金属及合金表面功函数研究

金属及合金表面功函数研究
金属及合金表面功函数研究

PLEASE SCROLL DOWN FOR ARTICLE

This article was downloaded by: [Su, H. L.]

On: 14 March 2011

Access details: Access Details: [subscription number 934653370]

Publisher Taylor & Francis

Informa Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: Mortimer House, 37-

41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK

Philosophical Magazine Letters Publication details, including instructions for authors and subscription information:

https://www.360docs.net/doc/485067765.html,/smpp/title~content=t713695410

Changes of hardness and electronic work function of

Zr 41.2Ti 13.8Cu 12.5Ni 10Be 22.5 bulk metallic glass on annealing K. Luo a ; W. Li a ; H. Y. Zhang a ; H. L. Su a

a Faculty of Material and Photoelectronic Physics, Key Laboratory of Low Dimensional Materials &

Application Technology (Ministry of Education), Xiangtan University, Hunan, Xiangtan 411105, PR

China First published on: 02 February 2011

To cite this Article Luo, K. , Li, W. , Zhang, H. Y. and Su, H. L.(2011) 'Changes of hardness and electronic work function of Zr 41.2Ti 13.8Cu 12.5Ni 10Be 22.5 bulk metallic glass on annealing', Philosophical Magazine Letters, 91: 4, 237 — 245, First published on: 02 February 2011 (iFirst)

To link to this Article: DOI: 10.1080/09500839.2010.539989

URL: https://www.360docs.net/doc/485067765.html,/10.1080/09500839.2010.539989

Full terms and conditions of use: https://www.360docs.net/doc/485067765.html,/terms-and-conditions-of-access.pdf This article may be used for research, teaching and private study purposes. Any substantial or systematic reproduction, re-distribution, re-selling, loan or sub-licensing, systematic supply or distribution in any form to anyone is expressly forbidden.

The publisher does not give any warranty express or implied or make any representation that the contents will be complete or accurate or up to date. The accuracy of any instructions, formulae and drug doses should be independently verified with primary sources. The publisher shall not be liable for any loss,actions, claims, proceedings, demand or costs or damages whatsoever or howsoever caused arising directly or indirectly in connection with or arising out of the use of this material.

Philosophical Magazine Letters

Vol.91,No.4,April 2011,237–245

Changes of hardness and electronic work function of

Zr 41.2Ti 13.8Cu 12.5Ni 10Be 22.5bulk metallic glass on annealing

K.Luo,W.Li *,H.Y.Zhang and H.L.Su

Faculty of Material and Photoelectronic Physics,Key Laboratory of Low Dimensional Materials &Application Technology (Ministry of Education),Xiangtan University,

Hunan,Xiangtan 411105,PR China

(Received 5April 2010;final version received 9November 2010)

The hardness and electronic work function (EWF)of a bulk metallic glass,

namely Zr 41.2Ti 13.8Cu 12.5Ni 10Be 22.5,have been studied experimentally,with

an emphasis on the effect of heat treatments.The glass was annealed at

different time and temperatures,and its hardness and EWF measured using

the Rockwell indentation technique and a scanning Kelvin probe system,

respectively.It is found that the EWF decreases with annealing time and

temperature,whereas the hardness increases.This study shows a close

relationship between hardness and EWF,indicating that the EWF could be

a sensitive parameter for characterising and investigating the mechanical

behaviour of BMG at the electronic level.

Keywords:bulk metallic glass;annealing;electronic work function;

hardness

1.Introduction There has been much interest in bulk metallic glasses (BMGs)because of their potential engineering applications [1,2].Compared with crystalline alloys,metallic glasses exhibit excellent mechanical properties including high compressive strengths and hardness values [1–4].Besides,they show high corrosion and wear resistance,as

well as good magnetic properties [5].Alloy systems,such as Zr–Ti–Cu–Ni–Be and Pd–Cu–Ni–P,have good glass-forming ability (cooling rates below 100K/s)and can be prepared using recent developments [6,7].However,these glasses are extremely brittle [8,9],which compromises their potential engineering applications.Despite all the virtues of BMGs,the disadvantage of low plasticity,arising from their disordered atomic structure [10],needs further investigation.

To investigate the disordered atomic structure,the glass transition of BMGs has attracted much attention,because it impinges on the development of new systems of BMGs as well as being of intrinsic interest.The glass transition,i.e.the transition from a state of internal equilibrium (supercooled liquid)into a non-equilibrium state (glass)and back,is associated with a change in enthalpy;see for example [11,12].In the study of BMGs,the glass transition temperature,T g ,is one of the most *Corresponding author.Email:wenl@ualberta.ca

ISSN 0950–0839print/ISSN 1362–3036online

?2011Taylor &Francis

DOI:10.1080/09500839.2010.539989

https://www.360docs.net/doc/485067765.html,

D o w n l o a d e d B y : [S u , H . L .] A t : 01:20 14 M a r c h 2011

important characteristic parameters.When a glass is annealed at a temperature 5T g ,structural relaxation (so-called physical ageing)takes place [11,12].In this process,the molecular mobility changes and there is a decrease in enthalpy and free volumes [13].The decrease in free volume during the annealing process makes plastic deformation more difficult and thus embrittlement occurs [14,15].Characterisation of the mechanical properties of BMGs is very important for structural applications.Hardness,as a measure of resistance to permanent deformation and thus to wear,is an important parameter for applications.The Rockwell hardness (HR)test is the most widely used mechanical method for determining hardness.The HR test,introduced in the 1920s,was developed based on force and displacement calibrations [16,17].Its measurement uncertainties have been largely reduced in recent years by new methods,such as the employment of stylus and laser interferometry techniques [17].In order to achieve a fundamental understanding of the mechanical properties of BMGs,it is necessary to take investigations to the electron level.As a fundamental characteristic of solid surfaces,the electronic work function (EWF)is a promising parameter suitable for such studies.The EWF of a metal is defined as the difference between the electrochemical potential inside the metal and the electrostatic potential just outside it [18].It can be easily determined using the scanning Kelvin probe (SKP)technique [19].The measurement system consists of a digital oscillator,a data acquisition unit and a sample translation device,controlled by a host PC.On account of its inherent high surface sensitivity and lateral resolution,it can be employed more powerfully for the analysis of a wider range of materials,at different temperatures and pressures,than any other surface analysis techniques [18,19].In this letter,we report the measurements of hardness and EWF of BMG samples,which were heat treated for different annealing times and temperatures.The aim is to establish a relationship between the hardness and the EWF,which can be useful when investigating the microstructure of BMGs.2.Experimental details

The material used in this study has a composition of Zr 41.2Ti 13.8Cu 12.5Ni 10Be 22.5,which can be prepared by mature processing technology and has shown promising applications.Alloy ingots were prepared by arc melting mixtures of pure metal elements in a titanium-gettered argon atmosphere,followed by suction casting into a copper mould at about 1atm pressure.BMG samples with dimensions of 12?3?2mm 3(the size of the copper mould)were annealed in a resistance furnace for times of 30and 60min,and at four temperatures,320 C,360 C,380 C and 450 C,during both annealing periods.The crystalline structures of the as-cast and annealed samples were characterised by X-ray diffraction.Thermal analysis was performed by differential scanning calorimetry (DSC)under an argon atmosphere at a heating rate of 0.33K/s.

Rockwell indentation experiments were conducted using a Wilson indenter ( ?60 ).Both geometrical and non-geometrical factors affect the hardness performance of the indenters.Geometrical properties include the mean tip radius and the maximum and minimum radii,profile peak and profile valley deviations,the

238K.Luo et al.

