浙大材料科学基础课件第一部分
材料科学基础课件PPT
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氧化铁
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以ZnS等为主的陶 650 Mb 瓷材料
容量小，文本文件存储 CD光盘，价低，用量大
MO(磁光盘) TbFeCo合金磁光 650 Mb，1.3G 需专用驱动器，价格高，局限
材料
在广告图形用户
2D021V/3/D10 －RW
ZnS等为主的陶瓷 单面单层为4.7
• 材料的结构包括不同晶体结构和非晶体，以及显微镜下的微观 结构，哪些主要因素能够影响和改变结构？只有了解了这些才
能实现控制结构的目的。
• 材料的性能包括物理性能、化学性能、力学性能。
• 其内部结构包括 四个层次：①原 子结构；②结合 键；③原子的排 列方式；④显微 组织
2021/3/10
6
（二）材料科学与材料工程的关系
9
结构材料实际上是一种按结合键种类 来分类的方法。由此可将材料分为金属、 陶瓷、高分子和由金属、陶瓷和高分子分 别组合成的各种复合材料材料。
金属材料：黑色金属材料（钢铁）、有色黑色金属材料（除钢铁
以外的）
陶瓷材料：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷
高分子材料：塑料、橡胶合成纤维
复合材料：金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料
《材料科学基础》
材料科学基础(第1章)
金属键的经典模型有两种：
一是认为金属原子全部是离子化的，即正离子 与自由电子的结合形成金属键。
另外一种模型认为，金属键包括中性原子间的 共价键以及正离子与自由电子间的静电引力的 复杂结合。
用上述经典的金属键模型可以解释金属性能的 一般特点。
金属由金属键结合，因此金属具有下列特性：
1. 良好的导电性和导热性。
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。
➢ 材料科学与工程是关于材料成分、结构、工艺 和性能与用途之间有关知识和应用的科学。
第一部分 金属学原理
绪论
1、定义：金属学是一门有关金属材料本质与性能方 面的科学。
2、任务：金属学的任务在于研究金属和合金中各相 和组织的形成及其变化规律，以及成分、组织和性能 之间的关系。
3、发展：金属学这个名词是从金相学推广出来的， 金属学是从工业生产实践中发展起来的。这个学科的 形成和发展是与研究工具（主要是研究金属组织和性 能）和基本理论（主要是物理学和物理化学）的应用 密切联系。
(完整版)1《材料科学基础》第一章晶体学基础
布拉维 点阵
三、布拉维点阵
空间点阵到底有多少种排列新方形式？ 按照“每个阵 点的周围环境相同”的要求，在这样一个限定条件下，法 国晶体学家布拉维（A.Bravais）在1848年首先用数学方 法证明，空间点阵只有14种类型，这14种空间点阵以后 就被称为布拉维点阵。
1、单胞的形状分类及其格子常数特点
晶向族:任意交换指数的位置和改变符号后的所有指数。
1
作业1：标定晶向指数
1
说明 1.、2、
二、晶面指数
密勒指数
1、晶面指数：表示晶体中点阵平面的指数，由晶面与三个 坐标轴的截距值决定。
2、求法 1）建坐标。以晶胞的某一阵点O为原点，三条棱为坐标轴，以
晶胞的点阵常数a、b、c分别为x、y、z轴的长度单位，建立 坐标系。注意，坐标原点的选取应便于确定截距，且不能选 在待定晶面上。 2）定截距。量出待定晶面在三个坐标轴上的截距x,y,z。如果该 晶面与坐标轴平行，则其截距为∞。 3）取倒数。取截距的倒数1/x,1/y,1/z。 4）化整并加圆括号。将倒数比化为最小整数比，即 1/x:1/y:1/z=h:k:l,把所得最小整数加以圆括号，即得待定晶 面的晶面指数（hkl）。如果截距为负值，则将负号标注在相 应指数的上方（ ）h k。l
§1.1 晶体的基本概念与性质
一、晶体的基本概念 二、晶体的基本性质 三、晶体学的主要研究内容
【浙大无机非金属材料科学基础课件】材料基础2习题
习题
第一章相平衡
1.简述SiO2的多晶转变现象，为什么在硅酸盐产品中SiO2经常以介稳状态存在？
2.图1-1示意表示出生成一个不一致熔融化合物A m B n和形成固溶体S B(A)的二元系统，试完成此相图的草图。
3.对于图1-2所示的相图，试进行：（1）标出初晶区；（2）画出温度下降方向；（3）确定相界线性质；（4）确定无变量点性质；（5）分析1，2，3点的结晶过程。
1
2
4. 对于图1-3所示的相图，试进行：（1）标出初晶区；（2）画出温度下降方向；
