西北工业大学材料科学基础考研复习第一章
材料科学基础(第1章)
2.原子间的结合力与结合能
原子能够结合为晶体的原因是原子结合起来后
体系的能量可以降低，在原子结合成晶体的过 程中，会有一定的能量E释放出来，这个能量 叫做结合能。
假设 fa 代表引力（attraction），fb代表斥力
(repulsion)， d代表原子间距离(distance)，则有：
原子间净作用力
1.2共价键
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。共价键键合的基本特 点是核外电子云达到最大的重叠，形成“共用 电子对”，有确定的方位，且配位数较小。
共价键的结合极为牢固，故共价晶体具有结构 稳定、熔点高、质硬脆等特点。共价形成的材 料一般是绝缘体，其导电性能差。
式中 a、b、m、n均为常数，且m<n，m、n均为大 于2的常数。
当d较大时，fr很小，｜fa｜较大，故f < 0，即 相互吸引。当d小到一定程度后，fr很大，而
｜fa｜很小，故f > 0, 即相互排斥。
在d=d0处， ｜fa｜= fr，f = 0，即晶体内原子间 距保持恒定。
上述双原子结合模型虽然很粗糙，但用于 描述大量原子组成的聚集状态，还是较为简明 的。
二、金属原子间的结合
1、原子间的结合键 1.1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。离子键键合的基本特点是以离子 而不是以原子为结合单元。
↓（外层电子重新分布） 金属+非金属 → 离子键
↑（离子间静电作用）
一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合 牢固。因此。其熔点和硬度均较高。这类化合 物通常变形能力差，具有硬而脆的性质。另外， 在离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此， 它们都是良好的电绝缘体。但当处在高温熔融 状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运 动，即呈现离子导电性。
西北工业大学-832材料科学基础
4.1 参考书目....................................................................................................................................................8 4.2 海文专业课标准课程内部讲义—海文专业课学员享有............................................................8 4.3 考前三套模拟试题及其解析...............................................................................................................8 4.4 典型与重点题及其解析........................................................................................................................8 4.5 真题及其解析.......................................................................................................................................... 8 4.6 学术期刊及专著......................................................................................................................................9
(完整版)材料科学基础习题库第一章-晶体结构
（一）．填空题1．同非金属相比，金属的主要特性是__________2．晶体与非晶体的最根本区别是__________3．金属晶体中常见的点缺陷是__________ ，最主要的面缺陷是__________ 。
4．位错密度是指__________ ，其数学表达式为__________ 。
