材料科学基础复习二
上海交大-材料科学基础-第二章-2
体心立方八面体间隙
体心立方四面体间隙
八面体间隙： 由一个面上四个角和相邻两个晶胞体心共6个原子围成， 位置： 位于晶胞每个面中心和每个棱边的中点；
➢数目：12/4 + 6/2 = 6 ➢大小rB：
4R 3a a 4 R
3
rB 2a/2 - R 0.633R 110
a / 2 - R 0.154R 001
n个。
4）空隙大小 四面体间隙大小：r=0.225R 八面体间隙大小：r=0.414R
n个球作体心立方堆积时，存在3n个八 面体空隙、6n个四面体空隙，空隙较多。
2.2.2 多晶型性
多晶型性指某些金属在不同温度和压力下具有 不同的晶体结构。
多晶型性转变指金属在外部条件 (如 T 和 P) 改变时，其内部从一种晶体结构向另一种晶体结构 的转变,又称同素异构（同素异性）转变，转变的 产物称为同素异构体 例如纯铁:
2R a
rB
3 4
a2 ( 2 a(sin60o ))2 -R 0.225R 3
密排六方晶格八面体间隙
密排六方晶格四面体间隙
空隙分布
每个球周围有8个 四面体空隙；
每个球周围有6个 八面体空隙
空隙数量
n个等径球最紧密堆积时，整个系统四面体空
隙数为
8n 4
2n个，八面体空隙数为
6n 6
✓ 晶粒：组成晶体的结晶颗粒。 ✓ 多晶体：凡由两颗以上晶粒组成的晶体一般金属都
是多晶体。。
晶粒
多相合金
本节的基本要求
需掌握如下的概念和术语： ▪ 各向异性、多晶型性，配位数、致密度 ▪ 三种典型晶体结构的特征（包括：原子的排
列方式、点阵参数、晶胞原子数、原子半径、 配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，最 密排面（滑移面）和最密排方向的指数，堆 垛）。 ▪ 多晶体与单晶体、晶粒、晶界；
《材料科学基础》综合复习题
《材料科学基础》复习思考题第一章：材料的结构空间点阵、晶格、晶胞配位数致密度共价键离子键金属键组元合金、相、固溶体中间相间隙固溶体置换固溶体固溶强化第二相强化。
1、材料的键合方式有四类，分别是（），（），（），（）2、三种常见的金属晶格分别为（），（）和（）。
3体心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有体心立方晶格的常见金属有（）。
4、面心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有面心立方晶格的常见金属有（）。
5、密排六方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），具有密排六方晶格的常见金属有（）。
6、合金的相结构分为两大类，分别是（）和（）。
7、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（）和（），按照固溶度分为（）和（），按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为（）和（）。
8、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（）、（）、（）、（）。
9、金属化合物（中间相）分为以下四类，分别是（），（），（），（）。
三、作图表示出立方晶系（123）、（0）、（421）等晶面和[02]、[11]、[346]等晶向。
四、立方晶系的{111}晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注明各晶面的晶面指数。
五、体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（100）、（110）、（111）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。
六、已知面心立方晶格的晶格常数为a，试求出（100）、（110）、（111）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。
七、试从面心立方晶格中绘出体心正方晶胞，并求出它的晶格常数。
无机材料科学基础复习重点
第二章、晶体结构缺陷1缺陷的概念2、热缺陷（弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷）热缺陷是一种本征缺陷、高于0K就存在，热缺陷浓度的计算影响热缺陷浓度的因数：温度和热缺陷形成能（晶体结构）弗伦克尔缺陷肖特基缺陷3、杂质缺陷、固溶体4、非化学计量化合物结构缺陷（半导体）种类、形成条件、缺陷的计算等5、连续置换型固溶体的形成条件6、影响形成间隙型固溶体的因素7、组分缺陷（补偿缺陷）：不等价离子取代形成条件、特点（浓度取决于掺杂量和固溶度）缺陷浓度的计算、与热缺陷的比较幻灯片68、缺陷反应方程和固溶式9、固溶体的研究与计算写出缺陷反应方程T固溶式、算出晶胞的体积和重量T理论密度（间隙型、置换型）T和实测密度比较10、位错概念刃位错：滑移方向与位错线垂直，伯格斯矢量b与位错线垂直螺位错：滑移方向与位错线平行，伯格斯矢量b与位错线平行混合位错：滑移方向与位错线既不平行，又不垂直。
幻灯片7第三章、非晶态固体1熔体的结构：不同聚合程度的各种聚合物的混合物硅酸盐熔体的粘度与组成的关系2、非晶态物质的特点3、玻璃的通性4、Tg、Tf ,相对应的粘度和特点5、网络形成体、网络改变（变性）体、网络中间体玻璃形成的结晶化学观点：键强，键能6、玻璃形成的动力学条件（相变），3T图7、玻璃的结构学说（二种玻璃结构学说的共同之处和不同之处）8、玻璃的结构参数Z可根据玻璃类型定，先计算R,再计算X、Y 注意网络中间体在其中的作用。