D o w n l o a d e d B y : [S u , H . L .] A t : 01:20 14 M a r c h 2011

mean cone angle as well as the maximum and minimum cone angles,the cone flank straightness,any holder axis alignment error,surface roughness and surface defects.Non-geometrical factors include the mechanical properties of the diamonds and the soldering of the diamond prism into the holder.Here,the maximum loads (F max )were chosen as 10,20,30,40and 50N for the Rockwell test.The loading rate and the holding time at the maximum load were controlled at 0.02N/s and 100s,respectively.Prior to the indentation tests,the samples were polished in successive steps to 1m m finish using diamond pastes.The EWF was measured using an SKP system,which was provided by KP Technology Ltd.(Caithness,UK).The system had high resolution (550m eV)and the probe spacing could be controlled within 40nm.A three-axis microstepper positioner permitted high-resolution sample positioning (0.4m m/step).In this study,a gold tip with a diameter equal to 1mm was used and the oscillation frequency of the Kelvin probe was set as 173Hz.The tested samples were then lightly polished using a slurry containing aluminium oxide powder (0.05m m).After polishing,the samples were ultrasonically cleaned in reagent-grade acetone (10min)and reagent alcohol (5min).All tests were carried out on the polished surfaces without etching in order to reduce the probability of formation of surface films.For the EWF measurement,the surface under study was scanned line by line by the Kelvin probe over an area of 1?1mm which covered 10?10?100points.Each measured value is therefore an average over 100measurements,which is statistically more precise than that of a measurement at a single point.In this study,all presented EWF values were obtained by averaging four measurements.3.Results and discussion Figure 1shows DSC thermograms of the as-cast and the isothermal annealed samples.They exhibit an endothermic feature characteristic of the glass transition.Here,T g is defined as the onset temperature of the glass transition,T x is the onset temperature of the crystallisation event.D T ,defined as T x àT g ,is referred to as the supercooled liquid region.The DSC trace of the as-cast alloy reveals that the glass

transition temperature is 623K and the supercooled liquid region spans 80K before the onset of crystallisation at 703K.A comparison between the DSC scans obtained from the as-cast and the annealed samples shows no obvious difference.However,closer examination of the glass transition regime (indicated by the dotted box in Figure 1a,and shown magnified in Figure 1b)reveals subtle but systematic changes at about 650K.A sharp exothermic peak is observed for the as-cast glass prior to the endothermic reaction caused by the glass transition,and the exothermal enthalpy is about 18J/g.With increasing annealing temperature,the height of exothermic peak reduces gradually.After 523K (12h),573K (12h),593K (1h)and 633K (1h)annealings,the exothermal enthalpy values are 13,7.2,8.4and 2.7J/g,respectively.This means that annealing at 633K for 1h leads to a reduction in the exothermal enthalpy by 85%with respect to that of the as-cast sample.

The exothermic peak prior to T g during the DSC measurements is known to be caused by structural relaxation well below the glass transition temperature [20–24].It has been well-documented that the exothermic enthalpy is the result of annihilation Philosophical Magazine Letters 239

D o w n l o a d e d B y : [S u , H . L .] A t : 01:20 14 M a r c h 2011

of excess free volume,D v f .The reduction in the free volume D v f gives rise to a heat release D H ,when the glass sample is heated in DSC,and D H is proportional to D v f

[20–24].Hence,it is possible to estimate the free-volume changes that occur during annealing by monitoring D H [20–24].From Figure 1b,it can be seen that D

H

Figure 1.(a)DSC curves of the as-cast and annealed samples and (b)enlarged view of the glass transition regime.

240K.Luo et al.

D o w n l o a d e d B y : [S u , H . L .] A t : 01:20 14 M a r c h 2011

gradually decreases on account of the reduction of free volume upon structural relaxation annealing.So,we choose the proper annealing temperatures for low-temperature heat treatment based on the result of DSC to investigate the microstructure of the metallic glass.The result of the latter experiment can be interpreted by the free-volume theory.

The as-cast and annealed samples were studied by scanning electron microscopy (SEM).Shallow wells on the surface of the BMGs were seen (Figure 2)after 60min of annealing.They became more obvious although the amount of them was unchanged as the annealing temperature became higher.These changes were attributed to structural relaxation in the annealing process according to the analysis of Cernoskov et al.[12].

One can see from Figure 2that the graininess is in existence both before and after annealing.This means that crystallisation has not taken place,thus allowing the study of microstructural changes during low-temperature annealing in this study.Figure 3shows the variations in the EWF of annealed Zr 41.2Ti 13.8Cu 12.5Ni 10Be 22.5samples with respect to annealing temperature and annealing time.From Figure 3a,one can see that the EWF decreased as the annealing temperature increased.When the annealing temperature increased below the onset of crystallisation at 430 C (703K),both curves decreased gradually following an approximate linear relation-ship,and then decreased further when the annealing temperature reached 445 C.Moreover,by comparing the two curves in Figure 3a,one can see that the EWF of the 60min annealed samples was lower that of the 30min annealed ones at each annealing temperature,with an approximately constant decrement,except for the point at 450 C.As can also be seen in Figure 3b from another perspective,the EWF decreased as the annealing time increased while the as-cast sample and a 10min annealed sample were added for comparison,for an annealing temperature of 380 C.The decrease in the EWF becomes more gradual as the annealing time is continuously increased.

These results indicate that the annealing treatment lowers the minimum energy required to extract an electron from the inside of a bulk solid to the outside.This may arise from a falling free volume in the annealed BMG.Wigner and Bardeen [25]proposed that the work function can be expressed as

?à tD ?à àep "0:e1TFigure 2.SEM micrographs of the (a)as-cast,(b)360 C annealed (t ?60min)and (c)450 C annealed (t ?60min)alloys.

Philosophical Magazine Letters 241

D o w n l o a d e d B y : [S u , H . L .] A t : 01:20 14 M a r c h 2011

The first term in Equation (1)is the bulk chemical potential of the electrons relative to the mean electrostatic potential in the metal interior,and the second term corresponds to the energy necessary to penetrate the dipole barrier D at the surface.The surface dipole barrier is formed by the redistribution of electron density on the surface and the chemical potential is a parameter that is inversely proportional to the free volume [26].Since is inversely proportional to the free volume of the bulk

[27],

Figure 3.Variations of the EWF of the annealed samples treated during (a)isochronal annealing and (b)isothermal annealing.

242K.Luo et al.

