材料化学导论复习提纲.docx

材料化学导论复习提纲第一章绪论一、材料的分类（按成分分类、按功能分类）1、按组成、结构特点分金 属材料：由金属及合金构成的材料黑色金属：如钢 Fe、MnCr及其合金；有色金属：黑色金属以外的各种金属及其合金无 机非金属材料：由非金属单质或金属与非金属组成的化合物所构成的材料传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷等新型无机非金属材料：高温结构陶瓷、光导纤维等如水晶（SiO2）、金川J石（C）、刚玉（A12O3）、新型陶瓷材料或精细陶瓷高 分 子材料：以脂肪族或芳香族的 C-C共价键为基础结构的大分子组成「天然高分子材料：木材，天然橡胶，棉花，动物皮毛等合成高分子材料：塑料，合成橡胶，合成纤维和粘合剂等复 合材料：金属、无机非金属和有机高分子材料有机结合，可以在性能上起到协同作用，从而获得全新性能的一类材料如碳纤维等2、按使用性能分结 构材料：主要利用材料的力学性能的材料功 能材料：主要利用材料的物理和化学性能的材料二、原料与材料的区别、 （化学过程与材料过程）材料：人类能用来制作有用物件的物质是为获得产品，无化学变化原料：人们在自然界经过开采而获得的劳动对象是生产材料，往往伴随化学变化注意：材料和原料合成为原材料。

三、.材料的发展过程（了解）第一代：天然材料在原始社会，生产技术水平低下，人类使用的材料只能是自然界的动物、植物和矿物，主要的工具是棍棒，用石料加工的磨制石奥lOr 0第二代：烧炼材料烧炼材料是烧结材料和冶炼材料的总称天然的矿、土烧结的砖瓦、陶瓷、玻璃、水泥，都属于烧结材料；从天然矿石中提炼的 铜、铁等，属于冶炼材料第三代材料：合成材料第四代：可设计的材料第五圻合成疝K占成橡胶、合成纤结近代出现的根据实际需要去设计特殊性能的材料1s能SB盒鼻随时间、环境的变化改变自己的性能或形状的材料A/c -I~ 弟一早、晶体的对称性：点对称操作的独立操作元素、-点对称操作与平移对称操作的组合（I 四％E上五也将七期霹（剧和近人奉储：W间群）. 时梆中心卓僧丘中心懈前哪融眄啾制脚墙种几何操作后，晶体可以完全复原的性质这种几何操作为对称操作点 对 称操作：在晶体对称操作过程中，若至少有一个点保持不变，则这种对称操作称为点对称操作晶体的这种对称性称为点对称性或宏观对称性能使点阵结构复原的对称元素 ：平移群、对称中心（又称倒反）、镜面、旋转轴、旋转反轴空间点阵结构中只能容纳有限的 几种旋转轴，即二重轴、三重轴、四重轴和六重轴，所以其最基本的对称元素只有七种。

1、旋转对称性：指以一个假想直线为轴，绕此直线旋转一定的角度可使图形相同部分重合该直线称为 对称轴，以L表示，分为n重旋转轴，其中n=360//，”为旋转角度受点阵结构的限制，晶 体中只存在1, 2, 3, 4, 6几种旋转轴，用 L1, L2 , L3, L4, L6表示n= 1:平庸对称性，单位对称操作，所有晶体均具有的对称性n= 2 :n= 3:n= 4:n= 6:旋转轴一一1.2.3. 重轴镜面m倒反操作i2、共有化电子只有一个价电子：电子在离子实电场中运动时，单个原子的势能曲线表示为：两个原子很近时：每个价电子将同时受到两个离子实电场的作用，这时的势能曲线表示为：3、导体、绝缘体和半导体的能带结构、用能带理论解释其性质及温度对其导电性的影响1)导体的能带结构（三种形式）形式1:价带中只填充了部分电子，在外加电场作用下，这些电子很容u协在该能带中灰能级跃迁到较高能级，从形式而形成电流是电子导电型，如Li2:价带被电子填满，成为满带，且与空带发生交叠，形成”宽的能苹电子数目大于2N,使能带不完全被电子充满，以致出现电子和空穴同时参与如二价 Bi、As、Mg Zn电型导像、电子导电型导体。

