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1、材料化学导论复习提纲第一章 绪论一、材料的分类（按成分分类、按功能分类）1、按组成、结构特点分金 属材料：由金属及合金构成的材料。黑色金属：如钢Fe、Mn、Cr及其合金；有色金属：黑色金属以外的各种金属及其合金。无 机 非 金 属材料：由非金属单质或金属与非金属组成的化合物所构成的材料。 传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷等 新型无机非金属材料：高温结构陶瓷、光导纤维等。如水晶(SiO2)、金刚石(C)、刚玉(Al2O3)、 新型陶瓷材料或精细陶瓷。高 分 子材料：以脂肪族或芳香族的C-C 共价键为基础结构的大分子组成。 天然高分子材料：木材,天然橡胶,棉花,动物皮毛等。合成高分子材料：塑料
2、,合成橡胶,合成纤维和粘合剂等。复 合材料：金属、无机非金属和有机高分子材料有机结合，可以在性能上起到协同作用，从而获得全新性能的一类材料。如碳纤维等。2、按使用性能分结 构材料：主要利用材料的力学性能的材料。功 能材料：主要利用材料的物理和化学性能的材料。二、原料与材料的区别、（化学过程与材料过程？）。材料：人类能用来制作有用物件的物质。是为获得产品，无化学变化。原料：人们在自然界经过开采而获得的劳动对象。是生产材料，往往伴随化学变化。注意：材料和原料合成为原材料。三、.材料的发展过程（了解）。第一代：天然材料 在原始社会，生产技术水平低下，人类使用的材料只能是自然界的动物、植物和矿物，主要
3、的工具是棍棒，用石料加工的磨制石器。第二代：烧炼材料 烧炼材料是烧结材料和冶炼材料的总称。天然的矿、土烧结的砖瓦、陶瓷、玻璃、水泥，都属于烧结材料；从天然矿石中提炼的铜、铁等，属于冶炼材料。 第三代材料：合成材料 如合成塑料、合成橡胶、合成纤维。第四代：可设计的材料 近代出现的根据实际需要去设计特殊性能的材料。第五代：智能材料 随时间、环境的变化改变自己的性能或形状的材料。如形状记忆合金。第二章一、晶体的对称性：点对称操作的独立操作元素、点对称操作与平移对称操作的组合（空间群）。晶体的对称性：指对晶体施加某种几何操作后，晶体可以完全复原的性质。这种几何操作为对称操作。点 对 称操作：在晶体对称
4、操作过程中，若至少有一个点保持不变，则这种对称操作称为点对称操作。晶体的这种对称性称为点对称性或宏观对称性。能使点阵结构复原的对称元素：平移群、对称中心（又称倒反）、镜面、旋转轴、旋转反轴。空间点阵结构中只能容纳有限的几种旋转轴，即二重轴、三重轴、四重轴和六重轴，所以其最基本的对称元素只有七种。1、 旋转对称性：指以一个假想直线为轴，绕此直线旋转一定的角度可使图形相同部分重合。（该直线称为对称轴，以L表示，分为n重旋转轴，其中n360/, 为旋转角度。受点阵结构的限制，晶体中只存在1，2，3，4，6几种旋转轴，用L1， L2 ，L3，L4，L6 表示。）n= 1: 平庸对称性，单位对称操作，所
5、有晶体均具有的对称性。n= 2： n= 3: n= 4: n= 6:旋转轴 1.2.3.4.6重轴。 镜面m、倒反操作i。 2、 共有化电子只有一个价电子：电子在离子实电场中运动时，单个原子的势能曲线表示为：两个原子很近时：每个价电子将同时受到两个离子实电场的作用，这时的势能曲线表示为：3、导体、绝缘体和半导体的能带结构、用能带理论解释其性质及温度对其导电性的影响。（1）导体的能带结构（三种形式）。形式1：价带中只填充了部分电子，在外加电场作用下，这些电子很容易在该能带中从低能级跃迁到较高能级，从而形成电流。是电子导电型，如Li。形式2：价带被电子填满，成为满带，且与空带发生交叠，形成更宽的能
6、带，从而使可添充的电子数目大于2N，使能带不完全被电子充满，以致出现电子和空穴同时参与导电。包括：空穴导电型导体、电子导电型导体。如二价Bi、As、Mg、Zn。形式3：金属的价带本来就没有被电子填满，同时价带又同邻近的空带重叠，形成一个更宽的导带，实际参与导电的是那些未被填满的价带中的电子。是电子导电型导体，如Na、K、Cu、Al、Ag。导带空带价带空带导带中电子的转移（2）绝缘体能带结构。绝缘体具有充满电子的满带和很宽的禁带，禁带宽Eg约 36 eV；一般温度下，满带中的电子在外电场作用下很难激发，越过禁带到空带参与导电。如大多数离子晶体。例： NaCl晶体，它的能带是由 Na+ 和 Cl-
7、离子的能级构成的，Na+带隙空带非导体的最外壳层 2p 和Cl- 的最外壳层3p，都已被电子填满，且这 最高满带与空带之间存在着很宽的禁带，所以NaCl是绝缘体。绝缘体：电子刚好填满最低的一系列能带（最上边的满带叫价带），再高的各能带全部都是空的（即为空带），由于没有未满带，禁带宽度比较大，不能导电。（3）半导体能带结构。在温度 T=0K 时，能带结构与绝缘体相似，只是禁带宽度Eg空带（导带）半导体满带（价带）很窄，约0.11.5 eV；在温度 T 0K时，电子热激发，能从满带跃迁到空带，使空带成为导带，同时在满带中产生空穴；外加电场后，电子和空穴从低能级跃迁到高能级，而形成电流，因此半导体具