9、硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别10、硼的反常现象幻灯片8第四章、表面与界面1表面能和表面张力，表面的特征2、润湿的概念、定义、计算；槽角、二面角的计算改善润湿的方法：去除表面吸附膜（提高固体表面能）、改变表面粗糙度、降低固液界面能3、表面粗糙度对润湿的影响4、吸附膜对润湿的影响5、弯曲表面的效应（开尔文公式的应用）6、界面的分类与特点7、多晶体组织8、粘土荷电的原因，阳离子交换序9、粘土与水的作用，电动电位及对泥浆性能的影响流动性，稳定性，悬浮性，触变性，可塑性10、瘠性料的悬浮与塑化泥浆发生触变的原因，改善方法幻灯片9第五章、相平衡1、相律以及相图中的一些基本概念相、独立组分、自由度等2、水型物质相图的特点（固液界线的斜率为负）3、单元系统相图中可逆与不可逆多晶转变的特点4、S iO2相图中的多晶转变（重建型转变、位移型转变）5、一致熔化合物和不一致熔化合物的特点6、形成连续固溶体的二元相图的特点（没有二元无变量点）7、相图应用幻灯片108、界线、连线的概念，以及他们的关系9、等含量规则、等比例规则、背向规则、杠杆规则、连线规则、切线规则、重心规则。
材料科学基础综合复习题
B、无扩散型相变 C、半扩散型相变 8、过冷奥氏体等温转变温度越低，所得组织的硬度（） A、越高 B、越低 C、变化不大 9、过冷奥氏体连续冷却，当冷却速度≤Vc 时，冷速越快，冷却 后所得硬度 （） A、越高 B、越低 C、有时高有时低 10、高分子链的几何形态可分为三种（） A、结晶型部分结晶型无定型 B、线型支链型体型 C、线型无定型体型 选择题（3） 1、T10 钢中的含碳量是（） A、0.1% B、1% C、10% 2、40CrNiMo 中，含碳量是（）
选择题（1） 1、塑料的使用状态为（） A、粘流态 B、玻璃态 C、高弹态 2、按用途分，40Cr 钢属于（） A、渗碳钢 B、调质钢 C、弹簧钢 3、40Cr 钢中，合金元素 Cr 的主要作用是（） A、提高淬透性，强化铁素体 B、提高淬透性和红硬性 C、提高硬度，耐磨性 4、按用途分，ZoCrMnTi 钢属于（） A、渗碳钢 B、调质钢 C、弹簧钢 5、ZoCrMnTi 钢中，加入 Ti 的主要目的是（） A、提高耐磨性 B、提高淬透性 C、细化晶粒 6、按用途分，60SiZMn 钢属于（）
2、在过冷奥氏体三种转变产物中，硬度由高到低依次是（） A、珠光体>贝氏体>马氏体 B、贝氏体> 马氏体>珠光体 C、马氏体>贝氏体>珠光体 3、片状珠光体的性能主要取决于片层间距，片层间距越小，（） A、强度、硬度越低，塑性越好； B、强度、硬度越高，塑性越低； C、强度、硬度越高，塑性越好； 4、同种钢，片状珠光体与粒状珠光体比较，片状珠光体的（）A、 强度、硬度高，塑性、韧性差；B、强度、硬度低，塑性、韧性 好； C、强度、硬度高，塑性、韧性好； 5、下贝氏体与上贝氏体比较，下贝氏体的（） A、硬度高，强度高，韧性好； B、硬度高，强度高，韧性差； C、硬度低，强度低，韧性好； 6、马氏体具有高硬度、高强度的主要原因是（） A、固溶强化相变强化时效强化 B、固溶强化细晶强化淬火应力大 C、细晶强化位错强化淬火应力大 7、按相变过程中，形核和长大特点分，马氏体转变属于（） A、扩散型相变
材料科学基础复习资料
1、鲍林规则：鲍林根据已测定的晶体结构数据和晶格能公式所反映的关系，提出的判断离子化合物结构稳定性的规则，共包含五条规则。
2、晶体：质点在三维空间作有序排列的固体晶胞：是晶体结构中的最小单元。
3、晶子学说：玻璃结构是一种不连续的原子集合体，即无数“微晶”分散在无定形介质中。
无规则网络学说：玻璃的结构与相应的晶体结构相似，同样形成连续的三维空间网络结构。
但玻璃的网络与晶体的网络不同，玻璃的网络是不规则的、非周期性的4、扩散型相变：在相变时，依靠原子或离子的扩散来进行的相变。
非扩散型相变：相变过程不存在原子离子的扩散，或虽存在扩散但不是相变所必须的或不是主要过程的相变。
5、热缺陷：也称本征缺陷，指由热起伏的原因所产生的空位和间隙质点。
杂质缺陷：也称组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷。
6、点缺陷：亦称为零维缺陷，缺陷尺寸为原子大小数量级，包括空位、间隙原子、杂质原子和色心等。
线缺陷：亦称一维缺陷或位错，是指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，包括棱位错和螺形位错；7、烧结：一种或多种固体粉末经过成型，在加热到一定温度后开始收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体，这个过程叫烧结。
固相反应：固体直接参与反应并起化学变化，同时至少在固体内部或外部的一个过程中起控制作用。
8、肖特基缺陷：质点由表面位置迁移到新的表面位置，在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位，其特征是正负离子空位成比例出现。
弗伦克尔缺陷：质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙质点成对出现。
