材料学基础课程 第七章 第四部分
材料科学基础第七章23ppt课件
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6
XX
锭模凝固模型
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7
1. 正常凝固及平衡分配系数k0
正常凝固方程：
S 0k01Lxk01
正偏析：溶质浓度由锭表面向中心逐渐增 加的不均匀分布。它是宏观偏析的一种。
这种偏析通过扩散退火也难以消除。
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8
2. 区域熔炼
❖ 如果合金通过由试样一端向另一端局部熔化，经 过区域熔炼的固溶体合金，其溶质浓度随距离的 变化与正常凝固有所不同的，其变化符合区域熔 炼方程：
平面生长模型
胞状生长模型
.
树枝状生长模型
16
平 界胞 面状 生生 长长
树枝状生长
不同成分过冷程度的. 三个区域
17
.
18
过冷度影响因素
成分过冷对晶体生长形态的影响
.
19
7.4.2 共晶凝固理论
1.共晶组织分类及形成机制
典型共晶组织
(1)金属—金属型：层片状或棒状共晶。
影响形状的因素：
① 共晶中两组成相的相对量（体积分数）。
7.4 二元合金的 凝固理论
.
1
❖ 液态合金凝固过程除遵循金属结晶的一般规律外， 由于二元合金中第二组元的加入溶质原子要在溶、 固中发生重新分布，这对合金的凝固方式和晶体 的生长形态产生很大的影响，会引起微观偏析或 宏观偏析。
❖ 微观偏析是指一个晶粒内部的成分不均匀现象。
❖ 宏观偏析是指沿一定方向结晶过程中，在一个区 域范围内，由于结晶先后不同而出现的成分差异。
另一类反映合金性质的参数液相线斜率m、
平衡分配系数k0和溶质浓度W0 。
➢ 液相线斜率m大、平衡分配系数k0小和合金
溶质浓度W0大，都容易产生成分过冷。
《材料科学基础》课件
晶体与非晶体材料
晶体材料具有有序排列的原子或分子结构，而非晶体材料具有无序排列的结 构。晶体材料的性质受到晶体结构的影响。
材料物理性质
材料的物理性质包括密度、热导率、电导率、磁性等。这些性质影响着材料 在各种条件下的表现和应用。
材料化学性质
材料的化学性质指的是材料与其他物质发生化学反应的能力和性质。它们决定了材料的耐腐蚀性、稳定 性和反应性。
常见材料的分类和特征
金属
金属具有良好的导电性和导热性，适用于制 造结构件和导电元件。
聚合物
聚合物具有轻量、耐疲劳等特点，适用于制 造塑料制品和弹性件。
陶瓷
陶瓷具有优良的耐高温性和绝缘性，适用于 制造耐磨、耐腐蚀的零部件。
复合材料
复合材料具有多种材料的优点，适用于制造 航空航天和汽车等领域的高性能材料。
汽车
应用于汽车制造中的车身和发动机部件。
电子
应用于电子器件的制造，如半导体材料等。
《材料科学基础》PPT课 件
本课件将介绍材料科学的基础知识，包括材料科学的概述、晶体与非晶体材 料、材料的物理性质和化学性质、常见材料的分类和特征、材料的加工方式， 以及材料工程应用。
材料科学概述
材料科学是研究材料的组成、结构、性质和应用的学科。它涉及各种材料，包括金属、陶瓷、聚合物和 复合材料。
材料加工
1
原材料采集
从矿石、石油等中采集原材料，准备
材料处理
2
进入加工过程。
通过熔融、挤压、锻造等方式改变材
料的形态和性能。
3
零部件制造
将材料加工成适合使用的零部件，如
总装与测试
4
铸件、锻件、塑料制品等。
将零部件组装成成品，进行测试和质 量检查。
材料性能学课程教学大纲
《材料性能学》课程教学大纲课程名称（英文）：材料性能学（Properties of Materials）课程类型：学科基础课总学时： 72 理论学时： 60 实验（或上机）学时： 12学分：4.5适用对象：金属材料工程一、课程的性质、目的和任务本课程为金属材料工程专业的一门专业基础课，内容包括材料的力学性能和物理性能两大部分。
力学性能以金属材料为主，系统介绍材料的静载拉伸力学性能；其它载荷下的力学性能，包括扭转、弯曲、压缩、缺口、冲击及硬度等；断裂韧性；变动载荷下、环境条件下、高温条件下的力学性能；摩擦、磨损性能以及其它先进材料的力学性能等。
物理性能概括介绍常用物理性能如热学、电学、磁学等的基本参数及物理本质，各种影响因素，测试方法及应用。
通过本课程的学习，使学生掌握材料各种主要性能指标的宏观规律、物理本质及工程意义，了解影响材料性能的主要因素，了解材料性能测试的原理、方法和相关仪器设备，基本掌握改善或提高材料性能指标、充分发挥材料潜能的主要途径，初步具备合理的选材和设计，开发新型材料所必备的基础知识和基本技能。
在学习本课程之前，学生应学完物理化学、材料力学、材料科学基础、钢的热处理等课程。
二、课程基本要求根据课程的性质与任务，对本课程提出下列基本要求：1．要求学生在学习过程中打通与前期材料力学、材料科学基础等课程的联系，并注重建立与同期和后续其它专业课程之间联系以及在生产实际中的应用。
2．能够从各种机器零件最常见的服役条件和失效现象出发，了解不同失效现象的微观机理，掌握工程材料（金属材料为主）各种力学性能指标的宏观规律、物理本质、工程意义和测试方法，明确它们之间的相互关系，并能大致分析出各种内外因素对性能指标的影响。
3．掌握工程材料常用物理性能的基本概念及影响各种物性的因素，熟悉其测试方法及其分析方法，初步具备有合理选择物性分析方法，设计其实验方案的能力。
三、课程内容及学时分配总学时72，课堂教学60学时，实验12学时。
