材料热力学应用于研究的作用

第一篇：材料热力学应用于研究的作用

材料热力学应用于研究的作用

摘要：材料热力学是材料科学的重要基础之一。材料学的核心问题是求得材料成分－组织结构－各种性能之间的关系。问题的前半部分，即材料成分－组织结构的关系要服从一个基本的科学规则，这个基本规则就是材料热力学。对于焓和熵的理解、计算在材料热力学数据处理中显得格外重要。建模的运用有利于问题的解决。本论文热力学建模方法的建模应用及理论验证,进行了理论扩展的相关讨论。热力学模型在迅速变化的技术和市场环境中,化工过程模拟具有重要意义。

1读了“试验研究热力学建模ZrO2–MgO–Al2O3系统” [1]其中主要介绍：固态ZrO2-MgO-Al2O3系统的平衡，整个液成分体进行调查范围使用高温DTAx射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜结合能量色散x射线能谱(SEM/EDX)。等温条件在1523K、1873K和2023 K是构建和形成的三元X-phase MgO-rich。液体热力学描述被用来获得焓和熵值。以下介绍我所读论文中主要意思： 1.1介绍

介绍ZrO2-based陶瓷科学与工业的重要性。部分氧化镁稳定氧化锆(Mg-PSZ)提出了作为陶瓷复合组件的钢筋(SCC)。我们目前的研究是一个正在进行的项目的一部分,旨在开发一个热力学数据库模拟反应发生在处理上述复合材料。Mg-PSZ粉末将被用于鳞状细胞癌通常包含不同的添加剂,如氧化铝,二氧化硅,HfO2,Cao,二氧化钛,等。最近我们已经表明,即使是一小部分的氧化铝添加剂导致晶间MgAl2O4的形成阶段.氧化铝添加剂的影响发生环在商业Mg-PSZ材料ZrO2-MgO-Al2O3系统的相图是必要的,以及热力学参数阶段稳定的系统。

1.2实验

耦合等离子体光谱法(ICP-OES)获得的前驱溶液低速度下降(约1毫升/分钟)，大约500毫升溶液的pH值保持在9.0以上再去离子水添加铵水合物(反向降水)。获得的悬架被加热保持温度在333K1-2 h。沉淀过滤,然后在353 K热解，1073K3h进行空气、氢氧化物改变氧化物释放水。过滤和部分热解之前样品溶解在稀释的硫酸随后分析ICP-OES±2%的精度。根据ICP-OES分析, 发现Zr，Mg的含量不到10−5摩尔/升。1.3建模

晶体结构的立方, 正方和单斜是众所周知。因此他们的坚实的解决方案可以通过‘双亚点阵模型’使用进行描述。第一，亚点阵被Zr+ 4,Mg + 2和Al+ 3阳离子而氧阴离子以及空缺职位在第二子格。相应的模型(Zr+ 4,Mg + 2和Al+ 3)是用于ZrO2-based固体解决方案。第二，介绍了中性的空缺子格为了弥补越积极的阳离子在第一子格。四子格非化学计量二进制尖晶石MgAl2O4的描述阶段,第三 ,固体的描述解决方案基于氧化铝(刚玉)。三元相X被视为化学计量化合物(4.68毫克)(Al)2.64(Zr)1.68建模吉布斯能量使用温度依赖性。1.4结果与讨论

作品的样本选择方法来确定或证实所有可能存在的相平衡系统在选定的温度。应该提到,化学成分的样品用EDX被发现是在良好的协议与名义成分。因此我们使用这种方法测定样品化学成分共存的阶段。样品退火的最低温度(1523 K)表现出非常精细结构应用于这项工作。因此EDX分析仅仅是用于确定样本的总体组成和相组合决定只使用XRD分析。正方氧化锆阶段现有在升高的温度下改变其通过在冷却过程中,马氏体转换为单斜晶体结构。通过阅读论文以下是热力学在论文中的主要运用：

2.1热力学在建模中起的作用。过程模拟者必须自己选择热力学模型在迅速变化的技术和市场环境中,化工过程模拟具有重要意义.没有采用流程模拟技术的设计投标书在当今已经不能中标.在使用模拟软件进行流程模拟时,用户定义了一个流程以后,模拟软件一般会自行处理流程结构分析和模拟算法方面的问题,而热力学模型的选择则需要用户作决定.流程模拟中几乎所有的单元操作模型都需要热力学性质的计算,其中主要有逸度系数、相平衡常数、焓、熵、Gibbs自由能、密度、粘度、导热系数、扩散系数、表现张力等.迄今为止,还没有任何一个热力学模型能适用于所有的物系和所有的过程.流程模拟中要用到多个热力学模型.热力学模型的恰当选择和正确使用决定着计算结果的准确性、可靠性和模拟成功与否.。

2.2 使用默认的热力学模型不能保证模拟结果正确如果用户不给模拟软件提供有关热力学模型选择方面的指示,软件将自动使用默认的热力学模型.任何热力学模型都有其内含的假设和应用范围的限制,软件中预置的默认热力学模型并不一定就适合于用户当前所处理的系统,这样计算出来的结果是不可靠的.。

2.3 热力学模型选择不当时模拟过程通常不会给出出错信息即使用户给模拟软件提供了有关热力学模型选择方面的指示,如果这种选择不正确,计算结果也会不正确,有时甚至与被模拟的实际过程相去甚远.在这一方面,我们不能指望模拟软件提供出错信息,而应依靠自己的判断[2]。

2.4 热力学模型使用不当也会产生错误结果热力学性质计算的准确程度由模型方程式本身和它的用法所决定.即使选择了恰当的热力学模型,如果使用不当,也仍然会产生错误的结果.热力学模型的使用往往涉及原始数据的合理选取、模

型参数的估计、从纯物质参数计算混合物参数时混合规则的选择等问题,需要正确处理。

2.5热力学模型评述

热力学模型在材料科学的理论研究中具有重要的作用,在实践中具有指导和预测作用,大大避免了实践中的盲目性.文章介绍了材料科学研究中常用的热力学模型:理想溶液近似、正规溶液近似、双亚点阵模型、团簇变分法等,分析了各种热力学模型的特点及应用,强调了相图计算在材料科学研究中的重要性。焓变

3.1焓，热函：一个系统中的热力作用，等于该系统内能加上其体积与外界作用于该系统的压力的乘积的总和。焓是物体的一个热力学能状态函数，焓变即物体焓的变化量。

3.2焓和焓变

3.2.1焓是一个状态函数,也就是说,系统的状态一定,焓的值就定了。焓的定义式是这样的：H=U+pV。其中U表示热力学能，也称为内能(Internal Energy)，即系统内部的所有能量。p是系统的压力(Pressure)，V是系统的体积(Volume)作为一个描述系统状态的状态函数，焓没有明确的物理意义

3.2.2ΔH(焓变)表示的是系统发生一个过程的焓的增量ΔH=ΔU+Δ（pV）在恒压条件下，ΔH(焓变)可以表示过程的热力学能变。

3.3在介绍焓之前需要了解一下分子热运动、热力学能和热力学第一定律：1827年，英国植物学家布朗把非常细小的花粉放在水面上并用显微镜观察，发现花粉在水面上不停地运动，且运动轨迹极不规则。起初人们以为是外界影响，如振动或液体对流等，后经实验证明这种运动的的原因不在外界，而在液体内部。

原来花粉在水面运动是受到各个方向水分子的撞击引起的。于是这种运动叫做布朗运动，布朗运动表明液体分子在不停地做无规则运动。从实验中可以观察到，布朗运动随着温度的升高而愈加剧烈。这表示分子的无规则运动跟温度有关系，温度越高，分子的无规则运动就越激烈。正因为分子的无规则运动与温度有关系，所以通常把分子的这种运动叫做分子的热运动。熵

4.1物理名词,用热量除温度所得的商,标志热量转化为功的程度物理意义：物质微观热运动时，混乱程度的标志。

4.2热力学中表征物质状态的参量之一，通常用符号S表示。在经典热力学中，可用增量定义为dS＝(dQ/T)，式中T为物质的热力学温度；dQ为熵增过程中加入物质的热量。下标“可逆”表示加热过程所引起的变化过程是可逆的。若过程是不可逆的，则dS＞(dQ/T)不可逆。单位质量物质的熵称为比熵，记为s。熵最初是根据热力学第二定律引出的一个反映自发过程不可逆性的物质状态参量[3]。热力学第二定律是根据大量观察结果总结出来的规律，有下述表述方式：①热量总是从高温物体传到低温物体，不可能作相反的传递而不引起其他的变化；②功可以全部转化为热，但任何热机不能全部地、连续不断地把所接受的热量转变为功（即无法制造第二类永动机）；③在孤立系统中，实际发生的过程总使整个系统的熵值增大，此即熵增原理。摩擦使一部分机械能不可逆地转变为热，使熵增加。热量dQ由高温(T1)物体传至低温(T2)物体，高温物体的熵减少dS1=dQ/T1，低温物体的熵增加dS2=dQ/T2，把两个物体合起来当成一个系统来看，熵的变化是dS＝dS2－dS1＞0，即熵是增加的。