9、硼反常现象：当数量不多的碱金属氧化物同氧化硼一起熔融时，碱金属所提供的氧不象熔融玻璃中作为非桥氧出现在结构中，而是使硼氧三角体转变为桥氧组成的硼氧四面体，致使玻璃从原来两度空间的层状结构转变为三度空间的架状结构，从而加强了网络结构，并使玻璃的各种物理性能变好。
这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反，所以称之为硼反常现象10、均匀成核：晶核从均匀的单相熔体中产生的几率处处相同的成核过程。
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导论
材料科学是研究材料的结构、性质和应用的科学，是现代工程技术领域的基础学科。
它对于工程师和科学家在材料选择、设计和开发方面至关重要。
本篇文档将以复习资料的形式，对材料科学的基础知识进行系统梳理和总结。
第一章材料的结构与组成
1.1 原子结构与元素周期表
- 原子的组成：质子、中子和电子
- 元素周期表的基本结构和主要特征
- 元素周期表的分类：金属、非金属和半金属
1.2 结晶与非晶结构
- 结晶的概念和特征
- 结晶的晶体结构：离子晶体、共价晶体和金属晶体
- 非晶态材料的特点和应用
1.3 晶体缺陷
- 点缺陷：空位、间隙、杂质点等
- 线缺陷：位错、脆性断裂和塑性变形
- 面缺陷：晶界、孪晶和堆垛层错
第二章材料的物理性质
2.1 密度与晶体的结构密度
- 密度的概念和计算方法
- 晶格常数与密度的关系
2.2 热膨胀与晶体的结构变化
- 热膨胀的定义和计算方法
- 晶体结构变化对热膨胀的影响
2.3 热导率与导热机制
- 热导率的定义和计算方法
- 材料的导热机制：电子传导、晶格振动传导和辐射传导。
材料科学基础复习题第二部分
复习题（下）第六章空位与位错本章的主要内容：晶体中的缺陷，晶体缺陷的分类晶体缺陷的形成点缺陷：点缺陷的种类，点缺陷的形成，点缺陷的运动，点缺陷的平衡浓度，点缺陷对材料性能的影响位错：位错理论的起源：理论切变强度，位错学说位错的观察位错基本类型及特征：刃型位错，螺型位错，混合位错柏氏矢量：确定方法，柏氏矢量的模，实际晶体中的柏氏矢量，柏氏矢量的特性，位错密度外力场中作用在位错线上的力位错运动：滑移，攀移，派一纳力，混合位错的运动位错的弹性性质：直螺错的应力场，直刃错的应力场，混合直位错的应力场位错的应变能及位错线张力位错间的交互作用：两根平行螺位错的交互作用，两根平行刃位错的交互作用，位错的相互交截：螺型位错与螺型位错，刃错与刃错，螺错与刃错位错的塞积位错的增殖实际晶体中的位错：单位位错，堆垛层错，不全位错：肖克莱，弗兰克不全位错位错反应及汤普逊四面体位错与溶质原子的交互作用：弹性交互作用，柯垂尔气团，斯诺克气团，静电交互作用化学交互作用1 填空1 空位是热力学_______________的缺陷，而位错是热力学_____________的缺陷。
2 fcc晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_________________；bcc晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_________________;hcp晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_________________;fcc中Frank位错的柏氏矢量是___________。
3 一根柏氏矢量b=a/2<110>的扩展位错滑出晶体后，在晶体表面产生的台阶的高度为_____________________。
4 在某温度下，晶体中的空位数与点阵数的比值称为__________________。
2ξ为位错线单位矢量，b为柏氏矢量，则bξ=0时为_______位错，bξ=b时为________________位错，bξ =-b时为______________位错。
《材料科学基础》总复习(完整版)
《材料科学基础》上半学期内容重点第一章固体材料的结构基础知识键合类型（离子健、共价健、金属健、分子健力、混合健）及其特点；键合的本质及其与材料性能的关系，重点说明离子晶体的结合能的概念；晶体的特性（5个）；晶体的结构特征（空间格子构造）、晶体的分类；晶体的晶向和晶面指数（米勒指数）的确定和表示、十四种布拉维格子；第二章晶体结构与缺陷晶体化学基本原理：离子半径、球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体；典型金属晶体结构；离子晶体结构，鲍林规则（第一、第二）；书上表2－3下的一段话；共价健晶体结构的特点；三个键的异同点（举例）；晶体结构缺陷的定义及其分类，晶体结构缺陷与材料性能之间的关系（举例）；第三章材料的相结构及相图相的定义相结构合金的概念：固溶体置换固溶体（１）晶体结构无限互溶的必要条件—晶体结构相同比较铁（体心立方，面心立方）与其它合金元素互溶情况（表３－１的说明）（２）原子尺寸：原子半径差及晶格畸变；（３）电负性定义：电负性与溶解度关系、元素的电负性及其规律；（４）原子价：电子浓度与溶解度关系、电子浓度与原子价关系；间隙固溶体（一）间隙固溶体定义（二）形成间隙固溶体的原子尺寸因素（三）间隙固溶体的点阵畸变性中间相中间相的定义中间相的基本类型：正常价化合物：正常价化合物、正常价化合物表示方法电子化合物：电子化合物、电子化合物种类原子尺寸因素有关的化合物：间隙相、间隙化合物二元系相图：杠杆规则的作用和应用；匀晶型二元系、共晶（析）型二元系的共晶（析）反应、包晶（析）型二