同济校精品课程材料科学基础

1、：1张钧林、严彪、王德平、袁华编著：材料科学基础，社，2006.教学参考书：化学工业1.大学、蔡珣、戎咏华编著： 材料科学基础（第三版）， 2010.，交通2. 潘金生、仝健民、田民波编著：材料科学基础（修订板），2011.，3. 张，黄学辉、宋晓岚编著：材料科学基础，理工大学社，2004.4. 石德珂编著：材料科学基础（第二版），机械工业，2003.，20015. 徐恒均编著：材料科学基础，工业大学6. William F.Smith, Javad Hashemi: Foundations of Materials Science and Engineering ,China Machine

2、 Press,2011. 课程基本要求 学生学完本课程后应该达到以下基本要求：（1）熟练掌握材料组成、结构、性能及工艺的相互作用及辩证关系。掌握材料的结合方式、晶体学基础知识及结晶化学原理。掌握无机材料（金属材料及非金属材料）的晶体结构特征、非晶态结构特征、高分子材料的结构特征。掌握晶体缺陷类型、模型和特点。掌握材料相变的基本概念及其分类，了解相变动力学、相变热力学的基本内容及其应用实例。掌握材料的结晶过程、结晶动力学条件、结晶热力学条件、形核及长大规律。了解材料玻璃化过程的条件及特征。掌握材料的相结构特征及相图的基本知识。包括二元相图和三元相图的表示方法、基本类型及其分析阅读的一般方法。了解

3、固体材料中的原子及分子运动的基本规律，了解材料的基本物理化学性能。课程基本内容0 绪论 了解材料科学的形成和发展简史，材料科学的社会地位及在经济发展中的重要作用。第一章 固体材料中的结构基础知识固体材料中的原子结构及键合方式（离子键、共价键、金属键、分子键、氢键），高分子链的近程及结构特征。原子键合的本质及其对材料性能的影响。晶体学基础知识（晶体结构特征及基本性能、空间点阵、晶体的宏观对称性和晶体的分类、布拉维格子、晶体定向和晶面符号）。第二章 晶体结构与缺陷晶体化学基本原理，配位数及配位多面体。典型金属的晶体结构、离子晶体的晶体结构、共价晶体的晶体结构。点缺陷的概念、类型，线缺陷（位错）的定

4、义、基本类型和特征、柏氏矢量的定义、特性和表示方法，面缺陷中的晶界。晶体缺与主要参考书陷对材料性能的影响。材料的相结构概念及其分类。固溶体、中间相、晶体相、玻璃相等的形成规律、结构特征及性能特点。重点内容为固溶体的定义、分类及其特征。金属间化合物的定义、分类和特征。相图的表示和制作方法，描述相图的基本要点、相律和杠杆定理的概念。典型二元相图（匀晶、共晶、包晶）的平衡析晶过程的分析、组织形貌及平衡相、平衡组织的计算。三元相图的成分表示方法（成分三角形），和投影图简介。相图的应用实例。材料相变的基本概念、分类及其特征。相变的热力学条件、动力学条件及结构条件。晶核的均匀成核和非均匀成核条件及特征、晶

5、体长大的条件、机制及界面形态。相变理论的应用实例。描述固体中原子扩散的表象理论（扩散第一定律、第二定律）及其应用，扩散中原子迁移的微观机制。金属材料的形变和再结晶概念及其对材料组织与性能的影响。高分子材料中的分子运动及其在不同力学状态下的分子运动解说(高分子材料中的分子运动对力学行为的影响)。功能材料的物理基础概述、介绍材料的电性能、磁性能、热性能、光学性能及抗腐蚀和耐老化等化学性能。校精品课程材料科学的主要任务就是以现代物理学、化学等基础学科理论为基础，从电子、原子、分子间结合力、晶体及非晶体结构、显微组织、结构缺陷等观点研究材料的各种性能以及材料在制造和应用过程中的行为，了解结构-性能-应

6、用之间的规律关系，提高现有材料的性能、发挥材料的潜力，并能动地探索和发展新型材料。本课程的教学内容共有十一章：第一章，固体材料的结构基础知识：共4节，包括：原子结构及键合、晶体学基础知识、固体材料的表面及晶界结构、稳定态结构与亚稳态结构。第二章，晶体结构与缺陷：共5节，包括：晶体化学基本原理、典型金属的晶体结构、离子晶体的晶体结构、共价晶体的晶体结构、晶体缺陷。第三章：材料的相结构及相图：共4节，包括：材料的相结构、二元系相图、三元相图、相图热力学基础。第四章：材料的相变：共3节，包括：相变的概念及其分类、相变动力学、相变热力学。第六章 材料的功能特性第五章 材料的扩散、形变、再结晶及高分子材

