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材料科学基础超详细版笔记考研专用^体姑参构数FCC/A1BCC/A2HCP/A3点阵参数aaa9c(c/a=1.633)原子半径/R叵CL4—a 41 22£ 1252V 34晶胞内原子数/n426配位数/CN12812致密度/K0.740.680.74四面体间隙数量81212大小0.225R0.291R0.225R八面体间隙数量466大小0.414R0.154R<100>0.633R<110>0.414RFCC:face-centred cubic BCC:body-centred cubicHCP:hexagonal close-packed2.多晶型性某种元素从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的固态相变称为同 素异构转变；而某种化合物经历上述的固态相变称为同分异构转变或 多晶型性转变；同素异构转变对于金属是否能够通过热处理操作来改 变它的性能具有重要意义第三节金属的相结构☆合金：指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其它方法组合 而成并具有金属特性的物质合金化的目的是改变和提高金属材料的性能组成 合金的基本的、独立的物质称为组元；相：指合金中具有同一聚集状态、同一晶 体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成局部；合金相可分为固溶体和中间相 两大类。

1 .固溶体固溶体指以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其它组元原子所形 成的均匀混合的固态溶体它最大的特点是保持溶剂的晶体结构类 型；根据溶质在固溶体点阵中的位置可分为置换固溶体和间隙固溶 体；按固溶度那么分为有限固溶体和无限固溶体；按溶质在固溶体中的 排布，那么分为有序固溶体和无序固溶体；假设按溶剂类型那么分为第一类 固溶体和第二类固溶体影响置换固溶体溶解度的因素：①晶体结构（晶体结构相同是形成置换/无限固溶体的必要条件）②原子尺寸因素③化学亲和力（电负性因素）④原子价/电子浓度⑤温度电子浓度计算公式：e _ A（lOO-x） + Bxa 100A、B:溶剂和溶质的原子价％:溶质的原子数分数☆对于一价金属溶剂的极限电子浓度分别为：FCC ,136;BCC,148;HCP,1.75o（08 年考过）形成间隙固溶体的条件：①△「＞41%②溶质为H, C,B等③溶剂为过渡金属形成有序固溶体/超结构的条件：£ ：结合能说明：对于某些成分接近一定原子比的无序固溶体当它从高温缓冷 至某一临界温度时，溶质原子会从统计随机分布状态过渡到占有一定 位置的规那么排列状态，即发生有序化，形成有序固溶体影响固溶体有序化的因素：①温度②合金成分（比列）③冷速.中间相中间相：组成合金相的异类原子有固定的比例，所形成的固相晶体结 构与所有组元均不相同，且这种相成分多数处在A在B中的溶解限 度和B在A中的溶解限度之间，即落在相图的中间部位，根据影响 因素可分为：正常价化合物、电子化合物、原子尺寸因素化合物。

正常价化合物的特点：I化学价符合原子价规律II电负性差越大，越稳定III有明显的金属特性举例：Mg2Si电子化合物特点：I电子浓度是决定晶体结构的主要因素 n可用化学式表示其组成， 但不符合化合价规律，成分在一定范围内变化in原子间的结合以金属键为主，有明显的金属特性举例：「黄铜原子尺寸因素化合物：根据结构不同可将原子尺寸因素化合物分为间隙相、间隙化合物、拓 扑密堆相前两者组成原子半径差较大，后者原子半径差较小用掰'狗的特点：①公＜0.59②简单晶体结构Tm③结合键为共价键和金属键，高熔点、高硬度，是合金工具钢和硬质合金中的主 要强化相举例：过渡金属氢化物，过渡金属氮化物，TiC,VC等间隙化合物的病热;①工土＞ 0.59②复杂晶体结构Tm③结合键为共价键和金属键，熔点和硬度均较高，是钢中的主要强化相举例：M3c型、M7c3型、M23c6型、M6c型，M代表Cr、Fe、W等过渡金属 在孙癖维制是由两种大小不同的金属原子所构成，大小原子通过适当的配合形成 空间利用率和配位数都很高的复杂结构，具有拓扑特征，又称TCP相特点： ①由配位数为12、14、15、16的配位多面体堆垛而成②呈层状结构举例：拉弗氏相（Mg合金中的强化相），o相（钢中的脆硬相）金属间化合物的应用：超导体，半导体，强磁体，储氢材料，高温材料，研蚀材料，形状记忆材料等第四节离子晶体结构L离子晶体的结构规那么I负离子配位多面体规那么：在离子晶体中，正离子的周围形成了一个负离子配位多面体，正负离子间的平均距离取决于离子半径之和，而正离子的配位数那么取决于离子半径之比。

