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1、吉大材料科学基础概念二章 原子结构与化学键四个量子数主量子数（n）： 用来描述原子中电子出现几率最大区域离原子核的远近，是决定电子能量高低的主要因素。n=1，2，3，4；在光谱上用K，L，M，N，O，P表示。角量子数（l）: 角量子数是描述原子轨道形状的物理量， =0（S轨道），球形， =1（P轨道），哑铃形， =2（d轨道），花瓣形； =0，1，2，3,（n-1）.磁量子数（m）： 描述电子绕核运动的角动量在空间给定方向上的分量是量子化的;m=0, 1, 2, 。自旋量子数（ms）： 电子在绕核高速运动同时，还有自身旋转运动，顺时针和逆时针两个方向：ms=Pauli不相容原理： 在同一个原子
2、中没有四个量子数完全相同的电子。能量最低原理： 电子在原子中所处的状态，总是尽可能分布到能量最低的轨道上。Hund规则： 电子分布到能量相同的等价轨道上时，总是尽先以自旋相同的方向，单独占据能量相同的轨道4.化学键离子键： 原子之间发生电子转移，形成正、负离子，并通过静电作用而形成的化学键。离子键的本质是静电作用，无方向性、无饱和性。离子键程度与元素的电负性有关。共价键： 不同原子依靠共享电子，或原子轨道的最大重叠而结合形成的化学键为共价键。共价键的本质是电性的，是两原子核对共用电子对或原子轨道重叠所形成负电区域的吸引力，不是正负离子间的静电力。共价键有方向性和饱和性。金属键： 在固态或液态金
3、属中，价电子可以自由地在不同原子间移动，使其成为多个原子所共有，这些共用电子将许多原子粘合在一起的作用，被称为是金属键。氢键： 分子中带正电的氢原子与另一分子中含有的孤对电子靠近并产生的吸引力为氢键。氢键形成的条件是必须在分子中存在电负性很强的元素使氢原子具有强极性，同时，分子中带有孤对电子，电负性大和半径小的元素所构成。氢键具有方向性和饱和性。范德华键： 由分子的取向力、诱导力和色散力导致分子间的作用力称为Van der waals 键。三章 金属与陶瓷的结构。 1晶体和晶胞晶体： 是原子、离子或分子按照一定的空间结构排列所组成的固体，其质点在空间的分布具有周期性和对称性。晶胞： 是从晶体结
4、构中取出的能够反映晶体周期性和对程性的重复单元。2、 金属的晶体结构金属原子之间靠金属键结合形成的晶体为 金属晶体3、陶瓷的晶体结构陶瓷晶体中大量存在的是离子晶体，由于离子键不具有方向性和饱和性，有利于空间的紧密堆积，堆积方式取决于阴阳离子的电荷和离子半径r的相对大小。配位数与配位多面体： 在晶体中，离子或原子周围与它直接相邻的异号离子或原子的个数称为配位数，正离子周围负离子数不同，形成的配位多面体形状不同，导致离子晶体的空间构型不同。4、晶体学基础 晶胞：晶胞参数： 通过晶胞上的某一点（习惯取左下角后面的点），沿晶胞的三个棱边作坐标轴X，Y，Z的长度a，b，c和三条棱边的夹角，这6个参数为晶
5、胞参数，可以表示晶胞的大小和形状。晶系： 晶系是根据晶胞外形即棱边长度之间关系和晶轴夹角情况对晶体进行分类，故只考虑a，b，c是否相等，是否相等和是否呈直角等因素，不涉及晶胞中原子的具体排列。晶系只有7种空间点阵：为了便于分析讨论晶体中原子或分子的排列情况，把它们抽象为规则排列于空间的无数个几何点，各个点周围的环境相同，这种点子的空间排列称为空间点阵。布拉维（Bravais）点阵：按照每个阵点周围环境相同的要求，布拉维用数学方法确定，只能有14种空间点阵，这14种点阵就被称为布拉维点阵，它们又归属于7个晶系中。（附图，表）。在研究和分析有关晶体问题时，常涉及晶体的某些方向（称为晶向）和平面（称
