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材料科学基础复习课 绪论材料科学四要素 成分 组织 结构 制备与加工工艺 使用性能它们之间的关系 成分 制备 加工工艺 结构 使用性能 第一章原子结构与结合键1 基态时核外电子的排布电子层 KLMNOPQ 亚层 spdf 轨道 1 Pauli不相容原理 s 2 p 6 d 10 f 14 每个轨道最多只能容纳2个电子 且这两个电子自旋方向必须相反 2 能量最低原理 电子优先占据能量最低的轨道 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d 3 Hund规则 能级高低相等的轨道上 电子尽可能分占不同的轨道 且自旋平行 轨道 p d f 全满 半满或全空时 电子排布状态较为稳定 2 结合键 1 金属键 离子键 共价键 范德华键 氢键的概念 2 结合键的饱和性与方向性 3 结合键与材料性能之间的关系 第二章材料的结构1 晶体 晶格点阵 空间点阵 晶胞晶体的概念 质点 原子 离子 分子 以周期性重复方式在三维空间作有规则的排列的固体 原子抽象成球 球抽象为几何点 在空间中获得空间点阵 用假想直线连接阵点得到晶格 晶格中晶胞是反映晶格特征的最小几何单元 特殊的平行六面体 晶格常数 棱长a b c 将坐标系安放在晶胞的一个顶点 a b c分别位于x y z三轴上面 夹角 的规定 2 空间点阵分类 空间点阵一共分3个晶族 7个晶系 14种空间点阵高级晶族 立方晶系 简单 体心 面心 晶胞特点 a b c 90 中级晶族 三 菱方晶系 简单 晶胞特点 a b c 90 四方晶系 简单 体心 晶胞特点 a b c 90 六方晶系 简单 晶胞特点 a b d c 90 120 低级晶族 正交晶系 简单 底心 体心 面心 晶胞特点 a b c 90 单斜晶系 简单 底心 晶胞特点 a b c 90 90 三斜晶系 简单 晶胞特点 a b c 90 思考 1 为什么立方晶系中没有底心立方结构 2 为什么四方晶系中没有面心 底心结构 3 晶向指数与晶面指数的标定与作图晶向指数用 uvw 表示 指数意义 代表相互平行 方向一致的所有晶向 负值 标于数字上方 表示同一晶向的相反方向 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 晶面用 hkl 表示 指数意义 代表一组平行的晶面 指数中0的意义 面与对应的轴平行 平行晶面 指数相同 或数字相同但正负号相反 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 若晶面与晶向同面 则hu kv lw 0 若晶面与晶向垂直 则u h v k w l 六方系晶向指数和晶面指数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 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 4 金属中常见的三种晶格类型 体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格密排面位置 晶格常数与原子半径的关系式 晶胞独立原子数 间隙半径 四面体间隙 八面体间隙 密排方向原子密度 密排面原子密度 致密度面心立方晶格ABCABCABC 密排六方晶格ABABABAB 密排六方晶格中轴比c a 1 633的推导 5 固溶体的晶体结构固溶体的概念 将外来溶质原子引入溶剂晶格中 占据晶格阵点位置的一部分或间隙的一部分 同时仍保持溶剂晶格的排列方式 称这样的晶体为固溶体 固溶体分为置换固溶体 间隙固溶体 置换固溶体分为连续型与有限型 间隙固溶体都是有限型 形成置换固溶体的影响因素 原子尺寸 r 15 越接近 溶质溶解量越大 必要条件 晶格类型 越接近 溶质溶解量越大 必要条件 电负性 得失电子的能力 电负性越接近 溶质溶解量越大电子浓度 越小 溶质溶解量越大 金属间化合物定义 将外来原子引入原有晶格中 占据晶格阵点位置的一部分或间隙的一部分 形成具有新的晶格排列方式 并具有金属特性的晶体 称这样的晶体为金属间化合物 分为 正常价化合物 电子化合物 间隙相 间隙化合物 第三章晶体结构缺陷点缺陷 空位 间隙原子 扩散线缺陷 位错 塑性变形面缺陷 晶界 亚晶界 孪晶界 层错 相界 表面 塑性变形 材料强化 2 线缺陷 位错位错的基本类型 刃型 正负之分 螺型 左右旋之分 混合型柏氏矢量1 柏氏矢量 作图 柏氏回路 2 柏氏矢量与位错线的关系 右手法则P98 2 1 1 刃型位错垂直位错线 2 螺型位错平行位错线 3 一个混合型位错分解为一个刃型位错 一个螺型位错 2 2柏氏矢量表示位错线引起畸变的大小和方向2 3柏氏矢量具有守恒性 1 一条位错线只有唯一的柏氏矢量 特别是混合型位错 2 如果有几根位错线相交于一点 那么进的矢量等于出的矢量和 3 位错不能在晶体内部中断 除非在内部自成封闭的环 或者与其他位错相连接 或者穿过晶体终止在晶界或晶体表面 3 位错的运动4 位错应力场位错的能量W Gb2线张力5 位错间的相互作用同性相斥 异性相吸 6 位错的增殖Frank Read源增殖机制 7 实际晶体中的位错全位错 不全位错 单位位错的概念位错反应条件 满足矢量合成前后相等 能量降低层错 扩展位错 第四章晶体中的扩散扩散是一种由热运动引起的物质传输过程 1 一维 菲克第一定律表达式 极其物理含义 2 菲克第二定律 恒定源 解的应用 3 两种扩散微观机制 4 影响扩散系数的因素 5 上坡扩散 第五章相平衡与相图 1 相的概念2 吉布斯相律的应用 F C P n n 3 二元共晶相图的计算作业P219 3 4相图中组织相对含量的计算 相与组织的概念区分 4 匀晶 共晶 共析 含化合物的二元相图 这些基本概念的理解5 铁碳相图 铁碳相图铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体的概念 铁碳相图的默绘 亚共析钢 共析钢 过共析钢的概念 极其室温下的组织图分别是怎样的 6 三元相图成分三角形作图 第六章 1 结晶与凝固的概念区分 2 过冷度的概念 3 均匀形核与非均匀形核的临界形核半径 临界形核功的求解 4 微观光滑界面与长大机制的关系 5 固溶体合金相图的非平衡凝固的应用 条件 凝固时 液相内溶质可均匀混合 第七章表面与界面 1 晶界 相界的概念 2 晶界的特性有哪些 第八章固态相变 1 相变的