材料概论知识点总结

材料概论知识点总结1.材料学纲要结合键离子键、共价键、金属键（化学键）、分子键和氢键1）几种结合键的区别？离子键是以正负离子间的相互作用力形成的结合。

离子键材料由两种以上的电负性相差很大的原子构成。

离子晶体的特性：（1）离子晶体是最密堆积的面心立方或六方密填结构，离子晶体的这种结构特征体现了离子键的各向同性。

（2）对可见光透明，吸收红外波长。

离子震动能级吸收。

共价键不易失去价电子的原子倾向于与邻近原子共有价电子、成为8电子稳定结构。

共价键以拉手结合。

金属键具有方向性，价电子位于共价键附近的几率高于其他处。

共价键形成的条件：原子具有相似的电负性、价电子之和为8。

共价键材料的特性：（1）高硬度、高熔点、导电性差、低膨胀系数，这体现了共价键是强化和键。

（2）性脆，延展性很差，这体现了共价键的方向性。

陶瓷和聚合物；或完全、或部分是共价键。

金属键金属原子失去价电子成为正离子、价电子成为自由电子，离子骨架浸泡在电子的海洋。

本质：是离子、电子间的库仑相互作用。

特性：无方向性，不易被破坏。

使金属具有良好的延展性和导电性，是良好的导体。

分子键由分子之间的作用力（范德华力）而形成的，由于分子键很弱，故结合成的晶体具有低熔点、低沸点、低硬度、易压缩等特性。

氢键氢原子与电负性大的原子X以共价键结合，若与电负性大、半径小的原子Y（O F N等）接近，在X与Y之间以氢去为媒介，生成X-H...Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，成为氢键。

1）结合键对材料性能的影响。

金属材料金属材料的结合键主要是金属键。

金属特性：导电性、导热性好；正电阻温度系数；好的延展性；金属光泽等。

陶瓷材料陶瓷材料是包含金属和非金属元素的化合物，其结合键主要是离子键和共价键，大多数是离子键。

离子键赋予陶瓷相当高的稳定性，所以陶瓷材料通常具有极高的熔点和硬度，但同时陶瓷材料的脆性也很大。

高分子材料高分子材料的结合键是共价键、氢键和分子键。

其中，组成分子的结合键是共价键和氢键，而分子间的结合键是范德华键。

尽管范德华键较弱，但由高分子材料的分子很大，所以分子间的作用力也相应较大，这使得高分子材料具有很好的力学性能。

晶体结构（晶体与非晶体的转变，容易转化成晶体的转化成非晶体与冷却速度有关，）固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类。

所谓晶体，是指原子或原子团、离子或分子以周期性重复方式在三维空间有规则排列形成的固体。

晶体的原子排列长程有序，且有整齐规则的几何外形；晶体还具有固定的熔点，在熔化过程中，其温度始终保持不变。

单晶体还有各向异性特点。

非晶体是指内部质点在三维空间不呈周期性重复排列的固体，具有近程有序排列，但不具有长程有序排列。

非晶体外形为无规则形状的固体，在熔解过程中没有明确的熔点，随着温度的升高，物质首先变软，然后逐渐由稠变稀，如玻璃。

1）晶体与非晶体的转变液体在缓慢降温过程中形成晶体。

在这一过程中，原子具有足够的时间发生重排，因此形成的晶体中原子的排列成有序状态。

液体在急冷过程中形成非晶体。

在这一过程中，原子没有足够的时间发生重排，因此形成的晶体中原子的排列呈无序状态。

2）晶体与非晶体的本质区别晶态材料具有长程有序的点阵结构，其组成原子或基元处于一定格式空间排列的状态非晶态材料则像液体那样，只有在几个原子间巨量级的短程范围内具有原子有序的状态。

（短程有序）2）晶体的宏观特征规则的几何外形；有固定的熔点；物理性质的各向异性。

常见纯金属的晶格类型（1）体心立方晶格：记为BCC配位数：8 晶胞原子数：2（2）面心立方晶格：记为FCC配位数：12 晶胞原子数：4（3）密排六方晶格：记为HCP晶胞原子数：6密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体。