上海交大材料科学基础知识点总结
第一章材料中的原子排列第一节原子的结合方式1 原子结构2 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。
如高分子材料。
（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。
如高分子材料。
氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O（4）混合键。
如复合材料。
3 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。
4 原子的排列方式（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。
长程有序，各向异性。
（2）非晶体：――――――――――不规则排列。
长程无序，各向同性。
第二节原子的规则排列一晶体学基础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排列所形成的三维阵列。
图1-5特征：a 原子的理想排列；b 有14种。
其中：空间点阵中的点－阵点。
它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。
描述晶体中原子排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、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。
特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。
2 晶胞图1－6（1）――－：构成空间点阵的最基本单元。
（2）选取原则：a 能够充分反映空间点阵的对称性；b 相等的棱和角的数目最多；c 具有尽可能多的直角；d 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α,β,γ表示。
材料学基础名词解释
1 派-纳力:书（260页）2 柯氏气团：（书上：择优分布在刃形位错的张应力区并紧靠位错线的点缺陷便形成柯氏气团。
）（课件上：偏聚在刃位错张应力区的一团间隙原子）3 全位错：柏氏矢量为沿滑移方向的原子间距的整数倍的位错称为全位错。
4 分位错：伯氏矢量小于滑移方向上的原子间距的位错称为分位错。
5 shockley位错: FCC中位于{111}面上b1=[121]/6的分位错。
6 Frank分位错:通过插入或抽走部分{111}面也能形成局部层错，这样形成的分位错称为Frank分位错。
7 铃木气团: 溶质原子与扩展位错之间会发生化学交互作用，产生铃木气团。
铃木秀次指出，由于扩展位错的层错区具有与周围基体不同的晶体结构（如fcc中层错区属hcp），为保持热力学平衡，溶质原子在层错区浓度与在基体中浓度不同，有的原子偏聚于层错区，减小表面能，使层错区宽度d增大，不易于束集，难于交滑移，从而提高合金强度，这种由化学交互作用而产生溶质原子在层错区偏聚，构成了“铃木气团”。
1）铃木气团与温度无关2）铃木气团与位错类型无关8压杆位错: 由两条Shockley分位错线、一条压杆位错线和相交成70 32´的两个层错带组成的稳定的缺陷组态。
又称Lomer-Cottrell或L-C位错.1 成分过冷：由于界面前沿液相中成分差别引起的过冷。
2 平衡分配系数：一定温度下，固/液两平衡相中溶质浓度之比值，即：：K0=Cs / CL ；CS、CL分别为固、液相的平衡浓度3 正常凝固：在讨论金属合金的实际凝固问题时,一般不考虑固相内部的原子扩散，即把凝固过程中先后析出的固相成份看作没有变化，而仅讨论液相中的溶质原子混合均匀程度问题。
4 非平衡凝固：5 区域熔炼：6 伪共晶：由非共晶成分所得到的全部共晶组织称为伪共晶7 离异共晶：是一种被分离开来的共晶组成。
（书：369页）8 正常偏析：9 宏观偏析：在宏观区域的成分不均匀现象10 比重偏析：由于两相比重不同而造成铸锭上下部分化学成分不均匀现象。
《材料科学基础》课件
1 2
a
101
1 6
a
121
1 3
a
111
3-11
全位错
几何条件：
shockley不全位错
Franker不全位错
• 能量条件：
shockley不全位错
全位错
Franker不全位错
b=a/3<111>和｛111｝面垂直。纯刃位错。
b垂直于滑移面，不是fcc晶体的滑移方向， 不能滑移，只可攀移。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4、（3-8）比较刃位错和螺位错的异同点。
14、表征晶体中晶向和晶面的方法有 解析法 和 图示 法。（晶 体投影图 ）
二、分析计算
1、（2-3）（1）晶面A在x、y、z轴上的截距分别是2a、3b和 6c，求该晶面的米勒指数；（2）晶面B在x、y、z轴上的截 距分别是a/3、b/2和c，求该晶面的米勒指数。
1 : 1 : 1 3: 2:1 236
3 0.40183
0.683
•(4) CsCl的分子量为:
(35.453 +132.905 )=168.358，
•阿佛加得罗常数是6.0238×1023;
•每个CsCl分子的质量A为：
168.358/(6.0238×10 ) 23
ZM / N A a3
1168.358 /(6.02 1023) (0.4018 107 )3
配位数是8.
