材料化学总结.docx

材料化学总结.docx

《材料化学总结.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料化学总结.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

材料化学总结

材料化学复习纲要

第一章

1.材料的确切含义：

材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质。

2.原料与材料的区别

●原料一般不是为获得产品，而是生产材料，往往伴随着化学变化。

●材料的特点往往是为获得产品，一般从材料到产品的转变过程不发生化学变化。

第二章

1.晶体的特征：

规则的几何外形晶面角守恒有固定的熔点各向异性

2.材料中的键合形式有哪几种？

离子键、共价键、金属键、分子键、氢键

实际材料常常是混合键，是几种键的综合。

可用四面体表面或内部的一个点来表示。

3.离子键的概念，特性

离子键：

通过异性电荷之间的吸引产生的化学结合作用，又称电价键

特性：

无方向性和饱和性，作用力强。

4.离子晶体的概念、结构特征及其原因

概念：

由正负离子借离子键结合而形成的晶体。

结构特征：

达到尽可能高的配位数；或称最紧密堆积原因：

离子键的无方向性和饱和性

5.共价键的概念及其特征

概念：

原子之间通过共享电子而产生的化学结合作用。

特征：

具有方向性、饱和性和作用的短程性。

6.共价晶体的概念和特征

概念：

由原子借共价键结合而形成的晶体称为共价晶体特征：

有方向性、低配位数、高熔点、高强度、高硬度、良好的光学特性、低膨胀系数、可塑性差、在熔融态也不导电。

7.鲍林规则的适用性

适用性：

鲍林规则适合于离子晶体或带有不明显共价键的离子晶体，不适合于共价晶体或以共价键为主的晶体。

8.鲍林第一规则的描述

鲍林第一规则（并会计算正、负离子的临界半径比）：

在每一正离子周围形成一个负离子配位多面体，正、负离子的距离取决于其半径和，正离子的配位数取决于正、负离子的半径比。

鲍林第二规则（并会计算共用同一配位多面体定点的多面体数量）：

在一个稳定的

离子晶体结构中，每一负离子的电价ζ等于或近似等于诸邻接正离子至该负

离子的静电键强度Si的总和.

鲍林第二规则（并能用库仑定律说明原因）：

在配位结构中，共用多面体的棱、特别是共用多面体的面将会降低结构的稳定性。

对于高电价和低配位数的正离子，这一效应特别显著原因:

随着负离子多面体共用顶点数的增加，正离子之间的间距缩短，这种缩短的幅度随着正离子配位数的下降而增加。

9.离子极化的概念、极化的结果并能举例说明

离子极化概念：

一个带电荷的离子所产生的电场对另一个离子的电子云发生作用，使其大小和形状发生变化的现象。

极化结果：

1）导致离子键向共价键过渡；2）向较小的配位数转化举例：

AgCl属NaCl型结构，Ag+的配位数为6；Agl属ZnS型结构，Ag+的配位数为4。

10.哥希米特结晶化学定律内容：

晶体的结构取决于其组成质点的数量关系、大小关系和极化性能。

数量关系指：

组成大小关系即离子半径比；极化性能指极化力、极化率。

第三章

1.点阵的概念：

晶体的内部结构可抽象为由一些相同的几何点在空间作周期性的无限分布，几何点代表基元的某个相同位置，点的总体就称作空间点阵（简称点阵）。

或说点阵是由无穷个点按一定规律排列得到的几何图形。

记忆：

点阵+基元=晶体结构

2.构成点阵的两个条件：

①连接其中任意两点可得一向量，将各个点按此向量平移能使其复原；②点阵中每个点都有完全相同的周围环境。

3.空间点阵平移空间向量的表示方法：

Tmnp=ma+nb+pc,　m,n,p=0,±1,±2,…任取一个原点，将平移向量组Tmnp中的所有向量逐个作用于原点，则可得到一个由诸向量终点所构成的分布在三维空间的点阵。

这组三维点阵是反映三维周期性的几何形式，而与之对应的Tmnp则是反映周期性的代数形式。

若以基向量a、b、c将各阵点相互连接起来，则构成所谓晶格。

4.晶胞的概念、晶胞的选取原则：

晶胞:

将a、b、c向量把点阵点互相连结起来,则可将空间点阵划分为空间格子或晶格,空间格子可将晶体结构截分为一个个包含等同内容的基本单位，这个基本单位叫做晶胞（unitcell）.