元系的包晶（析）反应、有晶型转变的二元系相图的特征、异同点；三元相图：三元相图成分表示方法；了解三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心定律的定义；第四章材料的相变相变的基本概念：相变定义、相变的分类（按结构和热力学以及相变方式分类）；按结构分类：重构型相变和位移型相变的异同点；马氏体型相变：马氏体相变定义和类型、马氏体相变的晶体学特点，金属、陶瓷中常见的马氏体相变（举例）（可以用许教授提的一个非常好的问题――金属、陶瓷马氏体相变性能的不同――作为题目）有序-无序相变的定义玻璃态转变：玻璃态转变、玻璃态转变温度、玻璃态转变点及其黏度按热力学分类：一级相变定义、特点，属于一级相变的相变；二级相变定义、特点，属于二级相变的相变；按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变（spinodal相变）按原子迁动特征分类：扩散型相变、无扩散型相变第5章 金属材料的显微结构特征一、纯金属的凝固及结晶1、结晶的热力学条件结晶后系统自由能下降。
《材料科学基础》期末复习
总复习
本章区别概念：
晶体与非晶体 • 空间点阵和晶体结构
相和组织
• 固溶体和中间相 间隙固溶体和置换固溶体 • 间隙固溶体和间隙化合物 间隙相和间隙化合物
• 电子化合物和正常价化合物
总复习
第三章 晶体缺陷
1、各类缺陷的认识（点、线、面缺陷定义和特征）。
2、点缺陷、Schottky空位、Frankel空位、间隙原子、置 换原子。点缺陷的特征、平衡浓度公式及应用。 3、线缺陷、位错、位错线、刃型位错、螺型位错、混合 型位错、柏氏矢量、位错运动、滑移、交滑移、双交滑移、 多滑移、攀移、交割、割价、扭折、塞积。 • 位错类型（刃型、螺型、混合型位错）的判断及其特征。 • 柏氏矢量的确定方法、特征及表示法。 • 位错线、柏氏矢量、位错运动与作用在位错上的力之间 的关系。
总复习
本章区别概念：
• 滑移、孪生 软位向，硬位向 • 几何硬化和几何软化 沉淀强化、弥散强化 • 纤维组织与带状组织 第一类残余应力 、第二类残余应力 、第三类残余应力 • 静态回复与动态回复 静态再结晶、动态再结晶 • 正常长大、异常长大 冷加工、热加工 • 重结晶、再结晶、二次再结晶
总复习
3、晶界与相界的类型、晶界的特性和作用（对材料性能的
影响）。
总复习
本章区别概念： • 刃型位错和螺型位错 交滑移和多滑移
• 滑移和攀移
割价、扭折
• 晶界、相界、孪晶界
小角度晶界、大角度晶界 • 共格相界、非共格相界、半共格相界
总复习
第四章 固体原子及分子的运动
1、固态金属扩散的条件及影响扩散的因素； 2、扩散定律（Fick第一、二定律）的方程、稳态扩散、非稳态扩散、 扩散通量。 扩散定律的内容和表达式、物理意义、适应条件。扩散定律的解及 应用，如：渗碳等； 3、迁移率、柯肯达尔效应、扩散激活能。 4、固相中原子扩散的各种机制（空位机制、间隙机制、换位机制、 晶界扩散机制。扩散的驱动力并用扩散理论分析实际问题。 5、扩散的分类、名称（区别，）；扩散、自扩散、互（异）扩散、 上坡扩散、下坡扩散；原子扩散、反应扩散；空位扩散、间隙扩散、换 位扩散、晶界扩散、表面扩散、短路扩散。 6、扩散系数及表达式（阿累尼乌斯方程）、影响扩散的因素。
材料科学基础复习资料
一：知识：1：晶面和晶向：晶面：（hkl）；晶向：[hkl]；2：对于能量和熵的判断：（1）：G=H-TS，高温主要考虑熵作用（熔化等），低温主要考虑能量作用（常温等），较高温度时综合考虑；（2）：分析：能量分为结合能和应变能。
结合能：可用简单立方系或平面正方点阵，观察过程前后键数量的变化（最近邻假设）；同时原子间距越小结合能越大（越稳定）。
应变能：“偏离平衡状态越远，应变能越高”，同时（同样偏离距离）压应变的数值高于拉应变。
熵：由S=KlnΩ，有：体系微观状态数越大，熵越高（应用此式说明时需注意过程前后体系物质种类及数量不能变化）；可用排列组合比较Ω。
一般情况可直观感觉，体系越无序，所受的限制越少，熵越大。
3：“属+种差”：对于词汇“ABC”：C是主要成分，A、B是对C的修饰。
第一章问题P7-1：已知α-Fe的密度为7.8，其晶胞是立方的，每个晶胞中原子个数为2，求点阵常数。
【】2：在一个晶胞内，画出（123）、（101）、（021）、（111）和[111]、[212]、[301]、[231]。
【】3：根据立方系夹角公式，计算以下界面的夹角：（111）与（111）；（110）和(111)。
【】5：有一个反派角色问了该问题：（e π2）晶面该怎么画？如何看待他的问题？答：这个晶面只能近似地作出……但是不必考虑这个问题，因为高指数晶面没有意义。
之所以无意义，是因为高指数晶面上的原子间距离很远，相互作用可忽略不计，没有研究价值。
6：说明面心立方中（111）面间距最大，而体心立方中（110）面间距最大。
【】P91：铜的密度为8.9，铝为2.7（8.9/2.7=3.3），但两者的原子量之比为63.5/27=2.35。
请问两个比值不同说明了什么？（铜和铝结构相同）【】2：画出fcc（111）晶面和bcc（110）晶面的原子分布图。
【】4：已知金刚石中C-C键长为0.155nm，求其密度。
【】6：金刚石强度远高于石墨，但熔点却低于石墨。
材料科学基础2复习题及答案
材料科学基础2复习题及答案材料科学基础2复习题及部分参考答案一、名词解释1、再结晶：指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。
