材料科学基础第一章材料结构的基本知识

1、.1，第一章材料结构的基本知识、结构可分为四个层次：原子结构键键原子的排列金相组织，2，第一节原子结构，一，原子的电子排列1，原子的核式结构原子由原子核和核外电子构成：体积小，质量大，带正电子：质量可忽略，以一定的轨道围绕核旋转n=1，2，3，7； 子量子数l (角量子数，轨道量子数):l=0，1，2，每个壳层的子壳层数(spdf )，3，磁量子数m :每个子壳层的空间取向确定不同的轨道数。 m=0，1，2，轨道空间定向(spdf1357 )自旋量子数ms :确定每个轨道可容纳的电子数目。 ms=1/2、-1/2各壳层可容纳的电子总数：2n2(n-主量子数)、4、(2)两个基本原理：泡沫经济相

2、容性原理并非1个原子上存在4个量子数完全相同的两个电子。 最低能量原理：电子总是以能量低的轨道为优先，使系统处于最低的能量状态。 (3)能级的重叠在邻接的主壳层的能范围有重叠，5、例题：原子序数和1.1的纳金属钍原子写原子序数解： na 3360 s 2.2 s 2.2 p 6.3 s1ca 3360 s 2.2 s 22 p 63 s 23 p 64 s 2，原子的活性度主要满足壳层(s层和p层) 例如：依赖于2.0的钙元素原子的电子分布的he:1 s2ne:2 s2p6ar:3 s2p6kr:4 s 23 d 104 p6xe:5 s2s4d 105 p6rn:6 s 24 f 145 d

3、 106 p6na:3 s 1、6、2、元素体周期表和性能的周期性变化、7 1、周期为电子主壳同族的元素体具有与同一壳层的电子数类似的化学性质3、过渡族元素体未被满足的壳层和典型的金属性4、b族和b族的壳层未被满足，a族和a族的壳层未被满足，因此b族和b族比a族和a族不活跃，例如，Cu :8 5，电负性周期性变化：同周期从左到右逐渐增强，同族的从上到下逐渐减弱。 9、第二节原子键合键、一次键合二次键合键的本质和原子间键合键和性能。1.0、结合力的强弱部分：一次结合：通过电子的移动或共有使原子结合的结合键是包含络离子键、共有键、金属键的结合力强的二次结合：通过偶极的吸引力使原子结合的结合键是氢键

4、、范德瓦尔斯键、结合力弱的一次结合1， 络离子键是通过正负络离子间的相互吸引力使原子结合的键键，1.1如NaCl MgO对NaCl:na:1s 2.2 s 2.2 p 6.3 s1cl:1s 2.2 s 2.2 p 63 s 23 p 5na原子失去外层电子变成正离子，并使正离子cl原子带电，获得外层电子变成负离子， 成为还原离子，1.2，1.3，2，共价键是经由共用电子对使原子键合的键键，是具有例如金刚石，14 (1)方向性和结构稳定性的金刚石109.5 (2) 8-N定律之一围绕原子的公共电子对数。 其中，原子的价电子a族、4个公共电子对、空间网状结构a族、3个公共电子对、空间层状结构a族

5、、2个公共电子对、空间链状结构、1.5，3，金属键是通过正络离子与自由电子之间的相互吸引力使原子结合的结合键。 价电子脱离原子成为“电子气体”，正络离子有序排列在“电子气体”海中的金属具有高密度，良好的塑性、电、导热、固体溶解、1.6、二次键1、范德瓦尔斯键具有稳定电子结构的原子或分子通过偶极矩相互吸引的键键。 含有木瓜蛋白酶、塑料、1.7、2，氢结合氢的分子具有极性，而与另一个具有强电负性的原子在氢络离子上结合的结合键。 像冰一样的X-H-Y X-H:络离子键H-Y :氢键、1.8、3，混合键的大部分材料的内部原子键通常是各种键的混合。1、一次键混合(1)共价键和金属键的混合a族中，C Si