选取原则：

（1）所选取的平行六面体必须能够反映点阵的宏观对称特性;

（2）在满足

上述规定的条件下，所选取的平行六面体应具有尽可能多的直角；（3）在满足以上两条规定的条件下，所选取的平行六面体应具有最小的体积。

5.晶胞参数有哪些？

分别表示什么？

晶格参数：

三维点阵的单位平行六面体的几何形状取决于三个基向量a、b、c，它也可由六面体的三个边长a、b、c和三个基向量夹角α、β、γ来描述。

此处，α、β、γ分别为b与c、c与a、a与b的夹角。

a、b、c、α、β、γ这六个量合称为晶格参数。

6.点阵的国际符号表示法是什么？

7.镜面指数的概念，密勒指数的表示方法：

晶面指数:

规定一套整数hkl来反映某特定晶面及其相应平面点阵组的取向。

密勒（Miller）指数:

晶面在三个晶轴上的倒易截数之比（表示方法查书）

8.晶面族的概念及表示方法{110}、{100}、{111}分别表示哦什么多面体？

晶面族:

在同一个晶体结构中，存在着一些原子排列情况完全相同，但空间位向却不相同的晶面。

通常用符号{hkl}来表示所有这样的晶面。

{110}晶面族又称为十二面体面。

同样道理，{100}晶面族又称为六面体面，而{111}晶面族为八面体面。

9.晶体的宏观对称操作和元素有哪些？

各用什么符号表示？

在对称面表示中要注意三种对称面的表示

1）旋转和对称轴：

一个晶体若绕某轴旋转角度α=（n=1,2,3…）后使晶体位置完全复原，则称此晶体具有n重对称轴（旋转轴），用n表示。

旋转用L（α）表示

2）反映和对称面：

对称面（镜面）是指晶体中存在的某一平面，可使平面两边进行反映操作后而使晶体复原，用m（σ）和M分别表示对称面和反映动作

3）倒反和对称中心：

晶体中若存在一点O，可使晶体外形所有晶面上的点沿着其与O点的连线按等距离移到O点的另一端后，晶体得以复原，则称点O为对称中心，称这种对称操作为倒反用i和I分别表示对称中心和倒反动作。

4）旋转倒反和对称反轴：

旋转倒反是由旋转和倒反组成的复合对称动作，即先绕反轴旋转后紧接着进行倒反动作。

n次对称反轴用n表示，旋转倒反动作用I•L（α）表示

10.点群的国际符号表示方法。

并能解释某个点群国际符号表示法的含义

按不同晶系的特点在不同方向上将它的对称元素表示出来，通常借用按一定顺序排列的阿拉伯数字和字母m表示。

n次旋转轴和反轴分别由数字n和n表示，对称面用字母m表示。

若在规定的方向上同时出现旋转轴和对称面，则将轴和对称面的符号分别写成分子和分母。

方向的选法应与点阵三个向量a、b、c有关。

国际符号多数记三位，少数记两位或一位。

11.在晶体微观对称操作中螺旋轴的概念及符号表示，滑移面的概念及表示

在晶体微观结构中，能使晶体结构复原的最基本的对称动作是三维空间点阵对应的平移向量群Tmnp=ma+nb+pc。

可使晶体结构复原的对称动作的集合：

旋转、旋转倒反、倒反、反映、螺旋旋转、反映滑移等各类，它们分别对应于对称元素：

旋转轴n、反轴n、对称中心（即1）、对称镜（即2）、螺旋轴nm以及各种滑移面。

螺旋轴nm对应的基本动作是绕轴旋转3600/n后再沿轴平行方向进行平移，其平移量为该轴基本周期的m/n（如在a方向存在21螺旋轴，其基本对称动作是旋转180º再平移a/2）。