4.2.1物理学上指热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的程度。

4.2.2科学技术上泛指某些物质系统状态的一种量度，某些物质系统状态可能出现的程度。亦被社会科学用以借喻人类社会某些状态的程度。

4.2.3在信息论中，熵表示的是不确定性的量度。

4.3只有当你所使用的那个特定系统中的能量密度参差不齐的时候，能量才能够转化为功，这时，能量倾向于从密度较高的地方流向密度较低的地方，直到一切都达到均匀为止。正是依靠能量的这种流动，你才能从能量得到功。

4.4江河发源地的水位比较高，那里的水的势能也比河口的水的势能来得大。由于这个原因，水就沿着江河向下流入海洋。要不是下雨的话，大陆上所有的水就会全部流入海洋，而海平面将稍稍升高。总势能这时保持不变。但分布得比较均匀。

4.5正是在水往下流的时候，可以使水轮转动起来，因而水就能够做功。处在同一个水平面上的水是无法做功的，即使这些水是处在很高的高原上，因而具有异常高的势能，同样做不了功。在这里起决定性作用的是能量密度的差异和朝着均匀化方向的流动。

4.6熵是混乱和无序的度量。熵值越大，混乱无序的程度越大。我们这个宇宙是熵增的宇宙。热力学第二定律体现的就是这个特征。生命是高度的有序，智慧是高度的有序，在一个熵增的宇宙为什么会出现生命？会进化出智慧？（负熵）。热力学第二定律还揭示了：局部的有序是可能的，但必须以其他地方的更大无序为代价。人生存，就要能量，要食物，要以动植物的死亡(熵增)为代价。万物生长靠太阳。动植物的有序又是以太阳核反应的衰竭（熵增）或其他形式的熵增为代价的。人关在完全封闭的铅盒子里，无法以其他地方的熵增维持自己的负熵。在这个相对封闭的系统中，熵增的法则破坏了生命的有序。熵是时间的箭

头，在这个宇宙中是不可逆的。熵与时间密切相关。如果时间停止“流动”，熵增也就无从谈起。“任何我们已知的物质能关住”的东西，不是别的，就是“时间”。低温关住的也是“时间”。生命是物质的有序“结构”。“结构”与具体的物质不是同一个层次的概念。就像大厦的建筑材料和大厦的式样不是同一个层次的概念一样。生物学已经证明，凡是上了岁数的人，身体中的原子,已经没有一个是刚出生时候的了。但是，你还是你，我还是我，生命还在延续。倒是死了的人，没有了新陈代谢，身体中的分子可以保留很长时间。意识是比生命更高层次的有序，可以在生命之间传递。说到这里，我想物质与意识的层次关系应该比较清楚了。

5总结与以上热力学的重要性与如何学好材料热力学

5.1对于材料热力学的学习显得格外重要，因为它涉及的知识点理论相对于我们本科生较深，所以对于材料热力学的学习不能仅仅上课学习，听课就完事了，而更应该在课后多花时间，要做到每个星期上的课程都要在本星期复习绝对不能拖到下星期和以后去，假如这样很可能就更不上。还有一个就是预习，这和复习是同样有利于这门课的学习的。对于书中的公式不仅仅要会推到而且还要懂得如何运用，这就需要多做习题和多看看例题，在题中找规律找方法。

5.2材料热力学是经典热力学和统计热力学理论在材料研究方面的应用，其目的在与揭示材料中的相和组织的形成规律。固态材料中的熔化与凝固以及各类固态相变、相平衡关系和相平衡成分的确定、结构上的物理和化学有序性以及各类晶体缺陷的形成条件等是其主要研究对象。

5.3现代材料科学发展的主要特征之一是对材料的微观层次认识不断进步。利用场离子显微镜和高分辨电子显微镜把这一认识推进到了纳米和小于纳米的层次，已经可以直接观察到从位错形态直至原子实际排列的微观形态。这些成就可能给人们造成一种误解，以为只有在微观尺度上对材料的直接分析才是深刻把握材料组织结构形成规律的最主要内容和最主要途径；以为对那些熵、焓、自有能、活度等抽象概念不再需要更多的加以注意。其实不然，不仅热力学的主要长处在于它的抽象性和演绎性，而且现代材料科学的每一次进步和发展都一直受到经典热力学和统计热力学的支撑和帮助。材料热力学的形成和发展正是材料科学走向成熟的标志之一。工业技术的进步在拉动材料热力学的发展，而材料热力学的发展又在为下一个技术进步准备基础和条件。

5.4材料热力学是热力学理论在材料研究、材料生产活动中的应用。因此这是一门与实践关系十分密切的科学。学习这门课程，不能满足于理解书中的内容，而应当多进行一些对实际材料问题的分析与计算，开始可以是一些简单的、甚至是别人已经解决的问题，然后由易渐难，循序渐进。通过不断的实际分析与计算，增进对热力学理论的理解，加深对热力学的兴趣，进而有自己的心得和成绩。

参考文献：

1.K.;Grätzel, M.D.Pavlyuchkov∗, G.Savinykh, O.Fabrichnaya 2.Staffan Hertzman.metall.trans.’,1987,18A:1767 3.Hirth J P.Metall.Trans.1970,1:2367

第二篇：信息技术应用于语文课堂教学的研究

信息技术应用于语文课堂教学的研究

广州市番禺区市桥德兴小学 黎银兴

[摘要]：

在信息时代降临的今天，既对教育提出了严峻的挑战，更为教育的改革和发展提供了千载难逢的机遇。如何站在新的高度深化小学语文教学改革，充分发挥信息技术在教学中的优势，建立小学语文新型教学模式，创造性地提高语文教学的有效性？在实践中，可巧用信息技术创设情境，激发学习激情；合理借助信息技术，以突破教学重难点；活用信息技术整合教学资源，提高创新阅读的有效性。事实证明，合理借助信息技术进行语文教学，可以优化语文教学，提高教学的有效性，使语文教学进入一种美的意境。

[关键词]：巧用；灵用；活用

在信息时代降临的今天，既对教育提出了严峻的挑战，更为教育的改革和发展提供了千载难逢的机遇。如何站在新的高度深化小学语文教学改革，充分发挥信息技术在教学中的优势，建立小学语文新型教学模式，创造性地提高语文教学的有效性，将是摆在我们面前的艰巨任务。事实也证明了信息技术网络能提供文本、图形、动画、视频图像、声音等多种媒体集成的大容量信息，给学生带来了一种全新的学习环境和方式。通过信息技术，学生可以在娱乐中接受教育，增长知识，能最大限度的激发学生的学习积极性和主动性，提高了课堂教学的有效性。那么，如何恰当的巧用信息技术，让信息技术更好地提高语文教学的有效性呢？

一、巧用信息技术创设情境，激发学习激情

情境教学是教师从教学需要出发，根据教学目标，创设以形象为主体、富有感情色彩的具体场景或氛围，以激发和吸引学生主动学习。良好的课堂情境的创设往往取决于一堂课的导入环节。教师如能巧妙利用信息技术课件创设课堂氛围，那就会犹如磁石吸铁一般，紧紧吸引住学生的注意力，引发学生的兴趣。信息技术新颖有趣的动画情境，融直观性、知识性、趣味性于一体，为学生营造了一个图文并茂，动静相融的教学场景，引发学生的思维，激发了学生的学习兴趣和主动学习的积极性，使教学过程变得生动活泼，更具吸引力，能有效地提高了课堂教学质量。如在教学第四册《雷雨》中“雷雨前”的景象时，我播放了一段关于雷雨前的录像，学生在欣赏信息技术课件再现课文情境的一幅幅生动逼真的画面，边想象雷雨前自然景象的变化。调动学生的视觉、听觉器官，也促使形象思维活动的展开，激发学生学习课文的浓厚兴趣。同时，由于信息技术课件已将雷雨前闪电、雷声不断变亮、变响的过程生动地展现在学生眼前，所以学生能很快理解“越来越”的意思是一次比一次强。为帮助学生巩固对“越来越”这个词语的理解和运用，我让学生看有关信息技术展现的植物、动物生长的动画片段后，进行填空练习：（）越来越（）。让学生通过句子的填空练习，加深对抽象的关联词语的理解，从中发展学生的抽象思维能力。

又如在学习《曼谷的小象》这课时，我首先让学生欣赏曼谷美丽的风光和大象，进入情境。老师配乐展示多幅曼谷的风景图和大象图，老师边展示边介绍：曼谷是泰国的首都和最大城市，也是东南亚第二大城市。在泰语里是“天使之都”的意思，她是世界著名的旅游胜地之一。全市有佛庙400多座，又被称为“佛庙之都”。在曼谷，您到处可以看到精致美观，各式各样的佛庙。在曼谷你除了欣赏佛庙还应该去欣赏大象，因为那里的大象乖巧、聪明能干，是人们的好帮手。大家想去那旅游吗？今天，黎老师带你们出国，去曼谷旅游，去看曼谷的景、曼谷的人，还有曼谷的小象。这样学生仿佛置身于曼谷的奇异风光中，既了解了有关曼谷的知识，又激发了去曼谷了解曼谷的人和象的热望，这样利用信息技术创设情境，可将抽象的语言文字化为直观可感的画面，是培养学生思维能力的最佳途径，为后面新课内容的顺利教学作好了铺垫，提高了课堂教学的有效性。

