材料科学基础-文档版

《材料科学基础-文档版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料科学基础-文档版（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章原子结构与化学键 本章重点内容重要概念:金属键 离子键 共价键 氢 键 强 键 弱 键 价电子 范得华键 强键:化学键为强键,包括金属键, 离子键,共价键.弱键:物理键为弱键,称为范德华键.金属键：在金属晶体中, 金属原子上的价电子, 在整个晶体内自由运动，金属晶体就是靠自由电子和金属离子形成的点阵之间的相互作用结合在一起的, 这种相互作用称为金属键特点：金属具有可塑性有较大的热导率不透明性, 有金属光泽, 导电性, 无饱和性和方向性离子键：在一定的条件下，活泼金属原子和活泼非金属原子相互接近时，前者将失去最外层电子而形成带正电荷的阳离子，后者将获得电子而形成带负电荷的阴离子，两者结合形

2、成离子键特点：离子键的特点是没有方向性和饱和性离子晶体结合较强，因此破坏这种化学键需要较高的能量，离子型晶体的熔点，硬度，强度都很高，热膨胀系数很小，其性质主要取决于离子的性质，如离子的电荷，离子的半径，离子的电层结构及晶体结构共价键：由共用电子对所引起的化学键叫共价键.特 点:共价键有饱和性和方向性的特征,结合较强, 熔点,强度和硬度都较高.范德华力：范德华力是借助微弱的，瞬时的电偶极矩的感应作用将原来具有稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合，它存在于中性原子和分子之间特点：首先它是一种长程作用力，它括静电力，诱导力，和色散力它属于物理键，没有方向性和饱和性，比化学键的键能小个数量级，

3、范德华力也能很大程度上改变材料的性质氢键：氢键是一种特殊的分子间的作用力，它是由氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子相结合而产生的，具有比一般次价键大的键力，又称为氢桥特 点：具有饱和性和方向性，它可以存在分子内或分子间，它在高分子材料中特别重要 本 章 总 结本章重点是五个概念:金属键 离子键 共价键 氢 键 范德华键第三章 金属与陶瓷的结构本章重点内容一.计算题:1.金属晶体结构及相关计算1.1 标定晶面指数,晶向指数.1.2 致密度计算(三种典型金属晶体结构计算)1.3 金属的密度计算. 2. 重要概念2.1 单晶 多晶 非晶 纳米晶 准晶2.2 各向同性 各向异性2.3 晶

4、胞 晶 格 晶 粒2.4 布拉格定律 晶 系单 晶: For a crystalline solid, when the periodic and repeated arrangement of atoms is perfect or extends throughout the entirety of the specimen without interruption, the result is a single crystal.对于晶体来说,如果晶体中的原子是按周期性重复排列并且对整个晶体来说并没有被打断过,换句话说就是由一个晶粒组成的晶体, 这样的晶体称为单晶.多 晶:Most cry

5、stalline solids are composed of a collection of many small crystals or trains, such materials are termed polycrystalline.大多数晶体都是由许多个晶粒组成的,这样的晶体我们称为多晶.非 晶:It has been mentioned that noncrystalline solids lack a systematic and regular arrangement of atoms over relatively large atomic distances.非晶材料中的原

6、子的是非规则排列的,无周期性.非晶态材料主要是在冷却过程中,利用先进的技术手段使得材料进入了玻璃态,这样形成的材料称为非晶材料,非晶材料是处于亚稳态的.纳料晶材料:纳料晶材料即通常所说的纳料材料是指由至少在一个方向上尺寸为几个纳米的结构单元所构成的晶体材料.准晶态（准晶）:晶体学分析认为，晶体中原子呈有序排列，且具有平移对称性，晶体点阵中各个阵点周围环境必然完全相同，故晶体结构只能有次旋转对称轴，而次和高于次的对称轴不能满足平移对称的条件，均不可能存在于晶体中，但近年来在科研过程中发现，在类似于晶态的固体中存在次对称轴，这们把这一类新的原子的聚集状态称为准晶态，此固体称为准晶 各向异性:The

7、 physical properties of single crystals of some substances depend on the crystallographic direction in which measurements are taken. For example, the elastic modulus, the electrical conductivity, and the index of refraction may have different values in the 100 and 111 directions. This directionality

8、 of properties is termed anisotropy.对于一些单晶材料来说,其各项物理性能在不同的晶向上测得的数据是不同的,这种这种现象我们称为各向异性.各向同性: Substances in which measured properties are independent of the direction of measurement are isotropic.如果材料的各项性能与测量的方向无关,由称为各向同性.晶 胞:为了说明点阵的规律和特点,在点阵中取出一个具有代表性的单元(最小平行六面体) 作为点阵的组成单元,称为晶胞. 空间格子:为了便于描述空间点阵的图形,可用

9、许多平行线将所有阵点连接起来,于是形成一个三维几何格架,称为空间格子 .空间点阵:阵点在三维空间中呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境,这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵.简称点阵.晶系与布拉格定律 :7 大晶系:三斜,单斜 ,正交，六方，菱方，四方，六方 .14 种布拉格点阵（一般要求了解）.1.常见的三种金属晶体结构及晶体学特征？ 面心立方 fcc 体心立方 bcc 密排六方 hcp2.常用来描述三种晶体结构特征的参数？(简答题必会)晶胞内原子的数目，点阵常数，原子半径，配位数，致密度，原子间隙（四面体间隙，八面体间隙）3.晶胞中的原子数目?(计算题)面心立方结构: n=8

