MSE 103: transformarile din faza şi Kinetics

Source: http://www.mse.berkeley.edu/mse103.php

UNITĂŢI: 3

RESURSE ONLINE

Curs de site-ul web  http://eres.berkeley.edu/ constată suplimentar, seturi de probleme, soluţii set problemă, şi diapozitivele imprimate selectate curs sunt disponibile pe acest site.

INSTRUCTOR: Profesorul Andreas M. Glaeser

Catalog de marfuri Descriere:

Natura, mecanismele şi cinetica de transformări de fază şi schimbări microstructurale în stare solidă. Difuzie atom în solide. Transformarile din faza prin nucleatiei şi de creştere a noua matrice sau faze precipitat. Transformări martensitice, descompunere spinodal. Utilizarea de transformarile din faza de a controla microstructurii.

CURS Cerinţe:

BVM 102, E45; Studii de licenţă curs termodinamicii recomandată.

CUNOŞTINŢE condiţie prealabilă şi / SAU MANUALELOR APTITUDINI (S) ŞI / SAU alte materiale necesare:

Text Obligatoriu: Porter şi Easterling, transformarile din faza în metale si aliaje, CRC Press

Texte suplimentare: Cărţile care furnizează fond suplimentar pe teme de termodinamicii, diagrame fază, difuzie, şi transformările de fază sunt pe rezervă şi sunt disponibile la Biblioteca de Inginerie.

Obiectivele cursului:

Obiectivele generale ale cursului sunt: ​​1) să dezvolte o înţelegere de ce materiale şi microstructuri sunt supuse unor modificari prin consolidarea şi extinderea în mod semnificativ conceptele introduse în termodinamică chimică cursuri, 2) furnizează o înţelegere a modului de difuzie permite schimbări în distribuţie, chimice şi microstructura materiale prin discutarea mecanismelor şi rata de permeabilitate şi rolul de forţă motrice pentru procesele de diffusional, şi 3) să formuleze şi să discute o varietate de transformări de fază şi a efectelor de temperatură şi de conducere vigoare cu privire la natura de transformare şi impactul acesteia asupra rezultă microstructurii. În concluzie, instrumentele necesare pentru a intelege cum si de ce apar transformări de fază, şi cum şi de ce microstructuri pot fi controlate sunt dezvoltate.

DORIT REZULTATE CURS:

Cursul urmăreşte să dezvolte o înţelegere a forţa motrice termodinamice pentru transformări de fază şi rolul pe care chimic forţelor motrice, tulpina de energie şi să se joace de energie interfacială in producerea sau modificarea acestor forţe motrice. Cursul încearcă să indica rolul important pe care structura şi caracteristicile unice ale suprafeţelor şi interfeţele pot avea. Procese de difuzie şi mecanisme sunt introduse, şi soluţii comune la legile Fick sunt prezentate pentru a familiariza elevii cu caracteristicile-cheie ale unor astfel de soluţii şi de a oferi o înţelegere a spatiotemporal-scalare comportament. Limitările de soluţii sunt, de asemenea, discutate. Importanţa relaţiei dintre concentraţia degradeuri şi gradienţi de potenţial chimic este accentuat, cu descompunere spinodal care deservesc un rol-cheie. Difuzie şi importanţa diagrama de fază şi termodinamicii care stau la baza soluţie pe proceselor de difuzie este accentuat. O serie de transformări de fază sunt descrise, şi tratamente dezvoltat cu un cadru de şablon, astfel încât studenţii să poată extinde consideraţiile de sisteme de modele pentru cazuri mai complexe. Acest lucru se face să-şi concentreze atenţia asupra fundamentale şi nu pe detalii şi particularităţi de sisteme specifice. Nucleatiei omogene şi eterogene, precum şi procesele de creştere sunt acoperite pentru a oferi o înţelegere a factorilor care stau la baza care dictează microstructuri finală.

Rezultatele specifice ale cursului sunt:

• Înţelegerea termodinamica sistemelor componente unice sau multiple, modele de soluţie, activităţi, etc, şi relaţia lor cu diagrama de faza de echilibru.
  