D o w n l o a d e d B y : [S u , H . L .] A t : 01:20 14 M a r c h 2011

the EWF decrease as the free volume is decreased by annealing is consistent with the EWF results.Therefore,when the free volume decreases gradually by low-temperature isochronal annealing,the EWF decreases approximately linearly as shown in Figure 3a.The decline became more obvious when the annealing

temperature lies beyond the onset of crystallisation temperature,which results in the annihilation of excess free volume.Similarly,the EWF decreases as the annealing time increases,which also has a positive effect on the decline of free volume.Figure 4shows the variation of hardness of 60min annealed Zr 41.2Ti 13.8Cu 12.5Ni 10Be 22.5BMG with respect to various annealing temperatures,and compared with the work function curve.It can be seen that the hardness

increases with the annealing temperature during low-temperature annealing because of structural relaxation,which is consistent with previous studies [26,28–30].The hardness displays an obvious rise in the first period of increasing annealing temperature,after which the curve becomes smoother when the annealing temper-ature exceeds the onset of crystallisation temperature.An increase in hardness with annealing has been reported for a wide variety of BMGs [31].In most cases,the hardness increase is linear with the crystalline volume fraction and this is attributed to micromechanisms in the nanocrystalline phase [32].It has also been suggested that solute enrichment in the amorphous phase arising from primary crystallisation could be responsible for the continuous increase in the hardness even when the crystalline phase is softer [32].Structural relaxation occurs through the annealing treatment and the free volume decreases.Thus,the two curves in Figure 4show an inverse relationship.A higher EWF value corresponds to a lower hardness.In summary,structural relaxation of the BMG,caused by an increase in the annealing temperature or the time,decreases the free volume,resulting in an increase in the Figure 4.Variations of the EWF and hardness of 60min annealed samples with respect to annealing temperatures.Philosophical Magazine Letters 243

D o w n l o a d e d B y : [S u , H . L .] A t : 01:20 14 M a r c h 2011

EWF and a decrease in the hardness.The relationship between EWF and hardness indicates that the EWF is a very promising parameter for fundamental understand-ing of the mechanical properties of BMG.

4.Conclusions

In this study,we have investigated the effects of isochronal and isothermal annealing treatments on the hardness and the EWF of a BMG with a composition of Zr 41.2Ti 13.8Cu 12.5Ni 10Be 22.5.The experimental results show that the EWF of the metallic glass decreases with an increase in the annealing time and temperature while the hardness increases with an increase in the annealing temperature.Moreover,there is a relation between the variation of EWF and hardness,namely if the annealing temperature is below the glass transition temperature (430 C),the EWF decreases and the hardness increases gradually,whereas if the annealing temperature is above 445 C,the decrease in EWF and the increase in hardness both become significantly greater.Such results can be interpreted using the concept of structural relaxation and free-volume theory.The relationship between hardness and EWF indicates that the latter is closely related to mechanical properties and could thus be used a sensitive parameter for characterising and investigating the mechanical behaviour of BMGs.

Acknowledgements The authors acknowledge the financial support of the Natural Science Foundation of China (Reference Nos.10972190,10872177and 20973146245),and the State Key Laboratory of Advanced Metals Materials 246(Reference No.EG512677781CN).The project is also sponsored by the Scientific Research Foundation for Returned Overseas Chinese Scholars,State Education Ministry.References

[1]

A.Inoue,

B.L.Shen,A.R.Yavari and A.L.Greer,J.Mater.Res.18(2003)p.1487.[2]

V.Keryvin,V.H.Hoang and J.Shen,Intermetallics 17(2009)p.211.[3]

C.J.Gilbert,R.O.Ritchie and W.L.Johnson,Appl.Phys.Lett.71(1997)p.476.[4]

J.Das,W.Lo ser,U.Ku hn,J.Eckert,S.Roy and L.Schultz,Appl.Phys.Lett.82(2003)p.4690.[5]

J.F.Loffler,Intermetallics 11(2003)p.529.[6]

T.Waniuk,J.Schroers and W.Johnson,Appl.Phys.Lett.78(2001)p.1213.[7]

Y.Gao,J.Shen,J.Sun,D.Chen,G.Wang,H.Wang,D.Xing,H.Xian and B.Zhou,Mater.Lett.57(2003)p.2341.[8]

P.Hess,S.Poon,G.Shiflet and R.Dauskardt,J.Mater.Res.20(2005)p.783.[9]

X.Gu,S.Poon and G.Shiflet,J.Mater.Res.22(2007)p.344.[10]

X.H.Lin and W.L.Johnson,J.Appl.Phys.78(1995)p.6514.[11]

I.M.Hodge,J.Non-Cryst.Solids 169(1994)p.211.[12]

E.Cernoskov,Z.Cernosek,J.Holubov and M.Frumar,J.Non-Cryst.Solids 284(2001)p.73.[13]M.Yan,J.

F.Sun and J.Shen,J.Alloys Compds.381(2004)p.86.

244K.Luo et al.

D o w n l o a d e d B y : [S u , H . L .] A t : 01:20 14 M a r c h 2011

[14]

N.Nagendra,U.Ramamurty,T.T.Goh and Y.Li,Acta Mater.48(2000)p.2603.[15]

P.Murali and U.Ramamurty,Acta Mater.53(2005)p.1467.[16]

G.Barbato,S.Desogus and R.Levi,VDI Ber.(1978)p.97.[17]

J.F.Song,S.Low,D.Pitchure,A.Germak,S.DeSogus,T.Polzin,H.-Q.Yang and H.Ishida,Measurement 24(1998)p.197.[18]

W.Li and D.Y.Li,Wear 253(2002)p.746.[19]

W.Li and D.Y.Li,J.Chem.Phys.122(2005)p.064708.[20]

F.Spaepen,Acta Metall.25(1977)p.407.[21]

A.van den Beukel and S.Radelaar,Acta Metall.31(1983)p.419.[22]

S.S.Tsao and F.Spaepen,Acta Metall.33(1985)p.881.[23]

A.van den Beukel and J.Sietsma,Acta Metall.38(1990)p.383.[24]

A.Slipenyuk and J.Eckert,Scr.Mater.50(2004)p.39.[25]

E.Wigner and J.Bardeen,Phys.Rev.48(1935)p.84.[26]

G.He,J.Eckert and M.Hagiwara,Mater.Lett.60(2006)p.656.[27]

W.J.Wright,T.C.Hufnagel and W.D.Nix,J.Appl.Phys.93(2003)p.1432.[28]

J.Gutierrez,J.M.Barandiar,P.Minguez,Z.Kaczkowski,P.Ruuskanen,G.Vlas,P.Svec and P.Duhaj,Sens.Actuators A Phys.106(2003)p.69.[29]

J.Gutierrez,J.M.Barandiaran and Z.Kaczkowski,Mater.Sci.Eng.370(2004)p.392.[30]

J.Filipecki and A.V.D.Beukel,J.Mater.Sci.Lett.9(1990)p.1169.[31]

J.Basu,N.Nagendra,Y.Li and U.Ramamurty,Phil.Mag.83(2003)p.1747.[32]A.L.Greer,Mater.Sci.Eng.A 304–306(2001)p.68.Philosophical Magazine Letters

245

D o w n l o a d e d B y : [S u , H . L .] A t : 01:20 14 M a r c h 2011

33 实际金属的晶体结构 一、多晶体结构和亚结构

3.3 实际金属的晶体结构 一、多晶体结构和亚结构 实际使用的工业金属材料,即使体积很小,其内部的晶格位向也不是完全一致的,而是包含着许许多多彼此间位向不同的、称之为晶粒的颗粒状小晶体。而晶粒之间的界面称为晶界。这种实际上由许多晶粒组成的晶体结构称为多晶体结构(polycrystalline structure)。一般金属材料都是多晶体(图3-12)。通常测得的金属性能是各个位向不同的晶粒的平均值,故显示出各向同性。 图3—12 多晶体结构示意图 实践证明,即使在一个晶粒内部,其晶格位向也并不是象理想晶体那样完全一致,而是存在着许多尺寸更小,位向差也很小的小晶块。它们相互嵌镶成一颗晶粒。这些小晶块称为亚结构。可见,只有在亚结构内部,晶格的位向才是一致的。 二、晶体缺陷 实际晶体还因种种原因存在着偏离理想完整点阵的部位或结构,称为晶体缺陷(crystal defect)。晶体缺陷的存在及其多寡,是研究晶体结构、金属塑性变形的关键问题。根据其几何特性,晶体的缺陷可分为三类: 1.点缺陷——空位和间隙原子 实际晶体未被原子占有的晶格结点称为空位;而不占有正常晶格位置而处于晶格空隙之间的原子则称为间隙原子。在空位或间隙原子的附近,由于原子间作用力的平衡被破坏,使其周围的原子离开了原来的平衡位置,即产生所谓的晶格畸变。空位和间隙原子都处于不断的运动和变化之中,这对于热处理和化学处理过程都是极为重要的。 2.线缺陷——位错 晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象称为位错(dislocation)。有刃型