10、1/8+61/2=4体心立方结构:n=81/8+1=2密排六方结构:n=121/6+21/2+3=64.点阵常数与原子半径(计算题)面心立方结构:点阵常数为 a,原子半径 R=根号 2a/4体心立方结构:点阵常数为 a,原子半径 R=根号 3a/4密排六立结构:点阵常数为 ac.c/a=1.633.1.配位数与致密度?(计算题)定义:所谓配位数就是指晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数;致密度是指晶体结构中原子体积占总体积的百分数.计算:配位数 N=?致密度:K=nv/V2.晶面及晶向的标定.陶瓷晶体结构:关于陶瓷结构中最为重要的是判断阳离子的配位数，因为在陶瓷中，阳离子的半径一般大于

11、阴离子的半径判断规则如下：（）如果阴阳离子的半径比小于 0.155，则较小的阴离子会结合两个阳离子形成线性结构阴离子的配位数为（）如果阴阳离子半径比在 0.155 至 0.225 之间，则阴离子的配位数为 3，阴离子与阳离子形成平面正三角形结构（）如果阴阳离子半径比在 0.225 至 0.414 之间，则阴离子配位数为，阴离子位于四面体的中心（）如果阴阳离子半径比在 0.414 至 0.732，则阴离子位于八面体的中心，周围由六个原子所包围（）如果阴阳离子半径比为在 0.732 至 1.0 之间则阴离子配位数为，阴离子位于体心立方的中央（）陶瓷材料最为常见的配位数为 4,6,8.本 章 总 结

12、单晶 多晶 非晶 纳米晶 准 晶各向异性 各相同性 常见三种金属晶体及陶瓷结构计算 第四章 聚合物结构 本章重点内容名词概念:1.均聚物 共聚物 聚合物 单 体2.线型聚合物 支链聚合物 交联聚合物 热塑性聚合物 聚合物晶体3.结晶度(计算) 聚合物 聚合物分子The molecules in polymers are gigantic in comparison to the hydrocarbon molecules heretofore discussed; because of their size they are often referred to as macromolecule

13、s.在当前所论述的聚合体的分子比碳氢化合物分子要大的,通常称为高分子. 同质异构Hydrocarbon compounds with the same composition may have different atomic arrangements, a phenomenon termed isomerism.具有相同成分的碳氢化合物但具有不同的原子排列顺序的现象称为同质异构.均聚物:由相同链节组成的链状聚合物.共聚物:由两种或多种不同链节组成分子链的聚合物.分子结构:线型聚合物,支链聚合物和交联决聚合物.线型聚合物:组成聚合物的单体是通过首尾相接的方式形成单一链条.支链聚合物:合成聚合物

14、的分子是由侧翼的支链连接在主链上形成的.交联决聚合物:相邻的线性高分子链节之间通过支链连接成一个三维空间的网状交联结构.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:其中 :全部为晶体时的密度; 具有部分晶体聚合物的密度; 完全为非晶时的密度.聚合物可以从完全的非晶到几乎全部的晶体(95%). 本 章 总 结均聚物 共聚物 聚合物 线型聚合物 支链聚合物 交联聚合物 热塑性聚合物 聚合物晶体 结晶度第 五 章 固体中的缺陷 本章重点内容1.刃型位错,螺型位错的特点.2.柏氏矢量及其特征.3.晶 粒,晶 界,合 金,固溶体.4.短路扩散 反应扩散 上坡

15、扩散.5.置换固溶体 间隙固溶体.6.晶界的特性.7.弗兰克-瑞德位错源增殖机制. 金属中的点缺陷点缺陷:点缺陷是最简单的晶体缺陷,它是在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构正常排列的一种缺陷.包括空位,间隙原子,杂质或溶质原子.其特征是在三维空间各个方向上尺寸都很小,故称为零维缺陷.线缺陷:其特征是在两个方向上尺寸都很小,另外一个方向上延伸较长,也称为一维缺陷.包括各类位错. 面缺陷:其特征是在一个方向上尺寸很小,另外两个方向上扩展很大,也称二维缺陷.包括表面,晶界,亚晶界等.点缺陷:空 位 间隙原子空 位:肖特基空位 弗仑克尔空位当某一原子具有足够大的振动能而使振幅增大到一定限度时，就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离其原来的位置使点阵中形成空结点，称为空位当原子迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上，而使晶体内部留下空位，称为肖特基空位当原子挤入点阵的间隙位置，而在晶体中形成数目相等的空位和间障原子，则称为弗仑克尔空位 典型位错: 刃型位错 螺型位错刃型位错的特征:a.刃型位错有一个半原子面b.刃型位错可解释为晶体中以滑移区和未滑移区的分界线c.滑移面必定是同时包含有位错线和滑移矢量的平面，在其它 面上不能滑移d.晶体中存在刃型位错之后，位错周围的点阵发