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第二章 物质的结构基础材料的结构：材料的内部结构有不同的层次宏观组织结构、显微组织结构、原子或分子排列结构、原子中的电子结构原子中的电子结构1. 电子具有波粒二象性电子的状态用波函数进行描述原子中一个电子的空间位置和能量用四个量子数表示2. 多电子的原子中，核外电子的排布规律原子之间相互作用和结合原子的电子结构决定了原子键合本身原子间结合键的分类及特点化学键合小结：物理键合范德华力，氢键影响分子间作用力的因素氢键的作用多原子体系中电子的相互作用分子中电子的运动状态称为分子轨道；分子轨道可由原子轨道线性组合而成；分子中电子在整个分子范围内运动分子轨道理论晶体结构• 晶体学基础：晶体的概念，晶体特性 • 空间点阵：晶系与布拉菲点阵 • 晶面、晶向指数；晶面指数的确定及晶面 族 • 典型纯金属的晶体结构：三种典型的金属 晶体结构，fcc、bcc、hcp，以及各自的晶 体学特征• 晶胞中原子数、原子半径、配位数与致密 度，晶面间距固溶体• 固溶体的概念、特征、分类空位与位错• 晶体中的缺陷，晶体缺陷的分类； • 晶体缺陷的形成 • 点缺陷：点缺陷的种类、形成、点缺陷的 平衡浓度，点缺陷对材料性能的影响 • 位错：位错的基本类型及特征 • 柏氏矢量确定方法 • 位错的运动二元合金相图匀晶相图、共晶相图及相关概念• 二元匀晶平衡图 • 两组元在液态和固态均无限互溶所构成的合金平衡图 • 二元共晶平衡图 • 两组元在液态时无限互溶，在固态时有限互熔且有共晶 • 转变产生的平衡图1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？2. 尽管HF的相对分子质量较低，请解释为什么HF的沸点要比HCl高？3. 标出面心立方晶胞中(111)面上各点的坐标，并判断[110]是否位于(111)面上？4. 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：立方晶系(421)，（123），[211]5. 计算面心立方晶体的（100）,(110)，（111）晶面的面间距， 指出面间距最大的面。

6. 7. 8. 在铅的（100）平面上，1mm2有多少原子？已知 铅为fcc面心立方结构，其原子半径 R=0.175*10-6mmNi的晶体结构为面心立方结构，其原子半径为 r=0.1243nm，试求Ni的晶格常数和密度9. 1.主量子数n、轨道角动量量子数l，磁量子数m，自旋角动动量量子数2. 由于HF分子间结间结 合力是氢键氢键 ，而HCl分子间结间结合力是范德华华力，氢键氢键 的键键能高于 范德华华力的键键能，因此HF沸点要比HCl高解答：3. 0,0,11,0,00,1,0xy.z0,0,0 ..1/2,1/2,01,1,1 .在下图画出晶面 （123）（421）,[211]-y取倒数，1/4,1/2,1； 找截距， 作图 .（123） 取倒数，1,1/2,1/3； 找截距， 作图.• 晶向指数的确定• 1 以晶胞为基础建立坐标系• 2 过原点作一有向直线OP，使其平行于待标定的晶向AB• 3 选取OP上离原点最近的结点坐标(x,y,z)• 4 将坐标比化为简单整数比：x:y:z=u:v:w，把所得最小整数组(没有公倍数)加上方括号即为AB晶向的晶向指数[uvw]。

若其中某数为负，则将负号标于该数上方(如[uvw])1. 指数相同的晶向和晶面必然垂直（u=h，v=k，w=l）如[111]⊥(111)2. 当一晶向[uvw]位于或平行某一晶面（hkl）时，则必然满足：h·u+k·v+l·w=0两点规律5. 立方晶系,简单晶胞0.35a0.577a晶面间距计算：立方晶系简单立方：面心立方：体心立方：当h+k+l=奇数时当（hkl）不全为奇数或偶数时 ，6. 因此，对应对应 此谱线谱线 的密勒指数是：立方晶胞的{110}晶面族7. nmg/cm38. 在铅的（100）平面上，1mm2有多少原子？已知 铅为fcc面心立方结构，其原子半径 R=0.175*10-6mm解： （100）平面上一个晶胞中的原子数是原子半径与点阵常熟的关系为：1（100）平面的面积是：a2a2=0.2449*10-12mm2故1mm2面积的原子个数是：1/0.2449*10-12=4.08*1012下图所示为铅锡（Pb-Sn）相图室温平衡组织：（3）33二元相图共晶反应：合金在冷却到某一温度时，由一定成 分的液相同时结晶出成分不同、结构不同的两个 固相，这就是共晶反应（L）。