2、交滑移：在晶体中，出现两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移。
3、冷拉：在常温条件下，以超过原来屈服点强度的拉应力，强行拉伸聚合物，使其产生塑性变形以达到提高其屈服点强度和节约材料为目的。
（《笔记》聚合物拉伸时出现的细颈伸展过程。
）4、位错：指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。
（《书》晶体中某处一列或者若干列原子发生了有规律的错排现象）5、柯氏气团：金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位置有差别）,形成所谓的“柯氏气团”。
（《书》溶质原子与位错弹性交互作用的结果，使溶质原子趋于聚集在位错周围，以减小畸变，降低体系的能量，使体系更加稳定。
）6、位错密度：单位体积晶体中所含的位错线的总长度或晶体中穿过单位截面面积的位错线数目。
7、二次再结晶：晶粒的不均匀长大就好像在再结晶后均匀、细小的等轴晶粒中又重新发生了再结晶。
8、滑移的临界分切应力：滑移系开动所需要的最小分切应力。
（《书》晶体开始滑移时，滑移方向上的分切应力。
） 9、加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象，又称冷作硬化。
（《书》随塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象。
）10、热加工：金属铸造、热扎、锻造、焊接和金属热处理等工艺的总称。
（《书》使金属在再结晶温度以上发生加工变形的工艺。
）11、柏氏矢量：是描述位错实质的重要物理量。
反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总积累。
（《书》揭示位错本质并描述位错行为的矢量。
）反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量。
12、多滑移：晶体的滑移在两组或者更多的滑移面（系）上同时进行或者交替进行。
材料科学基础复习(总结) 2
固体结构(一) 原子结构与键合原子结构(元素的核外电子分布)原子间的键合☆金属键：掌握金属的电子结构特征，金属键的特征，懂得用上述内容解释金属的特有的性能⊙金属键（Metallic bonding）(一次键)典型金属原子结构：最外层电子数很少，即价电子（valence electron）极易挣脱原子核之束缚而成为自由电子（Free electron），形成电子云（electron cloud）金属中自由电子与金属正离子之间构成键合称为金属键特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性，形成低能量密堆结构性质：良好导电、导热性能，延展性好☆离子键：键合特点和离子晶体的特点⊙离子键（Ionic bonding)(一次键)特点：以离子而不是以原子为结合单元，要求正负离子相间排列，且无方向性，无饱和性性质：熔点和硬度均较高，良好电绝缘体(熔融状态可导电)☆共价键：键合特点和共价晶体的特点⊙共价键（covalent bonding）(一次键)亚金属（C、Si、Sn、Ge），聚合物和无机非金属材料实质：由二个或多个电负性差不大的原子间通过共用电子对而成特点：饱和性配位数较小，方向性（s电子除外）性质：熔点高、质硬脆、导电能力差(二) 固体结构☆晶体结构的基本特征：原子（或分子）在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序懂得下列名词的含义：☆空间点阵：这些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。
☆阵点：为了便于分析研究晶体中质点的排列规律性，可先将实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体并简化，将其中每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点。
☆晶胞：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。
☆简单晶胞：晶胞中的阵点数为一。
☆复合晶胞：晶胞中的阵点数大于一。
晶体结构与空间点阵的关系：1.同一空间点阵可因选取晶胞的方式不同而得出不同的晶胞；2.○1空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，它只能有14中类型；○2晶体结构则是晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，因此，实际存在的晶体结构是无限的。
胡赓祥第三版材料科学基础知识总结与复习答案
胡赓祥第三版材料科学基础知识总结与复习答案1. 金属的结构和性质金属的结构由晶格和晶界组成。
晶格是由金属原子按照一定的排列规律形成的三维结构，晶界是相邻晶粒之间的边界。
金属的性质受晶格结构和晶界的影响。
2. 金属的热处理金属的热处理包括退火、正火、淬火和回火等。
退火可改善金属的塑性和韧性，正火可提高金属的硬度和强度，淬火可使金属具有高硬度和高强度，回火可降低金属的脆性。
3. 金属的腐蚀与防护金属在环境中容易发生腐蚀，腐蚀会导致金属的性能下降。
常见的金属腐蚀方式包括电化学腐蚀、化学腐蚀和物理腐蚀。