8、有导电性。半导体：硅、硒、锗、硼等元素，硒、碲、硫的化合物，各种金属氧化物等物质都是半导体。 不同固体的能带填充情况(a) 导体；(b) 绝缘体；(c) 半导体；(d) 半金属 （a）导体（b）绝缘体（c）半导体（d）半金属4、晶体缺陷的分类（按H.Pick法分类和几何分类法）。（1）几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷等。点缺陷：发生在晶格中一个原子尺寸范围内的一类缺陷，亦称零维缺陷，例如空位、间隙原子等。线缺陷：缺陷只在一个方向上延伸，或称一维缺陷，主要是各种形式的“位错”，例如晶格中缺少一列原子。面缺陷：晶体内一个晶面不按规定的方式来堆积，部分偏离周期性点阵结构的二维缺陷。体缺陷：指
9、在三维方向上相对尺寸较大的缺陷，例如完整的晶格中可能存在着空洞或夹杂有包裹物等，使得晶体内部的空间点阵结构整体中出现了异性形式的缺陷（2）形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、电荷缺陷、辐照缺陷。热 缺陷：亦称本征缺陷，指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点。类型:弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷杂 质 缺陷：亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷。非整比缺陷：指组成上偏离化学中的定比定律所形成的缺陷。它是由基质晶体与介质中的某些组分发生交换而产生。电 荷缺陷：质点排列的周期性未受到破坏，但因电子或空穴的产生，使周期性势场发生畸变而产生的缺陷。辐 照缺陷：材料在辐照下所产生的结构不完整性
10、。5、固溶体的分类方法。(1)按溶质原子(或离子)在固溶体中的位置划分：置换型固溶体：溶质的质点进入主晶体中正常结点位置。间隙型固溶体：溶质的质点进入溶剂晶格的间隙位置。如：碳在铁中形成间隙型固溶体。(2)按溶质在主晶体中的溶解度(固溶度)划分：连续固溶体：溶质和主晶体可以按任意比例无限制地相互溶解。有限固溶体：溶质原子在主晶体中的溶解度是有限的。6.固溶体的相图（连续固溶体的相图种类，各区域、各线的意义，组分的确定方法；有限固溶体的二元系统相图，主要是低共熔点共晶相图各区域、各线的意义，组分的确定方法）。（1）连续固溶体的二元系统相图连续固溶体：两种组分，在液态下可无限互溶，在固态下形成的固
11、溶体的溶解度可无限大。连续固溶体形成的相图称为匀晶相图，有三种类型：没有最低及最高熔点型。加入一种组分使熔点上升，而加入另一种组分使熔点降低。相图由两条曲线将其分为三个区。左右两端点分别为组元的熔点。上面的一条曲线称为液相线，液相线之上为液相的单相区，常用L表示；下面的一条曲线称为固相线，固相线之下为固溶体的单相区，常用表示；两条曲线之间是双相区，标记L+表示。L1、a1点分别为平衡的液体和固体的成分。具有最低熔点型。 加入一组分后都使熔点下降，出现一个最低点。具有最高熔点型。 加入一组分后都使熔点上升，出现一个最高点 (a)具有最低熔点 (b)具有最高熔点（2）有限固溶体的二元系统相图。有限
12、固溶体：组分A、B间在液态下无限互溶，固态下可以形成固溶体但溶解度有限，不能以任意比例互溶。有两种类型：低共熔点型-共晶相图。A，B分别表示两个组元，TA和TB为两个组元的熔点。左、右端区域分别为 B溶于A中的固溶体(以表示)以及A溶于B中的固溶体(以表示)。TAE、TBE分别、为固溶体的凝固曲线，两条液相线相交于E点。E点所对应的温度称为共晶温度。在该温度下，液相凝固同时结晶出两个固相，这种两相的混合物称为共晶组织或共晶体。TAC和TBD为两固相线；CF和DG为固溶体、的溶解度随温度变化线；CED水平线是：组成为Q点的相，组成为I的相and熔融液的三相平衡共存线。称为共晶线。相图分成三个单相
13、区L、；三个双相区L、L、。成分位于共晶点E以左，C点以右的合金称为亚共晶合金。成分位于共晶点E点以右、D点以左的合金称为过共晶合金。转熔点类型-包晶相图。TAC和TBC为两液相线，TAD和TBP为两固相线；DF和PG为固溶体、的溶解度随温度变化线；相图有3个单相区：液相L、固相和。单相区之间是L+、L+和+的3个双相区。DPC称为包晶线，L、三相共存区。包晶线系：组成为D的固溶体，组成为P的固溶体和组成为C的熔液的三相平衡共存线，其平衡关系式可示为：当成分处于DP范围的合金冷却时，首先析出的是固溶体。当温度降至tP时，成分为C的剩余液体与固溶体相相互作用形成固溶体。相的生长在液体和相的交界面
14、处，形成的相包围在相外围，将相与液体分隔开，所以把这种转变称为包晶转变。 这类由一种固溶体转变为另一种固溶体的温度(tp)就称为两固溶体的“转变温度”“转熔点”。 第三章 材料结构的表征一、材料结构分析的意义、材料研究的组成部分。材料研究的三个组成部分：材料的设计、制备和表征。材料结构 分 析 的 意义：材料设计的重要依据，来源于材料的结构分析。材料制备的实际效果，必须通过材料结 构分析的检验。因此可以说，材料科学的进展极大地依赖于对材料结构分析的表征水平。材料结构表征的主要手段：热分析技术、显微技术、X射线衍射技术、波谱技术。材 料 结 构 表征的任务：主要有三个：成分分析、结构测定、形貌观察。二、热分析方