（3）确定相界线性质；（4）确定无变量点性质；（5）分析1，2，3点的结晶过程。
5. 某种陶瓷制品以长石K 2O ⋅Al 2O 3⋅6SiO 2
C
1 低共熔点
A A m
B n B A
图1-1
AC BC
1 2
3 A AB B 图1-3
和高岭土Al2O3⋅2SiO2⋅2H2O配料，在12000C烧成。观察烧成制品的显微结构，发现由莫来石晶体和玻璃相组成，问：（1）配料中，长石和高岭土各为多少？（2）制品结构中，莫来石和玻璃相各为多少？
6.氧化物AO和SiO2以一定配比混合成均匀的粉状配合物，加热至熔融状态，并按不同方式冷却，所得的试样经过观察得到以下结果
3
4
7. 右图为含有一个三元化合物D （A m B n C q ）的三元系统相图，试判断：（1）图中各界线的温度走向和性质；（2）该三元化合物是一致熔融还是不一致熔融化合物？（3）确定各无变量点的性质；（4）分析图中1、2、3点的析晶过程。
8. 为什么在硅砖生产中Al 2O 3是很有害的杂质，而加入少量CaO 能促进鳞石英的形成而又不明显降低其耐火度。
材料科学基础完整ppt课件
电子云
原子核
电子云
原子核 a）理论电子云的分布
b）原子偶极矩的产生
4.氢键
氢键是一种特殊的分子间作用力，本质上与
范德瓦耳斯键一样，它是由氢原子同时与两个电
负性很大而原子半径较小的原子（O，F，N等）相
结合而产生的具有比一般次价键大的键力。也是
靠原子（或分子、原子团）的偶极吸引力结合起
来的，只是氢键中氢原子起了关键作用。
子，因此，它们都是良好的电绝缘体。但当
.
16
处在
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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。
2.共价键
（1）通过共用电子对形成稳定结构
二.元素周期表
1.具有相同核电荷数的同一类原子为一种元 素。
2.元素周期表是元素周期律的具体表现形式 ，它反映了元素之间相互联系的规律，元 素在周期表中的位置反映了那个元素的原 子结构和一定的性质。
.
12
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
• 材料的变形与断裂
材料科学基础 第1章材料的结构(第8节 高分子材料结构及常用高分子材料))
如由苯酚和甲醛共聚而成的聚合物，称为“酚醛树脂”； 由苯乙烯和（甲基）丙烯酸酯共聚而成的聚合物，称为“苯 丙树脂”等。
特殊的情况：
（1）有些聚合物若按单体名称来命名容易引起歧义。例 如，具有以下结构的聚合物， [
OCH2CH2 ] n
可以从环氧乙烷、乙二醇、氯乙醇或氯甲醚聚合得到。为 了避免混淆，一般不用习惯命名法命名。通常采用结构命 名法，称为“聚氧（化）乙烯”
2、高分子的命名：
1）习惯命名法： 习惯命名法是一种约定俗成的方法，目前最为通用。 其方法为先对结构单元命名，然后在结构单元名称前加上 “聚”字。 如碳链聚合物 “聚丙烯”、“聚氯乙烯”、“聚苯乙烯”； 杂链聚合物“聚对苯二甲酸乙二酯”、“聚己二酰己二胺”； 元素有机聚合物“聚二甲基硅氧烷”均按此法命名。 聚乙烯的结构单元应为“CH2”，但由于其实际是从乙 烯聚合而来，因此命名时以“CH2CH2”为结构单元。 也可在结构单元名称后加上“树脂”两字来命名。如 “氯 乙烯树脂”、“丙烯酸树脂”等。
4）俗称：
有许多聚合物，根据它们的外观、形貌或特点，人们约 定俗成地为它们起了名称，并得到广泛的认可，就形成了俗 称。 例如，聚甲基丙烯酸甲酯的板材、管材和棒材等，由于 其透明度很高，类似于玻璃，人们称其为“有机玻璃”。由 玻 璃纤维增强的不饱和聚酯或环氧树脂，因其坚硬如钢，俗称 “玻璃钢”。 三聚氰胺的俗称为“密胺”，因此由三聚氰 胺和甲醛聚合而成的聚合物俗称为“密胺树脂”。
材料科学基础PPT精品课件幻灯片
2020/12/19
材料科学与工程学院材料学教研室
3
提到“材料”，同学们会想到什么？列举一下现 代生活中用到了哪些材料？给材料下个定义。
请同学们能不能根据材料的发展来划分历史？如 果能，是怎样划分的？ 材料科学与材料工程有什么区别？
请问同学们材料是怎样分类的？
如何认识材料的科学问题？ （链接）
2020/12/19
10
• 金属铸造工艺-人们得到了他们需要的形状 (4000BC、最早 的模铸件：一个铜制杖头)
• 从矿石中提炼铜-冶金业的黎明 （3500BC、埃及古墓壁画是 人类冶金业的最早纪录之一 ）
• 青铜的使用-制造合金 （ 3000BC、青铜：第一种合金）
2020/12/19
材料科学与工程学院材料学教研室
材料科学与工程学院材料学教研室
4
一.什么是材料和材料科学基础?