为了防止金属腐蚀，可以采取防护措施，如涂层保护、金属合金化等。
4. 金属的力学性能金属的力学性能包括强度、韧性、硬度和塑性等。
强度指金属抵抗外力的能力，韧性指金属在受力下发生塑性变形的能力，硬度指金属抵抗划伤的能力，塑性指金属在受力下发生永久形变的能力。
5. 金属的疲劳与断裂金属在长期受到交变载荷作用下容易发生疲劳破坏，疲劳破坏是由于金属内部微小缺陷的逐渐扩展导致的。
金属的断裂是指在受到过大载荷作用下金属突然破裂。
为了预防金属的疲劳与断裂，可以采取措施如降低应力集中、提高材料的强度等。
6. 陶瓷材料的结构和性能陶瓷材料是由非金属元素形成的晶体结构，其特点是硬度高、耐磨损、耐高温等。
陶瓷材料的性能受晶体结构和晶界的影响。
7. 高分子材料的结构和性能高分子材料是由大量重复单元组成的聚合物，其特点是轻质、柔软、绝缘等。
高分子材料的性能受分子结构和分子链的影响。
8. 复合材料的结构和性能复合材料由两种或两种以上不同材料组成，通过界面连接形成整体性能。
复合材料的性能受组分材料、界面结构和相互作用的影响。
9. 材料的选型与设计材料的选型与设计需要考虑材料的性能、用途要求、成本等因素。
根据具体要求选择合适的材料，进行设计和优化。
10. 材料的制备与加工材料的制备与加工包括原材料的提取、合成和加工成形等过程。
不同材料需要采用不同的制备和加工方法。
材料科学基础习题及参考答案复习过程
材料科学基础习题及参考答案复习过程材料科学基础习题及参考答案材料科学基础参考答案材料科学基础第⼀次作业1.举例说明各种结合键的特点。
⑴⾦属键：电⼦共有化，⽆饱和性，⽆⽅向性，趋于形成低能量的密堆结构，⾦属受⼒变形时不会破坏⾦属键，良好的延展性，⼀般具有良好的导电和导热性。
⑵离⼦键：⼤多数盐类、碱类和⾦属氧化物主要以离⼦键的⽅式结合，以离⼦为结合单元，⽆⽅向性，⽆饱和性，正负离⼦静电引⼒强，熔点和硬度均较⾼。
常温时良好的绝缘性，⾼温熔融状态时，呈现离⼦导电性。
⑶共价键：有⽅向性和饱和性，原⼦共⽤电⼦对，配位数⽐较⼩，结合牢固，具有结构稳定、熔点⾼、质硬脆等特点，导电能⼒差。
⑷范德⽡⽿斯⼒：⽆⽅向性，⽆饱和性，包括静电⼒、诱导⼒和⾊散⼒。
结合较弱。
⑸氢键：极性分⼦键，存在于HF，H2O，NF3有⽅向性和饱和性，键能介于化学键和范德⽡尔斯⼒之间。
2.在⽴⽅晶体系的晶胞图中画出以下晶⾯和晶向：（1 0 2）、（1 1 -2）、（-2 1 -3），[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。
(213)(112)(102)[111][110][120][321]3. 写出六⽅晶系的{1 1 -20}，{1 0 -1 2}晶⾯族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶⾯及等价晶向的具体指数。
{1120}的等价晶⾯：(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210) {1012}的等价晶⾯：(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)2110<>的等价晶向：[2110][1210][1120][2110][1210][1120] 1011<>的等价晶向：[1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011]4⽴⽅点阵的某⼀晶⾯（hkl ）的⾯间距为M /，其中M 为⼀正整数，为晶格常数。
材料科学基础 复习题
材料科学基础复习题材料科学基础复习题介绍一、填空题1.材料科学的核心问题是结构和性能之间的关系。
材料的结构是理解和控制性能的中心环节，结构的最微细水平是原子结构，第二个水平是原子排列方式，第三个水平是显微组织。
2.根据材料的性能特点和用途，材料分为结构材料和功能材料。
根据原子间的键合特性，材料可分为四类：金属、陶瓷、聚合物和复合材料。
第一章材料的原子结构一、填空1.金属材料中原子结合以金属键为主，陶瓷材料（无机非金属材料）以共价键和离子键是主要的键，而高分子材料主要是共价键、氢键和范德华键。
第二章材料的结构一、填空1、晶体是基元（原子团）以周期性重复方式在三维空间作有规则的排列的固体。
2、晶体与非晶体的最根本区别是晶体原子排布长程有序，而非晶体是长程无序短程有序。
3.晶胞是晶体结构中最小的单元。
4、根据晶体的对称性，晶系有三大晶族，七大晶系，十四种布拉菲bravais点阵，三十二种点群，230种空间群。
5.常见的金属晶格类型有体心立方、面心立方和紧密排列的六边形。
6.FCC晶体最紧密排列的方向是<110>，最紧密排列的表面是{111}，最紧密排列的表面的堆叠顺序是ABCABC。
7、fcc晶体的致密度为0.74，配位数为12，原子在（111）面上的原子配位数为6。
8.BCC晶体最紧密排列的方向为<111>，最紧密排列的表面为{110}，密度为0.68，配位数为8。
9、晶体的宏观对称要素有对称点、对称轴、对称面。
10.CSCL型结构属于简单立方晶格，NaCl型结构属于面心立方晶格，CaF2型结构属于面心立方格子。
11.MgO晶体为NaCl型结构，对称型为3l44l36l29pc，晶系为高级晶系，晶系为立方晶系，晶体键型为离子键。
12、硅酸盐晶体结构中的基本结构单元是硅氧四面体[sio4]。
13.几种硅酸盐晶体的复合阴离子为[Si2O7]6-，[si2o6]4-，[si4o10]4-，[alsi3o8]1-。
材料科学基础复习.
