材料化学导论复习提纲

材料化学导论复习提纲第一章绪论一、材料的分类（按成分分类、按功能分类）1、按组成、结构特点分金属材料：由金属及合金构成的材料。

黑色金属：如钢Fe、Mn、Cr及其合金；有色金属：黑色金属以外的各种金属及其合金。

无机非金属材料：由非金属单质或金属与非金属组成的化合物所构成的材料。

传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷等新型无机非金属材料：高温结构陶瓷、光导纤维等。

如水晶(SiO2)、金刚石(C)、刚玉(Al2O3)、新型陶瓷材料或精细陶瓷。

高分子材料：以脂肪族或芳香族的C-C 共价键为基础结构的大分子组成。

天然高分子材料：木材,天然橡胶,棉花,动物皮毛等。

合成高分子材料：塑料,合成橡胶,合成纤维和粘合剂等。

复合材料：金属、无机非金属和有机高分子材料有机结合，可以在性能上起到协同作用，从而获得全新性能的一类材料。

如碳纤维等。

2、按使用性能分结构材料：主要利用材料的力学性能的材料。

功能材料：主要利用材料的物理和化学性能的材料。

二、原料与材料的区别、（化学过程与材料过程？）。

材料：人类能用来制作有用物件的物质。

是为获得产品，无化学变化。

原料：人们在自然界经过开采而获得的劳动对象。

是生产材料，往往伴随化学变化。

注意：材料和原料合成为原材料。

三、.材料的发展过程（了解）。

第一代：天然材料在原始社会，生产技术水平低下，人类使用的材料只能是自然界的动物、植物和矿物，主要的工具是棍棒，用石料加工的磨制石器。

第二代：烧炼材料烧炼材料是烧结材料和冶炼材料的总称。

天然的矿、土烧结的砖瓦、陶瓷、玻璃、水泥，都属于烧结材料；从天然矿石中提炼的铜、铁等，属于冶炼材料。

第三代材料：合成材料如合成塑料、合成橡胶、合成纤维。

第四代：可设计的材料近代出现的根据实际需要去设计特殊性能的材料。

第五代：智能材料随时间、环境的变化改变自己的性能或形状的材料。

如形状记忆合金。

第二章一、晶体的对称性：点对称操作的独立操作元素、点对称操作与平移对称操作的组合（空间群）。

晶体的对称性：指对晶体施加某种几何操作后，晶体可以完全复原的性质。

这种几何操作为对称操作。

点对称操作：在晶体对称操作过程中，若至少有一个点保持不变，则这种对称操作称为点对称操作。

晶体的这种对称性称为点对称性或宏观对称性。

能使点阵结构复原的对称元素：平移群、对称中心（又称倒反）、镜面、旋转轴、旋转反轴。

空间点阵结构中只能容纳有限的几种旋转轴，即二重轴、三重轴、四重轴和六重轴，所以其最基本的对称元素只有七种。

1、旋转对称性：指以一个假想直线为轴，绕此直线旋转一定的角度可使图形相同部分重合。

（该直线称为对称轴，以L表示，分为n重旋转轴，其中n＝360/α, α为旋转角度。

受点阵结构的限制，晶体中只存在1，2，3，4，6几种旋转轴，用L1， L2 ，L3，L4，L6 表示。

）n= 1: 平庸对称性，单位对称操作，所有晶体均具有的对称性。

n= 2： n= 3: n= 4: n= 6:重轴。

i 。

2、 共有化电子只有一个价电子：电子在离子实电场中运动时，单个原子的势能曲线表示为：两个原子很近时：每个价电子将同时受到两个离子实电场的作用，这时的势能曲线表示为：3、导体、绝缘体和半导体的能带结构、用能带理论解释其性质及温度对其导电性的影响。

