材料科学基础期末复习总结范例.docx

材料科学基础期末复习总结 《材料科学基础》期末复习提纲 考试题型： 一、名词解释（5小题，10分） 二、简单题（5小题，22分） 三、计算题（4小题，34分） 四、选择题（14小题，14分） 五、填空题（40空，20分） 以下提纲进攻大家复习参考，内容较多，原则上标注了解的内容考试中没有出现 第一章原子结构与键合（了解） 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（了解） 1.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 2.原子的结构 质子 m=1.671024g 原子核 (1015m) 原子(10m) 10 中子m=1.6710g 24 核外电子， m=9.111028g e=1.60221019C 3.原子的电子结构 电子的状态和在某处出现的机率可用薛定谔方程的解/波函数来描述，即原子中每个电子的空间 位置和能量可用四个量子数来确定： a.主量子数（n）：决定原子中电子的能量及与核的平均距离，即表示电子所处的量子壳层。

如K、L、M…； b.轨道角动量量子数（l i）：表示电子在同一壳层内所处的能级，与电子运动的角动量有关如s、p、d、f…； c.磁量子数（m i）：给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数，为2l i+1，决定电子云的空 间取向； 1 a.能量最低原理：电子的排布总是尽可能使体系的能量最低； b.Pauling不相容原理：在一个原子中，不可能有上述运动状态完全相同的两个电子； c.Hund规则：在同一个亚层中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋方向相同； 4.元素周期表 元素是具有相同核电荷数的同一类原子的总称；元素的外层电子结构随着原子序数的递增而呈周期性的变化规律称为元素周期律；元素周期表是元素周期律的表现形式；元素的性质、原子结构和该元素在周期表中的位置三者之间有着密切的关系 第二节原子间的键合（了解） 金属键 离子键 化学键（主价键） 共价键 结合键氢键 物理键（次价键）范德瓦尔斯力 1.金属键 由金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称金属键。

特点：电子共有化、既无饱和性又无方向性 由于金属键既无饱和性又无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子相结合，并趋于形成低能量的密堆结构当金属受力变形而改变原子间的相互位置时，不至于破坏金属键，这就使金属具有良好的延展性，并且由于自由电子的存在，金属一般具有良好的导电和导热性能 2.离子键 离子键即，正负离子间的相互作用特点：以离子为结合单元、无饱和性和方向性 一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢固，因此，其熔点和硬度均较高另外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此，它们都是良好的电绝缘体但在熔融状态下，正负离子在外电场作用下可以自由运动，此时呈现离子导电性 3.共价键 原子间通过共用电子对而形成的化学键即为共价键可分为极性键和非极性键特点：有方向性和饱和性 共价晶体中各个键之间都有确定的方位，配位数较小，共价键的结合力极为牢固，故共价晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点由于束缚在相邻原子间的“共用电子对”不能自由运动，共价结合的材料一般是绝缘体，导电能力较差 4.范德瓦尔斯力 静电力：固有偶极间的相互作用，F∝ T 1 7 * r 分子间力诱导力：固有偶极与诱导偶极间的作用F∝1 7 r 色散力：诱导偶极间的相互作用F∝1 7 r 特点：次价键、无方向性、无饱和性 5.氢键 属于极性分子键，存在于HF、H2O、NH3等分子间，有饱和性和方向性。

第二章固体结构 1、概念 空间点阵、晶体结构、晶胞、晶向族、晶面族、晶带及晶带定律、配位数、致密度、间隙固溶体、置换固溶体、间隙相、间隙化合物 2、计算与分析 晶体与非晶体的区别 熟练掌握晶向、晶面指数的标定，能够指出相应晶面的晶向和晶面指数，熟练掌握fcc、bcc晶面间距的计算，原子的线、面密度，致密度掌握典型离子晶体结构，并会相关计算 第一节晶体学基础（掌握） 按照原子或分子排列的特征可将固态物质分为两大类：晶体和非晶体 晶体结构的基本特征是，原子或分子或离子在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序各向异性） 晶体与非晶体的区别： a.根本区别：质点是否在三维空间作有规则的周期性重复排列； b.晶体熔化时具有固定的熔点，而非晶体无明显熔点，只存在一个软化温度范围 c.晶体具有各向异性，而非晶体呈各向同性（多晶体也呈各向同性，称“伪各向同性”） 一、空间点阵与晶胞（掌握） 1.空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列，并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵。