7、料中的分子运动规律第四章 材料的相变第三章 材料的相结构及相图第五章：金属材料的结构特征：共3节，包括：纯金属的凝固及结晶、单相固溶体的凝固及结晶、两相共晶体的凝固及结晶。第六章：无机非金属材料的结构特征：共3节，包括：无机非金属材料的显微结构、硅酸盐材料的晶体结构、熔体及非晶态固体的结构。第七章：高分子的结构特征：共4节，包括：概述、高分子链的近程结构、高分子链的态结构。结构、高分子第八章：复合材料的结构特征：共5节，包括：复合材料的定义及形态分类、复合材料的复合原理、复合材料的界面、复合材料的强化和韧化理论、复合材料结构设计的理论基础。第九章：材料的力学性能：共4节，包括：金属和无机非金属

8、材料的力学性能、高分子材料的力学性能、复合材料的力学性能、材料力学性能的综合比较。第十章：材料的物理化学性能：共5节，包括：材料的电性能、材料的磁性能、材料的热性能、材料的光学性能、材料的抗腐蚀和耐老化性能。第十一章：材料的、强化与韧化：共3节，包括：材料的基本原理及方法、材料强化基本原理和方法、材料韧化基本原理与方法。课后练习解答第一章习题一，解释下列名称或术语键合力：固体材料中原子间用于相连接及保持一定的几何形状或物性的结合力。晶格能:：在0k 时1mol 离子化合物的各种离子相互移动至无限远及拆散成气态所需要的能量电负性：原子得到电子的能力空间格子：将晶体的结构基元抽象成几何点，将实际晶

9、体使用三维点阵表示的空间结构晶胞：砸实际晶体中划分出的平行六面体基元点阵：把晶体的原子、离子或原子等结构抽象成几何的点平行六面体：空间格子中的最小基元，由六个两两平行且大小相等的面组成晶面指数：表示晶体中点阵平面的指数，由晶面在三个晶轴的截距值决定点群：宏观晶体对贺元素集合而成结的晶学群晶面常数：晶体定向中，轴率a：b：c 和轴角 ， 统称为晶体的几何常数二，分别简述形成离子键和金属键的条件和特点离子键：条件：X1.7特点：没有饱和性和方向性共价键：条件：0.7X1.7特点：有饱和性和方向性金属键：条件：X0.5特点：没有饱和性和明显的反向性三，范德华键和氢键的联系和区别联系：都是依靠分子或分

10、子的偶极矩引力而形成区别：范德华键无饱和性和方向性，氢键有明显的饱和性和方向性四，简述元素周期表中金属离子半径变化的规律同周期随原子序数增加而减小，同主轴随原子序数增加而增大，对角线上离子半径大小大致相等。五，写出单型对称性。柱，四方柱，四方双锥，六方柱填型中各晶面的晶面指数，并写出它们的柱晶面指数(0 0 0 1)(0 0 0 1)(1 1 2 0)(1 2 1 0)(2 1 1 0)对称型 L33L23PC四方柱晶面指数(0 0 1)(0 10)(1 0 0)(01 0)(1 0 0)(00 1)对称型 L44L25PC四方双锥晶面指数（011）（101）（011）（1 01）（01 0）

11、（1 00）（0 1 0）（1 0 0）（011）（101）（011）（1 01）对称型 L44L25PC六方柱晶面指数（0001）（000 1）（01 10）（1 010）（1 1 00 ）（0 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 00）对称型 L46L27PC六，写出立方体中六个晶面指数（0 0 1）（0 0 1）（0 1 0）（1 00）（010）（1 00）七，在六方晶体中标出晶面（0 0置0 1）（21 1 0）（1 010）（1 1 20）（1 2 1 0）的位（0001）面 opqrst（2 1 1 0）面 osso（1010）面 tsst（1 1 2 0）面trrt（121

12、0）面 qssq第二章1，原子半径：分子原子的中心距为两个原子半径之和离子半径：离子周围的一个其他原子不能侵入的范围配位数：在晶体结构中，一个原子或离子直接相邻的原子或异号离子数目称为配位数点缺陷：亦称零维缺陷，缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维反向上的缺陷都很小热缺陷：是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点肖特基缺陷：质点由面位置迁移到新表面位置，而在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位弗伦克尔缺陷：质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙点成对出现位错：质点在一维方向上偏离理想晶体中的周期性，规则性排列多产生的缺陷，这种缺陷的尺寸在一维方向上较长，而在另二维方