由六个呈长方形的侧面和两个呈六边形的底面所组成。

属于这种晶格类型的金属有Mg Zn 、Be、Cd等晶核晶体中原子排列规律相同，晶格位向一致的晶体，称为单晶体。

在实际应用中金属材料中较少的用单晶体金属，工程上使用的金属材料，几乎都是多晶体材料。

通常使用的金属都是有很多小晶体组成，这些小晶体内部的晶格位向是均匀一致的，而它们之间，晶格位向却彼此不同，这些外形不规则的颗粒状小晶体成为晶粒。

每一个晶粒相当于一个单晶体。

晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。

这种由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。

晶核的形成气相、液相（溶液或熔体）、固相物质通过相变可以形成晶体。

相变时，先形成晶核，然后再围绕晶核慢慢长大。

自发产生晶核的过程称为均匀成核；从外界某些不均匀处（如容器壁或外来杂质等）产生晶核的过程称非均匀成核。

均匀成核均匀成核是指在理想体系中各处有相同的成核几率。

实际上某一瞬间由于热气状，局部区域里分子分布可能出现不均匀，一些分子可能聚集成团而形成胚芽，而在另一瞬间这些胚芽也可能消失。

据热力学计算，当胚芽半径r大于晶核临界尺寸r0时，就可以稳定的继续长大，不会自行消失。

因为当r>>r0时，胚芽的自由能△F的改变就明显降低，且胚芽越大△F越小。

这种稳定的胚芽称为晶核。

反之，当胚芽r<r0时，胚芽可能自行消失。

通常单位表面能小的晶面围绕的晶核出现的几率较大；核化速率随结晶潜热增加而变快；改变生长条件如降低温度、增加过冷度也可以增加核化速率。

非均匀成核成核的过冷度和过饱和度并不需要那么大。

因为在通常的生长系统中总是存在不均匀的部位（如容器壁、外来的微粒等），它有效降低了成核时的表面壁垒，使晶核优先在这些不均匀部位形成。

例如，人工降雨就是在饱和比不大又不能均匀成核的云层中，撒入碘化银细小微粒，就能形成雨滴。

晶体生成的方法（1）提拉法（2）坩埚下降法（3）焰熔法晶体缺陷点缺陷★点缺陷是指在晶体空间中，其长宽高尺寸都很小（相对于原子尺寸）的一种缺陷。

主要包括三种形式：晶体空位、间隙原子和置换原子。

线缺陷产生：平衡点缺陷：热振动中的能力起伏。

过饱和点缺陷：外来作用，如高温淬火、辐照、冷加工等运动：迁移、复合-浓度降低；聚集-浓度升高-塌陷与材料行为：（1）结构变化：晶格畸变（如空位引起晶格收缩，间隙原子引起晶格膨胀，置换原子可引起收缩或膨胀）（2）性能变化：物理性能（如电阻率增大，密度减少。

）力学性能（屈服强度提高）光学性能（色心）晶体中最普通的线缺陷就是位错。

位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。

（这种错排现象是晶体内部局部滑移造成的）意义：对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性作用，对材料的扩散、相变过程有较大的影响。

面缺陷晶体中的面缺陷是指在两个方向尺寸很大而第三个方向尺寸很小，呈面状分布的缺陷。

这类缺陷主要是晶粒边界和亚晶界。

晶界是晶体中的一种重要的缺陷，晶界具有较高的能量，使其具有一系列不同于晶粒内部的特征。

例如，晶界比晶粒容易被腐蚀，熔点较低；原子沿晶界扩散速度快；在常温下晶界对金属的塑性变形起阻碍作用。

因此，金属材料晶粒愈细小，则晶粒愈多，其室温强度愈高。

细晶强化：通过细化晶粒以提高材料强度的方法。

在常温下的细晶金属比粗晶粒金属有更好的强度、硬度、塑性和硬性。

这是因为细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小；此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。