5．表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做__________ ，而晶胞是指__________ 。
6．在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是__________ ，而面心立方晶格是__________ 。
7．晶体在不同晶向上的性能是__________，这就是单晶体的__________现象。
一般结构用金属为__________ 晶体，在各个方向上性能__________ ，这就是实际金属的__________现象。
8．实际金属存在有__________ 、__________ 和__________ 三种缺陷。
位错是__________ 缺陷。
实际晶体的强度比理想晶体的强度__________ 得多。
9．常温下使用的金属材料以__________ 晶粒为好。
而高温下使用的金属材料在一定范围内以__________ 晶粒为好。
‘10．金属常见的晶格类型是__________、__________ 、__________ 。
11．在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB晶向指数为__________ ，OC晶向指数为__________ ，OD晶向指数为__________ 。
12．铜是__________ 结构的金属，它的最密排面是__________ ，若铜的晶格常数a=0.36nm,那么最密排面上原子间距为__________ 。
13 α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有__________ ，属于面心立方晶格的有__________ ，属于密排六方晶格的有__________ 。
西工大《材料科学基础》考研复习笔记
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。
西北工业大学材料科学基础历年真题与答案解析（1）
西北⼯业⼤学材料科学基础历年真题与答案解析（1）西北⼯业⼤学2012年硕⼠研究⽣⼊学考试试题答案试题名称：材料科学基础试题编号：832说明：所有答题⼀律写在答题纸上第页共页⼀、简答题（每题10分，共50分）1.请简述滑移和孪⽣变形的特点？答：滑移变形特点：1）平移滑动：相对滑动的两部分位向关系不变2）滑移线与应⼒轴呈⼀定⾓度3）滑移不均匀性：滑移集中在某些晶⾯上4）滑移线先于滑移带出现：由滑移线构成滑移带5）特定晶⾯，特定晶向孪⽣变形特点：1) 部分晶体发⽣均匀切变2) 变形与未变形部分呈镜⾯对称关系，晶体位向发⽣变化3) 临界切分应⼒⼤4) 孪⽣对塑变贡献⼩于滑移5) 产⽣表⾯浮凸2.什么是上坡扩散？哪些情况下会发⽣上坡扩散？答：由低浓度处向⾼浓度处扩散的现象称为上坡扩散。
应⼒场作⽤、电场磁场作⽤、晶界内吸附作⽤和调幅分解反应等情况下可能发⽣上坡扩散。
扩散驱动⼒来⾃⾃由能下降，即化学位降低。
3.在室温下，⼀般情况⾦属材料的塑性⽐陶瓷材料好很多，为什么？纯铜与纯铁这两种⾦属材料哪个塑性好？说明原因。
答：⾦属材料的塑性⽐陶瓷材料好很多的原因：从键合⾓度考虑，⾦属材料主要是⾦属键合，⽆⽅向性，塑性好；陶瓷材料主要是离⼦键、共价键，共价键有⽅向性，塑性差。
离⼦键产⽣的静电作⽤⼒，限制了滑移进⾏，不利于变形。
铜为⾯⼼⽴⽅结构，铁为体⼼⽴⽅结构，两者滑移系均为12个，但⾯⼼⽴⽅的滑移系分布取向较体⼼⽴⽅匀衡，容易满⾜临界分切应⼒。
且⾯⼼⽴⽅滑移⾯的原⼦堆积密度⽐较⼤，因此滑移阻⼒较⼩。
因⽽铜的塑性好于铁。
4.请总结并简要回答⼆元合⾦平衡结晶过程中，单相区、双相区和三相区中，相成分的变化规律。
答：单相区：相成分为合⾦平均成分，不随温度变化；双相区：两相成分分别位于该相区的边界，并随温度沿相区边界变化；三相区：三相具有确定成分，不随结晶过程变化。
5.合⾦产品在进⾏冷塑性变形时会发⽣强度、硬度升⾼的现象，为什么？如果合⾦需要进⾏较⼤的塑性变形才能完成变形成型，需要采⽤什么中间热处理的⽅法？⽽产品使⽤时⼜需要保持⾼的强度、硬度，⼜应如何热处理？答：合⾦进⾏冷塑性变形时，位错⼤量増殖，位错运动发⽣交割、缠结等，使得位错运动受阻，同时溶质原⼦、各类界⾯与位错的交互作⽤也阻碍位错的运动。
材料科学基础课后习题第1-第4章
