材料科学基础复习大纲.docx

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材料科学基础复习大纲

材料科学根底复习大纲

第二章晶体构造

2.1结晶学根底

1、概念:

晶体晶胞晶胞参数七大晶系晶面指数晶面族晶向指数晶向族

2、晶面指数与晶向指数的计算

2.2结合力及结合能

按照结合力性质不同分为物理键与化学键

化学键包括离子键共价键金属键

物理键包括范德华键氢键

离子晶体晶格能

2.3堆积（记忆常识

1、最严密堆积原理及其使用范围:

原理略

适用范围:

典型的离子晶体与金属晶体

原因:

该原理是建立在质点在电子云分布呈球形对称以及无方向性的根底上的

2、两种最严密堆积方式:

面心立方最严密堆积ABCABC密排六方最严密堆积ABABAB

系统中:

每个球周围有6个八面体空隙8个四面体空隙

N个等径球体做最严密堆积时系统有2N个四面体空隙N个八面体空隙八面体空隙体积大于四面体空隙

3、空间利用率:

晶胞中原子体积及晶胞体积的比值（要学会计算

两种最严密堆积方式的空间利用率为74.05﹪（等径球堆积时

4、影响晶体构造的因素

内因:

质点相对大小（决定性因素

配位数（概念及计算

极化（概念,极化对晶体构造产生的影响

外因（了解:

同质多晶

类质多晶

同质多晶转变

2.4单质晶体构造（了解

2.5无机化合物构造（重点每年必考

分析构造从以下几个方面入手:

晶胞分子数,何种离子做何种堆积,何种离子添隙,添隙百分比,正负离子配位数,正负离子电价是否饱与,配位多面体,添隙半径的计算（刚好相切时,隙构造及性质的关系。

1、NaCl型:

4个NaCl分子Cl离子做面心立方密堆积,Na离子填充八面体空隙,填充率

100﹪,正负离子配位数均为6,电价饱与。

【NaCl6】或【ClNa6】八面体构造及性能:

此构造在三维方向上键力均匀,因此无明显解理,破碎后呈颗粒状,粒为多面体形状。

离子键结合,因此有较高的熔点与硬度

2、立方ZnS构造:

4个ZnS分子S离子做面心立方密堆积,Zn离子填充四面体空隙填充率

50﹪,离子配位数均为4,电价饱与,【ZnS4】四面体

会画投影图（图2.26注意:

一定要画虚线,一定要标高,一定要有图例（白

球黑球代表什么离子

3、萤石（CaF2构造:

（唯一正离子做堆积的构造4个CaF2分子Ca离子做面心立方密堆

积,F离子填充四面体空隙,填充率100﹪。

正离子配位数为8,负离子配位

数为4,电价饱与,【CaF8】或【FCa4】

构造及性能:

及NaCl相比,综合电价与半径因素,萤石质点间键力比NaCl强,表现为萤石硬度熔点密度高于NaCl而水中溶解度低于NaCl。

由于萤石构造中有一

半的立方体空隙没有被Ca离子填充,所以在{111}面网方向上存在毗邻的同号

离子层,其静电斥力起主要作用,导致晶体在平行及{111}面网方向上易发生

解理,因此萤石常呈八面体解理。

碱金属氧化物R2O为反萤石构造,它们的正

负离子位置刚好跟萤石构造中相反,性质相似,在{111}面网方向上也易发生

解理。

4、钙钛矿CaTiO3构造（每年必考:

Ca离子占据八个顶点,O占据六个面的面心,Ti离子

位于体心。

Ca与O共同做面心立方密堆积。

Ti离子占据八面体空隙的1/4。

晶胞分子数1,配位数:

Ca12,Ti6,O6,O电价饱与。

理想情况下半径关

系Rca+RO=（根号2（Rti+RO（会推导

构造及性能的关系:

电价饱与,晶体构造稳定。

5、自发极化及铁电效应:

（每年必考

自发极化（概念:

