材料科学与工程基础复习提纲
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复习提纲
第一章绪论
一、材料的定义
二、材料的分类
三、材料的重要作用
四、材料科学与材料工程的研究内容及其二者区别
第二章材料结构基础
一、物质的组成、状态与材料结构——材料结构的四个层次
二、原子结构：
（1）了解所学的两种原子模型，并能区别其不同。
玻尔模型1913年，年轻的丹麦物理学家玻尔在总结当时最新的物理学发现（普朗克黑体辐射和量子概念、爱因斯坦光子论、卢瑟福原子带核模型等）的基础上建立了氢原子核外电子运动模型，提出了原子结构理论上的三点假设：1）任意轨道上绕核运动，而是在一些符合一定量子化条件的轨道上运动；2）电子轨离核越远，原子所含的能量越高，电子尽可能处在离核最近的轨道上；3）只有电子从较高能级跃迁到较低能级时，原子才会以光子形式释放能量。玻而尔理论解释了原子发光现象但无法解释精细结构和多原子、分子或固体的光谱，存在局限性。
量子力学模型量子力学是建立在微观世界的量子性和微粒运动统计性基本特征上，在量子力学处理氢原子核外电子的理论模型中，最基本的方程叫做薛定谔方程，是由奥地利科学家薛定谔（E.Schrödinger 1887-1961）在1926年提出来的。薛定谔方程是一个二阶偏微分方程，它的自变量是核外电子的坐标，它的因变量是电子波的振幅（ψ）。给定电子在符合原子核外稳定存在的必要、合理的条件时，薛定谔方程得到的每一个解就是核外电子的一个定态，它具有一定的能
量，具有一个电子波的振幅随坐标改变的的函数关系式ψ=f(x,y,z)，称为振幅方程或波动方程。
（2）能够描述有关电子能量的量子力学法则。
能量最低原理，Pauli不相容原理，Hund规则。
（3）能够用方框图表示出原子或离子核外电子的排布状态
三、原子之间的相互作用：
（1）原子结合键
1）离子键与离子晶体
离子键：原子之间发生电子转移，形成正、负离子，并通过静电作用而形成的化学键。离子键的本质是静电作用，有电子转移，结合力大，无方向性、无饱和性。离子键程度与元素的电负性有关。
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
共价键：不同原子依靠共享电子，或原子轨道的最大重叠而结合形成的化学键为共价键。共价键的本质是电性的，是两原子核对共用电子对或原子轨道重叠所形成负电区域的吸引力，不是正负离子间的静电力，结合力大。共价键有方向性和饱和性。
原子晶体（共价晶体）：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
金属键：在固态或液态金属中，价电子可以自由地在不同原子间移动，使其成为多个原子所共有，这些共用电子将许多原子粘合在一起的作用，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。
4) 氢键：分子中带正电的氢原子与另一分子中含有的孤对电子靠近并产生的吸引力为氢键。氢键形成的条件是必须在分子中存在电负性很强的元素使氢原子具有强极性，同时，分子中带有孤对电子，电负性大和半径小的元素所构成。氢键具有方向性和饱和性。
5) 范德华键：由分子的取向力、诱导力和色散力导致分子间的作用力称为Van der waals 键。
6) 结合键分类
一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。
二次键（物理键）：分子键和氢键。
7) 原子的排列方式
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。
非晶体：原子在三维空间内的呈现不规则排列。长程无序，各向同性。
四、晶体学基础
1. 空间点阵与晶体结构
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。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。
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
（1）晶胞：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。
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。
晶胞中点的位置表示（坐标法）。
3. 布拉菲点阵
14种点阵分属7个晶系。
4. 晶向指数与晶面指数
晶向：空间点阵中各阵点列的方向。
晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。
国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。
晶向指数的标定
a 建立坐标系。确定原点（阵点）、坐标轴和度量单位（棱边）。
b 求坐标。u’,v’,w’。
c 化整数。u,v,w.
d 加[ ]。[uvw]。
说明：
a 指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。
b 负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。
c 晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向。用
晶面指数的标定
a 建立坐标系：确定原点（非阵点）、坐标轴和度量单位。
b 量截距：x,y,z。
c 取倒数：h’,k’,l’。
d 化整数：h,k,k。
e 加圆括号：(hkl)。
说明：
a 指数意义：代表一组平行的晶面；
b 0的意义：面与对应的轴平行；
c 平行晶面：指数相同，或数字相同但正负号相反；
d 晶面族：晶体中具有相同条件（原子排列和晶面间距完全相同），空间位向不同的各组晶面。用{hkl}表示。
e 若晶面与晶向同面，则hu+kv+lw=0;
f 若晶面与晶向垂直，则u=h, k=v, w=l。