材料科学基础课后习题第1-第4章第一篇：材料科学基础课后习题第1-第4章《材料科学基础》课后习题答案第一章材料结构的基本知识4.简述一次键和二次键区别答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。
其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。
一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。
二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。
二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。
6.为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？答：材料的密度与结合键类型有关。
一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。
相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。
共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。
9.什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。
答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。
即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。
两相组织是指具有两相的组织。
单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。
晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。
单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。
等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。
对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。
如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。
西北工业大学材料科学基础历年真题及答案解析
西北工业大学2012年硕士研究生入学考试试题答案试题名称：材料科学基础试题编号：832说明：所有答题一律写在答题纸上第页共页一、简答题（每题10分，共50分）1.请简述滑移和孪生变形的特点？答：滑移变形特点：1）平移滑动：相对滑动的两部分位向关系不变2）滑移线与应力轴呈一定角度3）滑移不均匀性：滑移集中在某些晶面上4）滑移线先于滑移带出现：由滑移线构成滑移带5）特定晶面，特定晶向孪生变形特点：1) 部分晶体发生均匀切变2) 变形与未变形部分呈镜面对称关系，晶体位向发生变化3) 临界切分应力大4) 孪生对塑变贡献小于滑移5) 产生表面浮凸2.什么是上坡扩散？哪些情况下会发生上坡扩散？答：由低浓度处向高浓度处扩散的现象称为上坡扩散。
应力场作用、电场磁场作用、晶界内吸附作用和调幅分解反应等情况下可能发生上坡扩散。
扩散驱动力来自自由能下降，即化学位降低。
3.在室温下，一般情况金属材料的塑性比陶瓷材料好很多，为什么？纯铜与纯铁这两种金属材料哪个塑性好？说明原因。
答：金属材料的塑性比陶瓷材料好很多的原因：从键合角度考虑，金属材料主要是金属键合，无方向性，塑性好；陶瓷材料主要是离子键、共价键，共价键有方向性，塑性差。
离子键产生的静电作用力，限制了滑移进行，不利于变形。
铜为面心立方结构，铁为体心立方结构，两者滑移系均为12个，但面心立方的滑移系分布取向较体心立方匀衡，容易满足临界分切应力。
且面心立方滑移面的原子堆积密度比较大，因此滑移阻力较小。
因而铜的塑性好于铁。
4.请总结并简要回答二元合金平衡结晶过程中，单相区、双相区和三相区中，相成分的变化规律。
答：单相区：相成分为合金平均成分，不随温度变化；双相区：两相成分分别位于该相区的边界，并随温度沿相区边界变化；三相区：三相具有确定成分，不随结晶过程变化。