对于理想晶体而言,如果不存在外电场时,单位晶胞中的正负电荷不重合,具有一定的偶极矩,这种现象称为自发极化。

产生自发极化的条件:

离子位移后使离子固定在新位置上的力应该大于位移后的恢复力。

BaTiO3具有铁电效应而CaTiO3不具有铁电效应的原因:

要有铁电效应必须能够产生自发极化。

Ba离子半径比拟大,使得晶胞参数也比拟大,从而使得构造中【TiO6】

八面体空隙比拟大,Ti及O之间有比拟大的空隙,可以克制恢复力,可以发

生自发极化。

而CaTiO3中由于Ca离子半径小,使得晶胞参数也比拟小,从而

使构造中【TiO6】八面体空隙比拟小,甚至小于Ti离子尺寸,位移后恢复力

很大,不能在新位置上固定下来,从而不能产生自发极化,没有铁电效应。

2.6硅酸盐晶体构造（特征,分类

硅酸盐晶体根本构造单元是【SiO4】四面体。

硅酸盐晶体各种构造的共同特点（4条58页

岛状构造:

镁橄榄石（构造,构造及性质的关系

组群状:

桥氧（概念,绿宝石构造

链状:

单链,双链

层状:

单网层,复网层,水镁（铝石层

滑石:

沿C轴方向的复网层,两个硅氧层夹一层水镁石层,三八面体。

构造及性质的关系:

层内电价饱与,层间通过分子间力结合,有解理。

蒙脱石:

复网层,构造及性质的关系:

C轴长度随含水量而变化

第三章晶体构造缺陷

3.1构造缺陷类型

缺陷（概念:

晶体点阵构造中周期性势场的畸变

按照几何形态分类:

点,线,面,体

点缺陷包括:

空位,间隙,杂质,色心

线缺陷有:

位错

面缺陷有:

晶界,外表

按照缺陷产生原因分类:

热缺陷（本征缺陷,杂质缺陷与非化学计量缺陷（非本征缺陷热缺陷分为弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷（理解图3.2（弗伦克尔缺陷的特征是空位与间隙质点成对出现,肖特基缺陷特征是正负离子空位成对出现。

3.2点缺陷（本节略,重点为缺陷反响方程式的书写以及缺陷浓度的计算

符号,书写原那么,98页下面的两个根本规律

热缺陷浓度的计算:

热力学方法,化学平衡方法

3.5固溶体

固溶体（概念

分类:

根据位置分为置置换型固溶体,间隙型固溶体

根据固溶度分为有限固溶体（不连续固溶体,无限固溶体（连续固溶体

形成置换固溶体的条件（4条

形成间隙型固溶体的条件

为什么间隙固溶体不能是连续固溶体（149页最下面

会写方程式

理论密度计算,化学式确实定

3.6非化学计量化学物（要仔细看课本,理解

四种类型不再赘述,关键是要导出方程式,得出空位浓度,电子浓度及氧压力与温度的关系,并说明其及密度,导电性的关系。

另外注意N型半导体及P型半导体

第四章非晶态构造及性质

4.2熔体的性质

1、粘度:

概念,物理意义

影响因素:

对于硅酸盐晶体而言,熔体中聚合阴离子团越大粘度越大,反之亦然。

因此影响粘度的因素就是影响聚合阴离子团大小的因素,主要有温度与添加剂。

温度对粘度的影响:

由于温度升高,聚合阴离子团将解聚为较小的阴离子团,因此温度升高主要使粘度变小

添加剂对粘度的影响:

通常碱金属氧化物的参加使粘度变小（需要理解并能够用自己的话详细说明

二价金属氧化物有两重性,但主要使粘度降低。

（需要理解并能够用自己的话详细说明高价金属氧化物使粘度增大（需要理解并能够用自己的话详细说明

硼反常现象（重点:

由于硼离子配位数变化引起性能曲线上出现转折的现象。

当三氧化二鹏含量较少时使粘度增加,当三氧化二鹏含量较多时使粘度下降（需要理解并能够用自己的话详细说明

2、外表张力:

概念,物理意义,外表能

影响因素:

温度:

温度升高,质点热运动增加,体积膨胀,相互作用松弛,外表张力降低。

添加物:

首先需要理解并能够用自己的话详细说明硅酸盐溶体的外表张力随硅氧比的变化而变化的规律及原因（178页第三段,再说明各种氧化物参加对

外表张力的影响

4.3玻璃的形成

热力学条件:

玻璃太及晶态的△G相差越小越容易形成玻璃

动力学条件:

成核—生长速度相差越大,越容易形成玻璃

结晶化学条件:

复合阴离子团越大越容易形成玻璃,排列越不规那么越复杂越容易形成玻璃形成体中间体改变体

具有离子键或金属键向共价键过度的混合键型那么容易形成玻璃

第五章外表构造及性质

5.1固体外表及其构造

产生外表现象的根本原因:

材料外表质点排列不同于材料内部,材料外表处于高能量状态。

弛豫:

概念,画图说明,举例（NaCl单晶

重构:

概念,画图说明,举例（硅111面劈裂后的外表

外表力场

5.3润湿及黏附

1、润湿:

是一种流体从固体外表置换另一种流体的过程

分类:

沾湿,浸湿,铺展

2、接触角及YOUNG方程

3、外表粗糙度的影响:

226页最下面一段的结论

4、黏附及其化学条件

黏附的概念

良好的黏附的外表化学条件:

230页四条,另外231页三条

第六章相图（必考

三元系统相图（每年必考一个大题

规那么:

298页等含量规那么,等比例规那么,背向线规那么

301页重心规那么

306页小二的杠杆规那么

306页倒数二段一致熔融化合物的判断

307页第三段温度下降方向的判断,最下面结晶完毕点的判断

308页第一段划分副三角形规那么,倒数第二段不一致熔融化合物的判断

309页界限性质的判断及方程,最下面无变量点性质的判断

310页第一段与第二段仔细看

311页熔体2与熔体3的结晶过程仔细看,涉及到折线与穿相区两种情况

312页规律三条

314315页过度点以及化合物稳定性的判断

316页多晶转变点

多做题,熟能生巧

第七章扩散

7.1菲克定律（重点

第一定律的推导（会画模型,微观表达式

稳态扩散,非稳态扩散

第二定律的推导

376页第一第二定律的内在联系（最后一句话

7.5多元系统的扩散

克肯达耳效应7.5.2（重点

7.6影响扩散的因素

外在因素:

温度杂质气氛固溶体类型

内在因素:

扩散物质性质的影响,扩散介质构造的影响,位错晶界外表的影响

第八章相变

8.1相变概述

1、相变分类

按照热力学分类:

按照化学位偏导数的连续性分为一级相变,二级相变

一级:

两相化学位相等,但化学位一阶偏导数不相等,反响在宏观性质上,热焓突变,热效应较大,体积膨胀或收缩

二级:

两相化学位相等,化学位一阶偏导数相等,但化学位二阶偏导数不相等。

表现在宏观性质上,热容,压缩系数与体膨胀系数发生变化,而体积及热效应没有实变。

按照相变机理=分为成核生长相变,连续性相变,有序无序相变与马氏体相变

2、相变的条件（重点

温度条件:

推导,结论（418页倒数第二段

压力浓度条件

综上所述:

相变要自发进展,系统必须过冷（过热或者过饱与

8.2成核生长相变

包括成核与生长两个过程

1、核化速率

8.2.1.1均态核化速率:

均态核化速率势垒的推导（420与421页,核化速率的最终表达式（公式8.19与8.20并由此分析均态核化速率及温度的关系（先升后降

非均态核化速率（了解、

8.2.2生长速率（通常用线生长速率表示:

分析温度不同时速率随温度的变化（424及425页仔细阅读

第九章固态反响

9.1概论

1、固态反响概念:

固体直接参及反响并起化学变化,同时至少在固体内部或外部的一个过程中起控制作用的反响

2、固态反响的特征:

一般包括相界面上的化学反响与固相内的物质迁移两个过程,通常需要在高温下进展

9.3反响动力学

9.3.1一般动力学关系:

固态反响通常由假设干简单的物理化学过程构成,整个过程速度由其中最慢的一环控制

化学动力学、扩散动力学、过渡范围的概念,意义

9.3.3扩散动力学范围（重点

杨德方程:

假设,推导,表达式,图9.11,计算

金氏方程：

假设，及杨德方程的假设不同之处，表达式，计算9.5影响因素〔理解〕反响物化学组成反响物颗粒及均匀性温度压力及气氛反响物活性第十章烧结10.1概述烧结：

烧结过程是经过成型的固体粉状颗粒在加热到低于熔点温度的温度下，产生颗粒粘结，通过物质传递，使成型体逐渐变成具有一定几何形状与性能的整体的过程10.2烧结过程及机理1、过程：

表10.1〔重点，背住〕2、烧结推动力：

系统外表能的降低3、机理：

黏附，传质黏附作用是烧结初始阶段，导致粉体颗粒间键合、靠拢、重排，并开场形成接触区的一个重要原因传质包括流动传质，扩散传质，气相传质，溶解沉淀传质10.4再结晶与晶粒长大烧结过程中，高温下同时进展两个过程：

在结晶与晶粒长大，尤其是在烧结后期1、初次再结晶：

是指从塑性变形的、具有应变的基质中，生长出新的无应变晶粒的成核与长大过程推动力：

基质塑性变形增加的能量2、晶粒长大〔正常长大〕：

烧结中、后期细小晶粒逐渐长大，是晶界移动的结果，其结果是平均晶粒尺寸增加。

推动力：

晶界过剩的自由能3、二次再结晶〔晶粒异常长大〕：

是胚体中个别大晶粒的异常长大，其结果是个别晶粒异常长大，这是区别及正常晶粒长大的。

推动力仍然是晶界过剩的自由能。

危害：

二次再结晶发生后，由于个别晶粒异常长大，气孔进入晶粒内部，成为孤立闭气孔，不易排除，使烧结速率降低甚至停顿，胚体不再致密；加之大晶粒的晶界上有应力存在，使其内部易出现隐裂纹，继续烧结时胚体易膨胀而开裂，使烧结体的机械，电学性能下降10.7影响因素〔略〕：

注意及实际工艺过程相结合，教材中有很多例子，要仔细看，考试可能从中出题。

腐蚀与断裂两章考试内容少，根本上只出根本概念第十一章腐蚀腐蚀定义：

材料腐蚀是指材料由于环境作用而引起的破坏与变质过程分类：

金属/高分子/无机非金属腐蚀*金属腐蚀：

金属在环境介质中发生化学、电化学或物理作用导致的金属的变质与破坏，分为全面腐蚀与局部腐蚀。

腐蚀特点：

大多数情况下可以用电化学过程描述，大多发生在外表，并逐步向深处开展。

*高分子腐蚀：

高分子材料在加工、储存与使用工程中，由于内外因素的综合作用，其物理化学性能与机械性能逐渐变坏，以至于最后丧失使用价值，称为高分子材料腐蚀

或老化，分为物理老化与化学老化腐蚀特点：

难于用电化学规律描述，腐蚀过程及介质的渗入、渗入介质及材料间的相互作用与材料组成局部的溶出等因素有关*无机非金属材料腐蚀：

无机非金属材料在一些特殊的环境下，如高温或强腐蚀性介质中，发生物理化学变化，导致的材料性能劣化腐蚀特点：

腐蚀以材料及介质的化学反响为主，并及材料的组成、显微构造、结晶状态、腐蚀产物的性质等因素有关。