13、向上较短2，四面体空隙个数=8*n/4=2n八面体空隙个数=6*n/6=n当大小不等的球体进行堆积时，其中较大的球将按六方和立方最紧密堆积方式进行堆积，而较小的球按自身大小填入其中的八面体空隙中或四面体空隙中3，原子数配位数堆积系数面心立方480.68体心立方2120.74密排立方6120.744，证明：晶胞体积=33/2*a2*1.6a原子体积=4/3（a2/2）*6原子体积占晶胞体积=原子体积/晶胞体积=74.9%空隙率=1-74.9%=25.1%5，刃型位错的特点：伯格斯矢量与刃型位错垂直刃型位错有正负之分，把多余半原子面在滑移面上边的刃型位错称为正刃型位错，反之为负刃型位错在刃型位错的

14、周围要发生晶体的畸变，在多余的半原子面的这一边晶体收挤压缩变形，原子间距离变小，而另一边的晶体则受拉膨胀变形，原子间距增大，从而使位错周围产生弹性应变，形成应力场位错在晶体中引起的畸变在位错处最大，离位错线越远的晶格畸变越小，原子严重错排列的区域只有几个原子间距，因此，位错是沿位错线为中心的一条狭长管道螺旋位错的特征：伯格斯矢量与刃型位错平行螺旋位错分为左旋和右旋，根据螺旋面旋转方向，符合右手法则的称为右旋螺旋位错，符合左手法则的称为左旋位错螺旋位错只引起剪切畸变，而不引起体积膨胀和收缩，因为存在晶格畸变，所以在位错线附近也形成应力场，同样的，离位错线距离越远，晶格畸变越小，螺旋位错也只包含几

15、个原子宽度的线缺陷。第三章1，根据和金组成元素及原子相互作用的不同，固态下形成的合金相基本上可以分为固溶体和中间相两大类。和纯金属相比，由于溶质原子的溶入导致固溶体的点阵常数，力学性能，物理和化学性能产生了不同程度的变化。点阵常数的变化，由于溶质和溶剂原子的大小不同，引起点阵畸变并导致点阵常数发生变化产生固溶强化，由于溶质原子溶入，使固溶体强度，硬度升高物理和化学性能的变化，固溶体合金随着固溶度的增加，点阵畸变增大，一般固溶体的电阻率升高，同时降低电阻温度系数，有序变化时因原子间结合力增加，点阵畸变和反相畸变存在等都会引起固溶体性能突变，除了硬度和屈服升高，电阻率降低外，甚至有非铁磁性合金有序

16、变化后会具有明显的铁磁性2，材料的结构指的是材料的原子结构，结合键，原子的排列方式以及显微组织，而组织指用金相观察材料时看到的涉及晶体或晶粒大小，方向，形状，排列状况等组成关系的组成物，材料的性能取决于其结构，只有改变了材料的结构才能达到改变性能的目的，材料的组织结构的变化决定了其力学性能，物理性能和化学性能。3，中间相可以是化合物，也可以是以化合物为基的固溶体，中间相通常可以用化合物的化学分子表示，大多数中间相原子间的结合方式属于金属键与其它典型键相混合的式，因此它们都具有金属性和固溶体一样，电负性，电子浓度和原子尺寸对中间相的形成及晶体结构性能都有影响，中间相可分为正常价化合物，电子化合物

17、，原子尺寸与超结构。有关的化合物4，共晶型：固态时两组元完全互不相溶，存在一个共晶温度，此时三相共存同晶型：固态液态时两个组元都能以任意比例互溶包晶型：包晶型中有一个固溶体的了、凝固温度随溶质浓度增加升高，而无低共共晶和包晶是恒温转变过程，而匀晶不是。共晶和包晶有一条恒温转变温度线5，设一组为 Wd 熔体，从高温开始冷却，当温度降至液相线 AB 上的 A 点时，开始析出固溶体 ，随着温度下降，固相组成沿 AC 变化，液相沿 AE 变化，并且 渐增，L 渐减，当温度降到固相线 CD 时，L 相组成E，固溶体 组成为 C，此时从液相中析出固溶体 共晶刚结束时 W 液/W 固=MF/FNL= L+