5.合金产品在进行冷塑性变形时会发生强度、硬度升高的现象，为什么？如果合金需要进行较大的塑性变形才能完成变形成型，需要采用什么中间热处理的方法？而产品使用时又需要保持高的强度、硬度，又应如何热处理？答：合金进行冷塑性变形时，位错大量増殖，位错运动发生交割、缠结等，使得位错运动受阻，同时溶质原子、各类界面与位错的交互作用也阻碍位错的运动。
《材料的力学性能》西北工业大学出版社--复习资料
《材料的力学性能》第一章 材料的拉伸性能名词解释：比例极限P σ，弹性极限e σ，屈服极限s σ，屈服强度0.2σ，抗拉强度b σ，延伸率k δ，断面收缩率k ψ（P7-8），断裂强度f σ（k σ），韧度（P10）1、拉伸试验可以测定那些力学性能？对拉伸试件有什么基本要求？ 答：拉伸试验可以测定的力学性能为：弹性模量E ，屈服强度σs ，抗拉强度σb ，延伸率δ，断面收缩率ψ。
2、拉伸图和工程应力-应变曲线有什么区别？试验机上记录的是拉伸图还是工程应力-应变曲线？答：拉伸图和工程应力—应变曲线具有相似的形状，但坐标物理含义不同，单位也不同。
拉伸图横坐标为伸长量（单位mm ），纵坐标为载荷（单位N ）；工程应力-应变曲线横坐标为工程应力（单位MPa ），纵坐标为工程应变（单位无）。
试验机记录的是拉伸图。
3、脆性材料与塑性材料的应力-应变曲线有什么区别？脆性材料的力学性能可以用哪两个指标表征？答：如下图所示，左图近似为一直线，只有弹性变形阶段，没有塑性变形阶段，在弹性变形阶段断裂，说明是脆性材料。
右图为弯钩形曲线，既有弹性变形阶段，又有塑性变形阶段，在塑性变形阶段断裂，说明是塑性材料。
脆性材料力学性能用“弹性模量“和”脆性断裂强度”来描述。
4、塑性材料的应力-应变曲线有哪两种基本形式？如何根据应力-应变曲线确定拉伸性能？答：分为低塑性和高塑性两种，如下图所示。
左图曲线有弹性变形阶段与均匀塑性变形阶段，没有颈缩现象，曲线在最高点处中断，即在均匀塑性变形阶段断裂，且塑性变形量小，说明是低塑性材料。
右图曲线有弹性变形阶段，均匀塑性变形阶段，颈缩后的局集塑性变形阶段，曲线在经过最高点后向下延伸一段再中断，即在颈缩后的局集塑性变形阶段断裂，且塑性变形量大，说明是高塑性材料。
5、何谓工程应力和工程应变？何谓真应力和真应变？两者之间有什么定量关系？答：6、如何测定板材的断面收缩率？答：断面收缩率是材料本身的性质，与试件的几何形状无关，其测试方法见P8。
西北工业大学材料考研材料科学基础课件
三 结论
1 原子核周围的电子按照四个量子数的规定 从低能到高能依次排列在不同的量子状态 下;同一原子中电子的四个量子数不可能完 全相同
2 根据排列次序建立了元素周期表;各个周期 中的元素的性质呈现相同的周期变化规律; 元素在周期表上的位置不仅决定了单个原 子的行为;也决定了材料中原子的结合方式 以及材料的化学性能和物理性能
2共价键键合的基本特点是核外电子云达到最 大的重叠;形成共用电子对;有确定的方位; 且配位数较小
3共价键在亚金属碳 硅 锡 锗等 聚合物和无 机非金属材料中均占有重要地位 共价键 晶体中各个键之间都有确定的方位;配位数 比较小 共价键的结合极为
牢固;故共价晶体具有结构稳定 熔点高 质硬脆 等特点 共价形成的材料一般是绝缘体;其导电性 能差
原子排列不可能很致密;所以它们的化合物 的密度较低 而聚合物由于二次键结合;分 子链堆垛不紧密;加上组成原子的质量较小 C H O;在工程材料中具有最低的密度
3此外;金属键使金属材料具有良好的导电性 和导热性;而由非金属键结合的陶瓷 聚合 物均在固态下不导电;它们可以作为绝缘体 或绝热体在工程上应用
3 金属键 1金属中的自由电子和金属正离子相互作用所构成
键合称为金属键;例如Na Mg Al等 2金属键的基本特点是电子的共有化 3金属键既无饱和性又无方向性;因而每个原子有
可能同更多的原子相结合;并趋于形成低能量的 密堆结构 当金属受力变形而改变原子之间的相 互位置时;不至于使金属键破坏;这就使金属具有 良好延展性;并且;由于自由电子的存在;金属一 般都具有良好的导电和导热性能
第三节 原子的排列方式
1 固体根据原子或原子团 分子分为晶体和非 晶体
2 晶体 原子排列：粒子原子 离子或分子在三维空 间呈周期性的规则重复排列
西北工业大学832材料科学基础考研历年真题及答案
西工大学考研历年真题解析——832材料科学基础主编：弘毅考研编者：贰晓孖弘毅教育出品【资料说明】《西北工业大学材料科学基础真题解析（专业课）》系西北工业大学优秀材料学考研辅导团队集体编撰的“历年考研真题解析系列资料”之一。
