材料科学基础总结.doc

———————————————————————材料科学基础总结——————————————————————材料科学基础知识点总结授课教师：曲明洋材科1101王健11840103目 录第1章 原子结构与键合 - 1 -1.1原子结构 - 1 -1.1.1物质的组成 - 1 -1.1.2原子的结构 - 1 -1.1.3原子的电子结构 - 1 -1.1.4元素周期表 - 1 -1.2原子间的键合 - 1 -1.2.1金属键 - 1 -1.2.2离子键 - 1 -1.2.3共价键 - 1 -1.2.4范德瓦耳斯力 - 1 -1.2.5氢键 - 1 -第2章 固体结构 - 2 -2.1晶体学基础 - 2 -2.1.1 空间点阵和晶胞 - 2 -2.1.2晶向指数和晶面指数 - 2 -2.1.3晶体的对称性 - 3 -2.2金属的晶体结构 - 4 -2.2.1三种典型的金属晶体结构 - 4 -2.2.3多晶型性 - 4 -2.3合金相结构 - 4 -2.3.1固溶体 - 4 -2.3.2中间相 - 5 -2.4离子晶体结构 - 5 -2.4.1离子晶体的结构规则(鲍林规则)【P57】 - 5 -附：高分子相关知识点 - 6 -第三章 晶体缺陷 - 10 -3.1点缺陷 - 10 -3.1.1点缺陷的形成 - 10 -3.1.2点缺陷的平衡浓度 - 10 -3.1.3点缺陷的运动 - 10 -3.2位错 - 10 -3.2.1为错的基本类型和特征 - 10 -3.2.2伯氏矢量 - 11 -3.2.3位错的运动(P94) - 11 -3.2.4位错的弹性性质 - 11 -3.2.5位错的生成和增殖 - 12 -3.2.6实际晶体结构中的位错 - 13 -3.3表面及界面 - 13 -3.3.2晶界和亚晶界 - 13 -3.3.3孪晶界 - 13 -3.3.4相界 - 13 -第四章 固体中原子及分子的运动 - 14 -4.1表象理论 - 14 -4.1.1菲克第一定律 - 14 -4.1.2菲克第二定律 - 14 -4.1.3扩散方程的解 - 14 -4.1.4置换型固溶体中的扩散 - 16 -4.2扩散的热力学分析 - 16 -4.3扩散的原子理论 - 17 -4.3.2原子跳跃和扩散系数 - 17 -4.6影响扩散的因素 - 18 -第五章 材料的形变和再结晶 - 20 -5.1弹性和黏弹性 - 20 -5.1.1弹性形变的本质 - 20 -5.1.2弹性形变的特征和弹性模量 - 20 -5.1.3弹性的不完整性 - 20 -5.2晶体的塑性变形 - 20 -5.2.1单晶体的塑性变形 - 20 -5.2.2多晶体的塑性变形 - 22 -5.2.3合金的塑性变形 - 23 -5.2.4塑性变形对材料组织与性能的影响 - 24 -5.3回复和再结晶 - 24 -5.3.1冷变形金属在加热时的组织与性能变化 - 24 -5.3.2回复 - 25 -5.3.3再结晶 - 25 -II第1章 原子结构与键合材料科学与工程：基于组织结构与性能关系，来设计组织结构，以获得性能的学科。

决定材料性能的最根本的因素：①组成材料的各元素的原子结构 ②原子间的相互作用、相互结合 ③原子或分子在空间的排列分布和运动规律 ④原子集合体的形貌特征1.1原子结构1.1.1物质的组成分子：能单独存在，且保持物质化学特性的一种微粒1.1.2原子的结构原子：由质子和中子组成的原子核、以及核外的电子所构成的，呈电中性1.1.3原子的电子结构(1)主量子数n——决定原子中电子能量以及与核的平均距离,即表示电子所处的量子壳层(2)轨道角动量量子数——给出电子在同一最子壳层内所处的能级(电子亚层)，与电子运动的角动量有关，取值为0,1,2,…,n-13)磁量子数——给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数每个下的磁量子数的总数为2+14)自旋角动量量子数——反映电子不同的自旋方向规定为和，反映电子顺时针和逆时针两种自旋方向，通常用“↑”和“↓”表示核外电子排布三个原则：(1)能量最低原理：电子的排布总是尽可能使体系的能量最低2)泡利(Pauli)不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子即不能有上述四个量子数都相同的两个原子3)洪德(Hund)规则：在同一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。

