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1、资料科学基础基础知识点总结计划第一章资猜中的原子摆列第一节原子的结合方式（ 原子结合键1）离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如氧化物陶瓷。2）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。如高分子资料。3）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。如金属。金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。3）分子键与分子晶体原子结合：电子
2、云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。分子晶体：熔点低，硬度低。如高分子资料。氢键：（离子结合）X-H-Y（氢键结合），有方向性，如O-HO4）混杂键。如复合资料。结合键分类1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。2）二次键（物理键）：分子键和氢键。原子的摆列方式1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则摆列。长程有序，各向异性。2）非晶体：不规则摆列。长程无序，各向同性。第二节原子的规则摆列一晶体学基础1空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则摆列所形成的三维阵列。图1-5特色：a原子的理想摆列；b有14种。此中：空间点阵中的点阵点。它是纯粹的几何点，各点四周环境相同。描述
3、晶体中原子摆列规律的空间格架称之为晶格。空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。（2）晶体结构：原子、离子或原子团依照空间点阵的实质摆列。特色：a可能存在局部弊端；b可有无量多种。2晶胞图16（ 1）：构成空间点阵的最基本单元。2）采纳原则：能够充分反响空间点阵的对称性；相等的棱和角的数目最多；拥有尽可能多的直角；体积最小。3）形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角,表示。（4）晶胞中点的地址表示（坐标法）。3布拉菲点阵图17种点阵分属7个晶系。晶向指数与晶面指数晶向：空间点阵中各阵点列的方向。晶面：经过空间点阵中任意一组阵点的平面。国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。（1）晶向指数的标定1a
4、建立坐标系。确立原点（阵点）、坐标轴和胸襟单位（棱边）。求坐标。u,v。,w化整数。u,v,w.d加。uvw。说明：指数意义：代表互相平行、方向一致的所有晶向。负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。c晶向族：晶体中原子摆列状况相同但空间位向不一样样的一组晶向。用表示，数字相同，但摆列次序不一样样或正负号不一样样的晶向属于同一晶向族。（2）晶面指数的标定a建立坐标系：确立原点（非阵点）、坐标轴和胸襟单位。b量截距：x,y,z。c取倒数：h,k。,ld化整数：h,k,k。e加圆括号：(hkl)。说明：a指数意义：代表一组平行的晶面；b0的意义：面与对应的轴平行；平行晶面：指数相同，或数字相同
5、但正负号相反；晶面族：晶体中拥有相同条件（原子摆列和晶面间距圆满相同），空间位向不一样样的各组晶面。用hkl表示。e若晶面与晶向同面，则hu+kv+lw=0;f若晶面与晶向垂直，则u=h,k=v,w=l。（3）六方系晶向指数和晶面指数a六方系指数标定的特别性：四轴坐标系（等价晶面不拥有等价指数）。b晶面指数的标定(四个截距)；用四个数字(hkil)表示；i=-(h+k)。标法与立方系相同c晶向指数的标定(四个坐标)；用四个数字(uvtw)表示；t=-(u+w)。标法与立方系相同挨次平移法：适合于已知指数画晶向（末点）。坐标换算法：UVWuvtwu=(2U-V)/3,v=(2V-U)/3,t=-
6、(U+V)/3,w=W。（4）晶带：平行于某一晶向直线所有晶面的组合。a 晶带轴晶带面b性质：晶带用晶带轴的晶向指数表示；晶带面/晶带轴；hu+kv+lw=0晶带定律凡满足上式的晶面都属于以uvw为晶带轴的晶带。推论：由两晶面(h1k1l1)(h2k2l2)求其晶带轴uvw：u=k1l2-k2l1;v=l1h2-l2h1;w=h1k2-h2k1。由两晶向u1v1w1u2v2w2求其决定的晶面(hkl)。H=v1w1-v2w2;k=w1u2-w2u1;l=u1v2-u2v1。5）晶面间距：一组平行晶面中，相邻两个平行晶面之间的距离。计算公式（简单立方）：d=a/(h2+k2+l2)1/2注意：只
7、合用于简单晶胞；对于面心立方hkl不全为偶、奇数、体心立方h+k+l=奇数时，d(hkl)=d/2。离子晶体的结构1）鲍林第一规则（负离子配位多面体规则）：在离子晶体中，正离子四周形成一个负离子配位多面体，正负离子间的均衡距离取决于正负离子半径之和，正离子的配位数取决于正负离子的半径比。2（ 2）鲍林第二规则（电价规则含义）：一个负离子必定同时被必定数目的负离子配位多面体所共有。3）鲍林第三规则（棱与面规则）：在配位结构中，共用棱特别是共用面的存在，会降低这个结构的坚固性。共价键晶体的结构1）饱和性：一个原子的共价键数为8-N。2）方向性：各键之间有确立的方向（配位数小，结构坚固）三多晶型性元
