纳米固体材料以及颗粒、晶须、纤维等增强
金属基或增韧的陶瓷基复合材料中，由于界面的原子结构、
化学成分不同于界面两侧体材料，而且在界面上很容易发
生化学反应。
所以界面的性质与界面两侧的体材料有很大差别，界
面对材料的性能起着重要的作用，甚至有时能起控制作用。
1.表面的范围
根据研究内容而定，是一个过渡区（若干Å 至数 m）。
2.理想表面与实际表面
（1）理想表面表面原子排列除上部无原子外与 体内一样。
（2）实际表面 未清洁过的表面（ Uncleaned surface）； 清洁表面（Cleaned surface）； 真空清洁表面 。
1.1.2清洁表面的的原子排布
相与相的交界面称界面（Boundary ， Interface）。 晶粒与晶粒间的交界区称晶粒间界（Grain Boundary
GB），又称晶界或粒界。 对多相凝聚体系统，各相间的界面称相界（Phase
材料物理性能与力学性能PPT课件
3. 弹性模量的影响因素
弹性模量是构成材料的离子或分子之间键合强度的主 要标志，凡是影响键合强度的因素均能影响弹性模量。 如：键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温 度、加载方式和速度等。
第22页/共119页
1）键合方式和原子结构 共价键、离子键、金属键----较高 分子键----较弱 原子半径越大，E越小
5）温度----温度升高，E降低 特例：橡胶。其弹性模量随温度升高而增加。
第25页/共119页
6）加载条件和负荷持续时间 加载方式、速率和负荷持续时间对金属材料、陶瓷材料 影响很小。 对于高分子聚合物，负荷时间延长，E下降。
第26页/共119页
4、比例极限和弹性极限
p
Fp A0
Fp：比例极限对应的应力 A0 ：试棒的原始截面面积
第39页/共119页
第四节 塑性变形及其性能指标
一、塑性变形机理 定义：材料微观组织的相邻部分产生永久性位移，并不 引起材料破裂的现象。 1：金属材料的塑性变形机理：滑移、孪生 滑移系越多，塑性越好
复习： 滑移：晶体的一部分对于另一部分沿一定晶面和晶向发生相对
滑动，滑动后原子处于新的稳定位置。 滑移通常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。
第6页/共119页
五、本课程学习注意问题：
预备知识：材料力学和金属学方面的基本理论知识。 理论联系实际:是实用性很强的一门课程。某些力学性能指
标根据理论考虑定义,而更多指标则按工程实用 要求定义。 重视实验: 通过实验既可掌握力学性能的测试原理，又可 掌握测试技术，了解测试设备，进一步理解所 测的力学性能指标的物理意义与实用意义。 做些练习: 加深理解――巩固所学的知识。
消除方法：进行较大塑性变形；再结晶退火
材料物理第一章材料的力学ppt课件
第一章
最新课件
1
主要内容
• 第一节 材料的形变 • 第二节 材料的塑性、蠕变与粘弹性 • 第三节 材料的断裂与机械强度 • 第四节 材料的量子力学基础 • 专题 材料的力学与显微结构
最新课件
2
1.1 材料的形变
形变（Deformation）
材料在外力的作用下发生形 状与尺寸的变化
力学性能或机械性能
最新课件
24
牛顿流体
• 牛顿流体
在足够的剪切力下或温度足够高时，无机 材料中的陶瓷晶界、玻璃和高分子的非晶 部分均匀产生粘性形变，因此高温下的氧 化物流体、低分子溶液或高分子稀溶液大 多属于牛顿流体
• 非牛顿流体
高分子浓溶液或高分子熔体不符合牛顿粘 性定律，为非牛顿流体。
最新课件
25
绝对速率理论的粘性流动模型
tan成正比
最新课件
22
两相复合材料
若在力的作用下两相的应变相同，上限弹性 模量EH： EHE 1V 1E2V 2
若假设两相的应力相同，则下限弹性模量EL：
1/L E V 1/E 1V 2/E 2
对于连续基体内含有封闭气孔时，总弹性模 量的经验公式为：
E=E0(1-1.9P+0.9P2) E0为无气孔时的弹性模量 P为气孔率
最新课件
9
1.1.2应变
• 应变（Strain）： 材料受力时内部各质点之间的相对位移
对于各向同性的材料，有三种基本
拉伸应变， 剪切应变 压缩应变△
应变类型：
最新课件
10
拉伸应变
• 拉伸应变：指材料受到垂直于截面积的大 小相等、方向相反并作用在同一条直线上 的两个拉伸应力时材料 发生的形变
• 一根长度为L0的材料，在拉应力的作用
最新课件
1
主要内容
• 第一节 材料的形变 • 第二节 材料的塑性、蠕变与粘弹性 • 第三节 材料的断裂与机械强度 • 第四节 材料的量子力学基础 • 专题 材料的力学与显微结构
最新课件
2
1.1 材料的形变