6、 Ge Sn Pb、共价键、共价键金属键、金属键、还有，这些过渡族元素体在可能出现少量共价键的1.9、(2)金属键和络离子键的混合金属间化合物中，(3) 共价键和络离子键混合陶瓷化合物中的AB化合物中的络离子键的比例依赖于构成元素体的阴性度差，差越大，络离子键的比例越高，XA、XB A、b的阴性度的数值。 (表1-2， P17 )、2.0、例题：计算了化合物(1)MgO、(2)GaAs中的络离子键的比例解： (1)在MgO的电负性计在代入X Mg=1.31、X O=3.44的结果，在络离子键的比例上68% (2) 在GaAs的电负性仪中，当代入X Ga=1.81 X As=2.18时，络离子键

7、的比例为4%，从2.1、表可知，a、b原子间的电负性的差越大，所形成的AB化合物中的络离子键的比例越高，2.2、2、一次键和二次键混合， 例如，在碳石墨：的层中有共价键，在片层间有范德瓦尔斯键，在高分子：的分子链中共价键链和链之间有二次键。 2.3，4，键的本质和原子间距1，键的本质键的强弱反映了原子或分子间键时相互作用降低的程度，络离子键、共价键最强，金属键次强，氢键再次强，范德瓦尔斯键最弱。2.4、2、原子间的相互作用力和结合能(1)二原子模型固体原子之间总是存在两个力：吸引力、斥力引力和斥力相等时，r0被称为原子间距。 平衡距离下的作用能被定义为原子的结合能0结合能越大，原子结合越稳定。

8、2.5、(2)原子结合能的实验测定和理论计算实验测定原理固体的蒸发热理论计算(自学P24例题) 5、结合键和性能1、对物理性能的影响1 )熔点：共价键、络离子键的最高、高分子材料的最低2 )密度：金属键的最高、共价键、络离子键的最低、高分子材料的最低3 )导电导热性：金属键的最高、共价键、络离子键的(1)强度：键强和强度高，但组织的影响；(2)塑性韧性：金属键最好，共价键、络离子键最低；(3)弹性模数：共价键、络离子键最高，金属键次低，次键最低一般来说，金属、许多蜂窝混合双打、少数高分子材料是结晶。，序列无序，不存在长周期的规则序列。 二氧化硅结构示意图a )结晶b )非晶质、心、2、结晶过程

9、、结晶核形成、结晶核生长、心、3、结晶和非晶质性能的主要差异，结晶：确定熔点单晶-多晶体的各向同性，非晶质：不确定熔点各向同性，心，2， 有确定原子排列的研究方法的x射线或电子束衍射原理布拉格定律：从衍射分布图，可以分析晶体中原子排列的特征(排列方式、原子面间隔等)、藏、第四节结晶材料的组织、1、结晶过程及多晶组织、2、材料组织的各种晶粒组合特征。 即各种晶粒的相对量、尺寸的大小、形状、分布等特征。 组织是影响材料性能的极其敏感和重要的结构要素。3，组织的显示和观察：可以用肉眼观察，可以用金相显微镜或电子显微镜观察。 用研磨蚀刻显微镜观察，4，单相和多相组织(1)单相组织的所有晶粒的化学组成都相同，晶体结构也相同。 描述单相组织特征的主要用途是晶粒尺寸和形状。 (2)多相组织两相以上的结晶材料具有各自的相不同的成分和结晶结构。 两相例：第五节材料的稳态和准稳态结构、稳态结构(结构)能量最低的结构。 准稳态结构的能量相对较高的结构。材料最终得到什么样的结构，必须综合考虑结构形成的热力学条件和动力学条件。 1、热力学条件结构形成时，必须向能量下降的方向前进，或者在结构转换中必须存在推进力。3.7，等温等容过程：亥姆霍兹自由能变化，自