二、灵用借助信息技术，以突破教学重难点

小学语文教材内容丰富多彩，但有难易之分。对于教材中难理解的问题，如果单靠简单的教学手段，哪怕老师费尽唇舌，也难以引导学生去理解和突破。如果能灵活运用信息技术进行教学，加强信息技术与课程的整合，是可以弥补教学上的不足，变抽象为具体。这样的教学，使学生通过视听觉产生强烈的兴趣，打破了沉闷的学习气氛，改变枯燥单一的学习方式，能使学生更为顺利地理解信息，集中学生的注意力，激发学生表达的欲望。这就使学生不再是信息的被动接受者，却能产生学习的兴趣，主动、及时地获取信息，从而激发他们自觉地参与学习，加深对课文内容的理解和认识，容易突破重难点。如在教学《圆明园的毁灭》，这篇课文语言精练，具有极强的震撼力。学生领略圆明园惜日的辉煌和认识侵略者的贪婪与疯狂是文中的重难点之一。如果单纯靠教师的语言描述，学生只能简单地知道圆明园在艺术上的成就和馆藏品的价值，以及从表面上知道圆明园的毁灭是英法联军播下的恶果。但在教学中我并没有采用这样的方法。而是首先播放圆明园的景色录像，边放边配上语言描述，圆明园在学生的头脑中的印象越来越清晰。我趁热打铁，让学生用语言由衷地赞美祖国灿烂的文化。当学生高昂的爱国热情被激起之时，我及时地播放英法联军火烧圆明园的电影片断，巨大的反差给学生内心带来强烈的震撼，激起他们对侵略者的愤恨，对圆明园毁灭的痛惜。这样灵用信息技术与语文课程的整合，不仅可以丰富文本的内涵，还可以加深学生对课文的理解和感悟。

三、活用信息技术整合教学资源，提高创新阅读的有效性

《语文课程标准》强调语文学习是一个长期积累的过程，只有“厚积”才能“薄发”，提倡扩大阅读面。全国著名特级教师窦桂梅也提出：语文教育应当引导学生学好教材，超越教材。对语文学科的学习来说，要打破教材作为唯一课程资源的观念。在教好原有教材的基础上，注意延伸扩展。用信息论的观点来看，就是在一定时间内给学生传导最多信息，使他们提高语文学习的效率。信息技术计算机的运用，将教材的一些内容进行延伸，再创造，使用信息技术教学手段，可以充分利用各种资料和音像材料来整合教学资源，扩大知识容量，既能使教学内容在多层面、多形式达到良好的组合，又使教学内容呈现出形象生动、感染力强的特征，因而能够极大地激发学生的兴趣，调动学生学习时主动投入的激情。所以我们要树立大语文观，构建课内外联系，学科间融合的语文课程体系。如教学《荷花》这一课时，我布置学生网上搜集信息、拓展学习。课前，布置学生收集有关荷花的资料在课上交流。老师也将自己收集的资料与学生共享，进行课后延伸，进行荷花综合学习。如荷花的历史，荷花裁培在中国具有5000年以上；荷花的观赏价值和经济价值；荷花家族的食用营养价值；荷花的高贵品质，迎骄阳而不惧，出污泥而不染；古往今来诗人墨客歌咏荷花的诗句等。

又如在教学《邓小平爷爷植树》一课，我在较好地完成本课的教学任务的情况下，引导学生通过信息技术阅读关于《植树节的由来》和《邓小平同志和全民植树运动》，学生通过阅读，拓宽了知识面，知道3月12日是植树的好日子，更深切地体会到邓小平爷爷植树的认真态度和他的心愿。因此，利用信息技术整合教学资源，不仅能调动学生学习语文的积极性，而且能加强学生对教学内容和阅读方法的掌握，更有助于他们在课外时间里，读更多的书籍，扩大了学生的信息量，拓展了学生的视野。就这样，学生通过实践创新，综合能力得到锻炼，语文综合素养得到提高，有效地提高了学生的阅读速度与理解能力，这不就是践行教学的有效性吗？

合理借助信息技术进行语文教学，可以优化语文阅读教学，使语文教学进入一种美的意境。优美的画面、动听的音乐给学生带来美的享受，使语文课充满意境之美，而且提供大容量教学信息、实现教学信息的优化整合，培养了学生的自学能力和分析解决问题的能力，提高语文教学的有效性，提高小学生的语文素养。

参考文献：

1、《小学语文教师》2010年8月刊

2、《小学语文课程标准解读》（实验稿）

第三篇：材料热力学作业

1、什么是热力学？动力学？

热力学是研究热现象中物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系，以及状态发生变化时系统与外界相互作用（包括能量传递和转换）的学科。工程热力学是热力学最先发展的一个分支，它主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换的规律及其应用，是机械工程的重要基础学科之一。

热力学（thermodynamics）是自然科学的一个分支，主要研究热量和功之间的转化关系。热力学是研究物质的平衡状态以及与准平衡态，以及状态发生变化时系统与外界相互作用（包括能量传递和转换）的物理、化学过程的学科。热力学适用于许多科学领域和工程领域，如发动机，相变，化学反应，甚至黑洞等等。

热力学，全称热动力学，是研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科；它着重研究物质的平衡状态以及与准平衡态的物理、化学过程。

热力学是热学理论的一个方面。热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律。热力学是总结物质的宏观现象而得到的热学理论，不涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用。因此它是一种唯象的宏观理论，具有高度的可靠性和普遍性。热力学三定律是热力学的基本理论。热力学定律

* 热力学第零定律：说明热平衡和温度的关系。* 热力学第一定律：能量守恒定律的一种特殊形式——在一个封闭系统里，所有种类的能量，形式可以转化，但既不能凭空产生，也不会凭空消失。* 热力学第二定律：孤立系统熵(失序)不会减少——简言之，热不能自发的从冷处转到热处，任何高温的物体在不受热的情况下，都会逐渐冷却。* 热力学第三定律：不可能以有限程序达到绝对零度——换句话说，绝对零度永远不可能达到。

动力学（Dynamics）是经典力学的一门分支，主要研究运动的变化与造成这变化的各种因素。换句话说，动力学主要研究的是力对于物体运动的影响。运动学则是纯粹描述物体的运动，完全不考虑导致运动的因素。更仔细地说，动力学研究由于力的作用，物理系统怎样随着时间的演进而改变。动力学的基础定律是艾萨克·牛顿提出的牛顿运动定律。对于任意物理系统，只要知道其作用力的性质，引用牛顿运动定律，就可以研究这作用力对于这物理系统的影响。在经典电磁学里，物理系统的动力状况涉及了经典力学与电磁学，需要使用牛顿运动定律、麦克斯韦方程、洛伦兹力方程来描述。自20世纪以来，动力学又常被人们理解为侧重于工程技术应用方面的一个力学分支。动力学是机械工程与航空工程的基础课程。

动力学的基本内容包括质点动力学、质点系动力学、刚体动力学、达朗贝尔原理等。以动力学为基础而发展出来的应用学科有天体力学、振动理论、运动稳定性理论，陀螺力学、外弹道学、变质量力学，以及正在发展中的多刚体系统动力学、晶体动力学等。

2.材料热力学是从能量角度研究材料，试举出和你研究领域相近的两种应用热力学理论来研究材料的例子。1.Nb表面合金化对Ti6Al4V腐蚀行为的影响，钛合金具有比强度高等特性,是适合于航空航天等领域应用的先进材料.然而未加处理的钛合金通常存在耐磨性差及高温易氧化等问题,无法满足应用要求.此外,钛合金在大气、海水等一般环境下具有较强的耐蚀性,但是在一些特殊介质里,如还原性酸中容易受到腐蚀.为了解决上述问题,适当的表面改性处理是十分必要的.因此钛合金表面改性技术近年来成为材料科学热点研究领域之一.钛合金中加入铌元素可显著提高耐蚀性及高温抗氧性能.Ti-45 Nb就是一种新型耐蚀钛合金采用双辉技术在Ti6Al4V合金表面进行Nb表面合金化处理,形成具有类似Ti45 Nb成分的表面Ti-Nb合金层,提高其抗蚀性及高温抗氧化性能,同时又保留了基体材料比强度高的特性.基体Ti6Al4V和Ti-Nb合金层在5%H2SO4溶液中电化学腐蚀极化曲线如图4所示.由图4可以看出Ti-Nb合金层较基体Ti6Al4V自腐蚀电位提高约400mV,从电化学腐蚀热力学角度表明Ti-Nb合金层抗腐蚀能力提高了.由阳极极化曲线看出,两者趋势是一样的,都发生了钝化.图5是基体Ti6Al4V和Ti-Nb合金层在5%HCl溶液中电化学腐蚀极化曲线.由图可以看出Ti-Nb合金层较基体Ti6Al4V自腐蚀电位提高约60 mV,从热力学角度表明抗腐蚀能力提高了.基体Ti6Al4V和Ti-Nb合金层阳极极化曲线基本相似,均表现为电流密度随着电位的升高而增大,它没有发生钝化现象,始终处于活性溶解区