材料（Materials）是指人类社会能接受地，经济地的制造
有用物品的物质。是具有满足指定工作条件下使用要求的形
态和物理性状的物质。
广义的材料：包括人们的思想意识之外的所有物质
(substance)。材料是国民经济的物质基础。
材料包括：天然材料和人工材料。
令人叹为观止。
2020/12/19
材料科学与工程学院材料学教研室新口郑长李30家.5厘园米出，土口。宽高2141.79厘厘米米15，。
《材料科学基础教案》PPT课件
材料的分类
1、按材料的化学成分组成分类
金属材料〔黑色金属、有色金属〕 无机非金属材料〔水泥、玻璃、耐火材料、陶瓷〕
天然高分子材料〔蛋白、淀粉、纤维素〕 高分子材料
人工合成高分子材料〔合成橡胶、合成塑料、合成纤维〕
复合材料
2、按材料的使用性能分类 结构材料 功能材料
材料的发展历史
1、1808～1871年,研究并实现了金相分析的方法. 2、1871～1903年,手机、分析及总结了大量实验结
教学重点
使学生了解本课程在专业培养目标及教 学计划中的地位、重要性.,以达到按照教学 目的要求,学生能够自觉地学好本课程的教学 内容.
教学过程
一 讲授内容 二 小结 三 思考题
思考题
1．材料科学在国民经济中的重要地位是什么？ 2．如何对工程材料进行分类？ 3. 材料科学的研究对象及任务是什么？
第四部分 材料的结构
一、教学目的及要求 二、主要内容 三、学时安排 四、教学重点 五、教学难点 六、教学过程 七、思考题 八、作业 九、实验 十、教学参考书
教学目的及要求
使学生们掌握三大固体材料的结构特点、性 能特点,建立材料结构与性能之间的关系.
主要内容
材料的结合方式、金属材料的结构、高 分子材料及陶瓷材料的结构特点.
教学重点
1、典型金属材料的晶体结构； 2、合金相结构 3、金属材料的结构与性能的关系； 4、高分子材料及陶瓷材料的结构及性能特点.
浙大材料科学基础课件part
滑动面表示符号：平移为a/2、b/2或c/2时，写作a、b或c；沿体对角线平移1/2距离，写作n；沿面对角线平移1/4距离，写作d。
(2)螺旋轴：由回转轴和平行于轴的平移构成。图1-24为3
次螺旋轴，绕轴回转120º并沿轴平移c/3。螺旋轴按其回
转方向有右旋和左旋之分
螺旋轴表示符号：21(表示2次、c/2)，31(表示3次、c/3、右旋)，32(表示3次、c/3、左旋)，41(表示4次、c/4、右旋)，42(4次、c/2)，43(表示4次、c/4、左旋)，61(6次、c/6、右旋)，62(6次、c/3、右旋)，63(6次、c/2)，64(6次、c/6、左旋)，65(6次、c/3、左旋)
所有对称要素归纳：
回转对称轴：1、2、3、4、6
对称面：m（2）
对称中心：1（z）
回转-反演轴：3、4、6
滑动面：a、b、c、n、d
螺旋轴：21、31、32、41、42、43、61、62、63、64、65
(二)点群、单形及空间群
点群：晶体可能存在的对称类型。
通过宏观对称要素在一点上组合运用而得到。只能有32种对称类型，
称32种点群
表1- 3 32种点群及所属晶系
*2/m表示其对称面与二次轴相垂直，/表示垂直的意思。其余类推
同一晶系晶体可为不同点群的原因：阵点上原子组合情况不同。如错误!未找到引用源。，对称性降低，平行于六面体面的对称面不存在，4次对称轴也不存在。
理想晶体的形态―单形和聚形：
单形：由对称要素联系起来的一组同形等大晶面的组合。32种对称型总共可以导出47种单形，如错误!书签自引用无效。，错误!