18、初= 初+（+）共=+ 初与（+）共 初=（XE-XW）/（XE XC）*100%（+）共=(1-) *100%共晶刚结束时：=（XD-XW）/（XD XC）*100%=(1-) *100%6，f=c-+2=3-（一元情况下）因为一元凝聚态时存在存在固溶体两组元，即 =2 f=1，所以此相变过程中温度不变在相界上各点表示了一元组分的固溶关系，随着时间变化，固液两相组分不断改变，因此相界线上点多为状态点。7，两元相图相界线上为单相相界线上 f=2-1+1=2，表示在单相区可任意变动温度和组成而不会使相的数量发生变化两相共存区 f=2-2+1=1，表示温度变化时，液相和固相的组成和数量也随之变化8

19、，成分为40%B 的合金首先凝固出来的固体成分为80%B若首先凝固出来的固体成分含60%,合金成分为20%成分为70%B 的合金最后凝固的液体成分为30%B合金成分为50%B，凝固到某温度时液体含有40%B，固体含有80%B第五章晶体凝固的热力学；晶体形核、长大过程；固溶体平衡凝固和非平衡凝固的条件和组织；1，金属从液相至固相的转变称为凝固，如果凝固后的固体是晶体，则又称为结晶2，过冷度：与实际凝固温度之差过冷现象：金属开始凝固的温度恒低于其大，实际结晶温度越低。，同一金属，结晶的冷却速度越大，过冷度越金属凝固的基本过程是形核与晶核的长大，形核的热学驱动力是固体与液态的值，只有在过冷条件下才具

20、有这一动力焓负差3，纯金属晶体的结晶石通过形核和长大两个过程进行的4，晶粒：在凝固时，每一个晶核在每一个温度下扩散充分进行而形成的的物质成分均匀一致晶界：在纯金属中，晶核接着长成球形，然后迅速变得不稳定，并形成枝晶，这些枝晶在溶液中生长，最终互相接触，凝固成纯金属，其枝晶本身的痕迹已经，但在各个枝晶的相接处形成可见的晶界。5，单晶体：质点按同一取向排列，由一个晶核生长而成，各向异性的晶体多晶体：由许多不同位向的小晶粒而组成多晶体每个晶粒具有各向异性，但由于晶粒位向不同，加上晶界作用，使各晶粒的有向性互相抵消，所有整个多晶体呈现出无向性。第六章2，特征：显微结构常有三种组成：晶相，玻璃相和气相主

21、要键合为离子键，共价键和他们的混合键组成多样，从元素上说，可由一种元素或多种元素组成，从化合物来说，可以由简单化合物到由多种复杂的化合物组成的混合物4，从负离子立方堆积出发，说明以下结构类型：正离子填满所有四面体空隙位置正离子填满一半填满所有八面体空隙位置答：A2X 反萤石型AX 闪锌型AX NaCl 型5，负离子六方堆积出发正离子填满一半四面体空隙一半八面体空隙AX 纤锌矿型AX2金红石型陶瓷材料的显微结构包括三个主要内容：晶相、玻璃相和气孔，其中晶相又有多种，它们之间的比例和各自得特性都要影响材料整体的物理化学性能；例如晶相中的键合问题，玻璃相中的化学组成问题、气孔的形态问题等；无机非金属

22、材料（硅酸盐材料）？一种或多种金属元素（，等，通常为）的化合物，主要是金属氧化物和金属非金属氧化物，几乎包括除金属、高分子外的所有材料。传统四大类：陶瓷、玻璃、水泥、防火材料。特点：）性能上：高，高硬度，耐热，耐磨损，耐氧化，耐化学腐蚀，电性能，光性能好。）结构上：由三种不同的组成。晶相多相：主晶相：主晶相的性能标志着陶瓷材料的物化性能。次晶相、第三晶相不能忽视，杂质次晶相使优良性能大大降低。之间比例与各自特性对材料整体物化性能影响玻璃相：作用：填充晶粒间隙或起黏结剂作用，将分散晶粒黏结在一起提高致密度。降低烧结温度，改善工艺和抑制晶粒长大。组成很不均匀，物理性质也不均匀力学强度低，稳定性差，