历年真题是除了参考教材之外的最重要的一份资料，其实，这也是我们聚团队之力，编撰此资料的原因所在。
历年真题除了能直接告诉我们历年考研试题中考了哪些内容、哪一年考试难、哪一年考试容易之外，还能告诉我们很多东西。
1.命题风格与试题难易第一眼看到西工大历年试题的同学，都觉得试题“简单”。
其实，这也是很多学生选择西工大的原因吧。
西工大的试题不偏、不怪，80% 的题目可以在课本上找到部分的答案。
这不同于一些学校的试题。
其实，“试题很基础”----“试题很简单”----“能得高分”根本不是一回事。
试题很基础，所以每个学生都能答上一二，但是想得高分，就要比其他学生强，要答出别人答不出来的东西。
要答出别人答不出来的东西，这容易吗？大家不要被试题表象所迷惑。
很多学生考完，感觉超好，可成绩出来却不到100分，很大程度上就是这个原因：把考的基础当成考的简单。
其实这很像武侠小说中的全真教，招式看似平淡无奇，没有剑走偏锋的现象，但是如果没有扎实的基础和深厚的内功是不会成为大师的。
我们只能说命题的风格是侧重考察基础的知识，但是，我们要答出亮点，让老师给你高分，这并不容易。
2.考试题型与分值大家要了解有哪些题型，每个题型的分值。
从最近五年看，西工大的题目基本都是主观题，个别年份有选择题和判断对错题。
可很多学生平时喜欢做选择题，不想写，到考试的时候就会傻眼。
每个题型的分值是不一样的，一个名词解释一般也就是5分，可一个论述就是30分。
这要求我们平时一定要注意书面表达能力的练习。
3.各章节的出题比重西工大的专业课没有考试大纲，因此没有重、难点的告知，但大家可以通过对历年真题的分析，掌握各个章节在整个考研中的重要地位。
西北工业大学材料科学基础复习题
西北工业大学材料科学基础1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。
2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。
3.写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶面。
4.镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样，为0.74。
试求镁单位晶胞的体积。
已知Mg 的密度3Mg/m 74.1=m g ρ，相对原子质量为24.31，原子半径r=0.161nm 。
5.当CN=6时+Na 离子半径为0.097nm ，试问：1)当CN=4时，其半径为多少？2)当CN=8时，其半径为多少？6.试问：在铜（fcc,a=0.361nm ）的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少？7.镍为面心立方结构，其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。
试确定在镍的（100），（110）及（111）平面上12mm 中各有多少个原子。
8.石英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。
试问： 1)13m 中有多少个硅原子（与氧原子）？2)当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时，其堆积密度为多少（假设原子是球形的）？9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动，而在900℃时910个原子中则只有一个原子，试求其激活能（J/原子）。
10.若将一块铁加热至850℃，然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J ）。
11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。
若该滑移面上有一正方形位错环，如果位错环的各段分别与滑移面各边平行，其柏氏矢量b ∥AB 。
1)有人认为“此位错环运动移出晶体后，滑移面上产生的滑移台阶应为4个b ,试问这种看法是否正确？为什么？2)指出位错环上各段位错线的类型，并画出位错运动出晶体后，滑移方向及滑移量。
西北工业大学材料科学基础考研复习第一章
答案