积
第三章 典型金属晶体结构
基本参数
点阵常数
fcc
2 R a 4
bcc
3 R a 4
1/ 8 8 1 2
hcp
R 1 a 2
晶胞内原子数 1 / 8 8 1 / 2 6 4 配位数 致密度 最近原子间距
12 0.74 8
1 / 6 12 1 / 2 2 3 6
材料科学基础复习
2019/4/14
第一章 原子结构与键合
◆ 原子的电子结构 核外电子排布规律：能量最低原理、泡利（ Pauli ）不 相容原理、洪德（ Hund ）法则。 要求： 熟悉且能写出一般 元素的核外电子排布式。如C、O、N、Na、Mg、Al等。 ◆ 原子间的键合
物理键：范德华力、氢键
主要依靠原子间的偶极吸引力结合 化学键：金属键、离子键、共价键（极性和非极性）
2
2
2
2019/4/14
第四章 晶体缺陷
例：
b1 a[100]
a b 2 [101] 2
b1 a
a b2 2
1 0 0 a
1
2
2
2
2
0
2
1
2
2 a 2
a b 2 [101] 2
b1 a[100]
第四章 晶体缺陷
根据位错理论的提出背景，当位错受到力的作用时，会 发生运动。
扩散的热力学理论
第五章 固体材料中的扩散
诱发原因：
1）弹性应力场的作用：应力梯度抵消了浓度梯度。 2）电场、磁场的作用：电场、磁场对带电粒子的运动产生影响。
3）晶界内吸附作用：溶质原子向晶界偏聚。
4）调 幅 分 解：典型的化学位梯度与浓度梯度方向相反。
材料科学基础复习题答案
材料科学基础复习题答案2.为什么细金化能提高材料的强度和断裂韧性？答：因为晶粒平均直径越小，位错源到晶界的距离越小，所塞积的位错数目越少，所引起的应力集中不严重。
此外，晶粒平均直径较小时，与应力集中作用半径差不多，可使晶内与晶界附近的应力度相差不大，使变形更均匀，因应力集中产生的裂纹机会少，故细金化能提高材料的强度和断裂韧性。
4.晶体、非晶体、准晶体的异同？答：晶体：长程有序，短程有序；非晶体：长程无序，短程有序；准晶体材料：长程有序不完善，短程有序；不能平移。
5.影响晶体生长形态的外因？（简答型）答：温度、杂质、涡流、黏度、结晶速度、晶体析出先后次序、地质条件。
8.晶体的缺陷有哪些？以及各种缺陷对晶体性能的影响？（简答型，或扩展为阐述分析型大题）答：（1）点缺陷、线缺陷和面缺陷。
（2）如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。
因此，无论点缺陷、线缺陷和面缺陷都会造成晶格畸变，从而使晶体强度增加。
同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。
1．在立方系中，晶面族{123}中有24组平面，晶面族{100}中有3组平面。
2．获得高能量的原子离开原来的平衡位置，进入其它空位或迁移至晶界或表面，形成肖脱基空位。
如果离位原子进入晶体间隙，形成费仑克尔空位。
11．金属的热变形是指金属材料在再结晶温度以上的加工变形，在此过程中，金属内部同时进行着加工硬化和回复再结晶软化两个过程。
12. 扩散的驱动力是化学位梯度；再结晶的驱动力为冷变形所产生的储存能的释放；再结晶后晶粒的长大的驱动力是：晶粒长大前后的界面能差，纯金属结晶的驱动力是温度梯度。
15．材料的结合方式有原子键、离子键、金属键和范德华力四种化学键结合方式。
17. 刃型位错的柏氏矢量b与位错线t互相垂直，刃型位错移动的方向与b 方向一致。
材料科学基础复习试题（卷）和部分答案解析
材料科学基础复习试题（卷）和部分答案解析单项选择题：第1章原⼦结构与键合1.⾼分⼦材料中的C-H化学键属于。
（A）氢键（B）离⼦键（C）共价键2.属于物理键的是。
（A）共价键（B）范德华⼒（C）离⼦键3.化学键中通过共⽤电⼦对形成的是。
（A）共价键（B）离⼦键（C）⾦属键第2章固体结构4.以下不具有多晶型性的⾦属是。
（A）铜（B）锰（C）铁5.fcc、bcc、hcp三种单晶材料中，形变时各向异性⾏为最显著的是。
（A）fcc （B）bcc （C）hcp6.与过渡⾦属最容易形成间隙化合物的元素是。
（A）氮（B）碳（C）硼7.⾯⼼⽴⽅晶体的孪晶⾯是。
（A）{112} （B）{110} （C）{111}8.以下属于正常价化合物的是。
（A）Mg2Pb （B）Cu5Sn （C）Fe3C第3章晶体缺陷9.在晶体中形成空位的同时⼜产⽣间隙原⼦，这样的缺陷称为。
（A）肖特基缺陷（B）弗仑克尔缺陷（C）线缺陷10.原⼦迁移到间隙中形成空位-间隙对的点缺陷称为。
（A）肖脱基缺陷（B）Frank缺陷（C）堆垛层错11.刃型位错的滑移⽅向与位错线之间的⼏何关系是？（A）垂直（B）平⾏（C）交叉12.能进⾏攀移的位错必然是。
（A）刃型位错（B）螺型位错（C）混合位错13.以下材料中既存在晶界、⼜存在相界的是（A）孪晶铜（B）中碳钢（C）亚共晶铝硅合⾦14.⼤⾓度晶界具有____________个⾃由度。
（A）3 （B）4 （C）5第4章固体中原⼦及分⼦的运动15.菲克第⼀定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随变化。
（A）距离（B）时间（C）温度16.在置换型固溶体中，原⼦扩散的⽅式⼀般为。
（A）原⼦互换机制（B）间隙机制（C）空位机制17.固体中原⼦和分⼦迁移运动的各种机制中，得到实验充分验证的是（A）间隙机制（B）空位机制（C）交换机制18.原⼦扩散的驱动⼒是。
（4.2⾮授课内容）（A）组元的浓度梯度（B）组元的化学势梯度（C）温度梯度19.A和A-B合⾦焊合后发⽣柯肯达尔效应，测得界⾯向A试样⽅向移动，则。
《材料科学基础》期末复习试题B及答案
《材料科学基础》第二学期试题B及答案一、名词解释（每小题3分。
共30分）晶界内吸附交滑移：上坡扩散：纤维组织：枝晶偏析：伪共晶组织：重心法则：配位数：致密度：晶带二、答题（每小题10分、共50分）1.在一个面心立方晶系的晶胞中画出晶面（III）和（112）,并写出两晶面交线的晶向指数。