和螺型两种位错。 刃型位错如图3-13所示。垂直方向的原子面EFGH中断于水平晶面ABCD上的EF处,就像刀刃一样切入晶体,使得晶体中位于ABCD面的上、下两部分出现错排现象。EF线称为刃型位错线。在位错线附近区域,晶格发生畸变,导致ABCD晶面上、下方位错线附近的区域内,晶体分别受到压应力和拉应力。符号“┴”和“┬”分别表示多出的原子面在晶体的上半部和下半部,分别称为正、负刃型位错。 图3—13 刃型位错示意图 螺型位错如图3-14所示。晶体在BC右方的上、下两部分原子排列沿ABCD晶面发生了错动。aa’右边晶体上、下层原子相对移动了一原子间距,而在BC和aa’之间形成了一个上下层原子不相吻合的过渡区域,这里的原子平面被扭成了螺旋面。在原子面上,每绕位错线一周就推进了一个晶面间距。显然,螺型位错附近区域的晶格也发生了严重畸变,形成了一个应力集中区。 3.面缺陷——晶界和亚晶界 晶界实际上是不同位向晶粒之间原子排列无规则的过渡层(图3-15)。晶界处晶格处于畸变状态,导致其能量高于晶粒内部能量,常温下显示较高的强度和硬度,容易被腐蚀,熔点较低,原子扩散较快。

金属与合金的晶体结构

第二章金属与合金的晶体结构 第一节纯金属的晶体结构 一、晶体结构的基本知识 1、晶体与非晶体 晶体——原子规则排列的集合体 非晶体——原子无规则堆积的集合体 晶体特征:固定的熔点,各向异性 2、晶格与晶胞 晶格:把晶体中原子看成几何点,用假象的直线连接后得到的三维格架晶胞:晶格中能全面反映原子排列规律的最小几何单元 3、晶面与晶向晶格常数:晶胞的棱边长度 晶面:晶格中各方位的原子面 晶向:任意两个原子连线所指的方向 第二节纯金属的实际晶体结构 α-Fe [100] E=135000N/mm2 [111] E=290000 N/mm2 实际测定 E=210000 N/mm2 一、多晶体结构 单晶体:各部分位向完全一致的晶体(各向异性)多晶体:许多位向不同的单晶体的聚合体(各向同性)晶粒:多晶体中外形不规则的小晶体晶界:晶粒之间的界面 二、晶体缺陷 1、点缺陷——空位和间隙原子 点缺陷→导致晶格畸变→强度↑,硬度↑ 空位和间隙原子都处于运动和变化之中,是原子扩散主 要方式之一。温度↑,空位↑ 2、线缺陷——位错 位错——整排原子有规律错排位错密度ρ=L / V (cm-2)

增加或减小,可以提高强度 3、面缺陷——晶界、亚晶界晶界处:晶格畸变→强度高 原子能量高→熔点低,易腐蚀,原子扩散快 晶粒细→晶界面积大→强度高 亚晶界:晶粒内小位向差(1-2°)的晶块(亚晶粒亚结构)边界 第三节合金的晶体结构合金的基本概念 合金:由两种或两种以上金属,或金属与非金属组成,具有金属性质的物质。 组元:组成合金的基本物质。 相:结构相同,成分相近,与其它部分有界面分开的部分 单相合金:固态下由一个固相组成的合金 多相合金:固态下由两个以上固相组成的合金 组织:相的聚合体。 ( 单相组织,多相组织,) 二、合金的相结构 合金相结构——固溶体和金属化合物。 1、固溶体 固溶体:一种元素的原子溶入另一种元素中形成的合金相。溶剂——保持原晶体结构的元素溶质——失去原晶体结构的元素 有限固溶体:溶解度有一定限度——有限互溶 无限固溶体:溶解度无一定限度——无限互溶(晶体结构相同原子直径相近)固溶体分类: 置换固溶体:溶质原子占据溶剂晶格的某些结点 间隙固溶体:溶质原子处于溶剂晶格的间隙中 固溶强化——溶质溶入固溶体,导致晶格畸变,引起强度和硬度升高 (仍保持良好的塑性和韧性) 2、金属化合物 特征: ?有金属性质 ?晶体结构不同于任何组元 ?成分可用分子式表示Fe3C 性能:硬,脆,熔点高 弥散强化(第二相强化): 当金属化合物以细小颗粒均布于固溶体上, 可使合金的强度↑↑,硬度↑↑,耐磨性↑↑ 调整合金性能的途径: ?改善固溶体溶解度 ?改变化合物形状、数量、大小、分布

二元合金的相结构与结晶 - 答案

第三章 二元合金的相结构与结晶 (一)填空题 1 合金的定义是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成具有金属特性的物质。 2.合金中的组元是指 组成合金最基本的、独立的物质 。 3.固溶体的定义是 在固态条件下,一种组元“组分”溶解了其它组元而形成的单相晶态固体 4.Cr 、V 在γ-Fe 中将形成 置换 固溶体。C 、N 则形成 间隙 固溶体。 5.和间隙原子相比,置换原子的固溶强化效果要 差 些。 6.当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时,先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。 7.共晶反应的特征是 由一定成分的恶液相同时结晶出成分一定的两个固相 ,其反应式为 L →a+β 8.匀晶反应的特征是 ,其反应式为 9.共析反应的特征是 ,其反应式为 10.合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换固溶体和间隙固溶体,按原子溶入量可以分为 有限固溶体 和 无限固溶体 11.合金的相结构有 固溶体 和 金属化合物 两种,前者具有较高的 塑性变形 性能,适合于做 基体 相;后者有较高的 高硬度 性能,适合于做 增强 相 12.看图4—1,请写出反应式和相区: ABC 包晶反应 B A C L γα?+ ;DEF 共晶反应 F D C L βγ+? ;GHI 共析反应 I G H βαγ+? ; ① L +α ;② γα+ ;③βα+ ;④ βγ+ ;⑤ L +γ ;⑥ β+L ; 13.相的定义是 ,组织的定义是 14.间隙固溶体的晶体结构与溶剂的晶格类型 相同,而间隙相的晶体结构与 溶剂组元晶体结构 不同。 15.根据图4—2填出: 水平线反应式 E C D βαγ+? ;有限固溶体 βα、 、 无限固溶体 γ 。 液相线 ,固相线 , 固溶线 CF 、 EG