[CsCl 8] 或 [ClCs8]配位六面体。
（4）
对CsCl晶体，晶体结构为简 单立方，晶胞中含有一个 正离子一个负离子，沿体 对角线正负离子相切:
3a 2r 2r
a=0.4018nm
3a 2 (0.167 0.181) 0.696
人教版八年级下册地理教案设计：第七章第四节祖国的神圣领土—台湾省
人教版初中地理八年级下册第七章第四节祖国的神圣领土—台湾省一、学情分析1、学生年龄特点分析八年级的学生多数处于13—15周岁，处于青少年时期，易冲动和暴躁，同时，学生正处于逆反心理期，故在教学上应有足够的耐心，但是他们好奇心旺盛期，在教学过程中应积极引导学生发现问题，解决问题。
2、学生已有知识经验分析学生经过一年初中地理的学习，已经掌握了一定的读图方法和分析地理问题的能力。
并且在日常的生活和学习中掌握了一些关于中国领土的知识及相关的学习能力。
但有些地理内容的问题比较抽象，在教学过程中应指导学生带着问题、有目的的阅读地图、分析地图并总结知识点。
3、学生学习能力分析本节课所涉及的学生既有重点班的学生也有普通班的学生，重点班的基础比较扎实，可以采用教师为引导，学生自主讨论的方式学习。
普通班的学生基础相对薄弱，可以采用教师引导和教授相结合的方式，使学生掌握相关知识点。
4、学生学习风格分析学生习惯了传统的教学模式，对老师的依赖性比较强，发现问题的能力和解决问题的能力较弱，因此，在教学过程中，积极引导学生发现问题并解决问题，提高学生自主学习的能力。
二、课程资源利用与开发1、教材内容地位和作用分析本课选自人教版八年级（下）地理第七章第四节第一课时，本节是认识省级区域的一部分，为学生学习其它省份奠定基础，加上台湾省特殊的位置特点及政治特征，更加突出了本节学习的必要性。
本节课主要包括“祖国神圣的领土”“美丽富饶的宝岛”两方面的内容，且环环相扣，紧密联系。
教材中的“活动”内容丰富，形式新颖，趣味性强，又注重了学生基本技能的培养。
2、知识结构关联图\思维导图一、不可分割的神圣领土位置和范围地形地势二、自然环境条件气候河流三、人口的分布美丽的自然风光四、美丽富饶的宝岛丰富的物产3、教材的处理学生所选用的教材为人民教育出版社的教材。
教材内容严谨，语言精练，学生易懂。
教材内容的排序合理科学，也符合学生学习的逻辑思维，利于学生更好地进行学习。
材料学课程教案模板范文
一、课程名称材料学二、授课对象土木工程、材料科学与工程等相关专业学生三、授课学时共32学时四、教学目标1. 理解材料学的基本概念、分类、性能及应用；2. 掌握材料的基本性质，如力学性能、热性能、电性能等；3. 熟悉材料制备、加工、检测及表征方法；4. 了解材料科学的发展趋势，培养创新意识。
五、教学内容第一章材料学导论1. 材料学的定义、发展历程及在现代社会中的作用2. 材料的基本分类及特点3. 材料科学的研究方法第二章材料的基本性质1. 材料的力学性能2. 材料的热性能3. 材料的电性能4. 材料的磁性能第三章材料制备与加工1. 材料制备的基本原理2. 材料加工的方法及工艺3. 材料制备与加工中的质量控制第四章材料表征与检测1. 材料表征的基本方法2. 材料检测的技术与设备3. 材料性能测试与分析第五章材料的应用1. 建筑材料的应用2. 汽车材料的应用3. 航空航天材料的应用4. 电子材料的应用第六章材料科学的发展趋势1. 新材料的研究与发展2. 材料科学与其他学科的交叉融合3. 材料科学在可持续发展中的作用六、教学方法1. 讲授法：系统讲解材料学的基本概念、原理及发展趋势；2. 案例分析法：结合实际工程案例，分析材料的应用及问题；3. 讨论法：引导学生对材料学相关话题进行讨论，提高学生分析和解决问题的能力；4. 实验法：通过实验操作，使学生掌握材料制备、加工、检测及表征方法。
七、考核方式1. 课堂参与：20%2. 作业与报告：30%3. 期末考试：50%八、教学进度安排第1-4周：材料学导论、材料的基本性质第5-8周：材料制备与加工、材料表征与检测第9-12周：材料的应用第13-16周：材料科学的发展趋势九、教学资源1. 教材：《材料学》2. 教学课件3. 实验指导书4. 网络资源十、教学评价1. 学生对课程内容的掌握程度；2. 学生对材料科学问题的分析和解决能力；3. 学生对课程教学的满意度。
《材料科学基础教案》课件