23、容易软化，故陶瓷材料的不利。气相（气孔）：形态类型：开口气孔闭口气孔陶瓷的许多电、热性能都随气孔率、气孔尺寸及分布不同而发生变化，所以要合理控制气孔的含量、形态、分布。化学键合：离子键：既不具有方向性也不具有饱和性，所以有利于离子在空间密堆排列，离子晶体的密度和大。共价键：既具有方向性又有饱和性，不能达到密堆，堆积密度较低，共价晶体硬度高密度小，导电性低两者混合键离子的堆积方法；哥希密特的结晶化定律：晶体的结构取决于其组成质点的数量关系、大小关系与极化关系。物质晶体结构可按照化学式类型 AX，AX2，A2X3来的质点的数量关系不同，结构不同。，化学式类型不同，表示组成晶体晶体中组成质点的极化性

24、能不同，反映各离子的极化率不同，结构不同。晶体中组成质点的大小不同，则离子半径比值不同，配位数与晶体结构不同。典型无机化合物的晶体结构；氯化钠晶体、氯化铯晶体、闪锌矿晶体、纤锌矿晶体、萤石晶体结构，特别应该了解在这些晶体结构中的正负离子的堆积方法、配位数、孔隙特征（四面体空隙和八面体空隙）等问题；一个晶胞中堆积方法配位数孔隙特征CsCl1个Bcc均8NaCl4个两个 fcc 叠加均64个八面体，8个四面体，Na+完全填塞于八面体空隙中8个四面体，4个八面体，Zn+交错处于八分之一的立方体中心，占据四面体空隙数半数Zn2+填入半数四面体空隙F-填充在八个小立方体中心，8个四面体全被占据，八面体全

25、空闪锌矿（ZnS）4个两套 fcc 叠加均4纤锌矿（大方 ZnS）S2-六方最密堆积均4萤石（CaF2）Ca2+ fccCa2+ -8；F- -4第七章高分子链的近程结构、高分子链的结构；高分子的凝聚态结构：晶体结构、非晶体结构、取向态结构的基本概念、特征、机构对性能的影响；重点要求掌握高分子链的组成、构型、高分子链的柔顺性等概念，高分子链柔顺性的影响，高分子晶态结构的特点（晶态和非晶态结构模型）。1，近程结构：高分子链的近程结构包括链结构单元的化学组成，序列结构等问题方式，空间立构和交联，结构：高分子构象结构包括分子的大小与形态，链的柔顺性及分子在各环境中所采用的结构单元；组成高分子长链的小

26、的均聚物重复单元：简单重复结构单元又称链节，至少为双官能团的单体通过双键打开，缩合聚合或开环聚合形成链结构，当中重复出现的结构为单元结构。均方末端距：末端距是指线形高分子链的一端到另一端达到直线距离，将末端距先平方再平均即钧方末端距。均方旋转半径：指从大分子链的质量中心到各个链段的质量中心的距离旋转链：假定分子链中每一个键都可以在键角所允许的方向转动，不考虑空间位阻对移动的影响，称这种链为旋转链。高斯链：末端距分布符合高斯函数的分子链分子构象：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态成为构象高分子构型：通过化学键固定分子中原子的空间排列，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。2，聚合物分子具

27、有链状结构，一个典型的线型聚合物分子链长度与直径之比是很大的，这样一根细而长的聚合物链在无外力作用下，不可能是一条直线，一定要卷成团，聚合物链能以不同程度卷曲的特性称为柔顺性，柔顺性是高分子特有的属性，是橡胶高弹性的根由，也是决定高分子形态的主要，对高分子的物理力学性能有根本的影响。4，由于热运动，分子的构象在时刻改变着，高分子能改变其构象的性质称为柔顺性，有熵增原理，孤立的高分子链总是自发的采取卷曲的构象，使构象熵趋于最大，从而导致高分子长链具有柔性，因此，高分子链的柔性本质是熵运动。第八章复合材料的定义和基本特点；复合材料的组成、结构层次；增强复合材料的增强机制；不同复合材料界面功能，作用

28、机理；复合材料界面的粘结方式，偶联的作用机理。1，指俩种或两种以上物理和化学性质的不同的物质组成的一种多相固态物质，复合材料中一相为连续相为基体，占主要组成之分，另一相为分散相，称为增强相，分散相以独立的形态分布在整个连续相中增强，也颗粒状或弥散的填料，两相间存在着相界面。3，复合材料起增强作用的组分，在基体掺入增强体的过程中，增强体尽量不受损，增强体在集体中按要求的方向和数量有规律排列和分布，在符合材料中增强材料与基体间有良好的界面结合。4，基体材料和基体之间的化学成分有显著的变化，使二者彼此结合，并且有传递荷载作用的微小区域，传递效应，阻断效应，不连续效应，散射效应，吸收效应和诱导效应。第

