北京理工大学839材料科学基础考研讲义.ppt
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材料科学基础（839）知识点梳理 专注于北理工考研专注于北理工考研理硕教育 理硕教育简介 理理硕硕教教育育是是全全国国唯唯一一专专注注于于北北理理工工考考研研辅导的的学学校校，，相相对对于于其其它它机机构构理理硕硕教教育育有有得得天天独独厚厚的的优优势势丰丰富富的的理理工工内内部部资资料料资资源源与与人人力力资资源源确确保保每每个个学学员员都都受受益益匪匪浅浅，，确确保保理理硕硕教教育育的的学学员员初初试试通通过过率率89%89%以以上上，，复复试试通通过过率率接接近近100%100%，，理理硕硕教教育育现现开开设设初初试试专专业业课课VIPVIP一一对对一一，，假假期期集集训训营营，，复复试试VIPVIP一一对对一一辅导，，满满足足学学员员不不同同的的需需求求因因为为专专一一所所以以专专业业，，理硕教育助您圆北理之梦理硕教育助您圆北理之梦 考试内容（一）物质的组成及原子结合键（一）物质的组成及原子结合键1 1．原子结合键．原子结合键2 2．高分子链结构．高分子链结构（二）固体的结构（二）固体的结构1 1．晶体学基础．晶体学基础2 2．金属的晶体结构．金属的晶体结构3 3．合金的相结构．合金的相结构4 4．常见离子晶体结构．常见离子晶体结构5 5．共价晶体结构．共价晶体结构 （三）晶体中的缺陷（三）晶体中的缺陷1 1．点缺陷．点缺陷2 2．位错．位错3 3．面缺陷．面缺陷（四）固体中的扩散（四）固体中的扩散1 1．扩散的表象理论．扩散的表象理论2 2．扩散的热力学．扩散的热力学3 3．扩散的微观理论与机制．扩散的微观理论与机制4 4．扩散激活能．扩散激活能5 5．影响扩散的因素．影响扩散的因素6 6．反应扩散．反应扩散7 7．离子晶体中的扩散．离子晶体中的扩散 （五）材料的变形（五）材料的变形1 1．弹性变形．弹性变形2 2．粘弹性变形．粘弹性变形3 3．塑性变形．塑性变形4 4．回复与再结晶．回复与再结晶5 5．热加工．热加工（六）凝固（六）凝固1 1．相平衡与相律．相平衡与相律2 2．纯晶体的凝固．纯晶体的凝固3 3．合金的凝固．合金的凝固4 4．铸锭组织与凝固技术．铸锭组织与凝固技术 （七）相图（七）相图1 1．相图基础．相图基础2 2．二元相图．二元相图3 3．三元相图．三元相图（八）材料的亚稳态（八）材料的亚稳态1 1．纳米晶材料．纳米晶材料2 2．准晶．准晶3 3．非晶态．非晶态 三、考试要求三、考试要求要要求求深深刻刻理理解解考考试试内内容容所所涉涉及及的的基基本本概概念念、、基基本本规规律律和和基基本本结结论论，，能能够够应应用用所所掌掌握握的的内内容容综综合合分分析析有有关关材材料料科科学学及及工程领域的相关问题，得出正确结论。
工程领域的相关问题，得出正确结论考试中可携带计算器（计算器除外）考试中可携带计算器（计算器除外）四、参考书目四、参考书目《《材料科学基础材料科学基础》》（第三版）（第三版） 上海交通大学出版社上海交通大学出版社胡胡庚庚祥、蔡珣祥、蔡珣《《材料科学基础材料科学基础》》化学工业出版社化学工业出版社 陶杰陶杰 姚正军姚正军 第一章 原子结构与键合（★★）u1.1 1.1 原子结构（了解）原子结构（了解）u1.2 1.2 原子的键合原子的键合 （重点）（重点） 金属键金属键、、离子键离子键、、共价键共价键、、范德瓦耳斯力范德瓦耳斯力、、氢键氢键 每每种种键键型型的的形形成成原原理理，，特特点点，，方方向向性性饱饱和和性性问问题题，，因因为为 键型不同对材料造成的影响，哪些物质是那种键型键型不同对材料造成的影响，哪些物质是那种键型真题再现真题再现为为什什么么金金属属具具有有良良好好的的塑塑性性，，金金属属间间化化合合物物则则要要比比金金属属脆脆，，而陶瓷材料则具有更大的脆性而陶瓷材料则具有更大的脆性? ?