《材料科学基础教案》PPT课件第一章：材料科学导论1.1 材料科学的定义和发展历程1.2 材料的分类和特性1.3 材料科学的研究内容和方法1.4 材料科学在工程中的应用第二章：材料的力学性能2.1 弹性、塑性和脆性2.2 材料的强度、硬度和韧性2.3 材料的热膨胀和导热性2.4 材料的疲劳和腐蚀性能第三章：材料的结构3.1 原子结构与元素的电子配置3.2 金属晶体结构3.3 非金属晶体结构3.4 材料的微观结构与宏观性能的关系第四章：材料的热处理和加工4.1 材料的热处理工艺和性能4.2 金属的铸造、焊接和热轧4.3 非金属材料的加工方法4.4 新型材料的加工技术和应用第五章：材料的选择与应用5.1 材料的选用原则和标准5.2 工程常用金属材料的选择与应用5.3 常用非金属材料的选择与应用5.4 新型材料在工程中的应用案例分析第六章：金属的腐蚀与防护6.1 金属腐蚀的基本类型和机理6.2 金属腐蚀的影响因素6.3 金属的腐蚀防护方法6.4 实例分析：金属腐蚀与防护的应用第七章：陶瓷材料7.1 陶瓷材料的定义和特性7.2 陶瓷材料的制备方法7.3 陶瓷材料的分类与应用7.4 先进陶瓷材料的最新发展第八章：高分子材料8.1 高分子材料的定义和结构8.2 高分子材料的制备方法8.3 高分子材料的性能与应用8.4 生物基高分子材料和可持续发展的关系第九章：复合材料9.1 复合材料的定义和特点9.2 复合材料的制备方法9.3 常见复合材料的类型与应用9.4 复合材料在航空航天和汽车工业中的应用第十章：纳米材料10.1 纳米材料的定义和特性10.2 纳米材料的制备方法10.3 纳米材料的应用领域10.4 纳米材料的发展趋势和挑战重点和难点解析重点一：材料科学的定义和发展历程解析：理解材料科学的定义是掌握整个学科的基础，对材料科学的发展历程有一个全面的了解，能够帮助我们更好地理解其在不同历史阶段的重要性。
重点二：材料的分类和特性解析：材料的分类是理解不同材料性质的基础，而特性则是材料应用的关键。
材料科学基础试题及答案
第一章 原子排列与晶体结构1. fcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,晶胞中原子数为 ，把原子视为刚性球时，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；bcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；hcp 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,，晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 。
2. Al 的点阵常数为0.4049nm ，其结构原子体积是 ，每个晶胞中八面体间隙数为 ，四面体间隙数为 。
3. 纯铁冷却时在912ε 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ，致密度降低 ，晶体体积 ，原子半径发生 。
4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。
在hcp 晶胞的（0001）面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。
5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。
6 在铅的（100）平面上，1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm 。
第二章 合金相结构一、 填空1） 随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度 ，塑性 ，导电性 ，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数 。
2） 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1） ；（2） ；（3） ；（4） 和环境因素。
3） 置换式固溶体的不均匀性主要表现为 和 。
4） 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为 和 。
5） 无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度 ，塑性 ，导电性 。
6）间隙固溶体是 ，间隙化合物是 。
二、 问答1、 分析氢，氮，碳，硼在α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。
材料学基础课程 第七章 第三部分
2.包晶系合金的平衡凝固 2.包晶系合金的平衡凝固