常见的金属晶体结构

第二章作业 2-1 常见的金属晶体结构有哪几种它们的原子排列和晶格常数有什么特点 V、Mg、Zn 各属何种结构答:常见晶体结构有 3 种:⑴体心立方:-Fe、Cr、V ⑵面心立方:-Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方:Mg、Zn -Fe、-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、 2---7 为何单晶体具有各向异性,而多晶体在一般情况下不显示出各向异性答:因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同,造成原子间结合力不同,因而表现出各向异性;而多晶体是由很多个单晶体所组成,它在各个方向上的力相互抵消平衡,因而表现各向同性。第三章作业3-2 如果其它条件相同,试比较在下列铸造条件下,所得铸件晶粒的大小;⑴金属模浇注与砂模浇注;⑵高温浇注与低温浇注;⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件;⑷浇注时采用振动与不采用振动;⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。答:晶粒大小:⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业 4-4 在常温下为什么细晶粒金属强度高,且塑性、韧性也好试用多晶体塑性变形的特点予以解释。答:晶粒细小而均匀,不仅常温下强度较高,而且塑性和韧性也较好,即强韧性好。原因是:(1)强度高:Hall-Petch 公式。晶界越多,越难滑移。(2)塑性好:晶粒越多,变形均匀而分散,减少应力集中。(3)韧性好:晶粒越细,晶界越曲折,裂纹越不易传播。 4-6 生产中加工长的精密细杠(或轴)时,常在半精加工后,将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂 7~15 天,然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因答:这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来,是细长工件的一种存放形式吊个7 天,让工件释放应力的时间,轴越粗放的时间越长。 4-8 钨在1000℃变形加工,锡在室温下变形加工,请说明它们是热加工还是冷加工(钨熔点是3410℃,锡熔点是232℃)答:W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =(~×(3410+273)-273 =(1200~1568)(℃)>1000℃ TR(Sn) =(~×(232+273)-273 =(-71~-20)(℃) <25℃ 所以 W 在1000℃时为冷加工,Sn 在室温下为热加工 4-9 用下列三种方法制造齿轮,哪一种比较理想为什么(1)用厚钢板切出圆饼,再加工成齿轮;(2)由粗钢棒切下圆饼,再加工成齿轮;(3)由圆棒锻成圆饼,再加工成齿轮。答:齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则,同时也要根据实际情况具体而定,总的原则是满足使用要求;加工便当;性价比最佳。对齿轮而言,要看是干什么用的齿轮,对于精度要求不高的,使用频率不高,强度也没什么要求的,方法 1、2 都可以,用方法 3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮,方法 3 就是合理的。经过锻造的齿坯,金属内部晶粒更加细化,内应力均匀,材料的杂质更少,相对材料的强度也有所提高,经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定,强度更好。 4-10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉,并随工件一起加热到1000℃,保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂,试分析原因答:由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度,那么再吊重物时才有足够的强度,当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后,等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理,所以使钢丝绳的性能大大下降,所以再吊重物时发生断裂。 4-11 在室温下对铅板进行弯折,越弯越硬,而稍隔一段时间再行弯折,铅板又像最初一样柔软这是什么原因答:铅板在室温下的加工属于热加工,加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成,而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上,所以伴随着回复和再结晶过程,等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒,硬度和塑性又恢复到了未变形之前。第五章作业 5-3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同答:一次渗碳体:由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体:从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。三次渗碳体:从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体:经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体:经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗

金属电子逸出功的测量与分析

金属逸出功的测量与分析 2009年10月11日 物理工程与技术学院 光信息科学与技术07级1班 实验人:乐广龙 07305939 参加人: 林 铭 07305938 【实验目的】 1, 了解费米狄拉克量子统计规律; 2, 理解热电子发射规律和掌握逸出功的测量方法; 3, 用理查逊直线法分析印记材料(钨)的电子逸出功。 【实验原理】 (1) 电子需要W o =W a -W f 才能逸出。 (2) 热发射电流密度2/e K T s J AT e ?-= (3) A.由于A 以及面积S 难以测量: 2 ln( )ln()s T e A S T K T ?=- 则2 ln( )s T T 与1T 为线性关系,利用此方法实验称理查逊直线法。 B.发射电流测量加入电场E α,电流作相应修正 : ' 4.39ln ln s s I I T =+ 在选定温度下 :' ln s I 由直线斜率可得零场发射电流s I C.温度测量由f T I 关系曲线得出。 【实验内容】 1, 按电路图连接电路,注意a U 与f U 勿连接错误; 2, 取灯丝电流f I 为0.600、0.625、0.650…0.775A ,求得灯丝温度; 3, 对应每灯丝电流f I ,测量阳极电压a U 分别为25、36、49、64、81、100、121及144V 对应阳极电流' s I ,阳极电压先粗调,再微调。

4, 作'ln s I ln s I ; 5, 作2 1ln( )s T T T 图,拟合出逸出功与实验误差。 【实验结果与分析】 表1 灯丝温度 2, 对应阳极电流以及求'ln s I 有下表(原始数据见预习报告): 表2阳极电流以及lg s I 、s I 3, 作' ln s I 1~8:

最新第三章 二元合金的相结构与结晶 - 答案

第三章 二元合金的相结构与结晶 (一)填空题 1 合金的定义是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成具有金属特性的物质。 2.合金中的组元是指 组成合金最基本的、独立的物质 。 3.固溶体的定义是 在固态条件下,一种组元“组分”溶解了其它组元而形成的单相晶态固体 4.Cr 、V 在γ-Fe 中将形成 置换 固溶体。C 、N 则形成 间隙 固溶体。 5.和间隙原子相比,置换原子的固溶强化效果要 差 些。 6.当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时,先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。 7.共晶反应的特征是 由一定成分的恶液相同时结晶出成分一定的两个固相 ,其反应式为 L →a+β 8.匀晶反应的特征是 ,其反应式为 9.共析反应的特征是 ,其反应式为 10.合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换固溶体和间隙固溶体,按原子溶入量可以分为 有限固溶体 和 无限固溶体 11.合金的相结构有 固溶体 和 金属化合物 两种,前者具有较高的 塑性变形 性能,适合于做 基体 相;后者有较高的 高硬度 性能,适合于做 增强 相 12.看图4—1,请写出反应式和相区: ABC 包晶反应 B A C L γα?+ ;DEF 共晶反应 F D C L βγ+? ;GHI 共析反应 I G H βαγ+? ; ① L +α ;② γα+ ;③βα+ ;④ βγ+ ;⑤ L +γ ;⑥ β+L ; 13.相的定义是 ,组织的定义是 14.间隙固溶体的晶体结构与溶剂的晶格类型 相同,而间隙相的晶体结构与 溶剂组元晶体结构 不同。 15.根据图4—2填出: 水平线反应式 E C D βαγ+? ;有限固溶体 βα、 、 无限固溶体 γ 。 液相线 ,固相线 , 固溶线 CF 、 EG

常见金属的功函数,具体出处忘了,仅供参考

常见金属的功函数集中,以备查询 Metal Work Function (eV) 银Ag (silver) 4.26 铝Al (aluminum) 4.28 金Au (gold) 5.1 铯Cs (cesium) 2.14 铜Cu (copper) 4.65 锂Li (lithium) 2.9 铅Pb (lead) 4.25 锡Sn (tin) 4.42 铬Cr (Chromium) 4.6 钼Mo(Molybdenum) 4.37 钨Tungsten 4.5 镍Nickel 4.6 钛Titanium 4.33 铍Beryllium 5.0 镉Cadmium 4.07 钙Calcium 2.9 碳Carbon 4.81 钴Cobalt 5.0 钯Pd(Palladium) 5.12 铁Iron 4.5 镁Magnesium 3.68 汞Mercury 4.5 鈮Niobium 4.3 钾Potassium 2.3 铂Platinum 5.65 硒Selenium 5.11 钠Sodium 2.28 铀Uranium 3.6 锌Zinc 4.3 Notes: Source: various (listed in my dissertation). The actual work function is VERY dependent (usually) several factors including morphology, preparation, gas on surface, oxidation... Aluminum is a strange one... Once exposed to atmosphere the surface oxidizes and the effective work function increases to values of 10 or 11 !!!! Most common metals can be roughly assumed to have a work function of ~4.5