滑移面的基本对称动作是经对称面反映后再沿平行于对称面的特定方向进行一定量的平移（如滑移面a，其平移量为a/2）。

综上讨论，晶体外形与宏观性质的对称类型不超过32个点群的范围，属于同一点群的各种晶体可以隶属于若干个空间群。

晶体结构的微观对称类型不超过230个空间群的范围。

第四章

1.晶体缺陷的概念及两种形式

晶体缺陷:

实际晶体存在着对理想晶体结构的偏离存在各种各样的缺陷。

又叫点阵缺陷。

有两种形式：

平衡式和非平衡式。

平衡式指在热力学满足条件下，动力学满足所形成；非平衡式指由于动力学条件不足，使热力学平衡无法实现。

2.点缺陷按缺陷结构分为哪几种？

并举例

（1）热缺陷：

由原子热振动而产生的缺陷，缺陷浓度随温度变化。

A.肖特基缺陷：

正常格点上的原子迁移到晶体的表面，在晶体内部留下空位。

B.弗伦克尔缺陷：

原子离开正常结点位置进入间隙，成为填隙原子，并在原来位置留下一个空位。

（2）杂质缺陷：

由外来杂质原子产生，与温度基本无关。

（3）非化学计量（非整比）缺陷：

受氧化还原气氛影响而产生

3.杂质缺陷的概念及几种形式

杂质缺陷：

由外来杂质原子产生，与温度基本无关。

A.取代式；B.填隙式；C.空位式

4.画出克罗格——温克点缺陷表示符号

空位:

VM、VX分别表示M原子和X原子空位。

填隙原子:

Mi、Xi分别表示M和X处在间隙位置。

错放位置:

MX表示在MX型晶体中M错放在X位置。

溶质（杂质）:

LM、SX分别表示溶质L、S分别处在M和X的位置。

Li表示溶质L处于间隙位置。

自由电子和电子孔穴:

e’和h·分别表示自由电子和电子空穴。

带电荷缺陷:

以上缺陷表示符号都可加上对应于原点阵位置的有效电荷。

如：

V’Na表示带一个负有效电荷的Na空位。

缔合中心:

两个带相反电荷的点缺陷缔合成一组或一群。

如（VMVX）。

5.会写肖特基缺陷和弗伦克尔缺陷的缺陷反应方程式

6.位错的概念及位错线的概念

位错概念：

实际晶体受到某种应力的作用，使其内部质点排列变形，原子行列间相互滑移，形成线状的缺陷。

位错线：

质点滑移面和未滑移面的交界线

7.置换型固溶体和间隙性固溶体

（1）置换型固溶体–杂质原子进入晶体正常格点位置,生成取代（置换）型固溶体。

有等价离子置换，如MgO-CoO;MgO-CaO。

非等价离子置换，如MgO-Al2O3;ZrO2-CaO。

缺陷反应举例：

Al2O3加入到MgAl2O4尖晶石中生成固溶体

（2）间隙型固溶体—杂质原子进入晶格的间隙位置生成的固溶体。

缺陷反应举例：

CaF2引入YF3生成间隙型固溶体

8.位错的描述方法，交汇于一点的位错线有什么特征？

位错的描述方法：

位错线的位置及相对位移矢量（柏格斯矢量b）。

9.刃位错和螺位错是如何产生的？

有什么特点？

1.刃位错（棱位错）这种位错常由压应力造成。

特点：

滑移方向与位错线垂直，或柏格斯矢量与位错线垂直。

有一个额外原子面。

表示符号：

用“⊥”符号表示，垂线指向额外原子面。

2.螺位错这种位错常由剪应力造成。

表示符号：

用螺旋线表示，箭头表示螺旋的方向。

右螺旋位错（正螺旋位错）与左螺旋位错（负螺旋位错）

特点：

滑移方向与位错线平行，或柏格斯矢量与位错线平行。

10.位错运动的两种基本方式概念？

为什么刃位错可以做滑移运动也可以做爬移运动，而螺位错只能做滑移运动？

晶体中的位错运动有两种基本形式：

滑移和爬移（攀移）。

滑移：

位错沿滑移方向的移动，或局限于滑移面内的移动。

对刃位错而言，滑移面是惟一的，通常是晶体的密排面

刃位错可能发生滑移。

对螺位错而言，包含位错线所有的晶面都同时包含柏格斯矢量，因而都是滑移面。

所以螺位错的任何运动都是滑移运动。

爬移（攀移）：

位错沿垂直于滑移方向的移动或位错移出滑移面的运动。

显然，只有刃位错才能做爬移运动。

爬移运动伴有原子的长程扩散，一般是较为缓慢的过程。

.第五章

1.无机非金属材料包括那两大类？

举出一些例子

传统的和新型的无机非金属材料两大类。

传统无机非金属材料（举例：

包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料）

新型的无机非金属材料举例：

先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维

2.固相反应和烧结的概念、联系和区别

固相反应：

指在固相和固相之间进行的化学反应。

烧结：

固体粉末状型体在低于其熔点温度下加热，使物质自发地填充颗粒间隙而致密化的过程。

它是一个固结过程，即固体粉末在低于其熔点的温度和适当的气氛中结合成致密物体。

区别与联系：

固相反应——固相反应一般均与化学反应相联系，并往往伴有相的消失和产生；而烧结则不一定与化学反应有关，烧结过程仅仅是在表面能驱动下由粉体变成致密体。

在实际生产中，烧结和固相反应往往是同时穿插着进行的。

3.烧成与烧结的区别与联系

烧成——烧成包括多种物理和化学变化。

例如脱水、固相反应、烧结和熔融等。

而烧结仅仅指粉料经加热而致密化的简单物理过程。

显然烧成的含义及包括的范围更宽，而烧结只是烧成过程的重要一环。

4.镶边有那几种类型？

试举例说明

相变类型有:

无定形－结晶转变、居里转变、移动式重排列（位移性转变）和改建式重排列（重建性转变）等类型。

5.化学气相沉淀法CVD的概念

化学气相沉积（chemicalvapordeposition，CVD）：

是利用气态物质在一固体表面上进行化学反应，生成固态沉积物的过程。

6.CVD法的反应体系必须符合哪些基本条件？

1.能够形成所需要的材料沉积层，其它反应产物均易挥发；

2.反应物室温下最好是气态，或在不太高温度下就有相当的蒸气压，且容易获得高纯品；􀂄3.沉积装置简单，操作方便，工艺上具有重现性，适于批量生产，成本低廉。

7.为什么金属的烷基化合物热解反应可以得到金属膜？

金属的烷基化合物其离解能M—C键＜C—C键，温度控制适当，可使之选择性优先热解，可广泛用于沉积高随着性的金属膜

8.描述化学运输反应，并举例说明

9.溶液中化学合成超粒子和单晶有那几种方法？

1.化学沉淀法（chemicalprecipition）2.溶胶凝胶法3.从溶液中生长晶体

生长单晶的其他方法：

外延生长法、升华法、区熔法。

10.描述溶液——凝胶法制备凝胶的三种方法。

第六章

1.新型结构材料的种类：

高温结构材料、超硬结构材料、高强高韧结构材料、结构复合材料

2.高温结构陶瓷的分类：

氧化物系统、非氧化物系统、复合系统

3.氧化铝陶瓷的的主晶向是什么？

75瓷、85瓷、95瓷、99瓷的含义是什么？

氧化铝陶瓷主晶相为α-Al2O3根据Al2O3含量分为75瓷，85瓷，95瓷，99瓷和透明Al2O3陶瓷。

4.耐高温非氧化物陶瓷都有哪些?