包晶点（ (1) 包晶点（P）合金 发生包晶反应：Lc+αD =βP为恒温反应 发生包晶反应： • 结晶过程： L→L+α→L+α+β→β→αⅡ+β 结晶过程： 匀晶反应＋包晶反应＋ 匀晶反应＋包晶反应＋脱溶转变 • 室温组织：αⅡ+ β 室温组织：
共晶系合金的平衡凝固总结：
• 通过以上分析共晶系合金的平衡凝固可分为两类 ： 通过以上分析共晶系合金的平衡凝固可分为两类： 固溶体合金和共晶型合金。 固溶体合金和共晶型合金 。 前者的结晶过程主要为 匀晶相变＋ 脱溶转变， 组织为初生固溶体和次生组 匀晶相变 ＋ 脱溶转变 ， 后者的结晶过程主要为匀晶相变、 织 ； 后者的结晶过程主要为匀晶相变 、 共晶相变和 脱溶相变， 组织为初生固溶体、 共晶体和次生组织。 脱溶相变 ， 组织为初生固溶体 、 共晶体和次生组织 。 在室温， FG范围内的合金组织是由 范围内的合金组织是由α 在室温 ， FG 范围内的合金组织是由 α 和 β 两个基本 相构成。 相构成。 • 需要指出的是在分析显微组织时 ， 应注意 组织织成 需要指出的是在分析显微组织时， 应注意组织织成 物和相组成的区别。 物和相组成的区别 。 组织组成物是在结晶过程中形 成的， 有清晰轮廓的独立组成部分， 成的 ， 有清晰轮廓的独立组成部分 ， 如上述组织中 都是组织组成物。 α、αⅡ、β、βⅡ、(α+β)共都是组织组成物。而 相组成物是指组成显微组织的基本相， 相组成物是指组成显微组织的基本相 ， 它有确定的 成分及结构但没有形态上的概念， 成分及结构但没有形态上的概念 ， 上述各类合金在 室温的相组成物都是α 相和β 室温的相组成物都是 α 相和 β 相 。 所以共晶合金都 是 由 α 相 和 β 相 组 成 的 机 械 混 合 物 （ mechanical
《材料科学基础》课程教学大纲
《材料科学基础》课程教学大纲一、课程说明课程编码4300655 课程类别专业方向课修读学期第三学期学分 2 学时32 课程英文名称Fundamentals of Materials Science适用专业应用化学先修课程大学物理、物理化学二、课程的地位及作用材料科学基础是研究材料的成分、结构与性能之间的关系及其变化规律的一门应用基础科学。
本课程的任务是向学生较全面系统地介绍材料科学基本原理，注意材料的共性与个性的结合，实现多学科知识的交叉与渗透。
学习本课程的目的是为后续专业课打下牢固的基础，同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。
先修课程为物理化学、高等数学。
通过材料科学基础的教学，使学生了解和掌握材料科学的基本理论，培养学生理论思维的能力，为从事材料学教学和科研打下扎实的理论基础。
三、课程教学目标1. 理解金属键、离子键、共价键、分子键和氢键几种典型结合键的，掌握三大固体材料的结构特点、性能特点，建立材料结构与性能之间的关系。
掌握晶体学的基础知识。
2．掌握晶体缺陷的类型、结构特征、性质及其对材料性能的影响3．掌握扩散第一定律、扩散第二定律及其应用、扩散机制、扩散系数的计算、影响扩散的因素和离子晶体的扩散。
4.掌握固体材料变形的基本方式，掌握形变金属及合金在退火过程中的变化。
核的规律，了解熔化熵对晶体生长的影响。
了解固溶体合金的凝固规律，了解材料的非晶态概念。
5. 掌握相图的基本知识，二元相图的基本类型，二元相图的分析与使用方法，熟练应用铁碳相图；掌握三元相图类型、定量法则、分析方法、等温截面、变温截面、液态投影图。
四、课程学时学分、教学要求及主要教学内容(一) 课程学时分配一览表章节主要内容总学时学时分配讲授实践第1章原子结构与键合 2 2 0第2章固体结构 6 6 0第3章晶体缺陷 6 6 0第4章固体中原子及分子的运动 4 4 0第5章材料的形变和再结晶 4 4 0第6章单组元相图及纯金属的凝固 4 4 0第7章二元系相图及合金的凝固 6 6 0(二) 课程教学要求及主要内容第一章原子结构与键合教学目的和要求：1. 了解原子结构及建合类型；2. 掌握物质的组成、原子的结构、电子结构和元素周期表；3. 熟悉一次键（金属键、离子键、共价键）、二次健（范德华力和氢键）的定义、特点；4. 掌握材料中的结合键的类型对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。
材料科学基础-名词解释
材料科学基础名词解释（上海交大第二版）第一章原子结构结合键结合键分为化学键和物理键两大类，化学键包括金属键、离子键和共价键；物理键即范德华力。
化学键是指晶体内相邻原子（或离子）间强烈的相互作用。