纯金属与合金的晶体结构

淮安信息职业技术学院教案首页 一、章节:第二章纯金属与合金的晶体结构 第一节纯金属的晶体结构第二节纯金属的实际晶体结构第三节合金的晶体结构 二、教学目的:使学生了解纯金属与合金的晶体结构,晶胞、晶格、合金的基本概念,了解固溶体与金属化合物。 三、教学方法: 讲授法。 四、教学重点: 晶胞、晶格、合金的基本概念,了解固溶体与金属化合物。 五、教学难点: 晶胞、晶格、合金的基本概念,了解固溶体与金属化合物。 六、使用教具: 挂图。 七、课后作业: P17:1、2、6。 八、课后小结:

第二章纯金属与合金的晶体结构 第一节纯金属的晶体结构 一、晶体结构的基本知识 1.晶体与非晶体 晶体内部的原子按一定几何形状作有规则地重复排列,如金钢石、石墨及固态金属与合金。而非晶体内部的原子无规律地规律地堆积在一起,如沥青、玻璃、松香等。 晶体具有固定的熔点和各向异性的特征,而非晶体没有固定的熔点,且各向同性。 2.晶体管格与晶胞 为便于分析晶体中原子排列规律,可将原子近似地看成一个点,并用假想的线条将各原子中心连接起来,便形成一个空间格子。 晶格——抽象的、用于描述原子在晶体中的规则排列方式的空间几何图形。结点——晶格中直线的交点。 晶胞——晶格是由一些最基本的几何单元周期重复排列而成的,这种最基本的几何单元称为晶胞。

晶胞大小和形状可用晶胞的三条棱长a、b、c(单位,1A=108cm)和棱边夹角来描述,其中a、b、c称为晶格常数。 各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同,故呈现出不同的物理、化学及力学性能。 二、常见的晶格类型 1.体心立方晶格 体心立方晶格的晶胞为一立方体,立方体的八个顶角各排列着一个原子,立方体的中心有一个原子。其晶格常数a=b=c。属于这种晶格类型的金属有α铁、铬、钨、钼、钒等。 2.面心立方晶格 面心立方晶格的晶胞也是一个立方体,立方体的八个顶角和六个面的中心各排列一个原子。属于这种晶格类型的金属有γ铁、铝、铜墙铁壁、镍、金、银等。 3.密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体,柱体的十二个顶角和上、下中心各排列着一个原子,在上、下面之间还有三个原子。属于这种晶格类型的金属有镁、锌、铍等、α-Ti。 晶格类型不同,原子排列的致密度也不同。体心立方晶格的致

第二章金属及合金相的晶体结构

Chapter Outline ?金属的晶体结构 ?密排面堆积方式 ?晶体结构间隙 ?固溶体 ?中间相结构

常见金属的晶体结构 面心立方结构(A1)face-centred cubic lattice 体心立方结构(A2) body-centred cubic lat tice 密排立方结构(A3)hexagonal close-packed lattice A B A ?金属键无饱和性和方向性,使其晶 体结构倾向于最紧密堆垛。 ?将原子看作刚性球,构成相互接触 圆球模型,更确切表示原子排列。 ?面心原子shared by 2 cells: 6 x 1/2 = 3?顶角原子shared by 8 cells: 8 x 1/8 = 1 面心立方结构金属:γ-Fe, Al, Cu, Ni, Au, Ag 和Pt 等。 面心立方结构 ?结构符号A1,Pearson 符号c F4。 ?每个晶胞含4个原子。(0,1/2,1/2)● (0,0,0) ●(1/2,1/2,0)●●(1/2,0,1/2)

配位数与致密度 面心立方结构的致密度η为?致密度η是衡量原子堆垛紧密程度的,为晶胞中原子所占体积(V a )与晶胞体积(V )的比值:η=V a / V ?面心立方晶胞面对角线为原子半径的4倍,即()r 24/=a ?配位数(Coordination Number——CN )是晶体结构中每个原子的最近邻原子数目。a/2 2密排面{111}密排方向 <110> ?面心立方结构的配位数为12,最近 原子间距离为?结构符号A2,Pearson 符号c I2?每个晶胞含2个原子 体心立方结构 ?体心立方结构的金属包括:α-Fe, Cr, W, Mo, V 和Nb 等。 ?体心立方结构配位数为8,原子间距a/23?还有6个次近邻原子,间距为a ,相差15.5%。?体心配位数也表示为CN=8+6。 体心立方结构的致密度η为 体心立方晶胞体对角线为原子半径的4倍,即()r 34/=a 体心原子shared by 0 cells: 1 x 1 = 1 顶角原子shared by 8 cells: 8 x 1/8 = 1 (1/2 1/2 1/2)●(000)●密排面{110} 密排方向<111>

金属及合金表面功函数研究

PLEASE SCROLL DOWN FOR ARTICLE This article was downloaded by: [Su, H. L.] On: 14 March 2011 Access details: Access Details: [subscription number 934653370] Publisher Taylor & Francis Informa Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: Mortimer House, 37- 41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK Philosophical Magazine Letters Publication details, including instructions for authors and subscription information: https://www.360docs.net/doc/485067765.html,/smpp/title~content=t713695410 Changes of hardness and electronic work function of Zr 41.2Ti 13.8Cu 12.5Ni 10Be 22.5 bulk metallic glass on annealing K. Luo a ; W. Li a ; H. Y. Zhang a ; H. L. Su a a Faculty of Material and Photoelectronic Physics, Key Laboratory of Low Dimensional Materials & Application Technology (Ministry of Education), Xiangtan University, Hunan, Xiangtan 411105, PR China First published on: 02 February 2011 To cite this Article Luo, K. , Li, W. , Zhang, H. Y. and Su, H. L.(2011) 'Changes of hardness and electronic work function of Zr 41.2Ti 13.8Cu 12.5Ni 10Be 22.5 bulk metallic glass on annealing', Philosophical Magazine Letters, 91: 4, 237 — 245, First published on: 02 February 2011 (iFirst) To link to this Article: DOI: 10.1080/09500839.2010.539989 URL: https://www.360docs.net/doc/485067765.html,/10.1080/09500839.2010.539989 Full terms and conditions of use: https://www.360docs.net/doc/485067765.html,/terms-and-conditions-of-access.pdf This article may be used for research, teaching and private study purposes. Any substantial or systematic reproduction, re-distribution, re-selling, loan or sub-licensing, systematic supply or distribution in any form to anyone is expressly forbidden. The publisher does not give any warranty express or implied or make any representation that the contents will be complete or accurate or up to date. The accuracy of any instructions, formulae and drug doses should be independently verified with primary sources. The publisher shall not be liable for any loss,actions, claims, proceedings, demand or costs or damages whatsoever or howsoever caused arising directly or indirectly in connection with or arising out of the use of this material.

