材料科學基礎-復習題綱(已修改)
2025-01-30 06:47 本頁面
【正文】 第一部分 材料的原子結構原子結構與原子的電子結構；原子結構、原子排列對材料性能的影響。原子結構：原子由質子和中子組成的原子核以及核外的電子所構成。原子核內的中子顯電中性，質子帶有正電荷。對電子的描述需要四個量子數：主量子數n： 決定原子中電子能量以及與核的平均距離。角動量量子數l: 給出電子在同一個量子殼層內所處的能級，與電子運動的角動量有關。磁量子數m：給出每個軌道角動量量子數的能級數或軌道數。自旋角動量量子數s：反映電子不同的自旋方向。原子排列對材料性能影響：固體材料根據原子的排列可分為兩大類：晶體與非晶體。（有無固定的熔點和體積突變）晶體：內部原子按某種特定的方式在三維空間呈周期性重復排列的固體。（?？济~解釋）非晶體：指組成物質的分子（或原子、離子）不呈空間有規(guī)則周期性排列的固體。（名詞解釋）各向異性：晶體的各向異性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不盡相同，由此導致晶體在不同方向的物理化學特性也不同，這就是晶體的各向異性。（名詞解釋）材料中的結合鍵的類型、本質，各結合鍵對材料性能的影響，鍵能曲線及其應用。(常考簡答題或是論述題，很重要)原子鍵合一次鍵：通過價電子的轉移或共用，兩原子電子云達到穩(wěn)定結構二次鍵：不依靠電子的轉移或共享，依靠原子間的偶極吸引力結合一次鍵離子鍵：離子鍵指正、負離子間通過靜電作用形成的化學鍵。（無方向性和飽和性）共價鍵：由兩個或多個電負性相差不大的原子間通過共用電子對而形成的化學鍵。（有方向性和飽和性）金屬鍵：金屬中的自由電子與金屬正離子相互作用所構成的鍵合二次鍵范德瓦耳斯力：（又稱分子間作用力）產生于分子或原子之間的靜電相互作用。氫鍵：與電負性大、半徑小的原子X（氟、氧、氮等）以共價鍵結合，若與電負性大的原子Y（與X相同的也可以）接近，在X與Y之間以氫為媒介，生成XH…Y形式的鍵，稱為氫鍵。（X與Y可以是同一種類原子，如水分子之間的氫鍵） 各結合鍵對材料性能的影響：1． 金屬材料：金屬材料的結合鍵主要是金屬鍵。由于自由電子的存在，當金屬受到外加電場作用時，其內部的自由電子將沿電場方向作定向運動，形成電子流，所以金屬具有良好的導電性；金屬除依靠正離子的振動傳遞熱能外，自由電子的運動也能傳遞熱能，所以金屬的導熱性好；隨著金屬溫度的升高，正離子的熱振動加劇，使自由電子的定向運動阻力增加，電阻升高，所以金屬具有正的電阻溫度系數；當金屬的兩部分發(fā)生相對位移時，金屬的正離子仍然保持金屬鍵，所以具有良好的變形能力；自由電子可以吸收光的能量，因而金屬不透明；而所吸收的能量在電子回復到原來狀態(tài)時產生輻射，使金屬具有光澤。金屬中也有共價鍵（如灰錫）和離子鍵（如金屬間化合物Mg3Sb2）。2． 陶瓷材料：簡單說來，陶瓷材料是包含金屬和非金屬元素的化合物，其結合鍵主要是離子鍵和共價鍵，大多數是離子鍵。離子鍵賦予陶瓷材料相當高的穩(wěn)定性，所以陶瓷材料通常具有極高的熔點和硬度，但同時陶瓷材料的脆性也很大。3． 高分子材料：高分子材料的結合鍵是共價鍵、氫鍵和分子鍵。其中，組成分子的結合鍵是共價鍵和氫鍵，而分子間的結合鍵是范德瓦爾斯鍵。盡管范德瓦爾斯鍵較弱，但由于高分子材料的分子很大，所以分子間的作用力也相應較大，這使得高分子材料具有很好的力學性能。鍵能曲線：當作用于原子或是離子上的力僅為原子的吸引力和排斥力時能量隨位置變化的曲線。應用：：在x0處的曲率正比于彈性模量 ：曲率半徑越小，剛度越高。 ：鍵能曲線越是左右不對稱，線膨脹系數越大。 ：越趨于對稱，熔點 越高。 5．鍵長：x0。原子的堆垛和配位數的基本概念及對材料性能的影響。原子的堆垛即為原子的排列方式。配位數是反映原子排列緊密程度的物理量之一，指晶格中任一原子周圍與其最近鄰且等距離的原子數目。一般配位數越大，晶體排列結構越緊密。顯微組織基本概念和對材料性能的影響。顯微組織：將用適當方法（如侵蝕）處理后的金屬試樣的磨面或其復型或用適當方法制成的薄膜置于光學顯微鏡或是電子顯微鏡下觀察到的組織。單相組織： 晶粒尺寸：細化晶粒可以提高材料的強度改善材料的塑性和韌性。 晶粒形狀：等軸晶趨于各向同性。柱狀晶趨于各向異性。多相組織：力學性能取決于各組成相相對量，和各自性能。如果彌散相硬度明顯高于基體相，提高材料的強度，塑性韌性必將下降。第二部分 材料的晶態(tài)結構晶體與非晶體、晶體結構、空間點陣、晶格、晶胞、晶格常數、布拉菲點陣、晶面間距等基本概念。（?？济~解釋）晶體： 原子按一定方式在三維空間內周期性地規(guī)則重復排列的物質。非晶體： 原子沒有長程的周期排列，無固定的熔點，各向同性等。晶體結構：晶體材料中原子按一定對稱性周期性平移重復而形成的空間排列形式?？煞譃?大晶系、14種平移點陣、32種點群、230種空間群?？臻g點陣：指幾何點在三維空間作周期性的規(guī)則排列所形成的三維陣列，是人為的對晶體結構的抽象。晶格：為了便于描述空間點陣圖形，用許多組假象的平行直線將陣點連接起來形成空間格子，稱之為晶格。晶胞：能完整反映晶體內部原子或離子在三維空間分布之化學結構特征的平行六面體單元。晶格常數：為了描述晶胞的形狀和大小，用晶胞的三條棱長a，b，c以及三個夾角α，β，γ來表示，a，b，c, α，β，γ統(tǒng)稱為晶格常數。布拉菲點陣：布拉菲根據“每個陣點的周圍環(huán)境相同”的要求，用數學方法證明晶體中的空間點陣只有14種，并稱為布拉菲點陣。晶系空間點陣棱邊與角度的關系晶系空間點陣棱邊與角度的關系三斜簡單三斜a≠b≠c，α≠β≠γ≠90176。六方簡單六方a=b，α=β=90176。，γ=120176。單斜簡單單斜a≠b≠c，α=β=90176?！佴盟姆胶唵嗡姆絘=b≠c，α=β=γ=90176。底心單斜體心四方正交簡單正交a≠b≠c，α=β=γ=90176。菱方簡單菱方a=b=c，α=β=γ≠90176。底心正交立方簡單立方a=b=c，α=
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