2.位错反应的条件是什么？判断下列反应能否进行（1） a [100] —>a∕2 [111] + a/2 [111] （2） a/2[101] ÷ a /6 [121] —> a [111]3.试推导菲克第二定律4.试述柯氏气团理解释低碳钢存在屈服平台现象5.简答液一固界面的类型及晶体生长的方式三、默画Fe-FeCs相图，并分析0∙.5%C合金的平衡凝固过程，计算在室温其平衡组织组成的重量分数和想组成的重量分数（20）材料科学基础(2002~2003)学年第二学期试题B答案要点：一、名次解释晶界内吸附：少量杂质或合金元素在晶体内部的分布是不均匀的，常偏聚于晶界交滑移：螺位错，在一滑移面运动受阻，转到另一滑移面上继续滑移。
上坡扩散：扩散物质由浓度低处向浓度高处进行的扩散。
纤维组织：晶粒及加杂物沿受力方向呈条带状态分布。
枝晶偏析：在非平衡凝固条件下，若固溶体以树枝状结晶并长大，则枝干与枝间会出现成分差别，称为工伪共晶组织：非平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的合金也可能全部转变为共晶组织，这种非共晶成分的共晶组织，称为1重心法则：处于三者相平衡的合金，其成分必位于共扼三角形重心位置。
配位数：晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数晶带：相交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合2.反应条件：1).几何条件：Σb∕Eb后2).能量条件：∑b?前〉∑b?后(1)几何条件满足；能量条件：Zb?前=金)2 [(1)沁沁。
=/ , ©分)∑b2β= (1) 2 [12+12÷12]+ (p2 [I2 +(-1) 2+(-1)。
材料科学基础复习
正常价化合物
正常价化合物是指符合化合物 原子价规律的金属间化合物。它 们具有严格的化合比，成分固定 不变。
它的结构与相应分子式的离子 化合物晶体结构相同，如分子式 具有AB型的正常价化合物其晶体 结构为NaCl型。
如：价电子浓度（e/a）： 3/2 — 体心立方（ 相）； 7/4 — 密排 六方晶格（ 相）；21/13 — 复杂立方（ 相）；
电子化合物的熔点和硬度都很高，而塑性较差，是有 色金属中的重要强化相。
间隙相
当非金属原子半径（rX）与金属原子半径（rM）的比值 rX/rM<0.59时，将形成具有简单晶体结构的金属间化合物， 称为间隙相。
[u v w] 晶带轴 （h k l） 晶带面
晶带
线性与平面原子密度
线原子密度：在特定的晶向上，线矢量通过原子中心，2 个原子中心间的线段长度为l，此线段中包含的原子部分 的尺寸为c， c / l为线原子密度（LD）。
面原子密度：在特定的晶面上，晶面通过原子中心，由几 个原子中心构成的平面的面积Ap，此平面中包含的原子部 分的面积Ac， Ac / Ap为面原子密度（PD）。
电子浓度: 合金中价电子数目与原子数目的比值，即e/a
e/aA(100x)Bx 100
A，B分别为溶剂、溶质的原子价，x为溶质的原子分数（%）
固溶体
定义：溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶剂元素的 晶格类型,这种类型的合金相称为固溶体。 固溶体种类：根据溶质原子在溶剂中的位置，可分为置换式 （Substitutive）固溶体与间隙式（Interstitial）固溶体。
间隙固溶体
当溶质原子半径小，与溶剂原子半径差 r>41% 时，溶质原子可能进入溶剂晶格间隙中 形成间隙固溶体
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2013-7-26
2013-7-26
复习
• 达肯（Darken）在1948年对柯肯达尔作了表象的解析
x1 v ( D1 D2 ) x x2 v ( D1 D2 ) x
或
式中x1和x2分别表示组元1和组元2地摩尔分数。由上 式可知，当组元1和组元2地扩散系数D1和D2相同时， 标记飘移速度为零。
2013-7-26
复习
扩散的热力学分析
扩散的驱动力是化学势梯度
当
F
i x
(1
ln ri ) 0 时，D>0，为“下坡”扩散 ln xi
时，D<0，为“上坡”扩散
当 (1
ln ri )0 ln xi
2013-7-26
课堂练习
在Cu和Sn（Cu的熔点高于Sn）组成的扩散偶中， 根据达肯公式说明在高温扩散中标记面移动的起 因和移动方向（结合图示说明）。
2013-7-26
复习
~ D D1 x2 D2 x1
达肯引入互扩散系数 D ，得出置换固溶体中的组元仍 具有菲克第一定律的形式：
~
d 1 ， dx d 2 J2 D ， dx J1 D
，
x1 ( x2 ) 0, x2 ( x1 ) 1, D D1 ( D2 )
复习二
置换型固溶体中的扩散
T=785℃
Kirkendall效应
Cu
Cu+30%Zn
这种由于Cu、Zn不同的扩散速率导致钼丝移动的现象叫 柯肯达尔效应。相同的现象也出现在Ag-Au，Ag-Cu， Au-Ni ，Cu-Al等扩散偶中。
2013-7-26
复习
Kirkendall效应支持了空位机制
根据源焊接面与标记面的相对位置,我们就能确定哪种 元素扩散速率大,并可确空洞形成在哪一侧,反之亦然。
在稀薄固溶体中，互扩散系数接近原子本征扩散系数
2013-7-26
复习
扩散系数D与浓度相关时的求解
D ห้องสมุดไป่ตู้1
1 1 dx xd 2t d =1 0
，
0
0
1 0 d 0 xd 0 t
。
上式表明，在x＝0平面两侧组元的扩散通量相等，方向相反， 此时扩散的净通量为零，也就是俣野面两侧的影线面积相等。