由图6可以看出Ti-Nb合金层在315%NaCl溶液中较基体Ti6Al4V自腐蚀电位提高约160 mV,表明Nb表面合金化后增加了Ti6Al4V热力学稳定性,耐蚀性提高.由Ti6Al4V阳极极化曲线看出,电流密度随着电位的升高而增大,也就是说它没有发生钝化现象,始终处于活性溶解区;由Ti-Nb合金层阳极极化曲线可以看出,在0121 V~0139 V左右发生钝化,在电位达113 V之后,发生二次钝化,说明Ti-Nb合金层在3.5%NaCl水溶液中出现钝化膜破裂后自修复的现 象。

结论：电化学腐蚀研究表明:在5% H2SO4、5% HCl、3.5%NaCl溶液中Ti-Nb合金层较基体Ti6Al4V抗腐蚀能力有一定的提高。2.分析法

基于溶液电化学性质的化学分析方法。电化学分析法是由德国化学家C.温克勒尔在19世纪首先引入分析领域的，仪器分析法始于1922年捷克化学家 J.海洛夫斯基建立极谱法。电化学分析法的基础是在电化学池中所发生的电化学反应。电化学池由电解质溶液和浸入其中的两个电极组成，两电极用外电路接通。在两个电极上发生氧化还原反应，电子通过连接两电极的外电路从一个电极流到另一个电极。根据溶液的电化学性质（如电极电位、电流、电导、电量等）与被测物质的化学或物理性质（如电解质溶液的化学组成、浓度、氧化态与还原态的比率等）之间的关系，将被测定物质的浓度转化为一种电学参量加以测量。根据国际纯粹化学与应用化学联合会倡议，电化学分析法分为三大类：①既不涉及双电层，也不涉及电极反应，包括电导分析法、高频滴定法等。②涉及双电层，但不涉及电极反应，例如通过测量表面张力或非法拉第阻抗而测定浓度的分析方法。③涉及电极反应，又分为两类：一类是电解电流为0，如电位滴定；另一类是电解电流不等于0，包括计时电位法、计时电流法、阳极溶出法、交流极谱法、单扫描极谱法、方波极谱法、示波极谱法、库仑分析法等。

3.金属的防腐蚀问题，大部分金属腐蚀是电化学腐蚀问题。

根据电化学腐蚀原理，依靠外部电流的流入改变金属的电位，从而降低金属腐蚀速度的一种材料保护技术。按照金属电位变动的趋向，电化学保护分为阴极保护和阳极保护两类。①阴极保护。通过降低金属电位而达到保护目的的，称为阴极保护。根据保护电流的来源，阴极保护有外加电流法和牺牲阳极法。外加电流法是由外部直流电源提供保护电流，电源的负极连接保护对象，正极连接辅助阳极，通过电解质环境构成电流回路。牺牲阳极法是依靠电位负于保护对象的金属（牺牲阳极）自身消耗来提供保护电流，保护对象直接与牺牲阳极连接，在电解质环境中构成保护电流回路。阴极保护主要用于防止土壤、海水等中性介质中的金属腐蚀。②阳极保护。通过提高可钝化金属的电位使其进入钝态而达到保护目的的，称为阳极保护。阳极保护是利用阳极极化电流使金属处于稳定的钝态，其保护系统类似于外加电流阴极保护系统，只是极化电流的方向相反。只有具有活化-钝化转变的腐蚀体系才能采用阳极保护技术，例如浓硫酸贮罐、氨水贮槽等。

3.你研究课题的研究内容是什么，拟用几种分析、检测方法，课题研究中有无热力学现象，试简单介绍。

课题： TiNi合金表面双辉等离子渗Mo合金化后的表面结构和性能

采用双辉等离子表面合金化技术对TiNi合金进行表面渗钼合金化处理；采用光学显微镜、辉光放电光谱仪和扫描电镜对合金化试样的截面及表面进行表征，采用显微硬度计、硬度计、往复磨损试验机及白光干涉仪对合金化试样的表面硬度、结合强度及摩擦学性能进行了测试。采用电化学测试对表面耐蚀性能进行研究。

金相分析是金属材料试验研究的重要手段之一，采用定量金相学原理，由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。将计算机应用于图像处理，具有精度高、速度快等优点，可以大大提高工作效率。

计算机定量金相分析正逐渐成为人们分析研究各种材料，建立材料的显微组织与各种性能间定量关系，研究材料组织转变动力学等的有力工具。采用计算机图像分析系统可以很方便地测出特征物的面积百分数、平均尺寸、平均间距、长宽比等各种参数，然后根据这些参数来确定特征物的三维空间形态、数量、大小及分布，并与材料的机械性能建立内在联系，为更科学地评价材料、合理地使用材料提供可靠的数据。

辉光放电光谱仪： 主要用途：

 导电材料和非导电材料的基体、镀层（涂层）中的化学元素含量分析；  热处理工件（渗碳、渗氮）等的元素深度定量分析；

 导电材料表面覆盖有一层或多层导电或不导电镀层（涂层）中化学元素的分析; 非导体材料表面覆盖有一层或多层导电或不导电镀层（涂层）中化学元素的分析;扫描电镜：

扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。当一束高能的入射电子轰击物质表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时，也可产生电子-空穴对、晶格振动（声子）、电子振荡（等离子体）。原则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。显微结构的分析

在陶瓷的制备过程中，原始材料及其制品的显微形貌、孔隙大小、晶界和团聚程度等将决定其最后的性能。扫描电子显微镜可以清楚地反映和记录这些微观特征，是观察分析样品微观结构方便、易行的有效方法，样品无需制备，只需直接放入样品室内即可放大观察；同时扫描电子显微镜可以实现试样从低倍到高倍的定位分析，在样品室中的试样不仅可以沿三维空间移动，还能够根据观察需要进行空间转动，以利于使用者对感兴趣的部位进行连续、系统的观察分析。扫描电子显微镜拍出的图像真实、清晰，并富有立体感，在新型陶瓷材料的三维显微组织形态的观察研究方面获得了广泛地应用。

由于扫描电子显微镜可用多种物理信号对样品进行综合分析，并具有可以直接观察较大试样、放大倍数范围宽和景深大等特点，当陶瓷材料处于不同的外部条件和化学环境时，扫描电子显微镜在其微观结构分析研究方面同样显示出极大的优势。主要表现为： ⑴力学加载下的微观动态（裂纹扩展）研究 ；⑵加热条件下的晶体合成、气化、聚合反应等研究 ；⑶晶体生长机理、生长台阶、缺陷与位错的研究； ⑷成分的非均匀性、壳芯结构、包裹结构的研究； ⑸晶粒相成分在化学环境下差异性的研究等。纳米尺寸的研究 纳米材料是纳米科学技术最基本的组成部分，可以用物理、化学及生物学的方法制备出只有几个纳米的“颗粒 ”。纳米材料的应用非常广泛，比如通常陶瓷材料具有高硬度、耐磨、抗腐蚀等优点，纳米陶瓷在一定的程度上也可增加韧性、改善脆性等，新型陶瓷纳米材料如纳米称、纳米天平等亦是重要的应用领域。纳米材料的一切独特性主要源于它的纳米尺寸，因此必须首先确切地知道其尺寸，否则对纳米材料的研究及应用便失去了基础。纵观当今国内外的研究状况和最新成果,该领域的检测手段和表征方法可以使用透射电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等技术，但高分辨率的扫描电子显微镜在纳米级别材料的形貌观察和尺寸检测方面因具有简便、可操作性强的优势被大量采用。另外如果将扫描电子显微镜与扫描隧道显微镜结合起来，还可使普通的扫描电子显微镜升级改造为超高分辨率的扫描电子显微镜。铁电畴的观测

压电陶瓷由于具有较大的力电功能转换率及良好的性能可调控性等特点在多层陶瓷驱动器、微位移器、换能器以及机敏材料与器件等领域获得了广泛的应用。随着现代技术的发展，铁电和压电陶瓷材料与器件正向小型化、集成化、多功能化、智能化、高性能和复合结构发展，并在新型陶瓷材料的开发和研究中发挥重要作用。铁电畴（简称电畴）是其物理基础，电畴的结构及畴变规律直接决定了铁电体物理性质和应用方向。电子显微术是观测电畴的主要方法，其优点在于分辨率高，可直接观察电畴和畴壁的显微结构及相变的动态原位观察（电畴壁的迁移）。