金属键金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。
离子键阴阳离子之间通过静电作用形成的化学键叫作离子键共价键由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。
范德华力是借助临近原子的相互作用而形成的稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。
氢键氢与电负性大的原子（氟、氧、氮等）共价结合形成的键叫氢键。
近程结构高分子重复单元的化学结构和立体结构合称为高分子的近程结构。
它是构成高分子聚合物最底层、最基本的结构。
又称为高分子的一级结构远程结构由若干个重复单元组成的大分子的长度和形状称为高分子的远程结构第二章固体结构1、晶体：原子在空间中呈有规则的周期性重复排列的固体物质。
晶体熔化时具固定的熔点，具有各向异性。
2、非晶体：原子是无规则排列的固体物质。
熔化时没有固定熔点，存在一个软化温度范围，为各向同性。
3、晶体结构：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序。
4、空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列，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。
5、阵点：把实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体，并将其中的每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点。
6、晶胞：为了说明点阵排列的规律和特点，在点阵中取出一个具有代表性的单基本元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。
7、晶系：根据六个点阵参数间的相互关系，将全部空间点阵归属于7中类型，即7个晶系，分别为三斜、单斜、正交、六方、菱方、四方和立方。
13、晶带轴：所有平行或相交于某一晶向直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴。
属于此晶带的晶面称为共带面。
14、晶面间距：晶面间的距离。
材料科学基础课后习题及答案
第二章答案2-1略。
2-2〔1〕一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求该晶面的晶面指数；〔2〕一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的晶面指数。
答：〔1〕h:k:l==3:2:1,∴该晶面的晶面指数为〔321〕；〔2〕h:k:l=3:2:1，∴该晶面的晶面指数为〔321〕。
2-3在立方晶系晶胞中画出以下晶面指数和晶向指数：〔001〕与[]，〔111〕与[]，〔〕与[111]，〔〕与[236]，〔257〕与[]，〔123〕与[]，〔102〕，〔〕，〔〕，[110]，[]，[]答：2-4定性描述晶体构造的参量有哪些.定量描述晶体构造的参量又有哪些.答：定性：对称轴、对称中心、晶系、点阵。
定量：晶胞参数。
2-5依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类.其特点是什么.答：晶体中的键合作用可分为离子键、共价键、金属键、范德华键和氢键。
离子键的特点是没有方向性和饱和性，结合力很大。
共价键的特点是具有方向性和饱和性，结合力也很大。
金属键是没有方向性和饱和性的的共价键，结合力是离子间的静电库仑力。
范德华键是通过分子力而产生的键合，分子力很弱。
氢键是两个电负性较大的原子相结合形成的键，具有饱和性。
2-6等径球最严密堆积的空隙有哪两种.一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙.答：等径球最严密堆积有六方和面心立方严密堆积两种，一个球的周围有8个四面体空隙、6个八面体空隙。
2-7n个等径球作最严密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙.不等径球是如何进展堆积的.答：n个等径球作最严密堆积时可形成n个八面体空隙、2n个四面体空隙。
不等径球体进展严密堆积时，可以看成由大球按等径球体严密堆积后，小球按其大小分别填充到其空隙中，稍大的小球填充八面体空隙，稍小的小球填充四面体空隙，形成不等径球体严密堆积。
