【正文】 《 材料科學(xué)基礎(chǔ) 》 復(fù)習(xí)內(nèi)容 期末考試形式 《 材料科學(xué)基礎(chǔ) 》 20222022第二學(xué)期 類型 概念題（ ~3040分） 簡(jiǎn)答題（ ~10分） 填空題（ ~10分） 計(jì)算題（ ~20分） 分析論述題（ ~20分） 第一章 原子結(jié)構(gòu)與鍵合 概念： 原子間鍵合類型及本質(zhì)。 金屬、高分子、陶瓷材料中的鍵類型、典型物質(zhì)名稱。 平衡距離 r0 Equilibrium spacing； 當(dāng) FA+ FR = 0 時(shí)的原子間距 當(dāng) r = r0 時(shí)， E0稱為結(jié)合能（ Bonding energy） ，將 2個(gè)原子無限分離所需能量。 通常 r0 ? (3197。) 鍵合力與能量 （ Bonding Forces and Energy） REE E ????? ??????ArRrArNN drFdrFdrF材 料 中 的 鍵 范德瓦爾鍵（二次鍵） 共價(jià)鍵 金屬鍵 半導(dǎo)體 聚合物 離子鍵 陶瓷和玻璃 金屬 結(jié) 合 鍵 的 特 性 離子鍵 共價(jià)鍵 金屬鍵 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 無方向性或方向性不明顯，配位數(shù)大 方向性明顯，配位數(shù)小，密度小 無方向性，無飽和性，配位數(shù)極大，密度大 力學(xué)特點(diǎn) 強(qiáng)度高，膨脹系數(shù)小，劈裂性良好，硬度大 強(qiáng)度高，硬度大 有各種強(qiáng)度，有塑性 熱學(xué)特點(diǎn) 熔點(diǎn)高，膨脹系數(shù)小，熔體中有離子存在 熔點(diǎn)高，膨脹系數(shù)小，熔體中有的含有分子 有各種熔點(diǎn)高，導(dǎo)熱性好，液態(tài)的溫度范圍寬 電學(xué)特點(diǎn) 絕緣體，熔體為導(dǎo)體 絕緣體，熔體為非導(dǎo)體 導(dǎo)電體 根據(jù)原子間鍵和的不同，將材料分為金屬、陶瓷和高分子 金屬材料：金屬鍵 陶瓷材料：共價(jià)鍵 / 離子鍵 高分子材料：共價(jià)鍵 / 分子鍵 / 氫鍵 第二章固體結(jié)構(gòu) 概念： 空間點(diǎn)陣、晶體結(jié)構(gòu)、晶胞、晶向族、晶面族、晶帶及晶帶定律、配位數(shù)、致密度、間隙固溶體、置換固溶體、電子濃度、電子化合物、間隙相、間隙化合物、超結(jié)構(gòu)。 計(jì)算 晶向、晶面指數(shù)的標(biāo)定，原子的線、面密度，致密度。 體心立方 堆垛因子（致密度） 配位數(shù)： 8 面心立方 堆垛因子（致密度） 配位數(shù)： 12 密排六方 堆垛因子（致密度） 配位數(shù)： 12 晶體結(jié)構(gòu) = 空間點(diǎn)陣 + 基元 剛球模型 三種典型金屬結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)特征 晶體結(jié)構(gòu)類型 面心立方 (A1) 體心立方 (A2) 密排六方 (A3) 點(diǎn)陣常數(shù) a a a, c (c/a =) 原子半徑 R 晶胞內(nèi)原子數(shù) 4 2 6 配位數(shù) 12 8 12 致密度 a42 a43 ???????? ?4321,222 caa14種布拉菲點(diǎn)陣 與 7個(gè)晶系 7個(gè)晶系 棱邊長(zhǎng)度及夾角關(guān)系 14種布拉菲點(diǎn)陣 立方 a=b=c,?=?=?=90? 簡(jiǎn)單立方 體心立方 面心立方 四方 a=b?c,?=?=?=90? 簡(jiǎn)單四方 體心四方 菱方 a=b=c,?=?=??90? 簡(jiǎn)單菱方 六方 a1=a2=a3?c,?=?= 90?,?=120? 簡(jiǎn)單六方 正交 a?b?c,?=?=?=90? 簡(jiǎn)單正交 底心 正交 體心 正交 面心 正交 單斜 a?b?c,?=?=90??? 簡(jiǎn)單單斜 底心 單斜 三斜 a?b?c,??????90 簡(jiǎn)單三斜 立方晶系常見晶向 由于 3個(gè)坐標(biāo)軸存在 正、負(fù)值 ，因此在晶向指數(shù)中也可存在負(fù)值。 