b 表示晶体滑移的方向和大小。 c 柏氏矢量的守恒性（唯一性）：一条位错线具有唯一的柏氏矢量。 d 判断位错的类型。 （3） 柏氏矢量的表示方法

a 表示: b=a/n[uvw] （可以用矢量加法进行运算）。

2221/2

b 求模：/b/=a/n[u+v+w]。

4 位错密度

（1） 表示方法：ρ＝K/V ρ＝n/A

（2） 晶体强度与位错密度的关系（τ-ρ图）。 （3） 位错观察：浸蚀法、电境法。 5 位错的运动

（1） 位错的易动性。 （2） 位错运动的方式

a 滑移：位错沿着滑移面的移动。 刃型位错的滑移：具有唯一的滑移面 螺型位错的滑移：具有多个滑移面。 位错环的滑移：注重柏氏矢量的应用。

b 攀移：刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动。

机制：原子面下端原子的扩散――位错随半原子面的上下移动而上下运动。 分类：正攀移（原子面上移、空位加入）/负攀移（原子面下移、原子加入）。

应力的作用：（半原子面侧）压应力有利于正攀移，拉应力有利于负攀移。

（3） 作用在位错上的力（单位距离上）

滑移：f=τb； 攀移：f=σb。

6 位错的应变能与线张力

（1） 单位长度位错的应变能：W=αGb2。

（α＝0.5~1.0, 螺位错取下限，刃位错取上限。） （2） 位错是不平衡的缺陷。

（商增不能抵销应变能的增加。）

2（3） 位错的线张力：T=αGb。

（4） 保持位错弯曲所需的切应力：τ＝Gb/2r。 7 位错的应力场及其与其它缺陷的作用

（1） 应力场

螺位错：τ＝Gb/2πr。（只有切应力分量。） 刃位错：表达式（式1－9）

晶体中：滑移面以上受压应力，滑移面以下受拉应力。 滑移面：只有切应力。 （2） 位错与位错的交互作用

f=τb ，f=－σb （刃位错）。 同号相互排斥，异号相互吸引。（达到能量最低状态。） （3） 位错与溶质原子的相互作用

间隙原子聚集于位错中心，使体系处于低能态。 柯氏气团：溶质原子在位错线附近偏聚的现象。 （4） 位错与空位的交互作用

导致位错攀移。

8 位错的增殖、塞积与交割

（1） 位错的增殖：F-R源。 （2） 位错的塞积

分布：逐步分散。

位错受力：切应力作用在位错上的力、位错间的排斥力、障碍物的阻力。 （3） 位错的交割

位错交割后结果：按照对方位错柏氏矢量（变化方向和大小）。 割阶：位错交割后的台阶不位于它原来的滑移面上。 扭折：――――――――位于―――――――――。 对性能影响：增加位错长度，产生固定割阶。

9 位错反应

（1） 位错反应：位错的分解与合并。 （2） 反应条件

几何条件：∑b前=∑b后；反应前后位错的柏氏矢量之和相等。

22

能量条件：∑b前>∑b后; 反应后位错的总能量小于反应前位错的总能量。

10 实际晶体中的位错

（1）全位错：通常把柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为全位错或单位位错。 （实际晶体中的典型全位错如表1－7所示） （2）不全位错：柏氏矢量小于点阵矢量的位错。 （实际晶体中的典型不全位错如表1－7所示）

（3） 肖克莱和弗兰克不全位错。

肖克莱不全位错的形成：原子运动导致局部错排，错排区与完整晶格区的边界线即为肖克莱不全位错。（结合位错反应理解。可为刃型、螺型或混合型位错。） 弗兰克不全位错的形成：在完整晶体中局部抽出或插入一层原子所形成。（只能攀移，不能滑移。）