1.1.4元素周期表元素：具有相同核电核数的同一类原子的总称1.2原子间的键合结合键可分为化学键和物理键两大类化学键即主价键，包括金属键、离子键和共价键；物理键即次价键，也称范德瓦尔斯(van der Waals)力此外，还有氢键1.2.1金属键金属键：由金属中的自由电子与金属正离子相互作用构成键合既无饱和性又无方向性1.2.2离子键离子键：正负离子依靠他们之间的静电引力结合在一起无饱和性和方向性1.2.3共价键共价键：由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键分为非极性键和极性键两种有饱和性和方向性1.2.4范德瓦耳斯力包括：静电力、诱导力和色散力无饱和性和方向性1.2.5氢键有饱和性和方向性第2章 固体结构 气态物质 液态 晶体 固定熔点 各向异性 长程有序 固态非晶体 无固定熔点 各向同性 短程有序2.1晶体学基础晶体结构的基本特征：原子(或分子、离子)在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序2.1.1 空间点阵和晶胞阵点：将理想晶体中每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点。

空间点阵：这些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，简称点阵晶胞：在点阵中取出一个具有代表性的基本单元(最小平行六面体)作为点阵的组成单元，称为晶胞选取晶胞的原则为:(1)选取的平行六面体应反映出点阵的最高对称性;(2)平行六面体内的棱和角相等的数目应最多;(3)当平行六面体的棱边夹角存在直角时，直角数目应最多;(4)在满足上述条件的情况下，晶胞应具有最小的体积点阵参数：三条棱边的边长a,b,c(称为点阵常数)及棱间夹角α,β,γ等6个点阵参数七大晶系和14种布拉维点阵：晶体结构与空间点阵的区别：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，且只有14种类型晶体结构则是指晶体中实际质点的具体排列情况，实际存在的晶体结构是无限的2.1.2晶向指数和晶面指数1.晶向指数：[uvw]；晶向族2.晶面指数：(h k l)；晶面组｛h k l｝3.六方晶系指数：[u v t w]，其中[U V W]与[u v t w]之间的互换关系：；，，，4.晶带所有平行或相交于某一晶向直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴。

晶带定律：晶带轴[u v w]与该晶带的晶面(h k 1)之间存在以下关系:若已知有两个不平行的晶面，(h1k1l1)和(h2k2l2)，则其晶带轴[u v w]可以从下式求得：已知二晶向[u1v1w1]和[u2v2w2]，由此二晶向所决定的晶面指数则为：已知三个晶轴，[u1v1w1]、[u2v2w2]和 [u3v3w3]，若，则三个晶轴同在一个晶面上已知三个晶面(h1k1l1)、(h2k2l2)和(h3k3l3)，若，则此三个晶面同属一晶带5.晶面间距晶面指数不同的晶面之间的区别主要在于晶面的位向和晶面间距不同低指数的面间距较大，而高指数的晶面间距则较小晶面间距愈大，则该晶面上原子排列愈密集，晶面间距愈小则排列愈稀疏晶面间距： 正交晶系： 立方晶系： 六方晶系： 2.1.3晶体的对称性对称性：晶体自身重合复原，或能有规律重复出现1.对称元素a.宏观对称元素(1)回转对称轴：n次对称轴 (2)对称面 (3)对称中心 (4)回转-反演轴b.微观对称元素(1)滑动面 (2)螺旋轴。

2.2金属的晶体结构2.2.1三种典型的金属晶体结构最常见的金属晶体结构有面心立方结构Al或fcc、体心立方结构A2或bcc和密排六方结构A3或hcp三种三种典型金属结构的晶体学特点结构特征晶 体 结 构 类 型面心立方(A1)体心立方(A2)密排六方(A3)点阵常数aaa,c(c/a=1.633)原子半径R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>0.414R0.633R<110>密排面｛111｝｛110｝｛0001｝密排方向<110><111><112(_)0>2.2.3多晶型性有些固态金属在不同的温度和压力下具有不同的晶体结构，即具有多晶型性，转变的产物称为同素异构体2.3合金相结构合金：指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质组元：组成合金的基本的独立的物质相：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部分相和组元的区别：相包含很多组元，但必须保证成分、结构相同且均匀。

组织：不同相或组元由于结晶方式不同而占混合产物中比重不同，造成宏观形貌表现不同的物质合金相：固溶体和中间相2.3.1固溶体1.置换固溶体影响溶解度的因素：a. 晶体结构b. 原子尺寸：原子半径差时，有利于形成溶解度较大的固溶体c. 化学亲和力（电负性因素）d. 原子价因素：电子浓度 此外固溶度还与温度有关，在大多数情况下，温度升高，固溶度升高2.间隙固溶体溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体3.固溶体的微观不均匀性完全无序的固溶体是不存在的如果，则溶质原子倾向于呈无序分布：如果，则溶质原子呈偏聚状态；如果，则溶质原子呈部分有序或完全有序排列4.固溶体的性质a.点阵常数改变 b.产生固溶强化 c.物理和化学性能的变化2.3.2中间相1.正常价化合物正常价化合物的稳定性与组元间的电负性差有关2.电子化合物特点：电子浓度是决定晶体结构的主要因素3.与原子尺寸有关的化合物a.间隙相和间隙化合物：这主要取决于非金属(X)和金属(M)原子半径的比值；当< 0.59时，形成具有简单晶体结构的相，称为间隙相；当>0 .。