(完整版)厦大材料科学基础知识点总结

第一章原子结构和键合

原子中一个电子的空间和能量的描述

（1）主量子数ni：决定原子中电子能量和核间平均距离，即量子壳层，取正整数K、L、M、N、O、P、Q

（2）轨道动量量子数li：给出电子在同一量子壳层内所处的能级（电子亚层），与电子运动的角动量有关，s，p，d，f

（3）磁量子数mi：给出每个轨道角动量数或轨道数，决定原子轨道或子云在空间的伸展方向

（4）自旋角动量量子数si：表示电子自旋的方向，取值为+1/2 或-1/2

核外电子的排布规律

（1）能量最低原理：电子总是占据能量最低的壳层，使体系的能量最低。而在同一电子层，电子依次按s,p,d,f的次序排列。

（2）Pauli不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全一样的两个电子。因此，主量子数为n的壳层，最多容纳2n2电子。

（3）Hund原则：在同一个亚能级中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋方向相同。

原子间的键（见作业）

第二章固体结构

晶体结构的基本特征：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。性能上两大特点：（1）固定的熔点；（2）各向异性

空间点阵的概念将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点（阵点）即可得到一个由无数几何点在三维空间排列成规则的阵列—空间点阵特征：每个阵点在空间分布必须具有完全相同的周围环境

晶胞：代表性的基本单元（最小平行六面体）

选取晶胞的原则：

Ⅰ)选取的平行六面体应与宏观晶体具有同样的对称性；

Ⅱ）平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；

Ⅲ）当平行六面体的棱角存在直角时，直角的数目应最多；

Ⅳ）在满足上条件，晶胞应具有最小的体积。

晶体结构与空间点阵的区别：

空间点阵是晶体中质点的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各点阵的周围环境相同，只有14种。

晶体是指晶体中实际质点（原子、离子和分子）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。

晶带

所有相交于某一晶向直线或平行于此直线的晶面构成一个“晶带”。此直线称为晶带轴，所有的这些晶面都称为共带面。晶带轴[u v w]与该晶带的晶面（h k l）之间存在以下关系

hu＋kv＋lw＝0 ————晶带定律

凡满足此关系的晶面都属于以[u v w]为晶带轴的晶带

配位数：晶体界结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数

致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分比

三种晶体结构中的原子的密排面和密排方向fcc：{1 1 1}<110> ABCABCABC······bcc：{110} <111> hcp: {0001} <1120> ABABABAB······

多晶型性

有些固态金属在不同的温度和压力下具有不同的晶体结构即具有多晶型性，转变的产物称为同素异构体。由于不同晶体结构的致密度不同，当金属由一种晶体结构变为另一种晶体结构时，将伴随有质量体积的跃变即体积的突变

合金相结构

合金: 是指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。

组元: 组成合金的基本的独立的物质。组元可以是金属和非金

属元素，也可以是化合物。

相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶剂原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。

影响合金相性质的主要因素：（1）电化学因素；（2）原子尺寸因素；（3）电子浓度因素

置换固溶体：当溶质原子溶人溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点

阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子

影响溶解度的主要因素

晶体结构：晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件。

原子尺寸因素：原子半径差小于15%，易形成溶解度较大的固溶体。

化学亲和力（电负性）：原子间的化学亲和力愈强，易形成化合物，不易形成固溶体。

原子价因素：溶质原子价的影响实质是“电子浓度”所决定的。电子浓度=合金中价电子数目与原子数目的比值。

间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体

中间相：中间相可以是化合物，也可以是以化合物为基的固溶体（第二类固溶体或称二次固溶体）。中间相通常可用化合物的化学分子式表示。大多数中间相中原子间的结合方式属于金属键与其他典型键（如离子键、共价键和分子键）相混合的一种结合方式。因此，它们都具有金属性。分类：

1.正常价化合物

2.电子化合物

3.原子尺寸因素有关的化合物

1. 正常价化合物

在元素周期表中，一些金属与电负性较强得ⅣA、ⅤA、ⅥA族得一些元素按照化学上得原子价规律所形成的化合物

基本类型：A2B（或AB2)、A3B2

正常价化合物与组元间电负性的关系：

电负性差越小，化合物越不稳定，越趋于金属键结合

电负性差越大，化合物越稳定，越趋于离子键结合

2.电子化合物

特点：电子浓度是决定晶体结构的主要因素。相同的电子浓度具有相同的晶体结构类型。

电子浓度为21/12的电子化合物称为ε相，具有密排六方结构

电子浓度为21/13的电子化合物称为γ相，具有复杂立方结构

电子浓度为21/14的电子化合物称为β相，具有体心立方结构

固溶体的性质

和纯金属相比，由于溶质原子的溶入导致固溶体的点阵常数

改变，产生固溶强化及力学性能、物理和化学性能产生了不同

程度的变化

1).具有超导性质的金属间化合物，如Nb3Ge，Nb3Al，Nh3Sn，V3Si，NbN

等；

2).具有特殊电学性质的金属间化合物，如InTe-PbSe，GaAs-ZnSe等在半导

体材料用；

3).具有强磁性的金属间化合物，如稀土元素（Ce，La，Sm，Pr，Y等）和

Co的化合物，具有特别优异的永磁性能；

4).具有奇特吸释氢本领的金属间化合物（常称为贮氢材料），如LaNi5，

FeTi，R2Mg17和R2Ni2Mg15。(R等仅代表稀土La，Ce，Pr，Nd或混合稀

土）是一种很有前途的储能和换能材料；

5).具有耐热特性的金属间化合物，如Ni3Al，NiAl，TiAl，Ti3Al，FeAl，Fe3Al，MoSi2，NbBe12。ZrBe12等不仅具有很好的高温强度，并且，在高温下具有比较好的塑性；

6).耐蚀的金属间化合物，如某些金属的碳化物，硼化物、氨化物和氧化物等在侵蚀介质中仍很耐蚀，若通过表面涂覆方法，可大大提高被涂覆件的耐蚀性能；

7).具有形状记忆效应、超弹性和消震性的金属间化合物，如TiNi，CuZn，CuSi，MnCu，Cu3Al等已在工业上得到应用

离子晶体的结构规则

1.负离子配位多面体规则，离子晶体中，正离子的配位数通常为4和6，但也有少数为3，8，12

2.电价规则，在一个稳定的离子晶体结构中，每个负离子的电价Z-等于或接近等于与之相邻接的各正离子静电强度S 的总和。这就是鲍林第二规则，也称电价规则

3.负离子多面体共用顶、棱和面的规则，鲍林第三规则指出：“在一配位结构中，共用棱特别是共用面的存在，会降低这个结构的稳定性

4.不同种类正离子配位多面体间连接规则，鲍林第四规则认为："在含有一种以上正负离子的离子晶体中，一些电价较高，配位数较低的正离子配位多面体之间，有尽量互不结合的趋势。“

5.节约规则鲍林第五规则指出："在同一晶体中，同种正离子与同种负离子的结合方式应最大限度地趋于一致。"因为在一个均匀的结构中，不同形状的配位多面体很难有效堆积在一起。

离子晶体按其化学组成分为二元化合物和多元化合物

硅酸盐的晶体结构

硅酸盐晶体是构成地壳的主要矿物，它们也是制造水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料的主要原料。硅酸盐的成分复杂，结构形式多种多样。但硅酸盐的结构主要由三部分组成，一部分是由硅和氧按不同比例组成的各种负离子团，称为硅氧骨干，这是硅酸盐的基本结构单元，另外两部分为硅氧骨于以外的正离子和负离子

1、孤岛状硅酸盐