（1）导体的能带结构（三种形式）。

形式1：价带中只填充了部分电子，在外加电场作用下，这些电子很容易在该能带中从低能级跃迁到较高能级，从而形成电流。

是电子导电型，如Li 。

形式2：价带被电子填满，成为满带，且与空带发生交叠，形成更宽的能带，从而使可添充的电子数目大于2N ，使能带不完全被电子充满，以致出现电子和空穴同时参与导电。

包括：空穴导电型导体、电子导电型导体。

如二价Bi 、As 、Mg 、Zn 。

形式3：金属的价带本来就没有被电子填满，同时价带又同邻近的空带重叠，形成一个更宽的导带，实际参与导电的是那些未被填满的价带中的电子。

是电子导电型导体，如Na 、K 、Cu 、Al 、Ag 。

（2）绝缘体能带结构。

例： NaCl 晶体，它的能带是由 Na+ 和 Cl-导带中电子的转移的最外壳层 2p 和Cl- 的最外壳层3p ，都已被电子填满，且这最高满带与空带之间存在着很宽的禁带，所以NaCl 是绝缘体。

绝缘体：电子刚好填满最低的一系列能带（最上边的满带叫价带），再高的各能带全部都是空的（即为空带），由于没有未满带，禁带宽度（3在温度很窄，约～具有导电性。

半导体（a ）导体（b ）绝缘体（c ）半导体（d ）半金属 4、晶体缺陷的分类（按法分类和几何分类法）。

（1）几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷等。

点缺陷：线缺陷：缺陷只在一个方向上延伸，或称一维缺陷，主要是各种形式的“位错”面缺陷：晶体内一个晶面不按规定的方式来堆积，部分偏离周期性点阵结构的二维缺陷。

体缺陷：指在三维方向上相对尺寸较大的缺陷，例如完整的晶格中可能存在着空洞或夹杂有包裹物等，使得晶体内部的空间点阵结构整体中出现了异性形式的缺陷 （2）形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、电荷缺陷、辐照缺陷。

热 缺陷：亦称本征缺陷，指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点。

类型:弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷 杂 质 缺陷：亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷。

非整比缺陷：指组成上偏离化学中的定比定律所形成的缺陷。

它是由基质晶体与介质中的某些组分发生交换而产生。

电 荷缺陷：质点排列的周期性未受到破坏，但因电子或空穴的产生，使周期性势场发生畸变而产生的缺陷。

辐 照缺陷：材料在辐照下所产生的结构不完整性。

5、固溶体的分类方法。

(1)按溶质原子(或离子)在固溶体中的位置划分：置换型固溶体：溶质的质点进入主晶体中正常结点位置。

间隙型固溶体：溶质的质点进入溶剂晶格的间隙位置。

如：碳在铁中形成间隙型固溶体。

(2)按溶质在主晶体中的溶解度(固溶度)划分：不同固体的能带填充情况(a) 导体；(b) 绝缘体；(c) 半导体；(d) 半金属连续固溶体：溶质和主晶体可以按任意比例无限制地相互溶解。

有限固溶体：溶质原子在主晶体中的溶解度是有限的。

6.固溶体的相图（连续固溶体的相图种类，各区域、各线的意义，组分的确定方法；有限固溶体的二元系统相图，主要是低共熔点共晶相图各区域、各线的意义，组分的确定方法）。

（1）连续固溶体的二元系统相图连续固溶体：两种组分，在液态下可无限互溶，在固态下形成的固溶体的溶解度可无限大。

连续固溶体形成的相图称为匀晶相图，有三种类型：①没有最低及最高熔点型。

▽加入一种组分使熔点上升，而加入另一种组分使熔点降低。

▽相图由两条曲线将其分为三个区。

▽左右两端点分别为组元的熔点。

▽上面的一条曲线称为液相线，液相线之上为液相的单相区，常用L表示；▽下面的一条曲线称为固相线，固相线之下为固溶体的单相区，常用α表示；▽两条曲线之间是双相区，标记L+α表示。