扫描电子显微镜观测电畴是通过对样品表面预先进行化学腐蚀来实现的，由于不同极性的畴被腐蚀的程度不一样，利用腐蚀剂可在铁电体表面形成凹凸不平的区域从而可在显微镜中进行观察。因此，可以将样品表面预先进行化学腐蚀后，利用扫描电子显微镜图像中的黑白衬度来判断不同取向的电畴结构。对不同的铁电晶体选择合适的腐蚀剂种类、浓度、腐蚀时间和温度都能显示良好的畴图样。

在实际分析工作中，往往在获得形貌放大像后，希望能在同一台仪器上进行原位化学成分或晶体结构分析，提供包括形貌、成分、晶体结构或位向在内的丰富资料，以便能够更全面、客观地进行判断分析。为了适应不同分析目的的要求，在扫描电子显微镜上相继安装了许多附件，实现了一机多用，成为一种快速、直观、综合性分析仪器。把扫描电子显微镜应用范围扩大到各种显微或微区分析方面，充分显示了扫描电镜的多种性能及广泛的应用前景。

目前扫描电子显微镜的最主要组合分析功能有:X射线显微分析系统（即能谱仪,EDS），主要用于元素的定性和定量分析，并可分析样品微区的化学成分等信息；电子背散射系统（即结晶学分析系统），主要用于晶体和矿物的研究。随着现代技术的发展，其他一些扫描电子显微镜组合分析功能也相继出现，例如显微热台和冷台系统，主要用于观察和分析材料在加热和冷冻过程中微观结构上的变化；拉伸台系统，主要用于观察和分析材料在受力过程中所发生的微观结构变化。扫描电子显微镜与其他设备组合而具有的新型分析功能为新材料、新工艺的探索和研究起到重要作用。

成像 二次电子和背散射电子可以用于成像，但后者不如前者，所以通常使用二次电子

课题中的热力学现象：

电化学分析：电化学腐蚀中金属电位高低与金属活动性之间一般还是有规律可循的，在特定的介质条件下，电位较负的金属活泼性比较大，电位较正的金属活泼性较小。电位较负的金属在电化学腐蚀的过程中通常作为阳极，而电位较正的金属通常作为阴极；作为阳极的金属就会因腐蚀而受到破坏，而阴极却没有太大的破坏。

化学腐蚀与电化学腐蚀有着本质的不同，化学腐蚀通常发生在高温，干燥的环境下。

电化学腐蚀是金属因发生了电化学反应而受到的破坏，通常要有第二类导体（即离子导体）的参与，阳极和阴极通常要分区域进行（均匀腐蚀阳极，阴极区域很难区分），这是与化学腐蚀一个重要的区别。

极化曲线：

表示电极电位与极化电流或极化电流密度之间的关系曲线。如电极分别是阳极或阴极，所得曲线分别称之为阳极极化曲线(anodic polarization curve)或阴极极化曲线(cathodic polarization curve)。

极化曲线分为四个区，活性溶解区、过渡钝化区、稳定钝化区、过钝化区。极化曲线 可用实验方法测得。分析研究极化曲线，是解释金属腐蚀的基本规律、揭示金属腐蚀机理和探讨控制腐蚀途径的基本方法之一。

极化曲线以电极电位为纵坐标，以电极上通过的电流为横坐标获得的曲线称为极化曲线。它表征腐蚀原电池反应的推动力电位与反应速度电流之间的函数关系。直接从实验测得的是实验极化曲线。而构成腐蚀过程的局部阳极或者局部阴极上单独电极反应之电位与电流关系称为真实极化曲线，即理想极化曲线。

第四篇：材料热力学论文

马氏体强化机制及相变研究

摘要：马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。本文以马氏体的组织形态以及马氏体相变过程为出发点，主要阐述了马氏体的主要强韧化机制以及马氏体相变研究中的一些新进展，包括马氏体相变特性、马氏体相变热力学、马氏体相变晶体学等。

关键词：马氏体，强化机制，马氏体相变，相变热力学，相变晶体学。

1.马氏体概述

马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。

马氏体最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，但是在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。

2.马氏体形态

人们在马氏体形态方面进行了大量研究，发现了马氏体的许多不同形态，并找出了马氏体及其精细结构与性能之间的关系，对马氏体的晶体结构也有了比较深刻的认识。马氏体形态虽然多种多样，但从其形态特征上基本可归纳为条状马氏体和片状马氏体两大类，其精细结构可划分为位错和孪晶。同时发现马氏体与母相保持严格的晶体学位向关系。2.1 条状马氏体

主要形成于含碳量较低的钢中，又称低碳马氏体。因其形成于200℃以上的较高温度，故又称高温马氏体；因其精细（亚）结构为高密度（一般为0.3～0.9×1012cm/cm2）位错，故又称位错马氏体。

在光学显微镜下观察，条状马氏体的主要形态特征为：呈束状排列。近于平行而长度几乎相等的条状马氏体组成一束，或称为马氏体“领域”（即板条群）。板条群的尺寸约为20～35μm，由若干个尺寸大致相同的板条在空间位向大致平行排列所作组成，在原奥氏体的一颗晶粒内，可以发现几团马氏体束（即几个板条群，常为3～5个，每一个板条为一个马氏体单晶体，其尺寸约为0.5μm× 5.0μm ×20μm），马氏体板条具有平直界面，界面近似平行于奥氏体的{111}γ，即惯习面，相同惯习面的马氏体板条平行排列构成马氏体板条群。现已确定，这些稠密的马氏体板条多被连续的高度变形的残余奥氏体薄膜（约为20μm）所隔开，且板条间残余奥氏体薄膜的碳含量较高，在室温下很稳定，对钢的机械性能会产生显著影响。马氏体束与束之间以大角度相界面分开，一般为60°或120°角，马氏体束不超越原奥氏体晶界。同束中的马氏体条间以小角度晶界面分开。每束内还会有黑白色调反差，同一色调区的板条具有相同位向，称之为同向板条区。

2.2 片状马氏体

片状马氏体主要形成于含碳量较高的钢中，又称为高碳马氏体；因其形成于200℃以下的低温，故又称低温马氏体；因其精细（亚）结构为大量孪晶，故又称其为孪晶马氏体。这种孪晶在靠近马氏体片的边界处消失，不会穿过马氏体边界，而边界上的亚结构则为复杂的位错网络，现已查明：马氏体片的中脊仍是密度更高的极细孪晶。

片状的马氏体的空间形态为双凸透镜状。在光学显微镜下观察的乃是截面形状，因试样磨面对每一马氏体片的切割角度不同，故有针状、竹叶状，所以又称针（竹叶）状马氏体，马氏体片之间不平行，相交成一定角度（如60°、120°）。在原奥氏体晶粒中，首先形成的马氏体片是贯穿整个晶粒的，但一般不穿过晶界，只将奥氏体晶粒分割，以后陆续形成的马氏体由于受到限制而越来越小。所以片状马氏体的最大尺寸取决于原奥氏晶粒大小，原奥氏体晶粒越粗大，马氏体片越大，反之则越细。当最大尺寸的马氏体片小到光学显微镜无法分辨时，便称为隐晶（或称为隐针）马氏体。

片状马氏体的基本特征是在一个奥氏体晶粒内形成的第一片马氏体针较粗大，往往横贯整个奥氏体晶粒，将奥氏体晶粒加以分割，使以后形成的马氏体针大小受到限制，因此针状马氏体的大小不一，但其分布有一定规律，基本上马氏体按近似60°角分布。且在马氏体针叶中有一中脊面，含碳量愈高，愈明显，并在马氏周围有残留奥氏体伴随。由于针状马氏体形成于较低温度，故自回火现象很弱，在相同试剂浸蚀时，总是比板条马氏体显得明亮。

马氏体的硬度主要取决于它的含碳量。随碳含量增加，马氏体硬度升高，当碳含量质量分数达0.6％时，淬火钢的硬度值接近峰值。当碳含量进一步增加时，虽然马氏体硬度有所升高，但由于残余奥氏体的含量也增加，会使钢的硬度有所下降。合金元素含量对马氏体的硬度影响不大，但可以提高它的强度。

2.3 其它形态马氏体

（1）隐晶（或隐针）马氏体

在实际生产中，高碳钢或高碳高合金钢正常加热淬火时，由于原始奥氏体晶粒非常细小，所形成的马氏体晶体极细，在光学显微下看不出马氏体针的形态，称为隐晶（或隐针）马氏体。一般中碳钢快速加热时，也会得到极细的奥氏体晶粒，淬火后得到极细的条状和片状马氏体的混合组织，在光学显微镜下也看不出马氏体形态特征，也是一种隐晶马氏体。（2）蝶状马氏体

在Fe-Ni合金和Fe-Ni（-Cr）-C合金中，当马氏体在板条状马氏体的形成温度范围之间的温区形成时，会出现具有特异形态的马氏体，这种马氏体的立体形态为“V”形柱状，其断面呈蝴蝶状，故称为蝶状马氏体或多角状马氏体。蝶状马氏体两翼的惯习面为{225}γ，两翼相交的结合面为{100}γ。电子显微镜观察表明，蝶状马氏体的内部亚结构为高密度位错，无孪晶存在，与母相的晶体学位向关系大体上符合K-S关系。（3）薄片状马氏体

