材料科学基础 绪论和第一章

图0-3 航天飞机上的先进结构陶瓷 1—增强的碳-碳(RCC) 2—高温再用的表面绝缘材料(HRSI) 3—Nomex涂层(No mex) 4—低温再用的表面绝缘材料 5—金属或玻璃 11924B
3.电子材料、光电子材料和超导材料
(1)电子材料 是指在电子学和微电子学中使用的材料， 主要包括半导体材料、介电功能材料和磁性材料等。 (2)光电子材料 有人估计，今天光电子技术给世界带 来的影响不亚于30多年前将晶体管用于计算机的影响。 (3)超导材料 大多数科学家相信，在今后10年或更长 一些时间内，高温超导的研究和应用开发会有巨大进 展，其中，大电流应用和电子学应用将有实质性的突 破，这必将对国民经济和国防建设等带来巨大的效益。
11924B
第五节
材料的稳态结构与亚稳态结构
图1-19 反应速度随激活能 减小呈指数关系上升
11924B
第五节
材料的稳态结构与亚稳态结构
图1-20 稳态与亚稳态转变的 热力学和动力学条件
11924B
第五节
材料的稳态结构与亚稳态结构
1.原子中的电子按照什么规律排列?什么是泡利不相容 原理? 2.下述电子排列方式中，哪一个是惰性元素、卤族元素、 碱族、碱土族元素及过渡金属? (1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2 (2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 (3) 1s2 2s2 2p5 (4) 1s2 2s2 2p6 3s2 (5) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2 (6) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
11924B
第二节 原子结合键
表1-4 不同材料的键能和熔点
①
这些固体不是直接分解成其组成的单原子气体，所
以数据并不是准确的蒸发热。 1)计算公式
11924B
第二节 原子结合键
2)在式(1-3)中b为未知量，先解得b值。
3)计算Na+Cl-离子对的结合能E0，在平衡间距时E合=E0
五、结合键与性能 1.物理性能 2.力学性能
11924B
第五节
材料的稳态结构与亚稳态结构
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。 10.说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义，说 明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。 11.归纳并比较原子结构、原子结合键、原子排列方式以 及晶体的显微组织等四个结构层次对材料性能的影响。
115.tif
图1-15 利用显微镜观察材料的 组织
11924B
第四节 晶体材料的组织
图1-16 单相组织的两种晶粒形状 a)等轴晶 b)柱状晶
11924B
第四节 晶体材料的组织
二、单相组织 三、多相组织
图1-17 两相组织的一些基本组织形态
11924B
第五节
材料的稳态结构与亚稳态结构
图1-18 激活能的物理意义
材料科学基础
主编：石德珂
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
绪论１ 第一章 材料结构的基本知识 第二章 材料中的晶体结构 第三章 高分子材料的结构 第四章 晶体缺陷 第五章 材料的相结构及相图 第六章 扩散与固态相变 第七章 材料的变形与断裂 第八章 固体材料的电子结构与物理性能
11924A
绪论 一、材料科学的重要地位 二、各种材料概况 三、材料的制备与加工工艺对性能的影响 四、什么是材料科学
11924B
第二节 原子结合键
图1-9 原子间结合 力性质的模拟
11924B
第三节 原子排列方式
一、晶体与非晶体
图1-10 二氧化硅结构示意图 a)晶态 b)非晶态
11924B
第三节 原子排列方式
图1-11 从液态转变为晶体及非晶体 的比体积变化
11924B
第三节 原子排列方式
图1-12 结晶过程示意图及相应的多晶体组织
第二节 原子结合键
三、混合键 解：(1) MgO 据表1-2得电负性数据XMg=1.31；XO= 3.44，代入式(1-1)得： (2) GaAs 1)得 据表1-2得XGa=1.81；XAs=2.18，代入式(1表1-3 某些陶瓷化合物的混合键特征
11924B
第二节 原子结合键
图1-8 原子间结合力 a)原子间吸引力、排斥力、合力 b)原子间 作用位能与原子间距的关系
第一节 原子结构
一、原子的电子排列
表1-1 各电子壳层及亚壳层的电子状态
(1)泡利不相容原理 一个原子中不可能存在有四个量 子数完全相同的两个电子。
11924B
第一节 原子结构
(2)最低能量原理 电子总是优先占据能量低的轨道， 使系统处于最低的能量状态。
图1-1 电子能量水平随主量子数 和次量子数的变化情况 11924B
11924B
11924B
一、材料科学的重要地位
表0-1 人类使用材料的
11924B
二、各种材料概况
1.金属材料 2.陶瓷材料 3.电子材料、光电子材料和超导材料
11924B
1.金属材料
图0-1 汽车中各种材料的大致比例
11924B
1.金属材料
图0-2 波音767飞机所用的各种材料比例
11924B
2.陶瓷材料
2.共价键
图1-5 金属键结合示意图
11924B
第二节 原子结合键
二、二次键 1.范德瓦耳斯键
图1-6 范德瓦耳斯键力示意图 a)理论的电子云分布 b)原子偶极矩的产生 c)原子(或分子) 间的范德瓦耳斯键结合
11924B
第二节 原子结合键
2.氢键
图1-7 冰中水分子的排列及氢键的作用
11924B
11924B
第五节
材料的稳态结构与亚稳态结构
3.稀土元素电子排列的特点是什么?为什么它们处于周 期表的同一空格内? 4.简述一次键与二次键的差异。 5.描述氢键的本质，什么情况下容易形成氢键? 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? 7.应用式(1-2)～式(1-5)计算Mg2+O2-离子对的结合键能， 以及每摩尔MgO晶体的结合键能。 8.计算下列晶体的离子键与共价键的相对比例 (1) NaF (2) CaO
11924B
第三节 原子排列方式
二、原子排列的研究方法
图1-13 X射线在原子面AA′和BB′上的衍射
11924B
第三节 原子排列方式
图1-14 X射线衍射分析示意及衍射分布图 a) X射线衍射分析示意图 b) SiO2晶体及非晶体的衍射分布图
11924B
第四节 晶体材料的组织
一、组织的显示与观察
第一节 原子结构
二、元素周期表及性能的周期性变化
11924B
第一节 原子结构
表1-2 元素的电负性(鲍林)
11924B
第二节 原子结合键
一、一次键 1.离子键
图1-3 NaCl的离子结合键示意图
11924B
第二节 原子结合键
图1-4 金刚石的共价结合及其方向性
11924B
第二节 原子结合键
11924B
三、材料的制备与加工工艺对性能的影响
图0-5 航空发动机的构造
11924B
四、什么是材料科学
图0-6 材料科学与工程四要素
11924B
第一章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
材料结构的基本知识
原子结构 原子结合键 原子排列方式 晶体材料的组织 材料的稳态结构与亚稳态结构
11924B