6、为晶面），为了便于表示，国际上通用的是密勒（Miller）指数，标注的方法如下：晶向指数：晶向指数用uvw表示（三轴定向），其中u、v、w三个数字是晶向矢量在参考坐标系X、Y、Z轴上的矢量分量经等比例化简而得出。晶向族：晶体中原子周期排列相同的所有晶向为晶向族，用表示。同一晶向族中不同晶向的指数，数字组成相同。已知一个晶向指数后，对u、v、w进行排列组合，就可以得到此晶向族的所有晶向指数。晶面指数：晶面指数用（hkl）（三轴定向）表示一组平行晶面，称为晶面指数，数字hkl是晶面在三个坐标轴（晶轴）上截距的倒数的互质整数比。晶面族：在对称性高的晶体中（如立方晶系），往往有并不平行的两组以上的晶面
7、，原子排列状况是相同的，这些晶面就构成了晶面族，用hkl。六方晶系指数：六方晶系的晶面和晶向指数可以采用同样的上述方法（三轴定向）标定，但存在不能显示晶体的主要特征的缺点，故采用四轴定向。a1、a2、a3和c四个晶轴，a1、a2、a3 之间的夹角为120o,c轴与它们垂直。此时，晶面指数用（hkil）（四轴定向）来表示，标定方法仍同三轴定向相同。六方晶系按照两种晶轴系所得的晶面指数和晶向指数可以互相转换。对晶面指数从（hkil）转换成(hkl)只要去掉i即可；反之加上i=-(h+k)。对晶向指数uvw与uvtw之间的转换为：u=n/3(2u-v)，v=n/3(2v-u)，t=-(u+v),w=
8、nw晶带：所有相交于某一晶向直线上或平行与此直线的晶面构成晶带，此直线称为晶带轴。晶面间距与晶面夹角：不同的hkl晶面，其间距各不相同，总体上是，低指数的晶面间距较大，高指数的晶面间距较小。5、晶体中的紧密堆积 根据质点的大小不同，晶体中球体的紧密堆积分为等径球体和不等径球体。金属可看作为等径球体，等径球体的最紧密堆积方式有六方最紧密堆积和面心立方最紧密堆积两种。等径球体最紧密堆积时，存在两种类型的间隙，即八面体间隙（六个原子之间的间隙）和四面体间隙（四个原子之间的间隙），四面体空隙小于八面体空隙。最紧密堆积空隙的分布情况是：每个球周围有8个四面体空隙和6个八面体空隙。n个等径球体最紧密堆积时
9、，整个系统的四面体间隙为2n个，八面体间隙为n个。陶瓷多为离子晶体，即晶体的紧密堆积属于不等径球体的堆积。不等径球体堆积时，大球首先按最近密堆积方式堆积，小球填充在大球堆积形成的四面体或八面体空隙中，具体的填充还要取决于离子的相对大小非晶态固体 指原子在空间排布上没有长程有序的固体。非晶态固体中包含大量无规取向的小的有序畴，每个原子周围近邻原子的排列仍具有一定规律，呈现一定的几何特征。因而，非晶态结构的基本特征是短程有序而长程无序。有序固溶体：无序固溶体：有限固溶体无限固溶体各向同性：各向异性：米勒指数：以晶胞基矢定义的互质倒数，用以表示晶面的方向。晶格常数：是物质的基本结构参数，他与原子间的
10、结合能有直接的关系，晶格常数的变化反映了晶体内部的成分，受力状态登的变化。也称点阵常数。7、基本要求1描述晶体与非晶体在原子（或分子）结构上的不同。2能够画出面心立方，体心立方和六方密堆积结构晶体的晶胞。3推导面心立方和体心立方结构晶体中的晶胞边长与原子半径的关系。4利用它们的晶胞，计算具有面心立方和体心立方结构的金属晶体的理论密度。5画出氯化钠，氯化铯，硫化锌，金刚石，萤石和钙钛矿型的晶体的晶胞；画出石墨和一种6硅酸盐玻璃的原子结构图。7利用一种化合物的化学式和其组分的离子半径，决定其晶体结构。8画出晶胞中与所给三个方向整数所对应的方向。9指出晶胞中所画面的密勒指数。10知道为什么体心立方结