简述位错增殖（F-R源）过程 A.B段位错两端A.B被钉扎不能移动，当外加切应力τ 作用时，AB将受到F=τ b 的作用，因为两端固定，故只能向前弯曲，两端则分别绕A.B发生回旋， 当两端弯曲出来的线段相互靠近时，由于该两段位错平行于b，属于左螺 位错和右螺位错，它们会相互抵消，形成一闭合的位错环和位错环内的一 小段弯曲位错线。在外力继续作用下，位错环将向外扩张，移出晶面，产 生一个b的滑移，而环内的弯曲曲线，在线张力作用下变直，重新形成一 个位错源，在τ 作用下继续释放位错环。
面缺陷
晶界特征 1.晶界——畸变——晶界能——向低能量状态转化——晶 粒长大、晶界变直——晶界面积较小 2.阻碍位错运动——强度值升高——引起细晶强化 3.位错、空位等缺陷多——晶界扩散速度高 4.晶界能量高，结构复杂——容易满足固态相变的条件— —固态相变的首发地 5.化学稳定性——晶界容易受腐蚀 6.微量元素、杂质富集
第一章 工程材料中的原子排列
一. 固体中原子的结合键：（考点一） 金属键，共价键，离子键，分子键，氢键 主要考点：各价键的特点 问题：从结合键角度分析金属塑性优于陶瓷的原因。（2013考题） 二. 原子规则排列： 1.晶体学基础 晶体、晶体结构、空间点阵、晶格、晶胞的定义（看） 布拉菲点阵主要记住立方点阵（体心立方，面心立方）及密排六方 点阵
• 螺位错 原子面部分错动一个原子间距 形成不吻合过渡区。 螺位错分为左螺位错和右螺位 错，两者有本质区别
位错线只能终止在晶体表面 或晶界上，而不能中断于晶体 的内部，在晶体内部，它只能 形成封闭的环或与其他位错相 遇于节点而形成位错网络。
• 柏氏矢量——反映位错区畸变的 方向与程度 求法： （1）包含位错线做一封闭回路— —柏氏回路 （2）将同样的回路置于完整的晶 体中——不能闭合 （3）补一矢量（终点指向起点） 使回路闭合——柏氏矢量 特性： （1）满足右螺旋和规则时，柏氏 矢量与柏氏回路路径无关——唯 一性 （2）用柏氏回路求得的柏氏矢量 为回路中包围的所有位错柏氏矢 量的总和——可加性 （3）同一位错，柏氏矢量处处相 同——同一性
西北工业大学王永欣材料科学基础考研最新课程教学大纲
西北⼯业⼤学王永欣材料科学基础考研最新课程教学⼤纲《材料科学基础》课程教学⼤纲⼀、课程基本信息1、课程代码：04200702、课程名称（中/英⽂）：材料科学基础 / Fundamentals of Materials Science3、学时/学分：96 / 15，80 / 124、先修课程：⼤学物理、普通化学、物理化学，5、⾯向对象：本科⽣、研究⽣6、开课院（系）：材料学院7、教材、教学参考书：教材：《材料科学基础》第⼆版，刘智恩主编，西北⼯业⼤学出版社，2003年参考书：1)《材料科学基础》，胡庚祥、蔡珣主编，上海交通⼤学出版社，2000年2)《材料科学基础》第⼆版，⽯德珂主编，西安交通⼤学出版社，2000年3)《材料科学基础》，潘⾦⽣、仝健民主编，清华⼤学出版社，1998年⼆、课程性质和任务本课程材料类各专业最主要的专业基础课。
以⾦属材料、陶瓷材料、⾼分⼦材料及复合材料为对象，从材料的电⼦、原⼦尺度⼊⼿，介绍了热⼒学、动⼒学理论及纳观、微观尺度组织、细观尺度断裂机制及宏观性能。
既具有较强的理论性，⼜与⽣产实践紧密相关。
其任务是：1)介绍材料的成分、微观结构、制备⼯艺及性能之间的关系；2)掌握材料科学与⼯程的基本理论，初步掌握分析、解决⼯程实际问题的思路和⽅法；3)初步掌握科学的实验⽅法和技术。
三、教学内容和基本要求第⼀章⼯程材料中的原⼦排列内容： 1) 原⼦之间的键合2)晶体学的基本概念及点阵类型3)晶向指数和晶⾯指数及其表⽰⽅法4)⾦属的晶体结构特点5)陶瓷的晶体结构6)晶体缺陷的类型及特征要求： 1) 熟练掌握晶⾯、晶向的表⽰⽅法2)熟练掌握三种典型的晶体结构3)熟练掌握晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质4)熟练掌握位错的应⼒场和应变能；位错的运动与交互作⽤第⼆章固体中的相结构内容： 1) 固溶体的分类、结构特点及性能2)⾦属间化合物相的分类、特点及性能3)陶瓷晶体相的结构及特点4)玻璃相及其形成5)分⼦相的结构特点要求： 1) 熟练掌握合⾦相的主要类型，形成条件、影响因素和性能特点2)掌握玻璃相的形成条件3)了解分⼦相的结构特点及分⼦晶体第三章凝固与结晶内容： 1) 结晶的基本规律2)结晶的基本条件3)晶核的形成4)晶体的长⼤5)陶瓷、聚合物的凝固6)结晶理论的应⽤要求： 1) 熟练掌握凝固基本规律及过冷度的概念2)熟练掌握形核的基本条件3)熟练掌握晶体长⼤条件、界⾯类型、长⼤机制及固溶体形态4)了解凝固理论解释或说明实际⽣产问题第四章相图内容： 