常温下，晶界多，而高温下晶界为薄弱部分，应减少晶界。

固溶体（分为置换固溶体和间隙固溶体）固溶体是指固态下以某一合金组元为溶剂，在其晶格中溶入其他组元原子（溶质）后形成的一种合金相，其特点是固溶体具有溶剂组元的晶格类型。

固溶强化是指纯金属经过适当的合金化后，强度、硬度提高的现象。

其原因可归结于溶质原子和位错的交互作用，这些作用起源于溶质引发的局部点阵畸变。

1）扩散机制扩散：热激活的原子通过自身的热振动克服束缚而迁移它处的过程。

现象：柯肯达尔效应本质：原子无序跃迁的结果。

扩散对于材料的加工过程具有重要的影响。

2）固溶体和化合物的区别如果加盟组元原子占据基本组元原子晶体中所占位置的一部分或它们之间的某些空隙而仍保持基本组元的晶体结构，这种晶体便称为固溶体。

如果加盟组元与基本组元以一定的比值重新组合形成新的晶体结构，这种晶体便称为化合物。

相图1）什么是相图？相图是描述系统的状态，温度、压力及成分之间的关系的一种图解，又称为状态图或平衡图。

表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简示图。

平衡是指在一定条件下合金系中参与相变过程的各相成分和质量分数不再变化所达到的一种状态。

2）什么是二元相图？二元相图又称二元系相图，是表示系统中两个组元在热力学平衡状态下组份和温度，压力之间的关系的简明图解。

从液相中不断结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。

二组元在液态、固态时均能无限互溶的二元合金相图就是匀晶相图。

共晶与包晶共析与包析L 液相 / A 奥氏体 / F 铁素体 / P 珠光体（共析反应产物）/ Fe3C 渗碳体亚共晶共晶过共晶αβ1+β2 共析L α+β共晶L+αβ包晶包晶反应：液体+固溶体另种固溶体共晶反应的合金的结晶（相图分析）Pb-Sn合金相图，AEB为液相线，ACEENB为固相线，合金系有三种相，相图中有三个单相区（L、α、β）；三个两相区（L+α、L+β、α+β);一条的三相L++共存线（水平线cde），E点为共晶点。

合金的室温组织为初生α+β11+（α+β），合金的组成相为α+β。

共析反应的合金的结晶由一种固相转变成完全不同的两种相互关联的固相，此两相混合物称为共析体。

共析产物比共晶产物细密的多。

包晶相图一个一定成分的液相与一个一定成分的固相在恒温下生成另一固相的转变称为包晶转变。

两组元液态时能相互无限溶解，固态时有限互溶，并发生包晶转变的二元合金系相图称为包晶相图。

材料（断裂）1）材料的制备（1）气相法PVD法、CVD法（2）液相法熔融法、溶液法、界面法、液相沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、喷雾法（3）固相法高温烧结法、粉末冶金法、固相缩聚法、自蔓延高温合成法恒温2）材料的成形特性（三类材料成型有哪些区别？有哪些优缺点？）（1）自由流动成形自由流动成形是指成形时无外力作用下，将星流动状态的物料倒入模型型腔，或使其附在模型表面，经改变温度、反应或溶剂挥发等作用，使之固化或凝固，从而形成具有模型形状的产品，最终产品可以是成品，也可以是半成品。

（2）受力流动成形受力流动成形是指成形时在受力作用下，将呈流动状态的物料注入模型型腔，或使物料通过一定形状的口模，或附在模型表面，经温度变化、反应或溶剂挥发等作用，使物料冷凝、固化，最终形成产品，产品一般无需后续加工即可直接使用。

（3）受力塑性成形受力塑性成形是指在受力条件下，在高温或常温，或塑化条件下，使固态物料产生塑性变形而获得所需尺寸、形状及力学性能的成形方法。

3）材料的特性（1）电学性质：导电性、介电性、压电性、铁电性（2）材料的化学性质或化学性能是指材料抵抗各种介质作用的能力，包括溶蚀性、耐蚀性、抗渗入性及抗氧化性等，归结为材料的化学稳定性。