材料科学基础 第1章 晶体学基础
个平行六面体在三维空间周期重复排列堆砌而成。
晶胞：在单胞的结点位置上放置一个结构基元，则此平行六面 体就成为晶体结构中的一个基本单元
在实际应用中我们常将单胞与晶胞的概念混淆起来用而没有加
以细致的区分。
二、选取原则
１、固体物理选法：体积最小，只反映周期性，不能反映其对称 性，如面心立方点阵：
2、晶体学选法，同时反映周期性和对称性，符合Bravais三原则： a、能同时反映空间点阵的周期性和对称性； b、满足原则a的前提下，有尽可能多的直角； c、在满足原则a和b的前提下体积最小。
14种布拉菲点阵
空间点阵形式
230空间群
不要求掌握
3、4类点阵
只有高对称性位置上加入阵点才有可 能不破坏原来点阵的对称性，形成新 按结点在晶胞中的位置分为： 的布拉菲点阵
(1) 简单点阵－P，平移矢量 a、b、c
(2) 底心点阵－C，平移矢量 a、b、c、(a+b)/2
(3) 体心点阵－I，平移矢量 a、b、c、(a+b+c)/2 (4) 面心点阵－F，平移矢量 a、b、c、(a+b)/2、(b+c)/2、 (a+c)/2
晶向。若晶体中两直线相互平行但方向相反，则它们的
晶向指数的数字相同，而符号相反。
如 [001] 和 [00 1] , [2 11] 和 [21 1] 就是两个相互平行、
材料科学基础-专业课件
３.有机高分子材料（高聚物） 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的 分子量很大的化合物。高聚物的种类繁多，性能各异， 分子量很大的化合物。高聚物的种类繁多，性能各异，其 分类的方法多种多样。 分类的方法多种多样。按高分子来源分为天然高分子材料 和合成高分子材料； 和合成高分子材料；按材料的性能和用途可将高聚物分为 橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。 橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。
普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与其它天然 普通陶瓷即传统陶瓷， 矿物原料经过粉粹混炼、成型、 矿物原料经过粉粹混炼、成型、锻烧等过程而制成的各种 制品。包括日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、 制品。包括日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、 电瓷以及其它工业陶瓷。 电瓷以及其它工业陶瓷。 特种陶瓷是用于各种现代工业及尖端科学技术领域的陶瓷 制品。包括结构陶瓷和功能陶瓷。 制品。包括结构陶瓷和功能陶瓷。 结构陶瓷主要用于耐磨损、高强度、耐高温、耐热冲击、 结构陶瓷主要用于耐磨损、高强度、耐高温、耐热冲击、 硬质、高刚性、低膨胀、隔热等场所。 硬质、高刚性、低膨胀、隔热等场所。功能陶瓷主要包括 电磁功能、光学功能、生物功能、 电磁功能、光学功能、生物功能、核功能及其它功能的陶 瓷材料
材料科学基础课程的教学内容? 材料科学基础课程的教学内容
材料科学基础课程是材料科学与工程专业的重要的学科 基础课之一，主要介绍材料科学中的共性规律， 基础课之一，主要介绍材料科学中的共性规律，即材料的组 形成（工艺）条件－结构－性能－ 成－形成（工艺）条件－结构－性能－材料用途之间相互关 系及制约规律。所以材料科学基础是研究材料的成分、 系及制约规律。所以材料科学基础是研究材料的成分、组织 结构与性能之间关系。 结构与性能之间关系。 内容包括：材料种类、晶体结构、缺陷化学、 内容包括：材料种类、晶体结构、缺陷化学、非晶体结 材料的表面与界面、相图、扩散、相变、 构、材料的表面与界面、相图、扩散、相变、固相反应及烧 结等基础知识。 结等基础知识。