形式3:金属的价带本来就没有被电子填满，同时价带又同邻近的空带重叠，形成一个更宽的导带，实际参与导电的是那些未被填满的价带中的电子是电子导电型导体，如 Na、K、Clk Al、Ag导带中电子的转移*下很难激发，越过禁带到空带参与导电如大多数离子晶体例： NaCl晶体，它的能带是由 Na+和Cl-离子的能级构成的，Na+的最外壳层2P和Cl-的最外壳层3p,都已被电子填满，且这最高满带与空带之间存在着很宽的禁带，所以 NaCl是绝缘体绝缘体：电子刚好填满最低的一系列能带（最上边的满带叫价带） ，再高的各能带全部都是空的（即为空带），由于没有未满带，禁带宽度比较大，不能导电3）半导体能带结构在温度T=0K时，能带结构与绝缘体相似，只是禁带宽度△ Eg很窄，约〜eV;在温度T >0K时，电子热激发，能从满带跃迁到空带，使空带成为导带，同时在满带中产生空穴；外加电场后，电子和空穴从低能级跃迁到高能级，而形成电流，因此半导体不同固体的能带填充情况（a）导体（b）绝缘体（c）半导体（d）半金属4、晶体缺陷的分类（按法分类和几何分类法） 1）几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷等'点缺陷：发生在晶格中一个原子尺寸范围内的一类缺陷，亦称零维缺陷，例如空位、间隙原子等。

线缺陷：缺陷只在一个方向上延伸，或称一维缺陷，主要是各种形式的“位错” ，例如晶格中缺少一列原子面缺陷：晶体内一个晶面不按规定的方式来堆积，部分偏离周期性点阵结构的二维缺陷体缺陷：指在三维方向上相对尺寸较大的缺陷，例如完整的晶格中可能存在着空洞或夹杂有包裹物等，使得晶体内部的空间点阵结构整体中出现了异性形式的缺陷(2)形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、电荷缺陷、辐照缺陷「热 缺陷：亦称本征缺陷，指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点类型 ：弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷,杂 质 缺陷：亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷胭非整比缺陷：指组成上偏离化学中的定比定律所形成的缺陷 它是由基质晶体与介质中的某些通P T电 荷缺陷：质点排列的周期性未受到破坏，但因电子或空穴的产生，使周期性势场发生畸变而产生的缺陷TA辐照缺陷：材料在辐照下所产生的结构不完整性L __ ： .__1 5、固溶体的分类方法 「 「」二 ■(1)按溶质原子(或离子)在固溶体中的位置划分：「置换型固溶体：溶质的质点进入主晶体中正常结点位置间隙型固溶体：溶质的质点进入溶剂晶格的间隙位置如：碳在铁中形成间隙型固溶体。

2)按溶质在主晶体中的溶解度 (固溶度)划分：连续固溶体：溶质和主晶体可以按任意比例无限制地相互溶解有限固溶体：溶质原子在主晶体中的溶解度是有限的6.固溶体的相图(连续固溶体的相图种类，各区域、各线的意义，组分的确定方法；有限固溶体的二元系统相图, 主要是低共熔点共晶相图各区域、各线的意义，组分的确定方法) 1)连续固溶体的二元系统相图连续固溶体：两种组分，在液态下可无限互溶，在固态下形成的固溶体的溶解度可无限大连续固溶体形成的相图称为 匀晶相图，有三种类型：①没有最低及最高熔点型▽ 加入一种组分使熔点上升，而加入另一种组分使熔点降低▽ 相图由两条曲线将其分为三个区▽ 左右两端点分别为组元的熔点▽ 上面的一条曲线称为液相线，液相线之上为液相的单相区，常用 L表示；戋之下为固溶体的单本▽加入一组分后都使熔点下降，出现一个最低点 a 表不'L1、al 'I网K苴代y Lftl Zfr 士布③具有最高熔点型▽加入一组分后都使熔点上升，出现一个最高点（a）具有最低熔点 （b） 具有最高熔点（2）有限固溶体的二元系统相图二=;二勺>-• r 卦*lr 里 V有限固溶体：组分A B间在液态下无限互溶，固态下可以形成固溶体但溶解度有限，不能以任意比例互溶。