举出常见碳化物陶瓷

非氧化物陶瓷：

金属的碳化物、氮化物、硫化物、硅化物和硼化物等陶瓷的总称。

常见碳化物陶瓷：

SiC,B4C,TiC和WC

5.简述金属陶瓷的制备方法：

陶瓷原料选择金属的氧化物、碳化物、硼化物、氮化物；金属

选择与陶瓷之间溶解度不大的金属。

将一定粒度的陶瓷粉末与金属粉末混合，经真空或热压烧结后即可得金属陶瓷。

6.超硬结构材料的主要用途？

常见超硬非氧化物陶瓷有什么？

主要用于对物体进行切削、研磨等加工。

常见超硬非氧化物陶瓷：

（1）、立方型氮化硼β-BN（CBN）。

特性：

硬度虽低于金刚石，但高温下不与铁系金属反应。

应用：

铁系金属的研磨和切削。

（2）、SiC陶瓷：

又称金刚砂，由石英砂与过量焦炭的混合物在电炉中加热而成。

主要用于高速钢和铸钢的研磨加工

7.高强高韧结构材料包括哪些？

举例说明

1.氧化锆陶瓷2.纤维（或晶须）增强陶瓷复合材料3.金属陶瓷材料

8.结构复合材料包括哪些？

其中陶瓷基复合材料的主要目的是什么?

有哪几种增强方法？

结构复合材料包括：

树脂基、金属基、陶瓷基、碳-碳基、水泥基

陶瓷基复合材料的主要目：

是改善陶瓷的脆性增强方法有：

（1）金属纤维增强、

（2）碳纤维增强、（3）陶瓷系纤维和晶须增强

第七章

1.功能材料的概念：

具有特定的光学、电学、声学、磁学、热学、力学、化学、生物学功能及其相互转化功能的材料。

2.什么是形状及以材料？

形状及以材料：

具有马氏体相变的合金材料，处于马氏体状态进行一定限度的变形或变形诱发马氏体后，在随后的加热过程中，当超过马氏体相消失的温度时，材料就会完全恢复到变形前的形状和体积。

若重新冷却时材料不能恢复低温时的形状，即为单程记忆效应。

若能恢复低温下的形状，就为双程记忆效应。

3.超导性的两个基本特征是什么?

什么是超导状态？

超导材料在强电和弱电方面的应用各举例

超导性的两个基本特征：

（1）在温度低于临界温度（Tc）下电阻突然消失，即0电阻。

（2）当磁场低于临界磁场（Hc）时完全排斥磁通穿过，即完全抗磁性。

超导状态：

当温度T，磁场强度H和电流密度J分别处于临界温度Tc，临界磁场Hc和临界电流密度Jc的临界状态以下时，具有超导特性。

在临界面以上属正常态。

4.新型半导体材料中可变电阻陶瓷材料都有哪些？

各自是如何改变电阻的？

*热敏陶瓷：

电阻随温度变化的材料。

主要包括正温度系数陶瓷和负温度系数陶瓷，主要是过渡金属氧化物半导体陶瓷。

*压敏陶瓷：

电压改变引起电阻变化。

如ZnO基压敏半导体陶瓷和新近发展起来的SrTiO3材料。

*气敏陶瓷：

气体浓度引起电阻改变。

*湿敏陶瓷：

湿度变化引起电阻改变。

5.压电效应的概念，热释电效应的概念及铁电体的概念。

铁电材料性能特点有哪些？

压电效应：

机械能和电能相互转换的效应。

其中正压电效应是由机械应力引起电极化的效应，逆压电效应相反。

热释电效应：

温度变化引起电介质材料极化，导致表面电荷变化。

铁电体：

在外电场作用下自发极化并重新取向的电介质。

所有铁电体都具有压电性，但压电晶体并不一定都是铁电体。

铁电材料性能特点：

1）对电信号有高的介电系数；2）对温度改变有大的热释电响应；3）在应力作用下有强的压电效应；4）在声波作用下产生声光效应；5）在强电场作用下有显著的电光效应；6）在强光照射下具有光折变效应。