功函数

什么是功函数? 把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量。功函数的大小通常大概是金属自由原子电离能的二分之一。同样地将真空中静止电子的能量与半导体费米能级的能量之差定义为半导体的功函数 单位:电子伏特,eV 功函数的分类: 一般情况下功函数指的是金属的功函数,非金属固体很少会用到功函数的定义。 首先功函数与金属的费米能级是密切关联的,但也并不完全相等。这是由于固体自身所具有的表面效应,原包中靠近表面的电荷分布与理想的无限延伸重复排列的布拉菲格子固体想必严重扭曲。 我们在定义中将功函数理解为从固体中将电子移到表面所需要的最小能量。在电子工程里面功函数对设“计肖特基二极”管或“发光二极管”中“金属-半导体”结以及“真空管”也就显得非常重要。 一般将功函数按照电子能量的来源,或者说是电子受激发的方式将功函数分为“热功函数”和“光电功函数”。 当电子从热能中吸收能量,激发到达表面我们称之为热功函数。 当电子从光子中吸收能量,激发到达表面时我们称之为光电功函数。 功函数的作用: 1)当金属与半导体接触,金属与半导体之间功函数差相对很小时(同时半导体有高浓度的杂质),也就是说接触面势垒很窄的情况下,形成欧姆接触。 2)当半导体与金属功函数相差较多,形成势垒,在金半接触面形成势垒结,形成肖特基二极管(也叫做整流二极管)的结构基础。 3)金半接触金属电子激发到达半导体晶体,激发半导体可发出各种可见光,根据此原理可以制成各种发光二极管,而这里面的激发原理也是与功函数分不开的。 4)在mos晶体管中调节阈值电压,也就是说若要改变mos晶体管的阈值电压,可以通过改变栅极金半功函数实现。 功函数的设计:

第三章 二元合金的相结构与结晶 - 答案

第三章二元合金的相结构与结晶 (一)填空题 1 合金的定义是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成具有金属特性的物质。 2.合金中的组元是指组成合金最基本的、独立的物质。 3.固溶体的定义是在固态条件下,一种组元“组分”溶解了其它组元而形成的单相晶态固体 4.Cr 、V 在γ-Fe 中将形成置换固溶体。C 、N 则形成间隙固溶体。 5.和间隙原子相比,置换原子的固溶强化效果要差些。 6.当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时,先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。 7.共晶反应的特征是由一定成分的恶液相同时结晶出成分一定的两个固相,其反应式为L →a+β 8.匀晶反应的特征是,其反应式为 9.共析反应的特征是,其反应式为 10.合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换固溶体和间隙固溶体,按原子溶入量可以分为有限固溶体和无限固溶体 11.合金的相结构有固溶体和金属化合物两种,前者具有较高的塑性变形性能,适合于做基体相;后者有较高的高硬度性能,适合于做增强相 12.看图4—1,请写出反应式和相区: ABC 包晶反应B A C L γα?+;DEF 共晶反应F D C L βγ+?;GHI 共析反应I G H βαγ+?; ①L +α;②γα+;③βα+;④βγ+;⑤L +γ;⑥β+L ; 13.相的定义是,组织的定义是 14.间隙固溶体的晶体结构与溶剂的晶格类型相同,而间隙相的晶体结构与溶剂组元晶体结构不同。 15.根据图4—2填出: 水平线反应式E C D βαγ+?;有限固溶体βα、、无限固溶体γ。 液相线,固相线,固溶线CF 、EG

16.接近共晶成分的合金,其铸造性能较好;但要进行压力加工的合金常选用匀晶成分的合金。 17.共晶组织的一般形态是片状。 (二)判断题 1.共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。( N) 2.铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金,要进行塑性变形的合金常选用具有单相固溶体成分的合金。( Y) 3.合金的强度与硬度不仅取决于相图类型,还与组织的细密程度有较密切的关系。( Y) 4.置换固溶体可能形成无限固溶体,间隙固溶体只可能是有限固溶体。( Y) 5.合金中的固溶体一般说塑性较好,而金属化合物的硬度较高。( Y ) 6.共晶反应和共析反应都是在一定浓度和温度下进行的。( Y) 7.共晶点成分的合金冷却到室温下为单相组织。( N) 8.初生晶和次生晶的晶体结构是相同的。( Y ) 9.根据相图,我们不仅能够了解各种合金成分的合金在不同温度下所处的状态及相的相对量,而且还能知道相的大小及其相互配置的情况。( Y ) 10.亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同。( Y ) 11.过共晶合金发生共晶转变的液相成分与共晶合金成分是一致的。( Y) (三)选择题 1.固溶体的晶体结构是A A.溶剂的晶型B.溶质的晶型 C 复杂晶型D.其他晶型 2 金属化合物的特点是C A.高塑性B.高韧性 C 高硬度D.高强度 3.当匀晶合金在较快的冷却条件下结晶时将产生D A.匀晶偏析 B 比重偏析C.枝晶偏析D.区域偏析 4.当二元合金进行共晶反应时,其相组成是C A.由单相组成 B 两相共存 C 三相共存D.四相组成 5.当共晶成分的合金在刚完成共晶反应后的组织组成物为C A. α+βB.(α+L) C.(α+β) D.L+α+β 6.具有匀晶型相图的单相固溶体合金B A.铸造性能好B.锻压性能好 C 热处理性能好D.切削性能好 7.二元合金中,共晶成分的合金A A.铸造性能好 B 锻造性能好 C 焊接性能好D.热处理性能好 8.共析反应是指B A.液相→固相Ⅰ+固相Ⅱ B 固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ C.从一个固相内析出另一个固相 D 从一个液相中析出另一个固相 9.共晶反应是指A

功函数基本概念

《负电子亲和势光电阴极及应用》贾欣志编著. ——北京:国防工业出版社,2013.5 第二章功函数与电子亲和势P20 固体物理中,功函数定义为将一个电子从固体中移到紧贴固体表面外一点所需的最小能量(或者从费米能级将一个电子移动到真空所需的能量)。 与功函数定义类似,半导体电子亲和势定义为将一个电子从导带底移到固体表面真空能级所需的最小能量。 固体的电子亲和势一般是正值,它是一个电子势垒,防止电子逸出体外。 功函数的测试方法 1开尔文探针方法 2交流阻滞场方法 3 紫外光电发射能谱(UPS)法 4 扫描隧道显微镜测试法 功函数的基本概念 1. 什么是功函数 把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量。功函数的大小通常大概是金属自由原子电离能的二分之一。同样地将真空中静止电子的能量与半导体费米能级的能量之差定义为半导体的功函数。功函数的单位:电子伏特,eV

(功函数结构示意图。参考:M.S.Xue et al.,Physica B 406 (2011) 4240--4244)功函数(work function)又称功函、逸出功,在固体物理中被定义成:把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量。 真空能级:电子达到该能级时完全自由而不受核的作用。 功函数:真空能级与费米能级之差。 2. 功函数的分类 一般情况下功函数指的是金属的功函数,非金属固体很少会用到功函数的定义,而是用接触势来表达。 功函数与金属的费米能级密切关联,但并不完全相等。这是由于固体自身具有表面效应,原包中靠近表面的电荷分布与理想的无限延伸重复排列的布拉菲格子固体想必严重扭曲。 一般将功函数按照电子能量的来源,或者说是电子受激发的方式将功函数分为“热功函数”和“光电功函数”。 (1)当电子从热能中吸收能量,激发到达表面我们称之为热功函数。 (2)当电子从光子中吸收能量,激发到达表面时我们称之为光电功函数。 3. 功函数的作用 (1)当金属与半导体接触,金属与半导体之间功函数差相对很小时(同时半导体有高浓度的杂质),也就是说接触面势垒很窄的情况下,形成欧姆接触。 (2)当半导体与金属功函数相差较多,形成势垒,在金半接触面形成势垒结,形成肖特基二极管(也叫做整流二极管)的结构基础。