如： ]111[],111[,]111[晶向族： ?111? 立方晶系常見晶面 晶面族： {100} 六角晶系中的晶向、晶面 （ a）晶向 （ b）晶面 ]0211[]0011[]0001[)0101()1110()0001( 注意 ：三指數(shù)系統(tǒng)與 四指 數(shù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換關(guān)系 晶 帶 定 律 所有平行或相交于同一直線的晶面構(gòu)成 晶帶 ，此直線稱為 晶帶軸 ，屬于此晶帶的晶面稱為 晶帶面 。 晶帶軸 [u v w]與該晶帶的 晶面（ h k l） 之間存在以下關(guān)系： hu + kv + lw = 0 [u v w] （ h k l） 晶帶軸 晶帶面 晶帶 線 性 與 平面原子密度 線 原子密度 ： 在特定的晶向上，線矢量通過原子中心， 2個(gè)原子中心間的 線段長(zhǎng)度為 l，此線段中包含的 原子部分的尺寸為 c， c / l為線 原子密度 （ LD）。 面 原子密度 ： 在特定的晶面上，晶面通過原子中心，由幾個(gè)原子中心構(gòu)成的平面的 面積 Ap，此平面中包含的 原子部分的面積 Ac， Ac / Ap為面 原子密度 （ PD）。 密度計(jì)算 Avogardro N V A n A c mol atoms / 10 023 . 6 23 x 常數(shù)， 阿伏加多羅 — 晶胞體積 — 原子重量 — 晶胞中的原子數(shù) — 密度 — ? N V nA A c ? ? 晶體結(jié)構(gòu)可以視為原子密排面在空間一層一層平行堆垛的結(jié)果。 密排面 數(shù)量 密排 方向 數(shù)量 體心立方 {110} 6 111 4 面心立方 {111} 4 110 6 密排六方 六方底面 1 底面對(duì) 角線 3 密排面 密排方向 32種點(diǎn)群、 230種空間群 點(diǎn)群： 是指一個(gè)晶體中所 有點(diǎn)對(duì)稱元素的集合 。點(diǎn)群在宏觀上表現(xiàn)為晶體外形的對(duì)稱。 晶體外形中只能有 32種對(duì)稱點(diǎn)群 的原因： (1)點(diǎn)對(duì)稱與平移對(duì)稱兩者共存于晶體結(jié)構(gòu)中，它們相互協(xié)調(diào)，彼此制約； (2) 點(diǎn)對(duì)稱元素組合時(shí)必須通過一個(gè)公共點(diǎn)，必須遵循一定的規(guī)則，使組合的對(duì)稱元素之間能夠自洽。 空間群： 用以描述晶體中原子組合的所有可能方式， 是確定晶體結(jié)構(gòu)的依據(jù)。 230種空間群： 晶體結(jié)構(gòu)中 32個(gè)點(diǎn)群 和 14種布拉菲點(diǎn)陣 的組合得到。 X射線衍射與 Bragg定律 X射線與周期性排列原子發(fā)生衍射的 必要條件 ： 相同密勒指數(shù) (hkl) 的 AA’， BB’面，晶面間距 dhkl； 2列（ 1， 2）單色 X射線波長(zhǎng) ?，以 ?角入射，散射波為 (1’，2’)，路徑差為（衍射條件）： n ? = SQ + QT = dhklsin? + dhkl sin ? =2 dhklsin? （布拉格定律 Bragg Law） n — 為反射級(jí)數(shù)（ the order of reflection），為整數(shù)（ 3 … ） 2? — 衍射角（ diffraction angle ） 合 金 相 結(jié) 構(gòu) 合金（ Alloy）： 兩種或兩種以上 金屬元素 ，或 金屬元素與非金屬元素 ，經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其它方法組合而成并 具有金屬特性 的物質(zhì)。 組元（ Component）： 組成合金最基本的獨(dú)立的物質(zhì)，通常組元就是組成合金的 元素 ，也可以是 穩(wěn)定的化合物 。組元間由于物理的或化學(xué)的相互作用，可形成各種相。 