形变（Deformation）
材料在外力的作用下发生形 状与尺寸的变化
力学性能或机械性能
最新课件
24
牛顿流体
• 牛顿流体
在足够的剪切力下或温度足够高时，无机 材料中的陶瓷晶界、玻璃和高分子的非晶 部分均匀产生粘性形变，因此高温下的氧 化物流体、低分子溶液或高分子稀溶液大 多属于牛顿流体
• 非牛顿流体
高分子浓溶液或高分子熔体不符合牛顿粘 性定律，为非牛顿流体。
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25
绝对速率理论的粘性流动模型
tan成正比
最新课件
22
两相复合材料
若在力的作用下两相的应变相同，上限弹性 模量EH： EHE 1V 1E2V 2
若假设两相的应力相同，则下限弹性模量EL：
1/L E V 1/E 1V 2/E 2
对于连续基体内含有封闭气孔时，总弹性模 量的经验公式为：
E=E0(1-1.9P+0.9P2) E0为无气孔时的弹性模量 P为气孔率
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9
1.1.2应变
• 应变（Strain）： 材料受力时内部各质点之间的相对位移
对于各向同性的材料，有三种基本
拉伸应变， 剪切应变 压缩应变△
应变类型：
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10
拉伸应变
• 拉伸应变：指材料受到垂直于截面积的大 小相等、方向相反并作用在同一条直线上 的两个拉伸应力时材料 发生的形变
• 一根长度为L0的材料，在拉应力的作用
《材料物理性能干货》PPT课件
2、 电子交换积分A>0 充分条件
Rab 3 r
——
（ 具有一定晶体结构）
为什么温度升高铁磁性转变为顺磁性？
1）温度升高，原子间距最大，交互作用降低；
2）温度升高，热运动破坏了磁矩的同相排列（自发磁化）；
3）当温度升高到T>Tc ，自发磁化不存在，铁磁性转变为 顺磁性。
4、 铁磁性物质的基本特征
（3-1）
I Q nqls n qs tt
j I n q nq E （3-2）
s
如何理解材料的电导现象 必须明确几个问题☺
☺参与迁移的是哪种载流子——有关载流子类别 的问题 carrier sort
☺载流子的数量有多大——有关载流子浓度、载 流子产生过程的问题 carrier density
☺载流子迁移速度的大小——有关载流子输运过
( 物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度)
s＜0的则称为负磁致伸缩。负磁致伸缩则是沿场磁 化方向缩短，在垂直于磁化方向伸长，镍属于这 一类。
磁性材料
B
软磁材料的特征
•具有较高的磁导率和较高的饱和 磁感应强度；
oH
• 较小的矫顽力（矫顽力很小，
即磁场的方向和大小发生变化时
磁畴壁很容易运动）和较低磁滞
损耗，磁滞回线很窄；
软铁、坡莫合金、硒钢片、铁
•
在磁场作用下非常容易磁化；
铝合金、铁镍合金等。 由于软磁材料磁滞损耗小，
• 取消磁场后很容易退磁化
适合用在交变磁场中，如变压
器铁芯、继电器、电动机转子
、定子都是用软件磁性材料制
成。
磁性材料
(二) 硬磁材料
硬磁材料又称永磁
材料，难于磁化又难于退磁。
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• 晶体缺陷的研究在材料物理学中占了重要 的地位．在这个领域中进行了大量的实验 和理论的工作，进展非常之快．可以说， 缺陷理论已成了材料物理的基础理论之一.
• 这些缺陷的基础研究已相当完整, 但目前对大量缺陷的运动及其相互
作用规律, 由于其极大的复杂性而并未弄清, 发展也很困难。 • 由于晶体结构具有规律性，晶体缺陷并不 是杂乱无章, 任意的。它受到周围正常排列 的原子的作用,受到原子键合力的影响(保持 平衡)。因此它的形态, 活动, 变化有一定规 律．
• 在20年代中，夫仑克耳为了解释离子晶体导电的实验事实，提出了晶 体的点缺陷理论．
• 在40年代初，塞兹与亨丁顿(H．B．Huntington)研究了金属中点缺 陷的一些基本性质”，目的是为了阐明扩散的机制．
• 50年代以后，由于原子能反应堆技术的进展，高能粒子对固体的辐照 效应引起了人们的重视，又推动了对于晶体中的点缺陷作全面而深入 的研究．
• （4）体缺陷 夹杂、空洞等等
第一章 点缺陷
序言
点缺陷理论的发展过程
• 在早期的晶体x射线衍射强度的研究中，就已发现在几近完整的晶体 中存在有缺陷。早在1914年，达尔文(C G．Darwin)提出了图象不很 明确的嵌镶组织(mosaic structurc)，用来解释实际晶体的X射线衍 射强度和理想的完整晶体的差异。嵌镶组织的概念长期为人们所沿用， 但没有获得进一步的发展．