2-8写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
答：面心立方格子的单位平行六面体上所有结点为：〔000〕、〔001〕〔100〕〔101〕〔110〕〔010〕〔011〕〔111〕〔0〕〔0〕〔0〕〔1〕〔1〕〔1〕。
材料化学_第七章_课后答案_李奇_陈光巨_编写
第7章习题答案1.什么是金属玻璃？分析金属玻璃的结构特点和性能特点。
答：将熔融的合金喷射到冷的铜板上，降温速度在一百万摄氏度每秒以上，由于冷凝速度极高，液态合金来不及形成结晶就凝固了，结果获得了如同玻璃一样的非晶态合金。
用X射线衍射法进行测试，发现这种急冷的合金与平常的金属不同，它不是晶体而是玻璃体，故非晶态合金又称为金属玻璃。
这些非晶态金属材料内部原子作不规则排列，这样的结构特征使它具有许多晶态材料所没有的性能。
主要包括：(1) 原子排列长程无序，这导致金属玻璃的X射线衍射不会出现晶态金属那样的衍射线，也不存在亚微观(即微米数量级)的各向异性(如磁畴结构等性质)。
(2) 短程有序，即金属原子的周围配位情况彼此相似，也和晶态中原子的情况相近。
(3) 无晶界，晶态金属一般由微米量级的小晶粒组成，晶粒间存在晶界。
从亚微观来看金属玻璃是均匀的固体，不存在晶粒和晶界，这一特点大大提高了金属玻璃的力学性能和电磁性能，使它具有很高的强度，例如抗拉强度、硬度、断裂强度和弹性模量等都比晶态合金强得多。
金属玻璃为非晶态结构，显微组织均匀，不含晶界、位错等缺陷，使腐蚀金属的液体“无缝可钻”，具有高度抗腐蚀性。
(4) 不稳定性，金属玻璃在热力学上是不稳定的，它有向晶态转化的趋势。
(5) 卓越的硬度和机械度，拉丝后纤维化的非晶态铁钽硅硼合金线材，拉伸强度高达400公斤每平方毫米，为钢琴丝的1.4倍，为一般钢丝的10倍。
(6) 优越的磁学性能。
2.按照硅氧四面体在空间的组合情况，硅酸盐结构可以分成哪几类？答：按照硅氧四面体在空间的组合情况，硅酸盐结构可以分成岛状硅酸盐、组群状硅酸盐、链状硅酸盐、层状硅酸盐和架状硅酸盐。
3.什么是红外辐射材料？什么是透红外材料？它们各自有什么特点？答：理论上，在0K以上时，任何物体均可辐射红外线，故红外线是一种热辐射，有时也叫热红外。
但工程上，红外辐射材料只指能吸收热物体辐射而发射大量红外线的材料。
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end
3. 包晶系合金的不平衡凝固
实际生产中的冷速较快， 实际生产中的冷速较快，包晶反应所依赖的固 体中的原子扩散往往不能充分进行， 体中的原子扩散往往不能充分进行， 导致包晶反 应的不完全性，最终组织不易达到平衡状态， 应的不完全性， 最终组织不易达到平衡状态 ， 且 包晶反应速度（主要取决于所形成新相β 包晶反应速度（ 主要取决于所形成新相 β内的扩 散速率）较慢，易形成非平衡组织。 散速率）较慢，易形成非平衡组织。 由于扩散不能充分进行，由液相直接结晶出β ① 由于扩散不能充分进行 ，由液相直接结晶出 β 相仍保留在β 相，而α相仍保留在β相的芯部。 相仍保留在 相的芯部。
2. 具有偏晶转变的相图
偏晶转变（ reaction） 相图特点： 偏晶转变 （ monotectic reaction ） 相图特点 ： 在 一定的成分和温度范围内， 一定的成分和温度范围内，两组元在液态下也只能 有限溶解，存在两种不同浓度的液相L 有限溶解，存在两种不同浓度的液相L1和L2。 其转变： 其转变：在一定温度下从一个液相中同时分解出一 个固相和另一成分的液相的过程。 个固相和另一成分的液相的过程。 即：L1 → α+ L2 具有偏晶转变的二元系有：Cu－ Cu－ Mn－ 具有偏晶转变的二元系有：Cu－S、Cu－O、Mn－P
形成稳定化合物的相图
可把稳定化合物看作一个独立组元，把相图分成几个独立相图。 可把稳定化合物看作一个独立组元，把相图分成几个独立相图。
形成稳定化合物的相图
形成稳定化合物的相图
(2) 形成不稳定化合物的相图
不稳定化合物是指在加热到一定温度时会发生分解 的化合物。 的化合物。 包晶反应所形成的中间相均属于不稳定化合物。 包晶反应所形成的中间相均属于不稳定化合物 。 它 们不能视为独立组元而把相图划分为简单相图。 们不能视为独立组元而把相图划分为简单相图。 例如： 例如：K－Na相图 Na相图
偏晶线 偏晶点 共晶线