1) 相、相平衡及相图制作2)⼆元匀晶相图3)⼆元共晶相图4)⼆元包晶相图5)其它⼆元要相图6)⼆元相图的分析⽅法7)相图的热⼒学解释8)铸锭（件）的组织与偏析9)三元相图要求： 1) 熟练掌握⼆元匀晶、共晶、包晶相图的特点2)熟练掌握⼆元匀晶、共晶、包晶相图平衡、⾮平衡凝固成分变化规律，能够分析结晶过程及得到的组织，能够熟练运⽤杠杆定律计算相及组织相对含量3)能依据相图判断合⾦的⼯艺性能与机械性能4)掌握铁碳相图，能够分析平衡结晶过程及室温下所得到的相、组织，并计算其相对含量5)初步掌握复杂⼆元相图分析⽅法6)熟练掌握三元合⾦成分表⽰⽅法7)掌握三元合⾦结晶过程中相与组织的转变规律8)能够绘制简单的等温截⾯图和垂直截⾯图第五章材料中的扩散内容： 1) 扩散定律及其应⽤2)扩散的微观机理3)扩散的热⼒学理论4)反应扩散5)⼀些影响扩散的重要因素要求： 1) 掌握扩散第⼀、第⼆定律的表达式及适⽤的条件，各符号的意义和单位2)熟练掌握扩散的微观机制3)熟练掌握扩散系数的意义和影响扩散的因素4)认识⼏种重要的扩散现象5)了解扩散的实际应⽤，如渗碳过程等第六章塑性变形内容： 1) ⾦属的应⼒—应变曲线2)单晶体的塑性变形3)多晶体的塑性变形4)合⾦的塑性变形5)冷变形⾦属的组织与性能6)聚合物的塑性变形7)陶瓷材料的塑性变形要求： 1) 熟练掌握滑移、孪⽣变形的主要特点2)熟练掌握滑移的微观机制3)熟练掌握多晶体塑性变形的过程、特点，以及细晶强化的机理4)熟练掌握合⾦塑性变形的特点，以及固溶强化、复相强化、弥撒强化的机理5)熟练掌握塑性变形对晶体微观组织结构、体系能量、⼒学性能和物理、化学性能的影响第七章回复与再结晶内容： 1) 冷变形⾦属在加热时组织和⼒学性能的变化2)回复3)再结晶4)再结晶后的晶粒长⼤5)⾦属的热变形要求： 1．熟练掌握冷塑性变形⾦属发⽣回复、再结晶和晶粒长⼤的条件、微观机理、影响因素2)掌握回复、再结晶的实际应⽤及晶粒⼤⼩的控制3)了解动态回复、动态再结晶的微观机制、性能特点等4)了解⾦属热变形的定义第⼋章固态相变内容： 1) 固态相变类型2)固态相变理论简介3)固态相变主要类型举例要求： 1) 了解固态相变的类型2)了解主要固态相变理论的基本思想3)了解典型的固态相变特点第九章复合效应与界⾯内容： 1) 复合材料、增强体及复合效应2)复合材料增强原理3)复合材料的界⾯要求： 1) 了解复合材料的分类2)了解复合材料增强原理3)了解界⾯类型、结合原理及性能四、实验内容和基本要求实验⼀、⾦相显微分析教学⽬标：学习和了解⾦相显微试样的制作过程和⽅法；通过对⾦相显微试样的分析，学习⾦相显微镜的使⽤⽅法，为以后的⾦相分析打下基础。
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面心立方（fcc）
• 点阵常数：R 2 a 4
• 最近原子距离d 2 a
• <110>方向
2
• 晶胞原子数 1/ 881/ 26 4
• 配位数：12
•
致密度：k
4 1/ 6d 3
a3
74%
• (a为棱长)
体心立方（bcc）
点阵常数: R 3 a 4
最近原子间距：d 3 a
b
a
u2 v2 w2
n
计算
b1
a 3
[111],b2
a 6
[112]的矢量和
三种位错柏氏矢量的特点
位错类型
柏氏矢量与位错线的关系
畸变应力场
刃位错
垂直
主要是正应力
螺位错
平行
剪切应力
混合位错
一定角度
复杂
位错正负（左右）的确定
• 记住：只有先规定位错线方向才有正负左右之意义，位错线方向改变 ，正负，左右随之改变
几个非常重要的公式（掌握）
1.两晶面交线的晶向指数公式 公式
2.两相交晶向决定的晶面指数
（hkl）
【uvw】
• 立方晶系晶面间距公式： • 正方晶系晶面间距公式： • 六方晶系晶面间距公式：
• 两晶向夹角公式： • 两晶面夹角公式：
相关真题与习题
• 1.写出{112}晶面族的等价晶面（2011年考题） • 2.写出附图的简单立方晶体中ED、C’F的晶向指数和ACH、FGD’的晶
<111>方向
2
晶胞原子数：81 8 1 2
配位数：8
致密度：68%
（a为棱长）
密排六方（hcp)
• 点阵常数：R 1 a 2
• 最近原子距离：d=a
•
方向
1120
• 晶胞原子数：1/ 612 1/ 2 2 3 6
Hale Waihona Puke • 配位数：6+6
• 致密度：k
6 1/ 6d 3
