《材料科学与工程基础》教案

1、四 川 大 学 教 案(详细讲授教案)【首页】课程名称材料科学与工程基础授课专业高分子材料与工程年级11级课程编号30000230课程类型必修课校级公共课（ ）；基础或专业基础课（）；专业课（ ）选修课限选课（ ）；任选课（ ）授课方式课堂讲授（）；实践课（ ）考核方式考试（）；考查（ ）课程教学总学时数48学 分 数3学时分配课堂讲授 48学时； 实践课 学时（注：实验单独设课）教材名称材料科学与工程基础作 者顾宜、赵长生出版社及出版时间化工出版社 2011指定参考书Fundamentals of Materials Science and Engineering (5th Editor)

2、影印版化工出版社2002授课教师顾宜、赵长生等职 称教授单 位高分子学院授课时间2013.22013.7注：表中（ ）选项请打“”四 川 大 学 教 案(详细讲授教案)【理、工科】周 次第 3 周， 第 3 次课备 注章 节名 称第二章 材料结构基础（2.5 节）要点图2-47、48作图，难点图2-49 （例题）例题2-2作图，难点图2-50图2-51要点图2-52简单立方完全适用，面心立方和体心立方受限硬球模型要点参数及计算，难点图2-55或4，4，4；6，0，6（面心立方和体心立方可侧重详讲一个，另一个做作业）例题2-4Fig. 3.29图2-57Fig. 3.28图2-56表2-16Fi

3、g. 3.30要点难点，间隙数和位置，图2-59要注意的难点表2-17计算，难点Tab.3.3; 3.4表2-14注意与2.3.4.4节和3.4.1.2节可能有重复表2-18要点一维有序二维有序授 课方 式理论课（）；实践课（ ）；实习（ ）教 学时 数3教学目的及要求学习描述材料晶体（有序）结构的主要参数，包括晶面及其指数，面心立方、体心立方、密排六方三种典型晶体结构的主要参数的计算和表示方法；晶体材料的晶面间距测定方法和液晶的结构特点。教 学 内 容 提 要时 间分 配第三讲4. 晶向指数和晶面指数（1）（2）（3） 晶面指数（密勒指数）晶面：晶体内的阵点（组成的）平面。（影响材料的性能和

4、行为）将晶体所有的阵点划分成平行等距的一组平面，可用一等同的晶面表示（晶面组）晶面指数：又叫密勒指数用（h k l）表示。是晶面在三个晶轴上的截距倒数之比。截距用晶格常数a，b，c 的倍数r，s，t表示即：1/r : 1/s : 1/t = h : k : l选离原点；晶面与晶轴平行，截距为，该指数为零；截负端，上加横线。 截距越大、指数越小。 Example Problem 3.8（4） 晶面族：某晶面的晶面指数乘以-1后所表示的一组晶面仍与其平行。晶面族用h k l 表示 ，代表原子排列相同（晶面方位不同）的所有晶面。对立方晶体： A111包括（1 1 1），（1 1 1），（1 1 1）

5、，（1 1 1）B110包括（110），（1 1 0），（101），（101），（011），（0 1 1）C100包括（1 0 0），（0 1 0），（0 0 1），（可通过对称性联系起来，晶面性质是等同的）5晶面间距：晶面组中最邻近的两个晶面间的距离叫晶面间距dhkl,晶面指数低，面上具有较高的原子密度，间距大、作用力弱 a立方晶体中 d hkl = h2+k2+l2 a为点阵常数 x射线衍射分析，布拉格定律测定晶面间距：n= 2 d sin = MHP （光程差）n=1，2，3，为衍射级数；为波长；为衍射角2-5-3、晶体的结构 （按晶体中原子间键合的方式分）1） 金属晶体：金属键；无方向

6、性；原子呈圆球状密堆积。大多为下面三种结构：（1）面心立方（fcc）配位数： 12 （同层6个、上、下两层各为3个，按密排层）晶胞中的原子数：4 =81/ 8（角）+ 61/ 2（面）最近的原子间距：d（= a/2 = 2R）点阵常数：a （= 4R/2 ）致密度：APF=晶胞内原子总体积/晶胞体积=0.74先排成最密排层，层间堆垛方式为ABCABC.，即第四层重叠在第一层位置，余类推(2) 密排六方 (hcp)配位数： 12 （同层6个、上、两层各为3个）晶胞中的原子数：6 =121/ 6（边角）+ 21/ 2（面）+ 3（内）最近的原子间距：d（=a2/ 3 + c2/ 4 ）点阵常数：a