（4） 堆垛层错与扩展位错

堆垛层错：晶体中原子堆垛次序中出现的层状错排。 扩展位错：一对不全位错及中间夹的层错称之。

三 面缺陷

面缺陷主要包括晶界、相界和表面，它们对材料的力学和物理化学性能具有重要影响。 1 晶界

（1） 晶界：两个空间位向不同的相邻晶粒之间的界面。 （2） 分类

大角度晶界：晶粒位向差大于10度的晶界。其结构为几个原子范围 内的原子的混乱排列，可视为一个过渡区。

小角度晶界：晶粒位向差小于10度的晶界。其结构为位错列，又分 为对称倾侧晶界和扭转晶界。

亚晶界：位向差小于1度的亚晶粒之间的边界。为位错结构。

孪晶界：两块相邻孪晶的共晶面。分为共格孪晶界和非共格孪晶界。

2 相界

（1） 相界：相邻两个相之间的界面。 （2） 分类：共格、半共格和非共格相界。 3 表面

（1） 表面吸附：外来原子或气体分子在表面上富集的现象。 （2） 分类

物理吸附：由分子键力引起，无选择性，吸附热小，结合力小。 化学吸附：由化学键力引起，有选择性，吸附热大，结合力大。 4 界面特性

（1） 界面能会引起界面吸附。 （2） 界面上原子扩散速度较快。 （3） 对位错运动有阻碍作用。 （4） 易被氧化和腐蚀。

（5） 原子的混乱排列利于固态相变的形核。

第二章 固体中的相结构

合金与相

1 合金

（1）合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属经一定方法合成的具有金属特性的物质。

（2）组元：组成合金最基本的物质。（如一元、二元、三元合金〕

（3）合金系：给定合金以不同的比例而合成的一系列不同成分合金的总称。 2 相

（1）相：材料中结构相同、成分和性能均一的组成部分。（如单相、两相、多相合金。）

（2）相的分类

固溶体：晶体结构与其某一组元相同的相。含溶剂和溶质。

中间相（金属化合物）：组成原子有固定比例，其结构与组成组元均不相同的相。

按溶质原子位置不同，可分为置换固溶体和间隙固溶体。 按固溶度不同，可分为有限固溶体和无限固溶体。

按溶质原子分布不同，可分为无序固溶体和有序固溶体。

1 置换固溶体

（1） 置换固溶体：溶质原子位于晶格点阵位置的固溶体。 （2） 影响置换固溶体溶解度的因素

a 原子尺寸因素

原子尺寸差越小，越易形成置换固溶体，且溶解度越大。 △r=(rA-rB)/rA

当△r<15%时，有利于大量互溶。 b 晶体结构因素

结构相同，溶解度大，有可能形成无限固溶体。 c 电负性因素

电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大。 d 电子浓度因素

电子浓度e/a越大，溶解度越小。e/a有一极限值，与溶剂晶体结构有关。一价面心立方金属为1.36，一价体心立方金属为1.48。

（上述四个因素并非相互独立，其统一的理论的是金属与合金的电子理论。）

2 间隙固溶体

（1） 影响因素：原子半径和溶剂结构。

（2） 溶解度：一般都很小，只能形成有限固溶体。 3 固溶体的结构

（1） 晶格畸变。

（2） 偏聚与有序：完全无序、偏聚、部分有序、完全有序。 4 固溶体的性能

固溶体的强度和硬度高于纯组元，塑性则较低。

（1） 固溶强化：由于溶质原子的溶入而引起的强化效应。 （2） 柯氏气团 （3） 有序强化

第二节 金属间化合物

中间相是由金属与金属，或金属与类金属元素之间形成的化合物，也称为金属间化合物。

1 正常价化合物

（1） 形成：电负性差起主要作用，符合原子价规则。

（2） 键型：随电负性差的减小，分别形成离子键、共价键、金属键。 （3） 组成：AB或AB2。 2 电子化合物（电子相）

（1）形成：电子浓度起主要作用，不符合原子价规则。 （2）键型：金属键（金属－金属）。

（3）组成：电子浓度对应晶体结构，可用化学式表示，可形成以化合物为基的固溶体。 3 间隙化合物

（1） 形成：尺寸因素起主要作用。 （2） 结构

简单间隙化合物（间隙相）：金属原子呈现新结构，非金属原子位于其间隙，结构简单。

复杂间隙化合物：主要是铁、钴、铬、锰的化合物，结构复杂。

（3）组成：可用化学式表示，可形成固溶体，复杂间隙化合物的金属元素可被置换。 4 拓扑密堆相

（1） 形成：由大小原子的适当配合而形成的高密排结构。

第一节 固溶体

（2） 组成：AB2。 5 金属化合物的特性

（1） 力学性能：高硬度、高硬度、低塑性。

（2） 物化性能：具有电学、磁学、声学性质等，可用于半导体材料、形状记忆材料、

储氢材料等。

第三节 陶瓷晶体相

1 陶瓷材料简介

（1）分类：结构陶瓷（利用其力学性能）：强度（叶片、活塞）、韧性（切削刀具）、硬度（研磨材料）。

功能陶瓷（利用其物理性能）

精细功能陶瓷：导电、气敏、湿敏、生物、超导陶瓷等。 功能转换陶瓷：压电、光电、热电、磁光、声光陶瓷等。

结合键：离子键、共价键。

硅酸盐陶瓷：主要是离子键结合，含一定比例的共价键。可用分子式表示 其组成。 2 硅酸盐陶瓷的结构特点与分类

（1） 结构特点

a 结合键与结构：主要是离子键结合，含一定比例的共价键。硅位于氧四面体的间隙。

b 每个氧最多被两个多面体共有。氧在两个四面体之间充当桥梁作用，称为氧桥。 （2） 结构分类

a 含有限Si-O团的硅酸盐，包括含孤立Si-O团和含成对或环状Si-O团两类。 b 链状硅酸盐：Si-O团共顶连接成一维结构，又含单链和双链两类。 c 层状硅酸盐：Si-O团底面共顶连接成二维结构。 d 骨架状硅酸盐：Si-O团共顶连接成三维结构。

第四节 分子相

1 基本概念

（1）高分子化合物：由一种或多种化合物聚合而成的相对分子质量很大的化合物。又称聚合物或高聚物。

（2）分类

按相对分子质量：分为低分子聚合物（<5000）和高分子聚合物（>5000）。 按组成物质：分为有机聚合物和无机聚合物。 2 化学组成

（以氯乙烯聚合成聚氯乙烯为例）

（1） 单体：组成高分子化合物的低分子化合物。 （2） 链节：组成大分子的结构单元。

（3） 聚合度n：大分子链中链节的重复次数。 3 高分子化合物的合成

（1） 加聚反应

a 概念：由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应。（其产物为聚合物） b 组成：与单体相同。反应过程中没有副产物。 c 分类

均聚反应：由一种单体参与的加聚反应。

共聚反应：由两种或两种以上单体参与的加聚反应。 （2） 缩聚反应

a 概念：由一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出某种低分子化合物的反应。 b 分类

均缩聚反应：由一种单体参加的缩聚反应。

共缩聚反应：由两种或两种以上单体参加的缩聚反应。

4 高分子化合物的分类

（1） 按性能与用途：塑料、橡胶、纤维、胶黏剂、涂料等。