8、素的晶体结构随外界条件的变化而发生转变的性质。四影响原子半径的因素1）温度与应力2）结合键的影响3）配位数的影响（高配位结构向低配位结构转变时，体积膨胀，原子半径减小减缓体积变化。4）核外电子分布的影响（一周期内，随核外电子数增添至填满，原子半径减小至一最小值。第三节原子的不规则摆列原子的不规则摆列产生晶体弊端。晶体弊端在资料组织控制（如扩散、相变）和性能控制（如资料加强）中拥有重要作用。晶体弊端：实质晶体中与理想点阵结构发生偏差的地域。（晶体弊端可分为以下三类。）点弊端：在三维空间各方向上尺寸都很小的弊端。如空位、缝隙原子、异类原子等。线弊端：在两个方向上尺寸很小，而另一个方向上尺寸较大的弊
9、端。主若是位错。面弊端：在一个方向上尺寸很小，在其他两个方向上尺寸较大的弊端。如晶界、相界、表面等。一点弊端1点弊端的种类图1311）空位：肖脱基空位离位原子进入其他空位或迁徙至晶界或表面。弗兰克尔空位离位原子进入晶体缝隙。2）缝隙原子：位于晶体点阵缝隙的原子。3）置换原子：位于晶体点阵地址的异类原子。点弊端的均衡浓度1）点弊端是热力学均衡的弊端在必定温度下，晶体中总是存在着必定数目的点弊端（空位），这时系统的能量最低拥有均衡点弊端的晶体比理想晶体在热力学上更为坚固。（原由：晶体中形成点弊端时，系统内能的增添将使自由能高升，但系统熵值也增添了，这一因素又使自由能降低。其结果是在G-n曲线上出现
10、了最低值，对应的n值即为均衡空位数。）（2）点弊端的均衡浓度C=Aexp(-?Ev/kT)（ 点弊端的产生及其运动1）点弊端的产生均衡点弊端：热振动中的能力起伏。过饱和点弊端：外来作用，如高温淬火、辐照、冷加工等。2）点弊端的运动（迁徙、复合浓度降低；齐聚浓度高升塌陷）点弊端与资料行为1）结构变化：晶格畸变（如空位引起晶格缩短，缝隙原子引起晶格膨胀，置换原子可引起缩短或膨胀。）2）性能变化：物理性能（如电阻率增大，密度减小。）3力学性能（佩服强度提升。）二线弊端（位错）位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。意义：（对资料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用，对资料的扩散、
11、相变过程有较大影响。）位错的提出：1926年，弗兰克尔发现理论晶体模型刚性切变强度与与实测临界切应力的巨大差异（24个数目级）。1934年，泰勒、波朗依、奥罗万几乎同时提出位错的见解。1939年，柏格斯提出用柏氏矢量表征位错。1947年，柯垂耳提出溶质原子与位错的交互作用。1950年，弗兰克和瑞德同时提出位错增殖系统。此后，用TEM直接观察到了晶体中的位错。位错的基本种类1）刃型位错模型：滑移面/半原子面/位错线（位错线晶体滑移方向，位错线位错运动方向，晶体滑移方向/位错运动方向。）分类：正刃型位错（）；负刃型位错（）。（2）螺型位错模型：滑移面/位错线。（位错线/晶体滑移方向，位错线位错运动
12、方向，晶体滑移方向位错运动方向。）分类：左螺型位错；右螺型位错。（3）混杂位错模型：滑移面/位错线。位错的性质1）形状：不用然是直线，位错及其畸变区是一条管道。2）是已滑移区和未滑移区的界线。3）不能够中断于晶体内部。可在表面露头，或停止于晶界和相界，或与其他位错订交，或自行封闭成环。柏氏矢量1）确立方法(避开严重畸变区)在位错四周沿着点阵结点形成封闭回路。在理想晶体中按相同次序作相同大小的回路。在理想晶体中从终点到起点的矢量即为。2）柏氏矢量的物理意义代表位错，并表示其特色（强度、畸变量）。表示晶体滑移的方向和大小。柏氏矢量的守恒性（独一性）：一条位错线拥有独一的柏氏矢量。判断位错的种类。3
13、）柏氏矢量的表示方法表示:b=a/nuvw（能够用矢量加法进行运算）。b求模：/b/=a/nu2+v2+w21/2。位错密度1）表示方法：K/Vn/A2）晶体强度与位错密度的关系（-图）。3）位错观察：浸蚀法、电境法。位错的运动1）位错的易动性。2）位错运动的方式滑移：位错沿着滑移面的搬动。刃型位错的滑移：拥有独一的滑移面螺型位错的滑移：拥有多个滑移面。位错环的滑移：重视柏氏矢量的应用。攀移：刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动。系统：原子面下端原子的扩散位错随半原子面的上下搬动而上下运动。4分类：正攀移（原子面上移、空位加入）/负攀移（原子面下移、原子加入）。应力的作用：（半原子面侧）压应力有
14、益于正攀移，拉应力有益于负攀移。3）作用在位错上的力（单位距离上）滑移：f=b；攀移：f=b。（ 位错的应变能与线张力1）单位长度位错的应变能：W=Gb2。（0.51.0,螺位错取下限，刃位错取上限。）（ 2）位错是不均衡的弊端。（商增不能够抵销应变能的增添。）3）位错的线张力：T=Gb2。4）保持位错曲折所需的切应力：Gb/2r。位错的应力场及其与其他弊端的作用1）应力场螺位错：Gb/2r。（只有切应力重量。）刃位错：表达式（式19）晶体中：滑移面以上受压应力，滑移面以下受拉应力。滑移面：只有切应力。（2）位错与位错的交互作用f=b，f=b（刃位错）。同号互相排斥，异号互相吸引。（达到能量最低状态。）3）位错与溶质原子的互相作用缝隙原子齐聚于位错中心，使系统处于低能态。柯氏气团：溶质原子在位错线周边偏聚的现象。4）位错与空位的交互作用以致位错攀移。位错的增殖、塞积与交割1）位错的增殖：F-R源。2）位错的塞积分布：逐渐分别。位错受力：切应力作用在位错上的力、位错间的排斥力、阻截物的阻力。3）位错的交割位错交割后结果：依照对方向错柏氏矢量（变化方向和大小）。割阶：位错交割后的台阶不位于它本来的滑移面上。扭折：位于。对性能影响：增添位错长度，产生固定割阶。位错反响1）位错反响：位错的分解与合并。2）反响条件几何条件：