7、 ，c致密度：0.74最密排层间堆垛方式为ABAB, 即第三层重叠在第一层位置，余类推（3）体心立方 （bcc）配位数： 8 （心原子上下各为4个）晶胞中的原子数：2 =81/ 8（角）+ 1（心）最近的原子间距：d（=3 a / 2）点阵常数：a（= 4R/3 ）致密度：0.68 三种结构的晶体学特点（4）间隙：四面体间隙和八面体间隙 fcc中的间隙: 四面体间隙数：8, (每原子:8/4=2)间隙大小（半径）= 3 a / 4 R = 0.225R 八面体间隙数： 1（体）+ 121/ 4（棱）=4 (4/ 4 = 1)间隙大小（半径）= a / 2 R = 0.414Rbcc中的间隙:四

8、面体间隙数：1/ 2 46(面) = 12； (12/2 = 6 )间隙大小（半径）= 5 a / 4 R = 0.291R八面体间隙数： 1/ 2 6（面）+ 121/ 4（棱） =6 (6/2 = 3)间隙大小（半径） a/2 R = 0.633R a/ 2 R = 0.154R Example Problem 3.3（放到第三章？）2) 离子晶体：离子键，无方向性。正离子周围配位多个负离子，离子的堆积受邻近质点异号电荷及化学量比限制堆积形式决定于正负离子电子的电荷数和相对大小（等电荷时）正、负离子半径比越大，配位（负离子）数越高 r+/r- 配位数 晶格类型 ZnS 0.2250.414

9、 4 面心立方三种典型形式 NaCl 0.414-0.732 6 面心立方 CSCl 0.732-1 8 简单立方 （半径比在交界处附近易偏差，RbCl (0.8)为6 .非硬球） Example Problem 3.4 3) 共价晶体：共价键；有方向性、饱和性，配位数和方向受限制（配位须成键）多由非金属元素组成(A族)N族元素共价晶体的配位数为（8N）。4) 分子晶体: 组元为分子. 范氏力和氢键仅范氏力：无方向性、饱和性、趋于密堆 还受分子非球性及永久偶极相互作用影响有氢键：有方向性、饱和性，堆积密度更低。5）多晶型 多晶现象：一种化合物存在两种以上的晶体结构型式 温度、压力等外界条件变化

10、时，可能使结构型式发生改变1） 改变连接方式（不改变配位）2） 改变配位3） 改变分子或离子的对称性4) 改变键型 6）液晶：熔点 清亮点有些物质：晶相 液晶相 液相 长程有序 （中介相） 短程有序 各向异性 各向同性液晶：可出现液晶相的物质（1）液晶的状态：几何形状各向异性较大的分子形成的晶体加热时： 失去取向序 失去位置序 固态（塑性晶体） 位置有序 仅位置有序 固态晶体 液体 取向有序 各向同性 液态（液晶） 失去位置序 仅取向有序 失去取向序 质心可长程移动 位置 失去 固态 失去有序 取向序 位置序固态晶体 液体取向 有序 （2）液晶的分类 从出现液晶相的条件分；A 热致液晶：因温度

11、变化（热）导致液晶相出现的物质典型分子，分子量200-500，轴比（长宽比）4-8B.溶致液晶：在一定溶剂作用下，出现液晶相的物质。长棒分子的轴比：-15。 从分子排列的有序性分：A. 丝状相（向列相）：分子具有长程取向有序，质心无长程有序B. 螺旋状相（胆甾相）：螺旋式改变取向方向的丝状相。C. 层状相（近晶相）：除上两种外的热致液晶 分子有序性更高，更接近晶体，排列呈层状结构。10分教学重点与难点要点：晶面的表示及其指数的计算晶面间距及测定、公式晶体结构与键合性质的关系面心立方、体心立方、密排六方晶体的主要参数和计算方法（点阵常数、晶胞中原子数、致密度、密度、原子间距、配位数；间隙类型、数量和大小）离子晶体的配位数和晶格类型液晶的三种典型结构形式难点：（1）晶面指数的计算、作图（2）晶面间距的计算 式2-45（3）金属的三种晶体结构及参数、计算、作图 表2-12、2-13（4）间隙的位置和数量，图2-41（5）配位数与离子半径比的关系及简单计算 表2-14讨论、练习、作业作业（习题和思考题）英文 3.48, 3.50, 3.57, 3.58, 3.61，3.62, 3.81中文 2-29，