（（6 6分）（分）（20032003，二，，二，1 1））金金属属元元素素间间形形成成的的化化合合物物的的硬硬度度、、熔熔点点较较其其金金属属组组元元有有何何不不同同，，其其原原因因是是什什么么？？为为什什么么中中间间相相会会表表现现出出金金属属特特性性？？金金属属与与非非金金属属元元素素间间形形成成的的化化合合物物能能否否表表现现出出金金属属特特性性，，为什么？（为什么？（8 8分）（分）（20052005，四，，四，1 1）） u1.3 1.3 高分子链（重点）高分子链（重点）高分子的分类，化学组成，几何形态，连接方式，构型高分子的分类，化学组成，几何形态，连接方式，构型以基本概念为主以基本概念为主真题再现真题再现线性高分子链的存在方式有线性高分子链的存在方式有__________、、________、、________。
2014)(2014) 第二章 固体结构（★★★）u2.1 2.1 晶体学基础（基本概念）晶体学基础（基本概念）什么是晶体？结构特征有哪些？什么是晶体？结构特征有哪些？什么是阵点？什么是点阵？什么是阵点？什么是点阵？什么是晶胞？选取原则是什么？几个晶系？几种点阵？什么是晶胞？选取原则是什么？几个晶系？几种点阵？晶体结构和空间点阵有什么区别？晶体结构和空间点阵有什么区别？真题再现真题再现密排六方点阵是一种空间点阵（密排六方点阵是一种空间点阵（T or F ?T or F ?）） 晶向指数、晶面指数、六方晶系指数（基本功）晶向指数、晶面指数、六方晶系指数（基本功）每年必考，给指数画图像或给图像标指数每年必考，给指数画图像或给图像标指数 晶带及晶带定律晶带及晶带定律真题再现真题再现什么是晶带定理？适用于哪些晶系？（什么是晶带定理？适用于哪些晶系？（20012001）） 晶面间距（规律、计算）晶面间距（规律、计算）真题再现真题再现立立方方晶晶体体中中，，若若晶晶面面指指数数越越小小，，其其面面间间距距越越大大，，并并且且其阵点密度越大其阵点密度越大T or F ?T or F ?）） 晶体对称性晶体对称性宏观对称元素：回转对称轴，对称面，对称中心，回转反演宏观对称元素：回转对称轴，对称面，对称中心，回转反演微观对称元素：滑动面，螺旋轴微观对称元素：滑动面，螺旋轴3232种点群及空间群种点群及空间群倒易点阵倒易点阵 u2.2 2.2 金属的晶体结构金属的晶体结构 fcc,bcc,hcpfcc,bcc,hcp三种结构的半径，配位数，致密度（会计算）三种结构的半径，配位数，致密度（会计算）…………《材科基》《材科基》P36,P36,表表2.52.5。
要求能默写要求能默写堆垛方式和间隙堆垛方式和间隙三种晶型的密排面和密排方向、堆垛顺序三种晶型的密排面和密排方向、堆垛顺序间隙八面体和间隙四面体（表间隙八面体和间隙四面体（表2.82.8））多晶型性多晶型性FeFe(2005,2006)(2005,2006) u2.3 2.3 合金相结构合金相结构什么是固溶体？什么是固溶体？什么是置换固溶体？影响溶解度的因素有哪些？什么是置换固溶体？影响溶解度的因素有哪些？什么是间隙固溶体？条件有哪些？什么是间隙固溶体？条件有哪些？什么是有序固溶体？完全有序？部分有序？条件？什么是有序固溶体？完全有序？部分有序？条件？固溶体有哪些性质？固溶体有哪些性质？ 什么是中间相？什么是中间相？有哪几种化合物？有哪几种化合物？形形成成电电子子化化合合物物的的因因素素？？（（形形成成不不同同相相的的原原因因，，有有能能力力的的记住）记住）什么是间隙相？什么是间隙化合物？条件？什么是间隙相？什么是间隙化合物？条件？拓扑密堆相是什么？特点？拓扑密堆相是什么？特点？σσ相？相？什么是超结构？类型？有序化的因素是什么？什么是超结构？类型？有序化的因素是什么？ u2.4 2.4 离子晶体结构离子晶体结构离子晶体的结构规则。