29、九章材料的典型应力应变曲线；由拉伸试验获得材料的各种力学性能指标的基本概念；材料强度、塑性、韧性、何黏弹性的概念；材料断裂的形式及鉴别；第十章材料的物理性能含义；材料的物理性能：电性能、热性能、光性能、声性能、磁性能材料的电性能，固体材料中的电子能带结构基本理论；电性能：材料在外加电压或电场作用下的行为及其的各种物理现象。材料按电学性质可分为：超导体、导体、半导体、绝缘体。绝缘体和介电性；能带磁性材料的分类及性能的量度；磁性材料磁性材料物质都具有的属性按物质对原磁场影响：抗磁性物质：使原磁场减弱顺磁性物质：使原磁场略有增加铁磁性及亚铁磁性物质：使原磁场强烈增加根据磁性材料在外磁场作用下的性能特

30、点：软糍材料硬磁材料磁性的量度材料热性质，热应力热性能三种热效应：吸热热熔热膨胀热膨胀系数传热热导率导热：一个物体个部分温度不均匀或两个温度不同的物体向接触，人能会从高温区向低温区传输，这种现象叫做导热。时间面剂热流过的热量（热流密度）本质：由于温差发生的材料相邻部分间的能量迁移：电子传导晶格振动传导 分子或链段传导热应力：物体中因温度变化而产生的应力：因热胀冷缩受到限制 因温度梯度 多相符合材料因各相膨胀系数不同材料的抗腐蚀和耐老化性能；腐蚀：材料受环境介质的化学、电化学物理作用引起的变质或破坏现象金属陶瓷腐蚀高分子老化分类：物、化、电化、大气、溶剂、高温、气氛、局部化学腐蚀：材料与环境介质

31、直接发生化学反应 不产生电流腐蚀产物沉积在材料表面物理腐蚀：不发生化学反应，以物理变化产生破坏 高分子：缩胀、溶解、应力开裂、渗透破坏。电化学腐蚀：金属与酸、碱、盐等电解质溶液接触发生作用而引起的腐蚀，有电生。重点第一章习题一，解释下列名称或术语键合力：固体材料中原子间用于相连接及保持一定的几何形状或物性的结合力。晶格能:：在0k 时1mol 离子化合物的各种离子相互移动至无限远及拆散成气态所需要的能量电负性：原子得到电子的能力空间格子：将晶体的结构基元抽象成几何点，将实际晶体使用三维点阵表示的空间结构晶胞：砸实际晶体中划分出的平行六面体基元点阵：把晶体的原子、离子或原子等结构抽象成几何的点平

32、行六面体：空间格子中的最小基元，由六个两两平行且大小相等的面组成晶面指数：表示晶体中点阵平面的指数，由晶面在三个晶轴的截距值决定点群：宏观晶体对贺元素集合而成结的晶学群晶面常数：晶体定向中，轴率a：b：c 和轴角 ， 统称为晶体的几何常数二，分别简述形成离子键和金属键的条件和特点离子键：条件：X1.7特点：没有饱和性和方向性共价键：条件：0.7X1.7特点：有饱和性和方向性金属键：条件：X0.5特点：没有饱和性和明显的反向性三，范德华键和氢键的联系和区别联系：都是依靠分子或分子的偶极矩引力而形成区别：范德华键无饱和性和方向性，氢键有明显的饱和性和方向性四，简述元素周期表中金属离子半径变化的规律

33、同周期随原子序数增加而减小，同主轴随原子序数增加而增大，对角线上离子半径大小大致相等。五，写出单型对称性。柱，四方柱，四方双锥，六方柱填型中各晶面的晶面指数，并写出它们的柱晶面指数(0 0 0 1)(00 0 1)(1 1 2 0)(1 2 1 0)(2 1 1 0)对称型 L33L23PC四方柱晶面指数(0 0 1)(0 10)(1 0 0)(01 0)(1 0 0)(00 1)对称型 L44L25PC四方双锥晶面指数（011）（101）（011）（1 01）（01 0）（1 0 0）（0 1 0）（1 0 0）（011）（101）（011）（1 01）对称型 L44L25PC六方柱晶面指数

34、（0 001）（000 1）（01 10）（1 0 10）（1 1 0 0 ）（0 1 1 0）（1 2 1 0）的位（0001）面 opqrst（2 1 1 0）面 osso（1010）面 tsst（1 1 2 0）面trrt（1210）面 qssq第二章1，原子半径：分子原子的中心距为两个原子半径之和离子半径：离子周围的一个其他原子不能侵入的范围配位数：在晶体结构中，一个原子或离子直接相邻的原子或异号离子数目称为配位数点缺陷：亦称零维缺陷，缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维反向上的缺陷都很小热缺陷：是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点肖特基缺陷：质点由面位置迁移到新表面位置，而在晶