离子半径比、配位数与配位多面体的形状之间的关系：R+/R正离子配位数负离子配位多面体0—0.1552哑铃状0.155 — 0.2253三角形0.225— 0.4144四面体6八面体8立方体1.0012最密堆积/十四面体n电价规那么：在一个稳定的离子晶体结构中，每个负离子的电价z.等于或近似于与临近的各个正离子静电键强度S的总和z-=ZSi=n ,■S：第，种正离子静电键强度；Z+：正离子电荷；n:正离子配位数in负离子多面体共用顶、棱和面的规那么：在一配位结构中，共用棱， 特别是共用面的存在，会降低这个结构的稳定性对于电价高、配位 数低的正离子，此效应尤为显著w不同类正离子配位多面体间的连接规那么：在含有两种以上正离子的 离子晶体中，一些电价较高、配位数较低的正离子配位多面体之间， 有尽可能互不结合的趋势V节约规那么：在同一晶体中，同种正离子与同种负离子的结合方式应 最大限度的趋于一致2 .典型离子晶体结构AB型化合物：晶\体\结参构数X.CsCl型结构NaCl型结构P・ZnS/闪锌矿型结构(x・ZnS/纤锌 矿型结构点阵结构类型配位数/CN晶胞内原子数/Z简单立方81面心立方64面心立方44六方晶系42举例CsBr、CsIMgO、NiOCuClZnO举例 CsBr、CsI MgO、NiO CuCl ZnO刚玉型结构（a-AbO3）:菱方晶系，CN: 4、6 Z=2同类结构：Cr2O3, a -Fe2O3oABO3型化合物：钙铁矿/CaTiCh型结构：立方晶系，CN: 12、6、6Z=1同类结构：BaTiO3> PbTiO3方解石/CaCO3型结构：菱方晶系，CN: 6Z=4AB2O4型化合物：尖晶石/MgAbCU型结构：面心立方点阵 CN: 4、6、4 Z=8同类结构:ZnFe2O4> MnAl2O4o3 .硅酸盐的晶体结构 硅酸盐按其晶体结构可分为：孤岛状、组群状、链状、层状和骨架状（均以［SiCU］为单元相互连接）第五节共价晶体结构金刚石型结构：复杂面心立方结构CN=4 Z=8代表：a-Sn、Si、Ge 等石墨结构：片层状结构第六节聚合物的晶态结构聚合物的晶态总是包含一定的非晶相1 .聚合物的晶体形态聚合物的晶态多种多样，主要有单晶、片晶、球晶、树枝状晶、季晶、 纤维状晶和串晶。