  
• Abilitatea de a calcula diagrame un singur component şi mai multe componente de la faza de Detalii de termodinamică sau modele soluţie.
  
  
• O apreciere a importanţei şi caracteristicile energetice ale suprafeţelor şi interfeţe, precum şi impactul acestora asupra echilibrului microstructuri şi capilaritatea bazate pe procese.
  
  
• Abilitatea de a aborda / a rezolva probleme care implică difuzia la starea de echilibru şi nonsteady-starea de grade diferite de complexitate, precum şi la înţelegerea comportamentului de scalare spatiotemporal de soluţii la problemele de difuzie astfel.
  
   
• Înţelegerea mecanismelor fundamentale de difuzie şi importanţa condiţiilor de transformare, în special temperatura, şi caracteristici microstructurala, cum ar fi limitele de cereale, dislocari, şi suprafeţe cu privire la transportul totală într-un material.
  
  
• O înţelegere mai profundă a rolului forţa motrice termodinamice pentru difuzarea, şi un tratament alternativ de difuzare în ceea ce priveşte un gradient corespunzătoare a potenţialului.
  
  
• Cunoaşterea modului de conducere a forţelor de diferite tipuri de bariere şi datorită efectelor de energie suprafaţă interacţionează să dicteze rata de transformare de fază şi a schimbărilor microstructurale.
  
  
• O înţelegere a modului prin manipularea de temperatură, forţa motrice, şi microstructura iniţială, o gamă largă de microstructuri final poate fi obţinut printr-un apreciere a proceselor concurente care determina calea de ansamblu a evolutiei microstructurale.

Subiectele acoperite:

• Principiile fundamentale ale termodinamicii relevante pentru o descriere de echilibru de fază. Aplicarea la un singur component sisteme, cu un singur component diagrame fază. Termodinamicii soluţie, modele ideale şi regulate soluţie, calculul de diagrame de fază binar provenind de la modelele de soluţie şi curbe libere de energie. Activitatea-compoziţie diagrame. Evaluări cantitative ale forţelor de conducere pentru transformări de amestecare şi de fază. Faza de separare în aliaje binare; caracteristici ale regiunii spinodal. Comandarea reacţii şi formularea Bragg-Williams. Introducere în ternare şi a sistemelor de cuaternar şi diagramele asociate fază. Triunghiul Gibbs şi normele de construcţie pentru faza de diagrame ternare. Utilizarea diagramelor de fază şi a termodinamicii soluţie în evaluarea combinatii viabile materiale şi ca un ghid pentru a proiecta materiale.
  
  
• Introducere în suprafeţe şi interfeţe. Estimarea de energii de suprafaţă pentru solide si lichide. Efectul dimensiunii particulelor asupra potenţialului chimic, şi forţele de conducere pentru schimbul de masă în timpul coarsening şi instabilitate Rayleigh. Efectul de orientare cristalografica în domeniul energiei de suprafaţă. Suprafeţe de singular şi vicinal. Complot Wulff, de construcţie Wulff-Hering, teorema Wulff şi forma echilibru. Twist şi prelate limitele de cereale, limitele reduse de unghi şi de înaltă unghi. Limitele generale şi speciale.
  
  
• Transport de materiale de difuzie. Legile de difuzie aşa cum este prezentat de către Fick. Fick e prima lege, şi de aplicare a problemelor de difuzie la starea de echilibru. Derivare a legii a doua lui Fick. Efectul de geometrie difuzare privind formele de solutii si profile de concentrare. Soluţii de important pentru ecuaţia de difuzie. Omogenizarea soluţii şi metode de separare a variabilelor. Peliculă subţire şi soluţii funcţia de eroare. Sievert Legea lui. Carburari de oţel. Îndepărtarea gazelor dizolvate în metalelor. Distanţă-timp-diffusivity caracteristici scalare de soluţii la problemele de difuzie. Suprapunerea metode de tratare a problemelor mai complexe. Mecanismele şi procesele de difuzie: auto-difuzie, difuzie interstiţială, interdiffusion, scurt-circuit de difuzie. Rolul de temperatura, structura de cristal, raporturi atomice marimea, structura de cereale frontieră, punctul de topire cu privire la ratele de difuzie. Efecte microstructurale. Autodifuzie coeficienţi şi rolul de omoloage de temperatură. Interdiffusion, efectul Kirkendall, şi Kirkendall porozitate. Implicaţii microstructurale. Relaţiile dintre degradeuri de concentrare şi gradienţi de potenţial chimic. Formularea de difuzare în ceea ce priveşte degradeuri chimice potenţial. Difuziune în sus în cadrul spinodal chimice.
  