离子晶体的结构规则1 1、、2 2、、3 3、、4 4、、5 5典型的离子晶体结构典型的离子晶体结构掌握各个结构的基本特点以及代表物掌握各个结构的基本特点以及代表物硅酸盐的晶体结构？有哪些组成方式（硅酸盐的晶体结构？有哪些组成方式（1234512345）？）？真题再现真题再现u2.5 2.5 共价晶体结构共价晶体结构 第三章 晶体缺陷（★★★★）什么是晶体缺陷？有几种存在方式？什么是晶体缺陷？有几种存在方式？u3.1 3.1 点缺陷点缺陷点缺陷的形成有哪几种？离子晶体？点缺陷的形成有哪几种？离子晶体？点缺陷的平衡浓度的形成原因？点缺陷的平衡浓度的形成原因？真题再现真题再现平衡浓度的公式平衡浓度的公式点缺陷的运动点缺陷的运动 3.2 3.2 位错位错刃型位错和螺型位错的特点，混合位错刃型位错和螺型位错的特点，混合位错伯氏矢量的确定？位错型的确定？特性？伯氏矢量的确定？位错型的确定？特性？位位错错的的运运动动？？滑滑移移、、攀攀移移，，交交割割要要求求会会判判断断运运动动方方向向等等问题问题真题再现真题再现 位错的弹性性质（了解）位错的弹性性质（了解）位错的生成（来源？）和增值（机制？）位错的生成（来源？）和增值（机制？）实实际际晶晶体体的的位位错错形形式式？？单单位位位位错错？？全全位位错错？？不不全全位位错错？？堆堆垛层错？造成的影响？（表垛层错？造成的影响？（表3.13.1））真题再现真题再现不全位错不全位错 肖克利，弗兰克（肖克利，弗兰克（P112P112整页要求理解，会背）整页要求理解，会背）位错反应。
几何条件，能量条件位错反应几何条件，能量条件 真题再现真题再现 扩展位错，位错宽度计算束集，交滑移扩展位错，位错宽度计算束集，交滑移真题再现真题再现位错网络，面角位错位错网络，面角位错其他晶体中的位错其他晶体中的位错 3.3 3.3 表面及界面表面及界面表面能表面能晶界亚晶界晶界亚晶界小角度晶界及结构小角度晶界及结构大角度晶界及结构大角度晶界及结构晶界的特性晶界的特性孪晶界，晶界能的关系孪晶界，晶界能的关系相界：公格、半共格、非公格相界：公格、半共格、非公格真题再现真题再现什么是共格相界？（什么是共格相界？（20072007））什么是相界？有哪几种形式什么是相界？有哪几种形式（（20052005）） 第四章 固体中原子及分子的运动（★★★）u4.1 4.1 表象理论表象理论菲克第一定律菲克第一定律菲克第二定律菲克第二定律 使用条件，理解其推导过程使用条件，理解其推导过程化学扩散，自扩散化学扩散，自扩散渗碳厚度计算渗碳厚度计算物理意义，单位，使用条件 薄膜扩散衰减分布薄膜扩散衰减分布置换固溶体中的扩散置换固溶体中的扩散 柯肯达尔效应，互扩散系数柯肯达尔效应，互扩散系数u4.2 4.2 扩散的热力学分析扩散的热力学分析 上坡扩散？原因？上坡扩散？原因？ 引起上坡扩散的条件？引起上坡扩散的条件？ 4.3 4.3 扩散的原子理论扩散的原子理论扩散机制扩散机制1 1、、2 2、、3 3、、4 4 晶内，晶界，自由表面扩散系数的对比晶内，晶界，自由表面扩散系数的对比 短路扩散短路扩散扩散系数，扩散激活能扩散系数，扩散激活能真题再现真题再现 4.6 4.6 影响扩散的因素影响扩散的因素 1. 1.温度温度 2. 2.固溶体类型固溶体类型 3. 3.晶体结构晶体结构 4. 4.晶体缺陷晶体缺陷 5. 5.化学成分化学成分 6. 6.