3. 具有合晶转变的相图 合 晶 转 变 （ syntectic reaction） 相图特点： reaction ） 相图特点 ： 二元 组在液态下有限溶解， 组在液态下有限溶解 ， 存在 不熔合线， 不熔合线 ， 不熔合线以下为 两液相L 两液相L1和L2。 其转变： 在恒定温度下， 其转变 ： 在恒定温度下 ， 两 个成分不同的液相相互作用 形成一个固相的转变称为合 形成一个固相的转变称为 合 晶转变。 晶转变。 即 L1 + L2 → γ
5.具有固态转变的二元相图 5.具有固态转变的二元相图 当合金中组元具有同素( 分 ) 异构转变时， 则其 当合金中组元具有同素 ( 异构转变时 ， 固溶体会出现四种情况： 固溶体会出现四种情况：
固溶体的多晶型转变 共析转变 包析转变 偏析转变
(1) 具有固溶体多晶型转变的相图
固溶体的多晶型转变又称为多型性转变。 固溶体的多晶型转变又称为多型性转变。具 有这类转变的合金有：Fe－ Fe－Ti合金等 合金等。 有这类转变的合金有 ： Fe － C 、 Fe － Ti 合金等 。 Fe和Ti在固态均发生同素异构转变 在固态均发生同素异构转变， Fe和Ti在固态均发生同素异构转变，故相 图在近Ti一边有α Ti一边有 体心立方) β相 图在近Ti一边有α相(体心立方) → β相(密 排六方)的固溶体多晶型转变；而在近Fe Fe的一 排六方)的固溶体多晶型转变；而在近Fe的一 边有α δ的固溶体多晶型转变 的固溶体多晶型转变。 边有α → γ→ δ的固溶体多晶型转变。
(2) 具有共析转变的相图
•共 析 转 变 （ eutectoid 共 reaction ） ： 是 在 一 定 温 度下一个固相转变为另两 个固相的过程。 个固相的过程。 •共析转变与共晶转变相似 ， 共析转变与共晶转变相似， 共析转变与共晶转变相似 区别在于它是由一个固相 在恒温下转变为另外两个 固相。 固相。 •共析转变对热处理强化意 共析转变对热处理强化意 义很大。 义很大 。 钢的热处理是以 共析转变为基础的。 共析转变为基础的。
②原来不发生包 晶反应的合金在 快冷条件下发现 包晶反应。 包晶反应。
四、其他类型的二元相图
1. 2. 3. 4. 5. 具有化合物的二元相图 具有偏晶转变的相图 具有合晶转变的相图 具有熔晶转变的相图 具有固态转变的二元相图
1. 具有化合物的二元相图
在某些二元系中， 可形成一个或多个化合物， 在某些二元系中 ， 可形成一个或多个化合物 ， 化合 物一般处于相图的中间位置，又称为中间相 （ intermediate phase） 。 根据两组元间形成化合 phase ） 物的稳定性，可分为稳定化合物和不稳定化合物。 物的稳定性，可分为稳定化合物和不稳定化合物。 (1) 形成稳定化合物的相图 稳定化合物是指具有固定的熔点， 稳定化合物是指具有固定的熔点 ， 且在熔点以下保 持固有结构而不发生分解的化合物。 持固有结构而不发生分解的化合物。 相图特征： 相图特征 ： 形成的没有溶解度的化合物在相图上表 现为一条垂线。 可以把它作为一个独立的组元而把 现为一条垂线。 相图分为两部分。 该类化合物成分是固定的， 相图分为两部分 。 该类化合物成分是固定的 ， 或在 一定范围内但有确定的熔点。 一定范围内但有确定的熔点。 形成稳定化合物的二元相图有：Mg－Si、Cu－Ti、 形成稳定化合物的二元相图有 ： Mg － Si 、 Cu － Ti 、 Fe － P 、 Mg － Cu 、 Ag － Sr 、 Na2SiO3 － SiO2 、 BeO － Al2O3、SiO2－MgO
具有合晶转变的二元系如： 具有合晶转变的二元系如： Na－Zn、 Zn等 Na－Zn、K-Zn等
4. 具有熔晶转变的相图 在某些合金结晶过 程中，当达到一定 温度会从一个固相 分解为一个液相和 另一个固相，即发 生了固相的再熔现 象，这种转变称为 熔 晶 转 变 （ metatectic reaction） reaction）。 即：δ→ L+γ 具有熔晶转变的合 金很少， Fe－ 金很少 ， 如 Fe － S 、 Cu－ Cu－Sb
(3)具有包析转变的相图 具有包析转变的相图
包析转变 （peritectoid reaction） ） 类似于包晶转变，区别 类似于包晶转变， 在于包析转变是由两个固相 在于包析转变是由两个固相 反应生成另外一个固相。 生成另外一个固相 反应生成另外一个固相。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(4)具有脱溶沉淀过程的相图 (4)具有脱溶沉淀过程的相图 随着温度降低固溶体中溶解度下降， 随着温度降低固溶体中溶解度下降，析出 第二相的过程，称为脱溶过程。 第二相的过程，称为脱溶过程。