  
• Faza transformări. Nucleatiei omogene de solidificare. Turnbull experimente. Nucleatiei eterogene de solidificare. Descrieri bazate pe forţă şi de energie bazată pe geometria de echilibru a nucleului critice. Rolul de eterogenizării cu privire la modificarea ratei de solidificare şi microstructurii, precum şi impactul acestora asupra formării sticlă, ceramică şi de prelucrare a sticlei. Exemple din literatura de specialitate. TTT diagrame. Nucleatiei de precipită de la o soluţie solidă suprasaturată, cu şi fără efort. Dezvoltarea de faze de tranziţie neechilibru din cauza efectelor de energie interfaciale. Interfeţe coerentă, semi-coerent, şi incoerente şi energeticii. Nucleatiei eterogene de precipitatii şi a efectelor microstructura matricei (granulometrie şi densitatea dislocare) privind repartizarea faza de rezultate. Descompunere Spinodal de aliaje. Tulpina de energie ca o forţă motrice pentru recristalizare. Suprafaţă de energie în exces şi coarsening; implicaţie la nanostructuri. Introducere în transformări martensitice.

CURS FORMAT:

Trei ore de curs şi o oră de discuţii pe săptămână.

CONTRIBUŢIA DE CURS LA REUNIUNE COMPONENTA PROFESIONALA:

O înţelegere de echilibru de fază, baza termodinamice de echilibru de fază şi transformări de fază, procesele prin care difuzie are loc, proprietăţi ale suprafeţelor şi interfeţe, si confluenta lor în dicteze cursul transformărilor de fază sunt elemente esenţiale ale repertoriului unui om de ştiinţă materiale educaţional. Acest curs urmăreşte să ofere aceste elemente esenţiale. Cursul pune accent pe de interdependenţele dintre termodinamica, cinetica şi transformări de fază. Un set extins şi provocatoare a temelor este conceput pentru a ajuta elevii să înţeleagă şi să aprecieze aceste componente şi interdependenţele lor. Utilizarea computerului si inferioara-divizia competenţe informatice sunt frecvent necesară pentru a rezolva probleme în mod eficient.

Relaţia dintre cursul la OBIECTIVELE UNIVERSITARE program de gradul:

Cursul este destinat să ofere pregătirea necesară în termodinamică, echilibru de fază, de difuzie si transformarile din faza superioara a-divizia de studenţi în cadrul Departamentului şi studenţii desfăşoară o comună importantă între Departamentul de inginerie şi alte departamente (inginerie mecanică, inginerie chimică, inginerie nucleară, şi inginerie electrică). Pentru unele specializări duble oferă acoperire lor cele mai semnificative ale termodinamicii chimice. Pentru toţi elevii, acesta este destinat să furnizeze elementele de bază materiale-independent, care să se pregătească pentru alte sus divizia cursuri în cadrul departamentului care se concentrează pe prelucrarea sau producerea unor anumite tipuri de materiale (metal, ceramică, semiconductori), sau materiale în configuraţii specifice (filme subtiri).

EVALUAREA a progresului şcolar SPRE OBIECTIVELE DISCIPLINEI:

• Aproximativ douăzeci şi cinci la treizeci problemă seturi în fiecare semestru concepute pentru a oferi consolidarea imediată şi utilizarea de concepte prezentate în curs.
  
• Două de 80 de minute la jumătatea perioadei examinările
  
• Final de examinare

PERSOANA (S) care au pregătit această descriere:

Profesorul Andreas M. Glaeser