在Ms点极低的Fe-Ni-C合金中，可观察到一种厚度约为3～10μm的薄片状马氏体，其立体形态为薄片状，与试样磨面相截呈宽窄一致的平直带状，带可以相互交叉，呈现曲折、分枝等形态，薄片状马氏体的惯习面为{259}γ，与奥氏体之间的位向关系为K-S关系，内部亚结构为{112}α/孪晶，孪晶的宽度随碳含量升高而减小。平直的带中无中脊，这是它与片状马氏体的不同之处。（4）ε马氏体

上述各种马氏体都是具有体心立方（正方）点阵结构的马氏体（α/）。而在奥氏体层错能较低的Fe-Mn-C（或Fe-Cr-Ni）合金中有可能形成具有密排六方点阵结构的ε马氏体。ε马氏体呈极薄的片状，厚度仅为100～300nm，其内部亚结构为高密度层错。ε马氏体的惯习面为{111}γ，与奥氏体之间的位向关系为{111}γ//{0001}ε，<110>γ//<1120>ε。

2.4 影响马氏体形态的因素

实验证明，钢的马氏体形态主要取决于马氏体形成温度和过冷奥氏体中碳及合金元素的含量。对碳钢而言，随着钢中含碳量的增加，条状马氏体相对量减少，片状马式体数量则相对增加。一般来说，当奥氏体含碳量大于1％时，淬火后几乎完全是片状马氏体；当奥氏体中含碳量小于0.2％时，淬火后几乎完全是条状马氏体。含碳量在0.20～0.40％之间时，则以条状马氏体为主；含碳量在0.40～0.80％之间时，则为条状和片状马氏体的混合组织。除钴、铝以外，多数合金元素均使Ms点下降，故都增加马氏体的孪晶倾向。钴虽提高Ms点，但却不能减少马氏体内部的孪晶。

此外，应力和变形也能改变马氏体形态，在高的静压力下，可显著降低Ms，可在低碳钢中获得大片马氏体。若在Ms点以上不太高的温度进行塑性变形，则会显著增加条状马氏体的含量。

3.马氏体的强化机制

金属的强化机制大致可分为固溶强化机制、第二相强化、形变强化及细晶强化等。近年来对马氏体高强度、高硬度的本质进行了大量研究，认为马氏体的高强度、高硬度是多种强化机制综合作用的结果。主要的强化机制包括：相变强化、固溶强化、时效强化、形变强化和细晶强化等。

3.1 相变强化

马氏体相变的强化重庆316L不锈钢管研究认为：在不锈钢中具有最高硬度的SUS 440(2(13Cr-IC)(640-700[1V)属于马氏体系不锈钢，马氏体组织的结构非常微细，而且在其内部存在高密度的位错，若使碳过饱和固溶还能提高强度。另方面，经过最后的回火处理可以得到碳化物等析出物弥散细微分布的组织。马氏体系不锈钢用固溶碳量和加火处理可以调整其强度。例如，SUS 420J2(13Cr-O．3C)从i000~C的高温奥氏体区急冷时，发生固溶0．3％C的马氏体相变，再经回火热处理就会使碳化物等析出物呈微细弥散分布。其强度可达到约550HV。

3.2 细晶强化

人们早己知道晶粒大小影响金属强度。铁素体晶粒大小对退火的软钢屈服强度的影响，可以看出晶粒直径d与屈服强度间有着直线关系，晶粒越细屈服强度越高。这种屈服强度与晶粒大小间的关系称霍尔佩琪法则，因变形在晶粒内运动的位错在晶界其运动被阻，所以晶界大量存在的细晶粒材料，其强度很高。前述的固溶强化、析出强化及加工硬化若过分提高强度，则会使韧性受损。所以，有时根据加工、使用条件使强度有一定限制。另一方面，当晶粒细化时不但不损坏韧性，而且还能提高强度。现在，对钢铁材料的晶粒细化的研究非常盛行，并以“超级金属的技术开发。为题进行着开发，通常不锈钢的晶粒直径为数十微米，但在这些课题中正在研究一种制造方法，使金属晶粒有1／100到数百毫微米(nm)，例如，晶粒直径为300nm的奥氏体系不锈钢其拉伸强度为1100 N／mm2，约是通常粒径材料的2倍。为了能在不损害韧性的前提下得到高强度，对这种方法寄予了很大的希望。在JIS规定的不锈钢中存在具有微细组织的不锈钢，这是把不同组织复合的双相系不锈钢。SUS329J4L(25Cr—6Ni—3Mo—N)具有在铁素体母相中分布着岛状奥氏体相的组织，由于为复合组织故各组织很细微。另外，由于加入了氮使之固溶强化提高了强度，耐点蚀性也得到改善。由于晶粒细化和固溶强化的复合作用，使得双相钢的屈服强度等强度特性好于奥氏体系和铁索体系。

3.3 固溶强化

纯金属由于强度低, 很少用作结构材料, 在工业上合金的应用远比纯金属广泛。合金组元溶入基体金属的晶格形成的均匀相称为固溶体。纯金属一旦加入合金组元变为固溶体,其强度、硬度将升高而塑性将降低, 这个现象称为固溶强化。固溶强化的机制是: 金属材料的变形主要是依靠位错滑移完成的, 故凡是可以增大位错滑移阻力的因素都将使变形抗力增大, 从而使材料强化。合金组元溶入基体金属的晶格形成固溶体后, 不仅使晶格发生畸变, 同时使位错密度增加。

结果表明，在碳含量小于0.4%时，马氏体的屈服强度随碳含量增加而升高；碳含量大于0.4%时，马氏体的屈服强度不再增加。这一现象的普遍解释为，固溶的间隙C 原子处于Fe 原子组成的八面体的中心位置，马氏体中的八面体为扁八面体（奥氏体中为正八面体），C 原子溶入后形成以C 原子为中心的畸变偶极应力场，该应力场与位错产生强烈的交互作用，令位错运动使马氏体强度升高。当含碳量高于0.4%时，C 原子间距太近，产生的畸变偶极应力场彼此抵消，降低了强化效果。

3.4 形变强化

生产金属材料的主要方法是塑性加工, 即在外力作用下使金属材料发生塑性变形, 使其具有预期的性能、形状和尺寸。在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。金属材料在冷变形过程中强度将逐渐升高, 这一现象称为形变强化。

钢变形时给结晶加上了剪断应力，在位错运动的同时，给结晶导入了大量的位错。加工硬化加工轧制和拔丝这种塑性变形使晶体内的位错密度增加，是强化钢的方法。据重庆304不锈钢卷板研究证明这种加工硬化作用奥氏体系比铁素体系大得多。在18Cr-8Ni组成的亚稳定奥氏体系，因位错密度增大的硬化和马氏体的生成(加工引起相变)容易得到高强度。利用加工硬化的材料称硬化材，其强度可根据轧制率的变化按H(硬级)、3／4H和1／2H的强度水平划分，SUS 301(17Cr-TNi)硬化材在家庭电器机械的压簧和汽车的引擎垫圈、通信机械的连接器材等板弹簧制品方面使用非常普及。由加工硬化引起的马氏体具有磁性，所以SUS 301和SUS 304的硬化材也有磁性。非磁性的弹簧用材料有含高锰的不锈钢AISl205(17Cr-15Mn-1．5Ni-O．35N)，该钢是用锰取代了SUS 301中的镍，由于其性质的不同，可以固溶更多的氮。就是说，可以得到前述的固溶强化的效果。在固溶化处理状态下SUS 304的硬度约1801tV，而AISl 205的硬度约2701]V，再进行加工时可发现显著的加工硬化特性。所有钢种随着压下率增加的同时，硬度也上升。3.5时效强化

时效强化也是马氏体强化的一个重要因素，马氏体相变是无扩散相变，但在马氏体形成后，马氏体中的碳原子的偏聚（马氏体自回火）就能发生，碳原子发生偏聚（时效）的结果，碳含量越高，时效强化越显著。

时效强化是由C 原子扩散偏聚钉扎位错引起。因此，如果马氏体在室温以上形成，淬火冷却时又未能抑制C 原子的扩散，则在淬火至室温途中C 原子扩散偏聚已自然形成，而呈现时效。所以，对于MS 高于室温的钢，在通常淬火冷却条件下，淬火过程即伴随自回火。

3.6 亚结构强化

亚结构强化主要指孪晶或层错的强化作用，其表现在以下几个方面：(1)位错与孪晶的弹性交互作用；(2)位错穿过孪晶构成滑移轨迹的曲折；(3)孪晶阻挡位错运动。

应当指出，孪晶的强化，据认为是由于碳原子在孪晶界面上的偏聚所造成的，其强化作用的贡献与钢的含碳量关系密切：当碳含量小于0.3%时，马氏体的强化主要寄托于间隙原子的固溶强化；当碳含量为0.3%-0.6%时，马氏体强度的提高除得益于固溶强化外，还可有孪晶和位错亚结构的强化贡献；当碳含量大于0.6%时，孪晶的强化作用显得很弱。