浙大 材料科学基础实验Ⅰ 真空感应悬浮熔炼实验报告
实验报告
课程名称：_材料科学基础实验Ⅰ____________指导老师：__ _____成绩：_________________ 实验名称：_真空感应悬浮熔炼实验 _实验类型：__ ___ __ 同组学生姓名：__ __ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
一、实验目的
1、了解真空感应悬浮熔炼实验的基本原理；
2、掌握真空感应悬浮熔炼的操作方法。
二、真空感应熔炼的特点
真空感应熔炼作为一个高温冶金过程有很大的优越性，因为它有坚实的热力学基础。咋非真空感应熔炼过程中，只有控制金属液的温度，而在真空过程中，温度和压力两者都可以控制。与大气熔炼相比真空感应熔炼有以下优缺点：
1、能够比较彻底地清除钢液中的气体
根据物理化学中的气体熔解定律，对于双原子气体（H2，N2）来说，它们在钢液中的溶解量是炉气 中该种气体的分压力的平方根成正比的，其间的关系可用下式表示：
(H)=k1PH1/2 (N)=k2PN1/2
式中：（H ）（N ）为氢和氮在钢液中的溶解量；PH 、PN 为炉气中氢和氮的分压力；k1、k2为平衡常数。
由上式可见，当降低炉气中氢气和氮气的分压力时，钢液中的气体含量就会随之减少。如果炉气中的真空度很高（即pH ≈0,pN ≈0）时，则钢液中的含气就可以降低到很低的程度。例如，实验结果表明，只要真空度达到10μm 汞柱时，钢中氢的含量可以降低至1ppm 以下。 2、钢液可以充分脱氧和降碳
浙大考研无机非金属课件—第一章-相图2
2008年2月
材料科学基础-----相平衡
浓度三角形的两个性质
1) 等含量规则：平行三角形一边
的直线，线上任一组成点所含 对面顶点组分的含量不变，图 中MN平行AB，则MN线上任 一点中组分C的含量不变 2) 定比例规则：三角形一顶点与 其对边任意点连线，线上任一 组成点中，其余两组分含量的 比例不变，由顶点C作射线CD， 则CD连线上任一点处，组分A 与B含量的比例不变，且有
t点位置称为交叉位置
M
t P N
Q
B
2008年2月
材料科学基础-----相平衡 C P M
5. 共轭位
要从三种原物系M，N，Q
中得到新物系P ，而P点在 △MNQ外，且在QM与NM 延长线包围的范围，则有： N+Q+P=M， P=M-(N+Q) 为得到新物系P，必须从旧 物系M中取出若干量的Q和N。 而当P分解时，要回吸N，Q， A 才能得到M
2008年2月
4. 交叉位
材料科学基础-----相平衡 C
要从三种原物系M，N，Q 中
得到新物系t，而t点在△MNQ 外面，且在QM，QN延长线范 围内，则有：M+N=P， Q+t=P，即M+N=Q+t，故 有t=M+N-Q。 为得到新物系t，必须从两个 旧物系M+N中取出若干量的Q 才能得到，这类似二元系统中 的转熔，即当t分解时需要部分 A Q回吸以形成M和N，即 t+Q=M+N
1材料科学基础第一章晶体学基础课件
具有L44P的平面点阵
单胞表
3、单胞的表征
原点：单胞角上的某一阵点 坐标轴：单胞上过原点的三个棱边 x，y，z 点阵参数：a，b，c，α，β，γ
§1.1 晶体的基本概念与性质
一、晶体的基本概念 二、晶体的基本性质 三、晶体学的主要研究内容
一、晶体的基本概念
图 片
凡是具有（非人工琢磨而成）几何多面体形态的 固体都称之为晶体？
无色水晶
水晶晶簇
黄铁矿
石盐
冰州石
石榴石
绿柱石
金 刚石
萤石
停，玻
玻璃
电气石(碧玺)
石墨
人造刚玉
一、晶向指数 二、晶面指数 三、六方晶系的晶向指数和晶面指数 四、晶带 五、晶面间距
晶向、晶
钯的PDF卡片-----Pd 89－4897
crystal system,space