常见的金属晶体结构

第二章作业2-1 常见的金属晶体结构有哪几种?它们的原子排列和晶格常数有什么特点?V、Mg、Zn 各属何种结构?答:常见晶体结构有 3 种:⑴体心立方:-Fe、Cr、V ⑵面心立方:-Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方:Mg、Zn -Fe、-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、2---7 为何单晶体具有各向异性,而多晶体在一般情况下不显示出各向异性?答:因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同,造成原子间结合力不同,因而表现出各向异性;而多晶体是由很多个单晶体所组成,它在各个方向上的力相互抵消平衡,因而表现各向同性。第三章作业3-2 如果其它条件相同,试比较在下列铸造条件下,所得铸件晶粒的大小;⑴金属模浇注与砂模浇注;⑵高温浇注与低温浇注;⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件;⑷浇注时采用振动与不采用振动;⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。答:晶粒大小:⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4-4 在常温下为什么细晶粒金属强度高,且塑性、韧性也好?试用多晶体塑性变形的特点予以解释。答:晶粒细小而均匀,不仅常温下强度较高,而且塑性和韧性也较好,即强韧性好。原因是:(1)强度高:Hall-Petch 公式。晶界越多,越难滑移。(2)塑性好:晶粒越多,变形均匀而分散,减少应力集中。(3)韧性好:晶粒越细,晶界越曲折,裂纹越不易传播。4-6 生产中加工长的精密细杠(或轴)时,常在半精加工后,将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15 天,然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因?答:这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来,是细长工件的一种存放形式吊个7 天,让工件释放应力的时间,轴越粗放的时间越长。4-8 钨在1000℃变形加工,锡在室温下变形加工,请说明它们是热加工还是冷加工(钨熔点是3410℃,锡熔点是232℃)?答:W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =(0.4~0.5)×(3410+273)-273 =(1200~1568)(℃)>1000℃ TR(Sn) =(0.4~0.5)×(232+273)-273 =(-71~-20)(℃) <25℃所以W 在1000℃时为冷加工,Sn 在室温下为热加工4-9 用下列三种方法制造齿轮,哪一种比较理想?为什么?(1)用厚钢板切出圆饼,再加工成齿轮;(2)由粗钢棒切下圆饼,再加工成齿轮;(3)由圆棒锻成圆饼,再加工成齿轮。答:齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则,同时也要根据实际情况具体而定,总的原则是满足使用要求;加工便当;性价比最佳。对齿轮而言,要看是干什么用的齿轮,对于精度要求不高的,使用频率不高,强度也没什么要求的,方法1、2 都可以,用方法3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮,方法3 就是合理的。经过锻造的齿坯,金属内部晶粒更加细化,内应力均匀,材料的杂质更少,相对材料的强度也有所提高,经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定,强度更好。4-10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉,并随工件一起加热到1000℃,保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂,试分析原因?答:由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度,那么再吊重物时才有足够的强度,当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后,等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理,所以使钢丝绳的性能大大下降,所以再吊重物时发生断裂。4-11 在室温下对铅板进行弯折,越弯越硬,而稍隔一段时间再行弯折,铅板又像最初一样柔软这是什么原因?答:铅板在室温下的加工属于热加工,加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成,而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上,所以伴随着回复和再结晶过程,等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒,硬度和塑性又恢复到了未变形之前。第五章作业5-3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同?答:一次渗碳体:由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体:从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。三次渗碳体:从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体:经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体:经共

金属的晶体结构

引言 金属学是研究金属及合金的成分、组织、结构与力学性能之间关系的科学。所谓力学性能主要指材料的强度、硬度和塑性。通常用来承受载荷的零件要求材料具有一定的力学性能,我们称这类材料为结构材料。与结构材料对应的另一类材料是功能材料,它一般不要求承受载荷,主要使用它的物理性能,如光、电、磁性能等。功能材料利用它对光、电、磁的敏感特性制作各类传感器。 金属学只讨论金属材料的力学性能,不涉及物理性能。 固态金属通常是晶体,金属学研究的最小结构单元是原子。原子通过不同的排列可构成各种不同的晶体结构,产生不同的性能。原子结构不是金属学研究的范畴。 第1章金属的晶体结构 1-1金属及金属键 金属的定义根据学科的不同有多种划分方法。本人倾向按结合键的性质来划分,即金属是具有金属键的一类物质。这种分类的好处是有利于解释与金属力学性能相关的现象。例如,为什么金属具有较好的塑性? 什么是金属键、离子键、共价键我们早就熟知,金属键的最大特点是无饱和性、无方向性。以后我们将会看到,正是这些特点使金属具有较好的塑性。 研究表明,固态金属通常是晶体,且其结构趋于密堆积结构。这是为什么?下面我们用双原子模型来说明。 当两个原子相距很远时,它们之间不发生作用。当它们逐渐靠近时,一个原子的原子核与另一个原子的核外电子之间将产生引力;而两原子的原子核及电子之间产生斥力。研究表明,引力是长程力,斥力是短程力,即距离较远时,引力大于斥力,表现为相互吸引。随着原子距离的减小,斥力增加的速度逐渐大于引力增加的速度。显然这样作用的结果必然存在一个平衡距离d0,此时,引力等于斥力,偏离这一距离时,都将受到一个恢复力,如P3图2。d c对应最大恢复引力,即最大结合力,它对应着金属的理论抗拉强度。 下面,我们从能量的角度来考虑系统的稳定性。在引力作用下原子移近所做的功使原子的势能降低,所以吸引能是负值。相反,排斥能是正值。吸引能

常用金属的电阻率

常见金属的电阻率,都来看看哦 很多人对镀金,镀银有误解,或者是不清楚镀金的作用,现在来澄清下。。。 1。镀金并不是为了减小电阻,而是因为金的化学性质非常稳定,不容易氧化,接头上镀金是为了防止接触不良(不是因为金的导电能力比铜好)。 2。众所周知,银的电阻率最小,在所有金属中,它的导电能力是最好的。 3。不要以为镀金或镀银的板子就好,良好的电路设计和PCB的设计,比镀金或镀银对电路性能的影响更大。4。导电能力银好于铜,铜好于金! 现在贴上常见金属的电阻率及其温度系数: 物质温度t/℃电阻率(-6Ω.cm)电阻温度系数aR/℃-1 银 20 1.586 0.0038(20℃) 铜 20 1.678 0.00393(20℃) 金 20 2.40 0.00324(20℃) 铝 20 2.6548 0.00429(20℃) 钙 0 3.91 0.00416(0℃) 铍 20 4.0 0.025(20℃) 镁 20 4.45 0.0165(20℃) 钼 0 5.2 铱 20 5.3 0.003925(0℃~100℃) 钨 27 5.65 锌 20 5.196 0.00419(0℃~100℃) 钴 20 6.64 0.00604(0℃~100℃) 镍 20 6.84 0.0069(0℃~100℃) 镉 0 6.83 0.0042(0℃~100℃) 铟 20 8.37 铁 20 9.71 0.00651(20℃) 铂 20 10.6 0.00374(0℃~60℃) 锡 0 11.0 0.0047(0℃~100℃) 铷 20 12.5 铬 0 12.9 0.003(0℃~100℃) 镓 20 17.4 铊 0 18.0 铯 20 20 铅 20 20.684 (0.0037620℃~40℃) 锑 0 39.0 钛 20 42.0 汞 50 98.4 锰 23~100 185.0 常见金属功函数 银 Ag (silver) 4.26 铝 Al (aluminum) 4.28 金 Au (gold) 5.1 铍 Be Beryllium 5

相关文档
最新文档