11、构和六方密堆积结构是最紧密堆积结构；知道氯化钠晶体的阴离子最紧密堆积结构。11区别单晶和多晶材料。12明确材料性能的各向同性和各向异性。四章 聚合物的结构（异）Hydrocarbons: 烃: 由碳和氢组成的物质Mer: 链节:组成聚合物链重复单位的原子集合链段分子链柔顺性Polymer: 聚合物，由小重复单元（链节）组成的具有高分子量的固体非金属（通常是有机物）物质Monomer: 单体:由一个简单链节组成的分子。Homopolymer(均聚物): 由相同链节组成的链状聚合物。Copolymer(共聚物): 由两种或多种不同链节组成分子链的聚合物聚合度 每个聚合物链包含链节数的平均值热塑性聚
12、合物 这种聚合物当加热时变软冷却时变硬。所以当这种颗粒壮的物质处于软态时能够由模具成型或挤压成型热固型聚合物 这种聚合物一旦由化学作用固化或硬化，再进行加热时将不能变软或熔化聚合物晶体 聚合物中分子链排列呈周期和重复的原子排列，这样的聚合物称为聚合物晶体。结晶度c: 全部为晶体时的密度； ?s: 具有部分晶体聚合物的密度； ?a:完全为非晶时的密度五章 晶体缺陷合金 由两种及以上元素组成的金属材料正常价化合物 在离子化合物中，正、负离子的比例严格遵守化学公式定义的化合价关系的化合物点缺陷 一种仅波及一个或数个原子的晶体缺陷。线缺陷：面缺陷：空位 一个缺失原子或离子的晶格节点位置。空位扩散 一种
13、扩散机制，此时原子的净迁移是从晶格节点位置迁移到相近的空位中。间隙扩散. 一种扩散机制，此时原子的运动是从晶格间隙位置迁移到另一个相近的间隙位置固溶体 包含两种或两种以上元素的均匀单相，固溶体可以以置换固溶体或间隙固溶体的形式存在置换固溶体 溶质原子取代或代替溶剂原子而形成的固溶体。间隙固溶体 相对尺寸较小的溶质原子占据溶剂或晶格原子之间间隙位置所形成的固溶体。 肖脱基缺陷 在离子晶体中的一种缺陷结构，它是由一个阳离子空位和一个阴离子空位组成的空位对弗仑克尔缺陷 在离子固体中的阳离子-空位对和阳离子-间隙原子对。固溶体强化 由于形成固溶体的合金化过程引起的金属硬化和强化，其机制是异类原子的存在
14、限制了位错的可动性。固溶处理，均匀化退火 让沉淀物融解而形成固溶体的热处理过程.通常情况下，从固溶处理温度下快速冷却，形成室温下亚稳态过饱和固溶体。位错 晶体材料中的线状缺陷，在其附近，原子发生错排，在外加切应力作用下位错的运动可以导致晶体材料的塑性变形.可能存在的位错类型有刃型位错、螺型位错和混合型位错位错密度 在单位体积材料中包含位错的长度，或者说在材料内部任意单位截面上位错线的根数。螺型位错 一种一维线型晶体缺陷，形态上可是描述为当相互平行的相邻晶面之间依次错粘合在一起形成的螺旋型斜面的中心线区域所形成的原子错排组态，螺型位错的柏氏矢量平行与其位错线刃型位错 一种一维线型晶体缺陷，形态上
15、可是描述为晶体中存在的多余半原子面的末端附近区域所形成的原子错排组态，刃型位错的柏氏矢量垂直与其位错线。（真题）螺型位错长大和二维晶核长大：晶粒 金属或陶瓷多晶体中的一个单独的小晶体。晶界 把两个相邻具有不同晶体学取向的晶粒分离开的界面晶粒长大 在多晶体材料中晶粒平均尺寸的增加，对大多数材料来说，这需要在一定温度下进行热处理晶粒尺寸 从材料任一横截面上测量的晶粒直径的平均值六章 扩散扩散 固体中原子，或分子等，通过热运动而发生长程迁移，或宏观物质传输现象扩散通量单位时间内通过一个垂直与扩散方向上单位横截面积内的通过物质量扩散系数Fick第一定律中，扩散通量和浓度梯度之间的比例系数。其量级表示了原子扩散的速度菲克第一定律，扩散第一定律扩散通量与浓度梯度成正比例。这种关系被用于描述稳定态扩散菲克第二定律，扩散第二定律浓度对时间的变化率成正与浓度对距离的二阶导数。这种关系被用于描述非稳定态扩散稳定态扩散扩散组元既没有净堆积也没有净亏空的扩散过程是稳定态扩散。也可以描述为：扩散通量与时间无关的扩散过程是稳定态扩散非稳定态扩散扩散过程中，扩散组元存在净堆积或净亏空的扩散过程是非稳
