材料科学基础总结 - 图文

第1章 概 述

1. 材料的含义及分类

材料的定义：有用并能用来制造物品（件）的物质。

一般指固态的、可用于工程上的物质；作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件(物品)的人造物质。

材料的判据：（1）战略性判据，反映了资源、能源、环保的考虑与要求。（2）经济性判据，反映了经济效益与社会效益。（3）质量判据，指具有各种有利的使用性能。 材料的分类：

（1）按性能特点，分功能材料和结构材料。材料的使用性能包括力学性能、物理性能和化学性能。

（2）按结合键分金属材料、陶瓷材料和高分子材料以及复合材料。 2.材料科学与工程的内涵

研究材料成分、组织结构、制备工艺与材料性能和应用之间相互关系的科学，它对生产、使用和发展材料具有指导意义。

材料的结构：指构成材料的基本质点(离子、原子或分子等)是如何结合与排列的，它表明材料的构成方式。

材料的组织：指借助于显微镜所观察到的材料微观组成与形貌。通常称为显微组织。

材料的性能决定于材料的组织、结构！

材料学科的发展大致经过冶金学、金相学、物理冶金学、材料科学或材料科学与工程等几个阶段。

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第2讲 固体材料的结构

1． 原子结构理论

一个电子的空间位置和能量由4个量子数决定，即主量子数、轨道角动量量子数、磁量子数、自旋角动量量子数。

核外电子排布遵循的三原则: 能量最低原理、泡利不相容原理、洪德规则。 原子通过结合键可构成分子，原子之间或分子之间也靠结合键聚结成固体状态。

? 化学键 (主价键): 金属键、离子键和共价键； ? 物理键 (次价键): 称范德华力。

金属间化合物的原子结合为金属键和离子键的混合。

2．晶体与非晶体的区别

? 晶体→原子在空间呈有规则的周期性重复排列 性能:① 具有固定熔点。

② 具有各向异性。多晶体具有伪各向同性。

? 非晶体→原子在三维空间呈无规则排列

3．选取晶胞的原则

在点阵中取出一个具有代表性的基本单元(最小平行六面体)作为点阵的组成单元，称为晶胞。将晶胞作三维的重复堆砌就构成了空间点阵。同一空间点阵可因选取方式不同而得到不相同的晶胞。晶胞选取原则如下：

(1)选取的平行六面体应反映出点阵的最高对称性；

(2)平行六面体内的棱和角相等的数目应最多； (3)当平行六面体的棱边夹角存在直角数目应最多; (4)满足上述条件的情况下，晶胞应具有最小体积。

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4．会写七大晶系和14种布拉菲点阵名称，弄清其点阵矢量的特点。

点阵矢量

点阵常数 a b c 棱间夹角 ?βγ

空间点阵数量有限，而晶体结构无限多，因为后者是指构成晶体的实际质点在三维空间的具体排列方式。金属中常见的密排六方晶体结构应属简单六方点阵。

5. 晶体的晶面指数和晶向指数的标定（三轴指数）。

为便于确定和区别晶体中不同方位的晶向和晶面，国际上通用密勒(Miller)指数来统一标定晶向指数与晶面指数。 晶向指数的确定步骤:

(1)以晶胞的某一阵点O为原点,建立坐标轴X，Y, Z，以点阵矢量的长度作为坐标轴的长度单位

(2)过原点O作一直线0P，使其平行于待定晶向.

(3)选取距原点O最近的一个阵点P，确定P点的3个坐标值。

(4)将3个坐标值化为最小整数u,v,w,加上方括号即为待定晶向的晶向指数[uvw]. 若坐标中某一数值为负，则在相应的指数上加一负号。

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晶面指数的确定步骤:

(1)在点阵中设定参考坐标系，但不能将坐标原点选在待确定指数的晶面上，以免出现零截距.

(2)求待定晶面在三个晶轴上的截距.若该晶面与某轴平行，则此轴上截距为∞；若与某轴负方向相截，则此轴上截距为一负值。 (3)取各截距的倒数。

(4)将三倒数化为互质的整数比，并加上圆括号，即为表示该晶面的指数,记为(hkl).

特别提醒：

? 立方晶系中具有相同指数的晶向和晶面必定是互相垂直的

? 凡晶面间距和晶面上原子的分布完全相同，只是空间位向不同的晶面可归并为同一晶

面族，以｛hkl｝表示。 ? 凡原子排列情况相同在空间位向不同（即不平行）的晶向，归并为同一晶向族 ? 立方晶系等价晶面（向）数目的判断

（注意：指数相同而符号相反的两个晶面为一组） 先分析有几个数字相等：

——若3个数字不等（3个数非0），如：｛１２３｝，则有3！×4 = 24组

——若2个数字相等（3个数都非0），如：｛１1２｝，则有24/2= 12组

——若3个数字相等（3个数都非0），如：｛１11｝，则有24/6= 4组 再分析有几个零：

——若有1为0则总数除2，如：｛１２0｝，即24 /2= 12组

——若有2为0则总数除4，如：｛１00｝，即12/4= 3组

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