4.马氏体相变

4.1.1马氏体相变概念

马氏体（M）是碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。其比容大于奥氏体、珠光体等组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因。马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。4.1.2马氏体概念提出

马氏体这一概念最先由德国冶金学家Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。奥氏体中含碳量≥1%的钢淬火后，马氏体形态为片状马氏体，当奥氏体中含碳量≤0.2%的钢淬火后，马氏体形状基本为板条马氏体。马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。

4.2 马氏体相变特征

马氏体转变的一般定义为：过冷奥氏体以较快的速度冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变称为马氏体相变。其主要特点有以下几点：

1）马氏体相变是无扩散相变。马氏体相变时没有穿越界面的原子无规行走或顺序跳跃，因而新相（马氏体）承袭了母相的化学成分、原子序态和晶体缺陷。马氏体相变时原子有规则地保持其相邻原子间的相对关系进行位移，这种位移是切变式的。原子位移的结果产生点阵应变(或形变)。这种切变位移不但使母相点阵结构改变，而且产生宏观的形状改变。

2）产生表面相变时浮突。马氏体形状改变使先经抛光的试样表面形成浮突。马氏体形成时，与马氏体相交的表面上发生倾动，在干涉显微镜下可见到浮突的高度以及完整尖锐的边缘。

3）新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。马氏体相变时在一定的母相面上形成新相马氏体，这个面称为惯习（析）面，它往往不是简单的指数面，如镍钢中马氏体在奥氏体(γ)的{135}上最先形成。马氏体形成时和母相的界面上存在大的应变。为了部分地减低这种应变能，会发生辅助的变形，使界面改变。由于马氏体相变时原子规则地发生位移，使新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。

4）马氏体相变具有可逆性。当母相冷却时在一定温度开始转变为马氏体，把这温度标作Ms,加热时马氏体逆变为母相，开始逆变的温度标为As。

5）马氏体转变是在一个温度范围内完成的。当奥氏体到达马氏体转变温度（Ms）时，马氏体转变开始产生，母相奥氏体组织开始不稳定。在Ms以下某温度保持不变时，少部分的奥氏体组织迅速转变，但不会继续。只有当温度进一步降低，更多的奥氏体才转变为马氏体。最后，温度到达马氏体转变结束温度Mf，马氏体转变结束。

4.3 马氏体相变热力学

马氏体相变热力学研究的主要任务在于理论上求出材料开始发生马氏体相变的温度MS。这个温度不但是制定材料热处理工艺的一个主要参数，也往往表征材料经淬火后的性能如脆性。马氏体相变热力学的研究不但揭示材料相变（以及由此而引发的内部组织改变和性能改变）的一些自然规律，解释一些实验现象，更重要的是为新材料的成分设计和加工工艺设计提供基础。铁基合金马氏体相变热力学在40年代已具雏形，但不能由热力学直接计算出MS；铜基合金马氏体相变的热力学问题仅在1979年略为涉及，很不成熟。近10年来我们对铁基合金和铜基合金马氏体相变热力学研究取得了重要的发展，可由热力学计算出铁碳合金、铁合金（如Fe-Ni）、三元合金钢（如Fe-Ni-C）、多元合金钢以及铜基合金（如Cu-Zn）的MS，并与实验值很好符合。还能预测（实验方法目前还无法胜任的）钢经渗碳后在渗层中不同部位的MS（以及残余奥氏体的含量），以及铜合金在热弹性马氏体相变中，母相原子的有序状态对MS的影响。对于铁基合金中，面心立方奥氏体变为体心立方（或四方）马氏体热力学研究，以往由于对非化学自由能项估算困难，以致不能成功地由热力学直接求得MS，几十年来这项研究停滞不前。根据新近研究结果，提出非化学自由能以母相的屈服度和马氏体内储存能（后果几乎为常数项）为参数；改进和发展了热力学模型（包括Fisher模型、KRC模型以及中心原子模型），得到了满意的结果。对B-Cu基合金的研究，解决了有序化热力学，利用相图或原子间交换作用可建立规则溶液模型，奠定了热弹性马氏体相变热力学的基础。发展了Cu-基合金马氏体相变中测定非化学自由能的实验方法，丰富了相变学科的内容，也对发展和应用形状记忆材料大有裨益。国内外研究工作得出Cu-Zn-Al在略低于MS等温时，会形成所谓“等温马氏体”。经证明，这绝不是等温马氏体，而是在等温母相的有序态改变，是MS不断升高，继续形成变温马氏体。通过热力学计算可直接求出工程界所需要的MS，判别和解释现有的实验现象和数据，以及定量预测不同淬火态时MS的变化。这些对铜基形状记忆合金的成分设计、热处理工艺的制定至关重要。

4.4 马氏体相变晶体学

40年来马氏体相变晶体学表象理论被广泛应用，它对Au-Cd合金及铁基的（3,10,15）马氏体中马氏体相变晶体学参数的预测与实验值相符，这证明了理论的正确性；但对Cu-Zn和Cu-Al-Ni合金则需加以发展。我们应用W-L-R理论于Cu-Zn-Al合金，求得其热弹性马氏体的惯习面为（1,7.71,9.32）与实验值（1,6.88，7.90）相差仅1.6°，吻合得较好，证明原始的表象理论有其生命力。马氏体相变过程中，新、旧相之间具有对称联系。在Cu-Zn-Al形状记忆合金中的对称关系，应尝试以群伦计算Cu-Zn-Al合金中马氏体的变态数。群论对马氏体相变晶体学的应用还有待延伸和深化。

5.总结

马氏体从其诞生到至今已有多年的历史，但人们对马氏体相变的认识还不够深入，有很多问题亟待解决。最近，将由科学出版社出版刘宗昌等人的专著《马氏体相变》一书涉及的内容包括金属整合系统，相变过程中原子的移动方式，相变热力学动力学组织学晶体学，相变机制，性能及淬火应用等该书采用继承与创新相结合的方法，综合国内外的最新研究成果，补充完善更新内容，以适应建设21世纪创新型社会，由于马氏体相变应用有重要的前景，科学界应当继续给予关注，不断提高我国相变研究工作发展我国材料科学。

参考文献

［1］徐祖耀． 马氏体相变与马氏体［M］． 北京: 科学出版社，1980． ［2］陈景榕，李承基． 金属与合金中的固态相变［M］． 北京: 冶金工业出版社，1997．

［3］徐祖耀，马氏体相变与马氏体(第2版)［M］． 北京: 科学出版社，1999． ［4］刘宗昌．马氏体切变学说的评价［J］． 内蒙古科技大学学报，2008，27(4):293-300．

［5］刘宗昌，王海燕，任慧平． 再评马氏体相变的切变学说［J］． 内蒙古科技大学学报，2009，28(2):99-105．

［6］刘宗昌，计云萍，林学强，等． 三评马氏体相变的切变机制［J］． 金属热处理，2010，35(2):1-6．

［7］刘宗昌，计云萍，王海燕，等． 四评马氏体相变的切变机制［J］． 金属热处理，2011，36(8):63-66．

［8］刘宗昌，任慧平，王海燕． 奥氏体形成与珠光体转变［M］． 北京: 冶金工业出版社，2010． ［9］刘宗昌，计云萍，段宝玉，等． 板条状马氏体的亚结构及形成机制［J］．材料热处理学报，2011，32(3):56-62．

［10］刘宗昌，计云萍，任慧平． 马氏体相变形核机制的研究［J］． 科技成果管理与研究，2011，(2):48-51．

［11］程晓农，戴启勋，邵红红． 材料固态相变［M］． 北京: 化学工业出版

社，2006 ［12］姜越，尹钟大，朱景川，李明伟.超高强度马氏体时效钢的发展[J].特殊钢，2004,25(2):1-5.［13］张慧杰，李鸿美.高强度超低碳马氏体钢的强化机理[J].上海金属，2010,32(2):42-45.