图 2 CdS纳米棒的TEM照片（左）和 HRTEM照片（右）
图2 选区电子衍射图
图1. La(Sr)3SrMnO7的低 温电子衍射图
立方晶系中一些晶面的晶面指数
练习计算
练习：标定晶面指数
（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c， 求出该晶面的米勒指数；
浙大材料科学与基础课件最新版5th(共8部分)
一纯螺型和一纯刃型位错平行：由于螺型力场yz xz σσ和，而没有刃
型滑移和攀移所需的yx σ和xx σ；同样，刃型力场xx σ、
yy σ、yx σ和zz σ中也没有螺型滑移所需的z θσ，所以，两位错间没有相互作用
任意柏格斯矢量的两个平行的直线位错：分解为刃型分量和螺型
分量，分别计算两螺和两刃间的相互作用，再叠加起来
结论：若柏格斯矢量夹角
夹角>π/2，则两位错互相吸引
2、位错塞积：许多位错被迫堆积在某种障碍物前，如错误！未找到
引用源。所示，它们来自同一位错源，具相同的柏格斯矢量，障碍物如晶界
塞积群（在垂直于位错线方向的）长度：对刃型为N μb/πτ(1-ν)，对
螺型为N μb/πτ。正比于位错总数N ，反比于外加切应力τ 塞积群的平衡：外加切应力所产生的滑移力F x =τb ，使位错尽量靠紧；
其他位错间的排斥力（每一对位错间的排斥力，式2-74）使位错尽量散开；障碍物阻力（短程），仅作用在塞积群前端的位错上达很高的数值。三者间的平衡
位错塞积群前端的应力集中：受外力，同时受所有其它位错作用在领先位错与障碍物间挤压产生局部应力ττn ='。n （塞积位错数）倍于外力的应力集中,能使相邻晶粒屈服，也可能在晶界处引起裂缝。
3.位错反应：位错之间的相互转化。譬如一分为二或两合为一，b b b +→2
位错反应条件：1、反应前矢量和等于反应后矢量和，即∑∑=后前b b
2、反应后总能量小于反应前总能量，即∑∑=22后
前b b （因为能量正比于b 2）。反应b b b +→2使能量从
4b 2降为2b 2变稳定
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浙大材料科学基础课件第一部分
前言
料及工程的角度看，材料可归属于实验学科，但是随着新材料的不断发展，材料学科更表现出了它科学性和综合性的一面。在当今高新技术的不断推动下，各种新材料的涌现，要求我们只有在掌握更高深的基础理论及更多学科综合知识的基础上才有可能了解它和应用它。
着重介绍了包括晶体结构、晶体结构的不完整性、固溶体和非晶态固体在内的全部内容。并对固体材料中质点的运动和迁移以及晶格振动和电子运动做了一定的阐述。本课程着重概念的建立和演绎，并介绍了这些基本概念在具体的材料中的应用范例和普适性，与传统的“材料科学基础”类书籍相比，本课程原则上摒弃了原来以单一材料作为专业基础时所建立的一套编排体系，也即摒弃了以金属、非金属等单一材料本身进行介绍的情况，而以物质结构状态等为新的主线和新观点出发介绍与所有材料相关的科学基础问题，这更有利于读者全面了解和掌握整个材料的基本科学问题。
面了解材料的基本科学理论，了解材料的多样性。通过对本课程的学习，能大大促进学生对材料科学整体学科概念的建立和基本理论的掌握，适应当今科学技术的发展要求，对认识和掌握材料的内在本质问题有很大的帮助。
第一章晶体结构
本章节包括三部分内容
§1-1晶体学基础
§1-2晶体化学基本原理
§1-3典型晶体结构
§1-1晶体学基础
为了更有效地使用材料以及开发设计新材料，必需了解影响材料性能的各种因素，掌握提高其性能的途径。
材料性能决定因素：内部微观构造。
研究材料必需从材料内部的矛盾性寻找改善和发展材料的途径，由于材料的许多特性与结构状态有关，因此，要更深入了解材料，必须首先掌握材料基本构造，包括原子相互作用和结合力，原子分布规律等