相（ Phase）： 是合金中具有 同一聚集狀態(tài) 、 相同晶體結(jié)構(gòu) 、 成分和性能均一 ，并以 界面（相界） 相互分開的組成部分。 合金中的相結(jié)構(gòu)： 可分為 固溶體 和 中間相 兩大類。 合金中的相結(jié)構(gòu)： 固溶體 : 置換式固溶體 間隙式固溶體 中間相 （ 金屬間化合物 ） : 正常價(jià)化合物 _符合化合物原子價(jià)規(guī)律 電子化合物 (休姆 羅塞里相 )_電子濃度決定晶體結(jié)構(gòu) 間隙相 _rX/rM，形成簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu) 間隙化合物 _rX/rM，形成復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu) , Fe3C 電子濃度 : 合金中價(jià)電子數(shù)目與原子數(shù)目的比值，即 e/a 100)100(/ BxxAae ???A， B分別為溶劑、溶質(zhì)的原子價(jià)， x為溶質(zhì)的原子分?jǐn)?shù)（ %） 固 溶 體 定義： 溶質(zhì)原子完全溶于固態(tài)溶劑中，并能保持 溶劑元素的晶格類型 ,這種類型的合金相稱為固溶體。 固溶體種類： 根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑中的位置，可分為 置換式（ Substitutive） 固溶體與 間隙式 （ Interstitial） 固溶體。 間隙固溶體 當(dāng)溶質(zhì)原子半徑小，與溶劑原子半徑差?r41% 時(shí)，溶質(zhì)原子可能進(jìn)入溶劑晶格間隙中形成間隙固溶體 通常原子半徑小于 非金屬元素 ，如 H、C、 N、 O等容易成為溶質(zhì)間隙原子 由于溶質(zhì)原子大小比晶格間隙的尺寸大，引起溶劑 點(diǎn)陣畸變 ，故間隙固溶體都是 有限固溶體 面心立方晶格中的間隙 位于晶胞中心，由六個(gè)原子所組成的 八面體中心 （共 4個(gè)） rB/rA = 位于晶胞體對(duì)角線上靠結(jié)點(diǎn) 1/4處，由四個(gè)原子所組成的 四面體中心 （共 8個(gè)） rB/rA = 設(shè)原子半徑為 rA, 間隙中能容納的最大圓球半徑為 rB 體心立方晶格中的間隙 位于晶胞六面體的面中心，由六個(gè)原子所組成的 八面體中心 （共 6個(gè)） rB/rA = 由四個(gè)原子所組成的 四面體中心 （共 12個(gè)） rB/rA = 設(shè)原子半徑為 rA, 間隙中能容納的最大圓球半徑為 rB 注： 體心立方結(jié)構(gòu)的四面體和八面體間隙 不對(duì)稱 (其棱邊長(zhǎng)度不全相等 )，這會(huì)對(duì)間隙原子的 固溶 及其產(chǎn)生的 畸變 有明顯的影響。 置換固溶體 — 溶解度的影響因素 晶體結(jié)構(gòu)： 晶體結(jié)構(gòu)相同是組元間形成 無限固溶體 的必要條件。組元的 晶體結(jié)構(gòu)類型不同 ，其溶解度只能是有限的。 原子尺寸： 組元的原子半徑差 ?r15%時(shí) ，有利于形成溶解度較大的固溶體；當(dāng) ?r ? 15%時(shí) ， ?r 越大則溶解度越小。 化學(xué)親和力（電負(fù)性因素）： 組元間 電負(fù)性相近 ，可能具有大的溶解度； 電負(fù)性差大 ，則化學(xué)親和力大，易形成化合物，而不利于形成固溶體，固溶體的溶解度愈小。 原子價(jià)因素： 溶質(zhì)的 原子價(jià)（電子濃度） 影響固溶體的溶解度， 最大溶解度 時(shí)， 電子濃度 e/a 接近 。 中間相（金屬間化合物） 兩組元 A和 B組成合金時(shí)，除了可形成固溶體之外，如果溶質(zhì)含量超過其溶解度時(shí)，便可能形成 新相 ，其成分處于 A在 B中、和 B在 A中的最大溶解度之間，故稱為 中間相 。 中間相可以是 化合物 ，也可以是以 化合物為基的固溶體 （ 第二類固溶體 或 二次固溶體 ）。它的晶體結(jié)構(gòu)不同于其任一組元，結(jié)合鍵中通常是 金屬鍵 和 其它典型鍵（如離子鍵、共價(jià)鍵和分子鍵） 相混合。因此中間相具有一定的 金屬特性 ，又稱為 金屬間化合物 。 金屬間化