74%
6 (0.5 a 3a / 2) c
三种点阵的堆垛方式
• 密排面，密排方向，堆垛方向，堆垛次序的定义
晶向指数与晶面指数（考点二）
• 一.晶向指数（右手系）
求法：定原点——建坐标——求坐标——化最小整数——加【】
要把原点放在晶向上（起点上）
注意：化最小整数的方法：除以约数，化为1以内的数。
特性：
（1）满足右螺旋和规则时，柏氏 矢量与柏氏回路路径无关——唯 一性
（2）用柏氏回路求得的柏氏矢量 为回路中包围的所有位错柏氏矢 量的总和——可加性
（3）同一位错，柏氏矢量处处相 同——同一性
•
柏氏矢量的表示方法：b
a
[uvw]
u
a
v b
wc
n
• 对于立方晶系a=b=c
故模：
2.实际上表示所有相互平行的晶面 牢记三大晶面族{100}单个面，{110}对角面，{111}体对角 对于立方晶系而言：指数数字相同的晶向与晶面互相垂直。
晶面指数与晶向指数的关系
三，六方晶系的晶向指数与晶面指数
• 六方晶系是四轴坐标系
• 特点：a1, a2 , a3 轴共面，夹
角120°——只有两个独立 • 晶向【uvtw】 u+v+t=0 • 晶面（hkil）h+k+i=0
位错线只能终止在晶体表面 或晶界上，而不能中断于晶体 的内部，在晶体内部，它只能 形成封闭的环或与其他位错相 遇于节点而形成位错网络。
• 柏氏矢量——反映位错区畸变的 方向与程度
求法：
（1）包含位错线做一封闭回路— —柏氏回路
（2）将同样的回路置于完整的晶 体中——不能闭合
（3）补一矢量（终点指向起点） 使回路闭合——柏氏矢量
西北工业大学硕士研究生入学考试
《材料科学基础》命题规律分析和考点精讲 主讲人：苏俊
参考书目
• 1.《材料科学基础》（第二版），刘智恩，西北工业大学 出版社，2003
• 2.《材料科学基础》，胡庚祥，蔡珣，上海交通大学出版 社，2000
• 3.《材料科学基础》，石德珂，西安交通大学出版社， 2000
• 二。线缺陷（重中之重） • 1.刃位错 分为：正刃型位错（上压下拉）
负刃型位错（上拉下压） 注意：这图是正视图。我们看到的
位错线只是一个点。上下多出 来的两条线是半原子面。
位错线是上下两个半原子面 的分界线。 问题：寻找下图的位错线。
• 螺位错 原子面部分错动一个原子间距 形成不吻合过渡区。 螺位错分为左螺位错和右螺位 错，两者有本质区别
第一章 工程材料中的原子排列
一. 固体中原子的结合键：（考点一） 金属键，共价键，离子键，分子键，氢键 主要考点：各价键的特点 问题：从结合键角度分析金属塑性优于陶瓷的原因。（2013考题）
二. 原子规则排列： 1.晶体学基础 晶体、晶体结构、空间点阵、晶格、晶胞的定义（看） 布拉菲点阵主要记住立方点阵（体心立方，面心立方）及密排六方
面指数，并求ACH晶面的晶面间距，以及FGD’与A’B’C’D’两晶面 之间的夹角。（注：G、H点为二等分点，F点为三等分点）（2010）
3.请分别写出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面（2009）
原子的不规则排列（考点三最重要）
• 一。点缺陷
点缺陷主要包括：空位、间隙原子、溶质原子、杂志
比如
[231]
[
2
1
1
]
33
特点：1.晶向指数代表了一系列相互平行，方向相同的晶向
2.晶向族代表一系列性质相同地位相同的晶向
3.对于立方晶系来说：数字相同，仅正负号、数字排序不同的 属于同一晶向族 .
• 二.晶面指数（右手系） 求法：定原点——求截距——取倒数——化最小整数——加（）
原点放在晶面外 特点：1.直接表示任意晶面
• 4.《材料科学基础》，潘金生，仝健民，清华大学出版社 ，1998
• 5.《材料科学基础》，机械出版社的。带彩图，个人觉得 很有用。
大纲要求
• 在西工大出版的《材料科学基础》里，我把1,2,5章称为 基础理论，3,4章称为凝固理论，6，7章为变形理论。8,9 章考研大纲不要求。
• 其中2.5分子相；3.5陶瓷，聚合物的凝固；4.9三元相图 ；6.1金属应力应变曲线;6.6聚合物的变形，6.7陶瓷材料 的塑性变形考研大纲也不要求
两类 ：肖脱基空位（原子跳到界面处）；弗兰克尔空位（原子在间 隙）
问题：在绝对温度以上的任何温度，晶体最稳定的状态是含有一定浓 度的点缺陷状态，为什么？
平衡浓度计算公式：
cv
ne N
A exp( Ev ) kT
A 1, k 13.810 24 J /(原子 K )
规律：温度越高，空位浓度越大。