固态材料分类：晶体与非晶体
晶体外形：不一定都是规则的，与形成条件有关
晶体特点：原子(或分子)在三维空间作有规则的周期性重复排列。液体转变为晶体是突变的，有一定的凝固点和熔点。各向异性
晶体又有单晶体和多晶体，有天然和人工之分
单晶体：一个晶核生长而成
多晶体：许多不同位相的小晶体组成
非晶体外观：一种过冷态液体，只是物理性质不同于通常液体，如玻璃
非晶体特点：无长程的周期性排列。从液态到非晶态固体的转变是逐渐过渡的，没有明显的凝固点。各向同性
掌握材料性能，不根据外观，必需从原子排列情况确定
一、空间点阵
对空间点阵的了解是认识和描述晶体的基础，包括以下五个方面
(一)对空间点阵的概念的了解
(二)对晶胞的分析
(三)对晶系的认识
(四)对布拉菲点阵掌握
(五)对晶体结构与空间点阵关系的掌握
(一)空间点阵的概念
为便于分析研究晶体中原子或分子的排列情况，晶体中原子或分子抽象为规则排列几何点
空间点阵：晶体中原子或分子的空间规则排列如错误！未找到引用
源。所示，表现出长程周期性的特性
点阵特点：各阵点为彼此等同的原子群或分子群的中心，周围环境
都相同，在空间的位置一定
点阵基本要素：阵点
(二)晶胞
晶胞：点阵中取出的一个反映点阵对称性的代表性基本单元(通常取
最小平行六面体)。
在点阵中基本单元选取如错误！未找到引用源。所示。为更好表现点
阵对称性，可不取简单晶胞，如取体心、面心或底心晶胞 晶胞描述：1、晶轴X 、Y 、Z ；2、点阵常数a 、b 、c ；3、晶轴夹角
α β γ 错误！未找到引用源。
晶胞矢量描述：c b a r w v u uvw ++=
式中r uvw 为从原点到某一阵点的矢量，u 、v 、w 分别表示沿三个点阵矢量的平移量，亦即该阵点的坐标
(三)晶系
晶系：按晶胞外形即棱边长度之间的关系和晶轴夹角情况归类，每
一类别即一个晶系。
晶系只有七种！如表1- 1所示
表1- 1 晶系七种晶系：
(四)布拉菲点阵
空间点阵可有多少排列形式?按“每个阵点的周围环境相同”的要求，有：
布拉菲点阵：空间点阵的排列形式。空间点阵只有14种！如错误！未找到引用源。所示
14种布拉菲点阵的晶胞：1- 简单单斜（及动画演示）;3-简单正交（及动画演示）;5-体心正交（及动画演示）;7-简单六方
（及动画演示）;9-简单四方（及动画演示）;11-简单立方
（及动画演示）;13-面心立方（及动画演示）
14种布拉菲点阵的选取主要是考虑到更好反映晶体对称性等因素，也有其他的取法，如：
六方晶胞：六方点阵取的棱柱形晶胞。也可取成如错误！未找到引用源。所示的平行六面体，但这样显示不出此点阵的对称特点
与六方晶胞相同，体心立方晶胞可用初级晶胞(三斜)来表示，面心立方晶胞也可用菱形来表示(见错误！未找到引用源。)，其缺点是它们的高度对称性得不到反映，故一般不采用这样的表示方法。
(五)晶体结构与空间点阵
晶体结构与空间点阵区别：空间点阵是晶体质点排列几何学抽象，描述周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，它只可
能有14种类型；晶体结构是指晶体中原子(包括同类的或异
类的原子)或分子的具体排列情况，它们能组成各类型排列，
因此可能存在的晶体结构是无限的
晶体结构与空间点阵的关联：晶体结构按其原子或分子排列的周期性和对称性归属于14种空间点阵中的一种。不同结构可属同
一点阵，相似结构又可能属不同点阵。如错误！未找到引用
源。为具有相同点阵的晶体结构示意、错误！未找到引用源。
则为晶体结构相似而点阵不同的情况
特殊空间点阵确定：考虑周围环境相同，确定阵点（可几个原子共同组成）。如图1-7为密排六方晶体结构，密排六方
结构由0,0,0和2/3,1/3,1/2两原于为阵点组成简六方点
阵
空间格子符号：表示14种空间点阵。如最简单格子，为原始格子，