35、体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位弗伦克尔缺陷：质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙点成对出现位错：质点在一维方向上偏离理想晶体中的周期性，规则性排列多产生的缺陷，这种缺陷的尺寸在一维方向上较长，而在另二维方向上较短2，四面体空隙个数=8*n/4=2n八面体空隙个数=6*n/6=n当大小不等的球体进行堆积时，其中较大的球将按六方和立方最紧密堆积方式进行堆积，而较小的球按自身大小填入其中的八面体空隙中或四面体空隙中3，原子数配位数堆积系数面心立方480.68体心立方2120.74密排立方6120.744，证明：晶胞体积=33/2*a2*1.6a原子体积=4/3（a2/

36、2）*6原子体积占晶胞体积=原子体积/晶胞体积=74.9%空隙率=1-74.9%=25.1%5，刃型位错的特点：伯格斯矢量与刃型位错垂直刃型位错有正负之分，把多余半原子面在滑移面上边的刃型位错称为正刃型位错，反之为负刃型位错在刃型位错的周围要发生晶体的畸变，在多余的半原子面的这一边晶体收挤压缩变形，原子间距离变小，而另一边的晶体则受拉膨胀变形，原子间距增大，从而使位错周围产生弹性应变，形成应力场位错在晶体中引起的畸变在位错处最大，离位错线越远的晶格畸变越小，原子严重错排列的区域只有几个原子间距，因此，位错是沿位错线为中心的一条狭长管道螺旋位错的特征：伯格斯矢量与刃型位错平行螺旋位错分为左旋和右

37、旋，根据螺旋面旋转方向，符合右手法则的称为右旋螺旋位错，符合左手法则的称为左旋位错螺旋位错只引起剪切畸变，而不引起体积膨胀和收缩，因为存在晶格畸变，所以在位错线附近也形成应力场，同样的，离位错线距离越远，晶格畸变越小，螺旋位错也只包含几个原子宽度的线缺陷。第三章1，根据和金组成元素及原子相互作用的不同，固态下形成的合金相基本上可以分为固溶体和中间相两大类。和纯金属相比，由于溶质原子的溶入导致固溶体的点阵常数，力学性能，物理和化学性能产生了不同程度的变化。点阵常数的变化，由于溶质和溶剂原子的大小不同，引起点阵畸变并导致点阵常数发生变化产生固溶强化，由于溶质原子溶入，使固溶体强度，硬度升高物理和化

38、学性能的变化，固溶体合金随着固溶度的增加，点阵畸变增大，一般固溶体的电阻率升高，同时降低电阻温度系数，有序变化时因原子间结合力增加，点阵畸变和反相畸变存在等都会引起固溶体性能突变，除了硬度和屈服升高，电阻率降低外，甚至有非铁磁性合金有序变化后会具有明显的铁磁性2，材料的结构指的是材料的原子结构，结合键，原子的排列方式以及显微组织，而组织指用金相观察材料时看到的涉及晶体或晶粒大小，方向，形状，排列状况等组成关系的组成物，材料的性能取决于其结构，只有改变了材料的结构才能达到改变性能的目的，材料的组织结构的变化决定了其力学性能，物理性能和化学性能。3，中间相可以是化合物，也可以是以化合物为基的固溶体

39、，中间相通常可以用化合物的化它典型键相混合的式，尺寸对中间相的形成及晶体原子尺寸有关的化合物此时三相共存加升高，而无低共恒温转变温度线上的 A 点时，开始析出固溶并且 渐增，L 渐减，当温液相中析出固溶体 共晶刚结束时 W 液/W 固=MF/FNL= L+ 初= 初+（+）共=+ 初与（+）共 初=（XE-XW）/（XE XC）*100%（+）共=(1-) *100%共晶刚结束时：=（XD-XW）/（XD XC）*100%=(1-) *100%6，f=c-+2=3-（一元情况下）因为一元凝聚态时存在存在固溶体两组元，即 =2 f=1，所以此相变过程中温度不变在相界上各点表示了一元组分的固溶关系