应力应力4.7 4.7 反应扩散反应扩散 概念，不存在两相混合区的解释概念，不存在两相混合区的解释4.8 4.8 离子晶体中的扩散离子晶体中的扩散真题再现真题再现 第五章 材料的形变和再结晶（★★★★★）u5.1 5.1 弹性和粘弹性弹性和粘弹性了解弹性形变的本质了解弹性形变的本质弹性模量的物理意义和其对材料的影响弹性模量的物理意义和其对材料的影响真题再现真题再现弹性不完整性的现象弹性不完整性的现象粘性流动和粘弹性的概念，性质，粘弹性的物理模型粘性流动和粘弹性的概念，性质，粘弹性的物理模型 u5.2 5.2 晶体的塑性变形晶体的塑性变形什么是滑移线和滑移带？什么是滑移系？什么是滑移线和滑移带？什么是滑移系？fcc,bcc,hcpfcc,bcc,hcp的滑移系各是什么，会产生什么影响的滑移系各是什么，会产生什么影响真题再现真题再现什什么么是是临临界界切切分分应应力力？？表表达达公公式式是是什什么么？？施施密密特特因因子子是是什什么，有何意义？么，有何意义？什么是多系滑移？实质？什么是多系滑移？实质？滑移的阻力来自哪里？什么是派滑移的阻力来自哪里？什么是派- -纳力？有何物理意义？纳力？有何物理意义？ 什什么么是是孪孪生生？？什什么么是是栾栾晶晶？？什什么么是是栾栾晶晶界界，，孪孪生生面面，，孪孪生生方向？方向？孪生的特点有哪些？孪生的特点有哪些？栾栾晶晶的的分分类类？？各各有有什什么么特特点点。
不不同同晶晶型型的的孪孪生生面面和和孪孪生生方方向，有什么影响？向，有什么影响？扭折扭折多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形影响因素影响因素霍尔霍尔- -佩奇公式佩奇公式 晶粒细化对金属造成的影响晶粒细化对金属造成的影响 合金的塑形形变合金的塑形形变什么是固溶强化？影响因素什么是固溶强化？影响因素什么是屈服现象和应变时效？什么是屈服现象和应变时效？柯垂气团的原理柯垂气团的原理真题再现真题再现增值理论增值理论 多项合金的塑形形变的分类多项合金的塑形形变的分类弥散分布合金形变的分类弥散分布合金形变的分类不可变强化的原理不可变强化的原理可变强化的原理可变强化的原理变形对材料性能的影响变形对材料性能的影响加工硬化的三个阶段加工硬化的三个阶段什么是形变织构？分类？影响？什么是形变织构？分类？影响？残余应力的分类？残余应力的分类？ 回复和再结晶回复和再结晶什什么么是是回回复复？？什什么么事事再再结结晶晶？？过过程程如如何何描描述述？？晶晶粒粒如如何何变变化化冷变形金属在退货过程中有哪些变化？冷变形金属在退货过程中有哪些变化？真题再现真题再现回复动力学及其特点。
回复动力学及其特点三三种种回回复复机机制制不不同同的的物物理理过过程程，，位位错错的的变变化化以以及及造造成成物物理理性能变化的原因性能变化的原因 什么是再结晶？驱动力是什么？什么是再结晶？驱动力是什么？形核机制（晶界弓出形核，亚晶形核）形核机制（晶界弓出形核，亚晶形核）亚晶形核机制（合并，迁移）亚晶形核机制（合并，迁移）长大的动力学因素长大的动力学因素再结晶动力学再结晶动力学再结晶温度计其影响因素再结晶温度计其影响因素真题再现真题再现再结晶晶粒大小及其硬性因素再结晶晶粒大小及其硬性因素 晶粒长大的驱动力及物理过程晶粒长大的驱动力及物理过程晶粒长大的影响因素晶粒长大的影响因素异常晶粒长大的原因异常晶粒长大的原因再结晶晶粒大小的规律再结晶晶粒大小的规律再结晶织构，三种情况，两种理论再结晶织构，三种情况，两种理论退火栾晶的形成以及能量条件退火栾晶的形成以及能量条件 u5.4 5.4 热变形与动态回复、再结晶热变形与动态回复、再结晶什么是热加工，温加工，冷加工？什么是热加工，温加工，冷加工？热加工区别与冷加工的地方在哪？热加工区别与冷加工的地方在哪？动态回复的三个阶段，动态再结晶的三个阶段。