2 .聚合物的晶态结构模型缨状微束模型、折叠链模型、伸直链模型、串晶结构模型、球晶结构 模型、Hosemann模型3 .聚合物的晶胞结构无立方晶系，沿链方向与垂直于链方向原子间距不同，一个分子链可 贯穿多个晶胞第七节非晶态结构非晶态物质具有短程有序的特点，而无晶体的长程有序性非晶态物 质包括玻璃、凝胶、非晶态金属和合金，非晶态半导体，无定形碳及 某些聚合物，可非为玻璃和其它非晶态物质玻璃指具有玻璃转变点 的非晶态固体，玻璃与其它非晶态区别即在于有无玻璃转变点☆影响玻璃形成的因素：冷速、黏度Tm・Tg越小的物质越易于形成玻璃（08年考过）第三章晶体缺陷概述：晶体缺陷即实际晶体偏离理想晶体结构的情况；根据其几何特征可分为点 缺陷、线缺陷、和面缺陷三类了解晶体缺陷有利于分析和研究对结构敏感的性 能的变化规律相变、扩散、塑性变形、再结晶及氧化、烧结等现象对探索晶体 材料中的奥秘和推动材料科学的开展起着重要的作用第一节点缺陷点缺陷指在三维空间的各个方向尺寸都很小，约为一个或几个原子尺 寸，包括空位、间隙原子、杂质或溶质原子L点缺陷的形成肖特基缺陷：离开平衡位置的原子迁移到晶体外表或内外表的正常结 点位置而留下的空位；弗仑克尔缺陷：离开平衡位置的原子挤入点阵的间隙位置，而在晶体 中同时形成数目相等的空位和间隙原子。

空位的形成能（Ev）:在晶体内取出一个原子放在晶体外表上（但不 改变晶体外表的外表积和外表能）所需要的能量热平衡点缺陷：由于热起伏促使原子脱离阵点位置而形成的缺陷 过饱和点缺陷：晶体中点缺陷浓度超过点缺陷平衡浓度过饱和点缺陷获得的方式：☆I高温淬火n冷变形加工（塑性变形）in高能离子辐照离子晶体中的缺陷：电荷缺陷：由于电子转移而使晶体内电场发生变化，引起周围势场 的畸变，造成晶体的不完整性Veh色心：电子空穴被束缚在正离子空位上形成的缺陷（呈正电性， 用P表示）；Fch色心：自由电子被束缚在负离子空位上而形成的缺陷 （呈负电性，可用N表示）点缺陷存在的原因：热起伏或能量起伏，因此说点缺陷是热力学上 稳定的缺陷☆2 .点缺陷的平衡浓度☆点缺陷的平衡浓度的计算：C = Aexp（-互） E，：点缺陷的形成能点缺陷平衡浓度公式的导出:由热力学原理可知：在恒温下，系统的自由能满足：F=U-TSS:总嫡值，包括组态嫡Sc和振动嫡Sf设由N个原子组成的晶体中含有n个空位，假设形成一个空位所需的 能量为Ev,那么晶体中含有n个空位时，内能的增加为△ U=nEv,组态廨变为aSc,振动端变为!!△ Sf,那么自由能变为:根据统计热力学：组态端可表示为=W：微观状态数在n个空位和N个原子组成的晶体中，微观状态数为:(N + n)!Nlnl贝”由 ASc = L[ln(N + 〃)!N!〃！—In 1] = k[\n(N + n)!-ln 〃!一ln N!]根据斯特劳林公式lnx!=xlnx-x,上式可变为:△ 5 = " (N + 〃) ln( N + 〃) — 〃 In 〃 — N In N]那么：△/=〃(石TAS2—Z7I(N + 〃)ln(N +几)—〃ln〃 —NlnN]分A"平衡时，自由能有最小值，即()=0dn T可得：7AS产Sln(N + 〃)-Inm当N»n时，上式可近似变为：In C «In——-——= ——।C 弋 exp£^O*exp(一旦9 通常条(N + n) kTkkT件下振动嫡的变化不大，可忽略，这样上式的简写就与点缺陷平衡浓 度公式相符。

点缺陷平衡浓度的成因：点缺陷一方面导致点阵畸变，使晶体能量升 高，降低其稳定性；另一方面增加了原子排列的混乱程度，引起组态 璃和振动端的改变，使端值增加，提高了晶体的稳定性当二者的影第一章原子结构与键合概述：了解物质由原子组成，而组成材料的各元素的原子结构和原子间的键合是 决定材料性能的重要因素第一节原子结构.物质的组成物质是由无数微粒按一定方式聚集而成的，这些微粒可能是原子、 分子或离子；分子是能单独存在且保持物质化学特性的一种微粒；原 子是化学变化中的最小微粒1 .原子的结构质子m=L。