40、，随着时间变化，固液两相组分不断改变，因此相界线上点多为状态点。7，两元相图相界线上为单相相界线上 f=2-1+1=2，表示在单相区可任意变动温度和组成而不会使相的数量发生变化两相共存区 f=2-2+1=1，表示温度变化时，液相和固相的组成和数量也随之变化8，成分为40%B 的合金首先凝固出来的固体成分为80%B若首先凝固出来的固体成分含60%,合金成分为20%成分为70%B 的合金最后凝固的液体成分为30%B合金成分为50%B，凝固到某温度时液体含有40%B，固体含有80%B第五章晶体凝固的热力学；晶体形核、长大过程；固溶体平衡凝固和非平衡凝固的条件和组织；1，金属从液相至固相的转变称为凝固

41、，如果凝固后的固体是晶体，则又称为结晶2，过冷度：与实际凝固温度之差过冷现象：金属开始凝固的温度恒低于其大，实际结晶温度越低。，同一金属，结晶的冷却速度越大，过冷度越金属凝固的基本过程是形核与晶核的长大，形核的热学驱动力是固体与液态的值，只有在过冷条件下才具有这一动力焓负差3，纯金属晶体的结晶石通过形核和长大两个过程进行的4，晶粒：在凝固时，每一个晶核在每一个温度下扩散充分进行而形成的的物质成分均匀一致晶界：在纯金属中，晶核接着长成球形，然后迅速变得不稳定，并形成枝晶，这些枝晶在溶液中生长，最终互相接触，凝固成纯金属，其枝晶本身的痕迹已经，但在各个枝晶的相接处形成可见的晶界。5，单晶体：质点按

42、同一取向排列，由一个晶核生长而成，各向异性的晶体多晶体：由许多不同位向的小晶粒而组成多晶体每个晶粒具有各向异性，但由于晶粒位向不同，加上晶界作用，使各晶粒的有向性互相抵消，所有整个多晶体呈现出无向性。第六章2，特征：显微结构常有三种组成：晶相，玻璃相和气相主要键合为离子键，共价键和他们的混合键组成多样，从元素上说，可由一种元素或多种元素组成，从化合物来说，可以由简单化合物到由多种复杂的化合物组成的混合物4，从负离子立方堆积出发，说明以下结构类型：正离子填满所有四面体空隙位置正离子填满一半填满所有八面体空隙位置答：A2X 反萤石型AX 闪锌型AX NaCl 型5，负离子六方堆积出发正离子填满一半

43、四面体空隙一半八面体空隙AX 纤锌矿型AX2金红石型陶瓷材料的显微结构包括三个主要内容：晶相、玻璃相和气孔，其中晶相又有多种，它们之间的比例和各自得特性都要影响材料整体的物理化学性能；例如晶相中的键合问题，玻璃相中的化学组成问题、气孔的形态问题等；无机非金属材料（硅酸盐材料）？一种或多种金属元素（，等，通常为）的化合物，主要是金属氧化物和金属非金属氧化物，几乎包括除金属、高分子外的所有材料。传统四大类：陶瓷、玻璃、水泥、防火材料。特点：）性能上：高，高硬度，耐热，耐磨损，耐氧化，耐化学腐蚀，电性能，光性能好。）结构上：由三种不同的组成。晶相多相：主晶相：主晶相的性能标志着陶瓷材料的物化性能。次

44、晶相、第三晶相不能忽视，杂质次晶相使优良性能大大降低。之间比例与各自特性对材料整体物化性能影响玻璃相：作用：填充晶粒间隙或起黏结剂作用，将分散晶粒黏结在一起提高致密度。降低烧结温度，改善工艺和抑制晶粒长大。组成很不均匀，物理性质也不均匀力学强度低，稳定性差，容易软化，故陶瓷材料的不利。气相（气孔）：形态类型：开口气孔闭口气孔陶瓷的许多电、热性能都随气孔率、气孔尺寸及分布不同而发生变化，所以要合理控制气孔的含量、形态、分布。化学键合：离子键：既不具有方向性也不具有饱和性，所以有利于离子在空间密堆排列，离子晶体的密度和大。共价键：既具有方向性又有饱和性，不能达到密堆，堆积密度较低，共价晶体硬度高密度小，导电性低两者混合键离子的堆积方法；哥希密特的结晶化定律：晶体的结构取决于其组成质点的数量关系、大小关系与极化关系。物质晶体结构可按照化学式类型 AX，AX2，A2X3来的质点的数量关系不同，结构不同。，化学式类型不同，表示组成晶体晶体中组成质点的极化性能不同，反映各离子的极化率不同