动态回复的三个阶段，动态再结晶的三个阶段动态再结晶的机制和组织结构动态再结晶的机制和组织结构热加工对力学性能的影响有哪些？热加工对力学性能的影响有哪些？热加工材料的组织特征有哪些，各有什么特点？热加工材料的组织特征有哪些，各有什么特点？什么是蠕变？蠕变机制有哪些？什么是蠕变？蠕变机制有哪些？什么是超塑性？形成条件有哪些？什么是超塑性？形成条件有哪些？超塑性的本质是什么？超塑性的本质是什么？ 第六章 单组元相图及纯晶体的凝固（★★★★★）u 6.1 6.1 单元系相变的热力学及相平衡单元系相变的热力学及相平衡相律及其意义相律及其意义对水相图的分析加深对相律的理解对水相图的分析加深对相律的理解克劳修斯克劳修斯- -克拉伯龙方程克拉伯龙方程u6.2 6.2 纯晶体的凝固纯晶体的凝固什么是结构起伏？什么是结构起伏？什么是均匀形核？非均匀形核？什么是均匀形核？非均匀形核？均匀形核的临界半径（公式会推倒）均匀形核的临界半径（公式会推倒） 形核率以及形核率出现峰值的原因形核率以及形核率出现峰值的原因真题再现真题再现非均匀形核的条件非均匀形核的条件非均匀形核的形核功的推倒非均匀形核的形核功的推倒液液- -固界面的构造固界面的构造晶体长大方式和长大速率晶体长大方式和长大速率 纯晶体凝固的生长形态纯晶体凝固的生长形态正温度梯度，光滑界面，粗糙界面正温度梯度，光滑界面，粗糙界面负温度梯度，光滑界面，粗糙界面负温度梯度，光滑界面，粗糙界面细晶的获得方式，单晶的制备细晶的获得方式，单晶的制备 第七章 二元系相图和合金的凝固与制备原理（★★★★★）自由能自由能- -成分曲线的物理意义成分曲线的物理意义公切线原理公切线原理杠杆定理杠杆定理二元相图的几何规律二元相图的几何规律匀晶相图，无限相图的条件匀晶相图，无限相图的条件固溶体的平衡凝固和凝固过程固溶体的平衡凝固和凝固过程固溶体的非平衡凝固及几点结论固溶体的非平衡凝固及几点结论共晶相图，性质共晶相图，性质共晶相图的平衡凝固和组织共晶相图的平衡凝固和组织 共晶合金的非平衡凝固共晶合金的非平衡凝固什么是伪共晶，非平衡共晶组织什么是伪共晶，非平衡共晶组织包晶相图，报警合金的凝固及平衡组织包晶相图，报警合金的凝固及平衡组织包晶合金的非平衡凝固包晶合金的非平衡凝固稳定化合物和不稳定化合物相图的特点稳定化合物和不稳定化合物相图的特点偏偏晶晶转转变变，，合合金金转转变变，，熔熔晶晶转转变变，，共共析析转转变变，，包包析析转转变变，，脱榕过程脱榕过程复杂二元相图的分析方法复杂二元相图的分析方法根据相图判别合金的性能根据相图判别合金的性能 铁碳相图（铁碳相图（★★★★★★★★★★）） （（7.50,7.51,7.617.50,7.51,7.61）会默写，各种凝固过程都要掌握）会默写，各种凝固过程都要掌握二元合金的凝固理论二元合金的凝固理论正常凝固，平衡分配系数正常凝固，平衡分配系数非平衡凝固的五个假设非平衡凝固的五个假设正常凝固方程正常凝固方程理解区域熔炼，有效分配系数以及对公式的讨论理解区域熔炼，有效分配系数以及对公式的讨论成分过冷的概念，临界条件，对晶体形态的影响成分过冷的概念，临界条件，对晶体形态的影响}固溶体凝固理论 共晶凝固理论共晶凝固理论共晶组织的分类和形成机制共晶组织的分类和形成机制金金- -金共晶，形状以及两个因素金共晶，形状以及两个因素金金- -非金共晶，组织形状非金共晶，组织形状共晶界面的稳定性（纯二元，含杂质的二元，二元伪共晶）共晶界面的稳定性（纯二元，含杂质的二元，二元伪共晶）铸件的宏观组织铸件的宏观组织铸件的缺陷：缩孔，偏析铸件的缺陷：缩孔，偏析偏析：宏观偏析，显微偏析。
平衡分配系数的影响偏析：宏观偏析，显微偏析平衡分配系数的影响 真题再现真题再现 第八章 三元相图（★★★）三元相图特点三元相图特点表示法表示法特殊线特殊线截面，投影图截面，投影图杠杆定律及重心定律杠杆定律及重心定律 第九章 材料的亚稳态（★★★）纳米晶材料的结构，性能，形成纳米晶材料的结构，性能，形成非晶态材料形成，性能非晶态材料形成，性能亚稳相，脱溶对性能的影响亚稳相，脱溶对性能的影响马氏体，贝氏体结构，转变，动力学马氏体，贝氏体结构，转变，动力学 。