反应产物 是两个固相的混合物，称为共晶组织或共晶体共晶相图：两组元在液态无限互溶，在固态有限互溶，冷却时发生共晶反应共晶系合金有： Pb-Sn 、Al-Si等共晶转变共晶转变------从一个均匀的液相中可以同时结晶出两从一个均匀的液相中可以同时结晶出两个成分截然不同的固相个成分截然不同的固相几个概念共晶转变特征• 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变• 共晶转变在恒温下进行• 转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相• 存在一个确定的共晶点在该点凝固温度最低36一、共晶相图分析4. 4.溶解度线溶解度线 ---- ---- cf cf 线线 由由α α→ → β βⅡⅡcg cg 线线 由由β β → → α αⅡⅡ183℃（一）点（一）点(二二) ) 线线a a点：纯点：纯PbPb的熔点（的熔点（328328°C°C）；）； b b点：点：纯纯SnSn的熔点（的熔点（232232°C°C）；）； d d点：共晶点点：共晶点1. 1.液相线液相线 ----- ----- adb adb 线线 2. 2.固相线固相线 ----- ----- acdebacdeb 线线 3. 3.二元共晶线二元共晶线- -cde cde 线，即线，即d d点成分的液相在共晶温度点成分的液相在共晶温度 (T(Td d) )同时结晶出同时结晶出( (α αc c+ + β βe e) )二元共晶组织。

二元共晶组织二元共晶反应二元共晶反应: :( (α α+ +β β) )L L恒温恒温adcbefg37共晶相图分析三个单相区－L、α、β 三个双相区 －L＋α、L＋ β、α + β 一个三相共存线（区）－L+α+β（（三）相及相区三）相及相区L L－－PbPb与与SnSn形成的液溶体；形成的液溶体；α α－－Pb(Sn)Pb(Sn)β β－－Sn(PbSn(Pb））α α、、β β均为有限置换固溶体均为有限置换固溶体相区：相区：adcbefg38二、典型合金的平衡结晶过程 1 1、合金、合金1 1室温组织：室温组织： + +  ⅡⅡ 组成相：组成相：  、、 两相相对含量：两相相对含量： ％％＝＝ 100%100% ％％＝＝ 100%100% adcbefg392、合金Ⅱ183℃(1)(1)T T＝＝T Td d 温度时，发生二元共晶温度时，发生二元共晶反应生成二元共晶组反应生成二元共晶组 织（织（αα＋＋ββ）），反应式为：，反应式为：L L( (α α+ +β β) )(2)(2)当当T

Pb-Sn）共晶组织（层片状）（Al-Si）共晶组织（针状）473. 合金Ⅲ亚共晶和过共晶合金平衡结晶过程及室温组织亚共晶合金：以Pb-Sn相图为例，成分在M、E之间的Pb-Sn合金PbSn WSn(%)TMENBAGF过共晶合金: 成分在E 、N之间的Pb-Sn合金IIILL 亚共晶合金平衡结晶过程分析L( +)( +)+  Ⅱt1t2t1t2t2'1020 304050 60 70100200300Pb WSn(%)T/℃L183327.5A19ML+ +61.9E (+ )t/sT/℃LL αL( )αⅡ亚共晶组织（ 50% Sn 的Pb-Sn合金）共晶()初生Ⅱ51室温组织组织 中相组组成物的相对对重量为为:合金Ⅲ 结晶特点1 当T在T1～T2之间时，由L→α初，随T↓，L↓，α％↑2 当T＝Td温度时，剩余液相发生共晶反应生成二元共晶组织（ α+β）.至液相消失此时组织为时组织为α初＋（α＋β）3 当T

即： L    1、基本概念许多合金系都具有包晶转变，例如Pt-Ag、Sn-Ag、 Cd-Hg、Cu-Zn、Cu-Sn等Pt-Ag合金相图是一种 比较简单的包晶相图，下面以此为例进行分析PtAg%T/CL + L + L +  CPDEFAAg118610.542.466.31772961.9包晶反应：LP+ C  D 液相线固相线固溶线固溶线包晶点包晶线Pt-Ag合金相图2. 相图分析3.包晶合金的平衡结晶过程与室温组织11DD'LLL 包晶合金的平衡结晶过程PtAg%T/CL。