6.磁功能材料按应用功能分为哪几类？

按化学成分分为哪几类？

*按应用功能分：

永磁、软磁、磁信息和旋磁材料；*按化学成分分：

金属磁性材料，氧化物磁性材料（铁氧体）和高分子磁性材料。

7.什么是软磁材料？

什么是永磁材料？

软磁材料：

易磁化并易于反复磁化的材料。

其特点是磁导率高，磁矫顽力小，磁滞损耗小；永磁材料：

去掉磁场后仍保持较强剩余磁化强度的材料。

特点：

矫顽力高，磁能积大。

8.激光是如何产生的？

激光晶体材料包括哪两种？

他们的组成特点有哪些？

激光的产生：

激光产生于原子或分子吸收外来能量从基态跃迁到高能态，又自发回到一个亚能态，受到电磁波激发时又从亚能态跌落到基态，释放出同一性质光子的过程。

激光晶体材料包括：

掺杂型激光晶体（占绝大部分）由激活离子和基质晶体两部分组成。

激活离子：

过渡金属离子；三价稀土离子；二价稀土离子和锕系离子。

基质晶体：

阳离子与激活离子半径、电负性接近，价态相同或相近，物理化学性能稳定，易于生长出光学均匀性好的大晶体。

主要有：

氧化物和复合氧化物；含氧金属酸化物；氟化物和复合氟化物。

自激活激光晶体：

激活离子为基质的一部分

9.发光现象的概念，两种发光形式个是什么？

发光有哪几种特征？

发光现象的概念：

物质的原子、分子或晶体从外部接受能量而成为激发态，当其从激发态回到基态时，发射一定频率的光的现象。

两种发光形式：

自发发光和受迫发光。

发光特征：

1）颜色特征；2）强度特征；3）持续时间特征

10.什么是光致发光材料？

什么是电致发光材料？

光致发光材料：

用紫外、可见光及红外光激发材料而产生发光的现象称光致发光，相应的材料称为光致发光材料。

电致发光：

在直流或交流电场作用下，依靠电流和电场的激发使材料发光。

11.常见交流电致发光材料和直流电致发光材料各举几例？

并指出他们的用途

常用交流电致发光材料：

ZnS:

Cu，浅蓝；ZnS:

（Cu,Al），绿；ZnS:

（Cu,Mn），黄；（Zn,Cd）（S,Se）:

Cu，橙红。

常用直流电致发光材料：

ZnS:

（Mn,Cu）；ZnS:

Ag,蓝光；（Zn,Cd）S:

Ag,绿光到红光；CaS,SrS等基质中掺杂稀土元素。

交流电致发光材料：

照明板及大面积显示器；

直流电致发光材料：

数字显示器，直流电致发光显示电视等。

12.等离子发光原理：

等离子发光原理：

稀有气体产生冷阴极辉光放电效应，电离出等离子体。

等离子体的高速运行与固体物质粒子碰撞并使其电离。

自由电子和正离子以及正负两种离子的复合以光的形式发射出来。

采用不同的工作物质可以产生不同波长的光。

这种工作物质就是等离子发光材料。

13.红外材料的概念：

包括哪两种？

红外材料指与红外线的辐射、吸收、透射和探测相关的材料。

主要有红外辐射材料和红外透射材料（滤光材料）

14.红外辐射材料分几类？

影响材料发射率的因素有哪些？

红外辐射材料分为：

热型，“发光”型，热-“发光”混合型

影响材料发射率的因素有：

A.材料本身结构金属导电体ε值较小，电介质材料ε值较高。

B.材料的发射率随辐射波长的变化发射红外线性能在短波段主要与电子在价带至导带间的跃迁有关，在长波段主要与晶格振动有关。

C.原材料处理工艺的影响。

D.温度的影响温度主要影响材料的发射率。

一些材料随温度升高发射率产生复杂变化。

E.材料表面状态的影响

F.材料的体因素的影响体因素包括材料的厚度、填料的粒度和含量等。

14.透红外材料有哪几种？

对透红外材料的要求是什么？

透红外材料有：

A.透红外晶体、B.红外光学玻璃、C.红外透明陶瓷、D.透红外塑料

对透红外材料的要求：

A.发射率要尽量低

B.用于窗口和整流罩材料折射率要低。

C.用于透镜、棱镜和红外光学系统折射率要宽