第五篇：互式电子白板应用于课堂教学的作用和意义

互式电子白板应用于课堂教学的作用和意义

交互式电子白板可以将传统的黑板和现代多媒体技术有效地结合在一起，巧妙地构思课堂，灵活地创新课堂教学，解决了PowerPoint、Flash或Author ware等课件中难以实现的交互问题，真正实现了教与学的互动。

一、交互式电子白板简化功能，优化教学过程：

1、脱离传统教学制约，化远为近；

2、克服以往媒体功能单一，画龙点睛；

3、拓宽获取信息领域，化少为多。

二、巧借媒体，将活力注入课堂：

1、课堂上动手演示，品悟教学内容;

2、沟通课堂内外，增强自主探究;

三、运用媒体，师生互动机会增多：

1、电子白板的使用促进教师专业发展。

2、电子白板的使用提高学生学习效率。

交互式电子白板现代多媒体教学平台

黑板、讲台、粉笔是我们传统教学的索引。黑板信息有着呈现的过程慢、信息量小，不能即时呈现各种图表、动态画面、和不能长期保存等的缺点，给我们的教学带来了很大的麻烦。近几年，随着科学技术的不断发展，多媒体进入了我们的教室，极大地丰富了课堂教学，有效地提高了课堂教学效率和学生接受信息的速度。但是黑板与多媒体的并存，使得信息技术与传统教学不能很好的整合。为此，我们又引进了新的信息技术——电子白板。交互式电子白板是以计算机技术为基础，集软硬件系统、资源系统的平台，整合了电子、感应、网络技术等，将传统的黑板和现代多媒体技术有效地结合在一起，可直接在白板上进行电脑操作。走进课堂教学中,只需电脑、投影机、交互式电子白板和相应软件,将传统的黑板、投影仪、电脑整合，即可构成完整的白板教学平台。利用交互式电子白板可以巧妙地构思课堂，灵活地创新课堂教学，解决了PowerPoint、Flash或Author ware等课件中难以实现的交互问题，真正实现了教与学的互动。自由、热情、精彩、生动的课堂氛围，充分激发了学生的参与感，学生的学习积极性和主动性得到了极大的提高，充分调动了学习兴趣和热情，提高了课堂教学的质量。

我校班级配置交互式电子白板已有三年了，在这三年运用电子白板教学中使我感受到电子白板给我们的教学生涯带来了很大的不同，电子白板已经成为我们不可或缺的教学工具。下面浅谈一下使用交互式电子白板教学的体会。

一、交互式电子白板简化功能，优化教学过程。

1、脱离传统教学制约，化远为近。

在应用电子白板的教室，教师只要在白板边就可用电子白板所配备的书写笔在白板上操作电脑，还可用笔自由书写，直接使用板擦，随便涂改。轻松实现了在白板上书写、在电子文档上标注、在白板上远距离操作电脑等功能，脱离鼠标对教师行动的制约。同时学生也可以轻松学会利用书写笔，让教学在课堂中实现互动。教师还可以随意对投射到白板上的任何画面进行注释讲解，用书写笔实现在白板上的无痕书写与图画，书写笔可以任意选择颜色、调节粗细、透明度，不用直尺、三角板、圆规等工具就可以轻松画出各种漂亮的图形。如果放到我们过去普通的教学设施中，做到这一点就需要准备大量的工具，准备工作就比较繁杂，而且耗费了所谓的“三尺讲台”大量的空间。电子白板的这一功能就是对传统的黑板+粉笔教学模式的重大改进，轻松实现现代化教学的主流手段。

2、克服以往媒体功能单一，画龙点睛。

作为老师在上课时总害怕自己的书写不够工整、规范，让学生看了很不好意思，但是电子白板所具有的识别功能可将手写体自动转化为标准体展现给学生，它的这一功能就为我们解决了这一尴尬；照相机功能可以捕捉任何软件、任意文件的全部或局部画面，并且可照到当前工作簿、新的工作簿、链接、图库、剪贴板，需要的时候随时调用；导出功能可以将书写内容转换成HTML、PPT等文件格式，根据需要运行。转换功能，互动式多功能电子白板具有工作簿，工作簿的页可以任意翻页或选取其中任意一页。工作簿与计算机桌面，也可以随时、任意相互转换；特殊功能具有放大、缩小、聚光、上下、左右拉屏的功能。这些功能的使用使我们的教学变得更丰富，更具灵活性。

3、拓宽获取信息领域，化少为多。

应用软件具有强大的库功能，常用的背景库、注释库、页库、链接库等等，内容非常丰富，涉及领域非常广，其内容可任意添加或删除。同时我们可以根据自己的需要自己把创造的材料存入库中，日久天长的积累能为教学提供更多的素材。需要时信手拈来，及时而又丰富的为教学提供方便。

二、巧借媒体，将活力注入课堂。

利用白板教学可以达到诱发和增强学生的审美感悟能力，能够使学生在有益身心健康和积极愉快的求知气氛中，获取到知识的营养，获得了美的享受和情感上的共鸣，赢得教的轻松，学得开心的教育效果。精心利用白板功能设计电教教案，从内容安排和媒体形式上不断给学生以新鲜感，学生就能带着一种高涨的、激动的情绪从事学习与思考，体会到创造的乐趣，这样就诱发了学生学习的主动性，使得我们的课堂更具感染力。

1、动手演示，品悟教学内容。

各种教材中，不可能每篇课文都富有生动的情节性，有的是介绍一种常识，有的则寓理于文。表面看来，这类课文平凡无奇，学起来就会感到枯燥乏味。针对这种教材和学生感知的实际，恰如其分地运用多媒体辅助教学，无疑将成为学生渴求知识好奇之火的助燃剂。例如在教学《蝙蝠和雷达》这一课时，我运用动态的课件，结合演示和讲解，揭示了蝙蝠飞行的原理后，又要求学生自己动手演示“飞机夜航，追击敌机”课件。学生很快明白“夜航机上的雷达相当于蝙蝠的嘴和耳朵。雷达通过天线，发出无线电波，遇到敌机这个障碍物，无线电波就反射回来，显示在荧光屏上，飞机收到信号就可以对敌机作出反应──打得它有来无回。”

2、沟通课堂内外，增强自主探究。

随着家用电器的普及，电教手段得到更广泛的运用，沟通了课内与课外的联系。教师不但可以将课件PPT直接拷贝给同学在课后继续进行学习，而且可以通过电子白板的保存功能，将教学课程中对重点进行的批注和修改及各种新的书写页面保存为PPT文挡，不但教师能在今后的课件进行修改，同学也能通过这样的PPT对教学的内容有更深刻的了解。

三、运用媒体，师生互动提高

1．电子白板的使用促进教师专业发展。（1）电子交互白板不同于其他教学多媒体的主要区别在于白板的交互性。电子交互白板技术为课堂互动师生互动、生生互动提供了技术可能和方便，为建立以学生学习为中心的课堂教学奠定技术基础。传统的多媒体课件更多的是演示功能，课件在演示过程中学生无法参与，因为课件的内容无法更改。而用白板技术制作的“课件”为师生在教学过程中的互动和参与提供了极大的方便。整个教学过程中，学生可以更改、充实教师原先的“课件”内容，不管是学生对知识的正确理解，还是错误的回答，只要在白板上操作，白板系统会自动储存这些宝贵的资料，从而生成每个教师每堂课的个性化的“课件”，并且，成为教师以后教学的重要资源。（2）电子交互白板为资源型教学活动提供技术支撑。有效地利用教学资源是熟练应用白板技术的重要环节。白板系统为每个学科准备了大量的学科素材，但不是现成的、固定的课件，教师必须根据自己特定的教学设计和目标，应用资源库中的素材形成自己的教案，白板技术使教师应用资源库中的资源自我生成数字化教案的过程变得非常方便。并且，由于白板系统兼容微软的各种软件应用，所以，教师还可以在白板上直接上网寻找课程资源。（3）白板操作系统扩展、丰富了传统计算机多媒体的工具功能，更加提高了视觉效果。比如，白板操作工具中独有的拖放功能、照相功能、隐藏功能、拉幕功能、涂色功能、匹配功能、即时反馈功能等，更加提高了视觉效果，更加有利于激发学生的兴趣，调动学生多元智能积极参与学习过程。（4）提高教学效益，使教学的计划性更强。教师不仅用白板授课，同时白板也是教师备课的好帮手。教师可以把整个白板上的教学过程储存在自己的文件夹中，成为自己学科教学的电子档案和课程资源，成为教师今后授课、总结和反思等促进教师专业发展的资源基础。（5）电子交互白板有利于教师开展团队教学研究。有研究表明，如果教师在应用白板教学方面组成教学研究小组，共同探讨白板教学方法及策略，这样的团队教学研究方式比教师自己孤立的白板教学，更有利于促进教师专业发展。

2．电子白板的使用提高学生学习效率。（1）提高学生的注意力和理解力。相对于传统的黑板教学，白板的视觉效果，比如色彩、隐藏、动画等多种教学功能，能够极大地吸引学生的注意力，并利用多元智能理论，帮助学生更好地理解和掌握知识。尤其是学习一些比较抽象的知识和概念时，白板为学生提供了多种分析和解决问题的方法和思路。（2）便于学生复习以往的知识内容并促进学生掌握新知识。由于白板可以记录教师以往授课内容和过程（包括学生的学习过程），有利于学生巩固和回忆旧知识及概念，从而促进学生学习和掌握新知识。（3）有利于调动学生在课堂上主动学习的积极性和参与性。有研究表明，由于白板教学更强调学生的参与和师生、生生的互动，使原来课堂教学中学生不注意听讲、做小动作、随意说话等现象大大减少，提高了学生的学习质量、学习动力和学习自信心。

总之，交互式电子白板为新课程改革提供了一种新型的教学互动平台。教师利用交互白板以更感性、更直接的方式授课，学生也可以积极地参与到教学过程中，大大提高了师生交互的机会，培养了学生的自主学习能力和创造性思维能力，发挥了教师的教学潜能，促进了教师的专业化发展。以交互式电子白板为媒介的教学模式在教学实践中有着其他教学模式无可比拟的优势，具有极大的发展潜力，已成为不可或缺的教学工具。