我们既要注意晶体中的点阵结构特点，又要注意到 其中的非完整性的一面，才能反映晶体的性能。
总体规则+局部不规则
因此形成了对局部不规则区的研究，研究其形 态，数量，运动，变化及相互作用，并用它说明 各种现象。
晶体缺陷是指实际晶体结构中和理想的点阵 结构发生偏差的区域。在这些区域正常原子排列 遭到破坏，某些原子失掉了正常的近邻与次近邻 关系。
• （2）线缺陷 其特征是在两个方向上的尺寸很小，亦称 为一维缺陷．例如位错。这种缺陷是以线状存在于晶体中， 通常所指的线缺陷就是位错。宏观上看线是连续的，但从 原子的尺度看，线缺陷也是不连续的。尽管如此，线缺陷 并不是点缺陷的集合，二者对晶体产生的畸变有着本质的 不同。
• （3）面缺陷 其特征是只在一个方向上的尺寸很小，亦 称为二维缺陷．例如晶界、相界、堆垛层错等。可以证明 这种缺陷在一定情况下可以分解为线缺陷的某种组合，也 可能包含有点缺陷。因为它占有面积，所以为二维的缺陷。
1．1 分类和定义
原子尺度的缺陷，包括空位、杂质或溶质原子、间隙原子以及它们组成的 复杂缺陷（空位对或空位集团）。
（1）空位
如果在晶体中抽取在正常点阵座位上的一个原子就造成了点阵的空位。也即是说， 晶格的结点上缺了一个原子，这地方称为晶格空位。
① 原子可离开结点 ——晶体表面 ② 从点阵位置 —— 间隙位置 原子图像比较简单
冯端《金属物理学》第一卷、第三卷 科学出版社
《物理金属学 》《 physical metallurgy 》
答疑：
晶体缺陷和力学性能——晶体缺陷、力学性能
晶体缺陷 ——点缺陷、位错、晶界
点缺陷——分类、定义、点缺陷的形成能、点缺陷 的平衡浓度、点缺陷的移动、平衡与非平衡点缺 陷的产生等。
位错——概念、分类、位错的结构特点、位错的柏 氏矢量、位错应力场、位错的应变能、位错中心、 位错的受力与运动、位错的滑移与变形、位错攀 移、位错与晶体缺陷的相互作用、位错塞积、位 错反应、位错增殖、堆垛层错等。
• 按照缺陷在空间分布的情况，由几何形态讲,我们将晶体 结构中存在的缺陷分为如下三类（四类）：
• （1）点缺陷 其特征是所有方向的尺寸都很小，亦称为 零维缺陷．例如空位、间隙原子、杂质原子等。它的大小 和原子的大小同一个量级，这种缺陷在几何上是一个个占 有，和原子体积相似的区域，宏观上称之为零维的缺陷。
Amplifier and Timer
MCP
3D atom probe
Cold finger
Load lock
2D
50~200kHz
Detector
Specimen Stage Controller
材料物理
解题——材料、物理、材料物理 材料物理——晶体缺陷和力学性能、扩散与相变
50学时
32学时
内容特点包含：1 基本的、完整的、严密推导的内容
2 现代的、不完整的、还在发展补充之中的内容
参考书目：
————注意学习方法！
余宗森、田中卓《金属物理》冶金工业出版社
赖祖涵 《金属的晶体缺陷与力学性质 》冶金工业出版社
实质上，所谓结构敏感性，无非是反映了性 能的局部性、不完整性、反映了晶体中的缺陷对 于性能的影响．因此绝对的非结构敏感的性能是 不存在的．每一种性能，或多或少地都受到晶体 缺陷的影响．但是按照缺陷对性能影响的程度将 性能大体上划分为两类，在实践中还是很有意义 的。
所以说实际晶体是规则的，又是不规则的， 许多现象必须用规则排列来解释，但同时也有许 多现象难以用规则排列来解释，如变形，自扩散 等等。很明显，晶体缺陷都存在于晶体的周期性 结构之中，它们都不能取消晶体的点阵结构。
• 为什么要研究晶体缺陷？ 选择材料———性能、成本 性能——成分、组织、结构
固体的性能可以分为两类（A. Smekel）:
1、非结构敏感性的 例如弹性模量、密度、热容量等，对于同一种材料的不同样 品进行测量的结果，差别不大，而且和将晶体视为理想的完 整晶体的理论计算结果，基本相符．
2、结构敏感性的 如屈服强度与断裂强度，对于同一种材料的不同样品测得的 结果，往往差异很大，而且和根据理想完整晶体的理论计算 结果有显著的分歧。例如实际晶体的屈服强度只有理论切变 强度值的千分之一左右。
晶界——晶界的结构、小角晶界位错模型、大角晶 界的模型、晶界的能量等。
力学性能内容体系
1、金属和合金的力学性能基本特征 2、研究金属和合金的力学性能的物理本质 3、研究金属和合金的力学性能的变化规律 4、研究如何改善金属和合金的力学性能
序言
• 晶体和非晶体的区别： 金属是晶体、原子有规则排列、一定的结合方式、 一定规律的周期排列——空间点阵、晶体结构— —一系列特殊性质 X衍射结果、电子显微学结果