2.晶胞：由空间点阵中选取的基本单元即为晶胞，但必须服从一定的选取规则； 3.晶胞选取规则：1.选取的平行六面体应能反映出点阵的最高对称性；2.平行六面体中棱和角相等的数目应最多；3.当棱边夹角存在直角时，直角数目应最多； 4.在满足上述条件下，平行六面体应具有最小体积 晶系与布拉维点阵： 晶系晶胞参数布拉维点阵举例 三斜a≠b≠c,α≠β≠γ≠90°简单三斜K2CrO7 单斜a≠b≠c,α=γ=90°≠β简单单斜，底心单斜β-S,CaSO4·2H2O 正交a≠b≠c,α=β=γ=90°简单正交，底心正交， 体心正交，面心正交 α-S,Fe3C 六方a1=a2=a3≠c,α=β=90°,γ=120°简单六方Zn,Cd 菱方a=b=c,α=β=γ≠90°简单菱方As,Sb,Bi 四方a=b≠c,α=β=γ=90°简单四方，体心四方TiO2 立方a=b=c,α=β=γ=90°简单立方，体心立方， 面心立方 Cu,Ag,Au 4.晶体结构与空间点阵的关系： 空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各点阵的周围环境相同，故它只能由14中类型；而晶体结构指晶体中实际质点（原子、分子或离子）的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，因此实际存在的晶体结构是无限的。

二、晶向指数与晶面指数（掌握） 晶向：空间点阵中各阵点列的方向晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面 国际上通用米勒指数标定晶向指数和晶面指数 1.晶向指数的标定 a.建立坐标系确定原点（阵点）、坐标轴和度量单位（棱边） b.求坐标u'，v'，w' c.化整数u、v、w d.加[][uvw] 说明： a.指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向 b.负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向 c.晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向用表示，数字相同， 但排列顺序不同或正负号不同的晶向属于同一晶向族 2.晶面指数的标定 a.建立坐标系：确定原点（非阵点）、坐标轴和度量单位； b.量截距：x、y、z； c.取倒数：h'、k'、l'； d.化整数：h、k、l； e.加圆括号：(hkl) 说明： a.指数意义：代表一组平行的晶面； b.0的意义：面与对应的轴平行； c.平行晶面：指数相同，或数字相同但正负号相反； d.晶面族：晶体中具有相同条件（原子排列和晶面间距完全相同），空间位向不同的各组晶面。

用{hkl}表示 e.若晶面与晶向同面，则hu+kv+lw=0； f.若晶面与晶向垂直，则u=h,k=v,w=l 3.六方系晶向指数和晶面指数 a.六方系指数标定的特殊性：四轴坐标系（等价晶面不具有等价指数） b.晶面指数的标定 标法与立方系相同(四个截距)；用四个数字(hkil)表示；i=-(h+k) c.晶向指数的标定 标法与立方系相同(四个坐标)；用四个数字(uvtw)表示；t=-(u+w) 依次平移法：适合于已知指数画晶向（末点） 三轴晶向与四轴晶向之间的转换：[UVW][uvtw] U u t，V v t，W w u(2U V)/3，v(2V U)/3，t(u v)，w W 4.晶带：所有平行或相交于某一晶向的晶面构成一个晶带 晶带定律：hu+kv+lw=0 5.晶面间距： a.一组平行晶面中，相邻两个平行晶面之间的距离 b.低指数晶面的面间距较大；晶面间的距离越大，晶面上的原子排列越密集 c.计算公式（简单立方）：d hkl a h k l 222 注意：只适用于简单晶胞，对于复杂晶胞：需考虑附加原子面。

体心立方：h+k+l=奇数；面心立方：h、k、l不全为奇数或不全为偶数等情况下均有附加原子面 第二节金属的晶体结构（掌握） 一、三种典型金属晶体结构的晶体学特征（熟练掌握） 晶体结构类型 结构特征 fcc/A1bcc/A2hcp/A3 点阵参数a a a,c(c/a=1.633) 2原子半径/R a 4 3 4 a a1a c 22 , 2234 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(r B/r A)0.2250.2910.225数量466 八面体间隙 大小(r B/r A)0.4140.154 0.633 0.414 配位数（CN）：晶体结构中任一原子周围最近且等距离的原子数 致密度（K）：晶体结构中原子体积占总体积的百分数K=nv/V 间隙半径（r B）：间隙中所能容纳的最大圆球半径 二、多晶型性（了解） 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。