有两种类型：①低共熔点型-共晶相图 门到 一 方；易 一 小▽ A, B分别表示两个组元，Ta和Tb为两个组元的熔点▽左、右端区域分别为 B一溶于 勺甬落体（取5 3,为固溶体的凝固%&▽ E点所对应的温度称为 集晶温度在该温度下叫FOG个固相，这种耀目的混合物称为 共晶组^鼠共晶体MEP/瑞“两a表布）以及A.条液相线相交于黄删W二元共品相Ei▽ TAC和TBD为两固相线；CF和DG为固溶体“、3的溶解度随温度变化线；▽ CEDK平线是：组成为 Q点的a相，组成为I的B相and熔融液的三相平衡共存线称为共晶线▽ 相图分成三个单相区 L、a、3 ;三个双相区 L+ a、L+ 3、a + 3°▽ 成分位于共晶点 E以左，C点以右的合金称为亚共晶合金▽ 成分位于共晶点 E点以右、D点以左的合金称为 过共晶合金②转熔点类型-包晶相图▽ TaC和TbC为两液相线，TaD和TbP为两固相线；▽ DF和PG为固溶体a、3的溶解度随温度变化线；▽ 相图有3个单相区：液相 L、固相a和3▽ 单相区之间是 L+a、L+ 3和a + 3的3个双相区▽ DPCW为包晶线，L、a、3三相共存区包晶线系：组成为D的固溶体a ,组成为P的固溶体3和组成为C的熔液的三相平衡共存线，其平衡关系式可示为：当成分处于DP范围的合金冷却时，首先析出的是 a固溶体。

当温度降至 tP时，成分为C的剩余液体与固溶体a相相互作用形成 3固溶体3相的生长在液体和 口相的交界面处，形成的3相包围在“相外围，将a相 与液体分隔开，所以把这种转变称为 包晶转变这类由一种固溶体转变为另一种固溶体的温度 （tp）就称为两固溶体的“转变温度” “转熔点”第三章材料结构的表征一、材料结构分析的意义、材料研究的组成部分材料研究的三个组成部分 ：材料的设计、制备和表征材料结构 分析的 意义：材料设计的重要依据，来源于材料的结构分析材料制备的实际效果，必须通过材料结构分析的检验因此可以说，材料科学的进展极大地依赖于对材料结构分析的表征水平材料结构表征的主要手段： 热分析技术、显微技术、 X射线衍射技术、波谱技术材料结构表征的任务：主要有三个：成分分析、结构测定、形貌观察二、热分析方法、热重法的含义、分类、热重曲线的分析热分析含义：在程序控制温度条件下，测量材料物理性质与温度之间关系的一种技术从宏观性能的测试来判断材料结构的方法热分析分类：热重法（TG）、差热分析法（DTA和差示扫描量热法（DSC热重法含义：在程序控制温度条件下，测量物质的质量与温度关系的一种热分析方法热重法分类：等 温 热重法：在恒温下测量物质质量变化与时间的关系非等温热重法：在程序升温下测量物质质量变化与温度的关系热重曲线分析：由热重法记录的质量变化对温度的关系曲线称为 热重曲线（TG曲线）。

TG曲线以质量为纵坐标,从上到下表示减少,以温度或时间作横坐标,从左自右增加女剧（的【后包和初用▽热重曲线显示了试样的绝对质量 （W）随温度的恒定升高。