L1、a1点分别为平衡的液体和固体的成分。

②具有最低熔点型。

▽加入一组分后都使熔点下降，出现一个最低点。

③具有最高熔点型。

▽加入一组分后都使熔点上升，出现一个最高点(a)具有最低熔点 (b)具有最高熔点（2）有限固溶体的二元系统相图。

有限固溶体：组分A、B间在液态下无限互溶，固态下可以形成固溶体但溶解度有限，不能以任意比例互溶。

有两种类型：①低共熔点型-共晶相图。

▽A，B分别表示两个组元，T A和T B为两个组元的熔点。

▽左、右端区域分别为 B溶于A中的固溶体(以α表示)以及A溶于B中的固溶体(以β表示)。

▽T A E、T B E分别α、β为固溶体的凝固曲线，两条液相线相交于E点。

▽E点所对应的温度称为共晶温度。

在该温度下，液相凝固同时结晶出两个固相，这种两相的混合物称为共晶组织或共晶体。

▽T A C和T B D为两固相线；CF和DG为固溶体α、β的溶解度随温度变化线；▽CED水平线是：组成为Q点的α相，组成为I的β相and熔融液的三相平衡共存线。

称为共晶线。

▽相图分成三个单相区L、α、β；三个双相区L＋α、L＋β、α＋β。

▽成分位于共晶点E以左，C点以右的合金称为亚共晶合金。

▽成分位于共晶点E点以右、D点以左的合金称为过共晶合金。

②转熔点类型-包晶相图。

▽T A C和T B C为两液相线，T A D和T B P为两固相线；▽DF和PG为固溶体α、β的溶解度随温度变化线；▽相图有3个单相区：液相L、固相α和β。

▽单相区之间是L+α、L+β和α+β的3个双相区。

▽DPC称为包晶线，L、α、β三相共存区。

包晶线系：组成为D的固溶体α，组成为P的固溶体β和组成为C的熔液的三相平衡共存线，其平衡关系式可示为：当成分处于DP范围的合金冷却时，首先析出的是α固溶体。

当温度降至tP时，成分为C的剩余液体与固溶体α相相互作用形成β固溶体。

β相的生长在液体和α相的交界面处，形成的β相包围在α相外围，将α相与液体分隔开，所以把这种转变称为包晶转变。

这类由一种固溶体转变为另一种固溶体的温度(tp)就称为两固溶体的“转变温度”“转熔点”。

第三章材料结构的表征一、材料结构分析的意义、材料研究的组成部分。

材料研究的三个组成部分：材料的设计、制备和表征。

材料结构分析的意义：材料设计的重要依据，来源于材料的结构分析。

材料制备的实际效果，必须通过材料结构分析的检验。

因此可以说，材料科学的进展极大地依赖于对材料结构分析的表征水平。

材料结构表征的主要手段：热分析技术、显微技术、X射线衍射技术、波谱技术。

材料结构表征的任务：主要有三个：成分分析、结构测定、形貌观察。

二、热分析方法、热重法的含义、分类、热重曲线的分析。

热分析含义：在程序控制温度条件下，测量材料物理性质与温度之间关系的一种技术。

从宏观性能的测试来判断材料结构的方法。

热分析分类：热重法(TG)、差热分析法（DTA）和差示扫描量热法（DSC）。

热重法含义：在程序控制温度条件下，测量物质的质量与温度关系的一种热分析方法。

热重法分类：等温热重法：在恒温下测量物质质量变化与时间的关系非等温热重法：在程序升温下测量物质质量变化与温度的关系热重曲线分析：由热重法记录的质量变化对温度的关系曲线称为热重曲线(TG曲线)。

TG曲线以质量为纵坐标，从上到下表示减少，以温度或时间作横坐标，从左自右增加。

如图。

▽热重曲线显示了试样的绝对质量(W)随温度的恒定升高而发生的一系列变化。

▽如图中质量从W0到W1，从W1到W2，从W2到0是三个明显的失重阶段，它们表征了试样在不同的温度范围内发生的挥发性组分的挥发and分解产物的挥发，从而可以得到试样的组成、热稳定性、热分解温度、热分解产物and热分解动力学等有关数据。

▽由TG曲线还可获得试样的质量变化率与温度关系曲线，即微分热重曲线(DTG曲线)，它是TG曲线对温度的一阶导数。