南昌大学材料科学导论期末试卷重点

《材料科学导论》复习题

第一章

1、重要概念

【结构材料】是指具有抵抗外场作用而保持自己的形状、结构不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于结构目的的材料。

【功能材料】是具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料。

【结合键】指由原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小。结合键决定了物质的一系列物理、化学、力学等性质。

【离子键】正负离子间的静电作用。

【共价键】同号电荷聚集在两个原子之间，形成共用电子对。

【金属键】在金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。

【氢键】

【强健(一次键)】

【弱键(二次键)】

【对称性】若一个物体（或晶体图形）当对其施行某种规律的动作以后，它仍然能够恢复原状（即其中点、线、面都与原始的点、线、面完全重合）时，就把该物体（图形）所具有的这

种特性称之为“对称性”。

【有序无序转变】

【对称破缺】原来具有较高对称性的系统出现不对称因素，其对称程度自发降低的现象。

2、问答题

○1离子键及其晶体特点

答：键合特点：无饱和性、方向性不明显、配位数大、强键（一次键）离子键材料的性能特点：高熔点、高硬度、低塑性、绝缘性能好

○2共价键及其晶体特点

答：键合特点：方向性明显，配位数小，密度小，有饱和性

○3金属键及其晶体特点

答：键合特点：无方向性无饱和性，强键

金属键材料性能特点：良好的导电性及导热性、正的电阻温度系数、良好的强度及塑性、特有的金属光泽、密度比较大。

○4有序无序转变方式

○5为什么高熔点的元素具有强的一次键和低的线膨胀系数？

○6下图为A、B两种材料的键能曲线，请比较两种材料线膨胀系数的大小，简要说明理由。

第二章

1、重要概念

【晶体】是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体

【非晶体】物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体。

【空间点阵】向空间三维方向伸展的点阵称为空间点阵

【七大晶系】等轴晶系、六方晶系、四方晶系、三方晶系、斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系【十四种布拉菲点阵】

【晶向】通过晶体中原子中心的不同方向的原子列。

【晶向族】原子排列情况相同在空间位向不同（即不平行）的晶向统称为晶向族。

【晶面】在晶体学中，通过晶体中原子中心的平面叫作晶面[

【晶面族】在立方晶系中，由于原子的排列具有高度的对称性，往往存在有许多原子排列完全相同但在空间位向不同（即不平行）的晶面，这些晶面总称为晶面族。其用大括号表示，即

｛abc｝。

【晶面间距】同一晶面族相邻两晶面间的距离。

【各向同性】晶体在不同的方向所测得的性能数值完全相同

【各向异性】晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。

【四面体间隙】由一个顶点原子和三个面心原子围成，其大小：rB=0.225R，间隙数量为8个。

【八面体间隙】位于晶胞体中心和每个棱边的中点，由 6 个面心原子所围成,大小rB=0.414R，rB

为间隙半径，R为原子半径，间隙数量为4个。

【无公度相】在一定的温度（或压强）范围内，某些晶体中出现某种局域的原子特性的周期性分布，称做调制结构。它的调制波长和点阵常数之间，可以有简单整数比的关系，也可以偏

离简单整数比的关系。如果有简单整数比关系，便称做公度，如果偏离简单整数比关

系，便称做无公度。存在公度调制结构的相称做公度相，存在无公度调制结构的相称

做无公度相。公度相和无公度相之间的转变,叫做公度-无公度相变。

【面心立方】原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。

【体心立方】八个原子处于立方体的角上，一个原子处于立方体的中心，角上八个原子与中心原子紧靠。

【密排六方】原子排列在正六面柱体的各顶点和上下面的中心，在正六面柱体的中间还有3个原子。

【致密度】致密度是指晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比，用K表示，（对一个晶胞而言）。【晶胞原子数】顶点*1/8+面心*1/2+体心*1

【密排面】原子密度最大的面

【配位数】配位数是指晶体结构中与任一原子最近邻并且等距离的原子数。

2、问答及计算题

○1晶体与非晶体有什么重要的差别？

○2画出面心立方金属晶体中的任一最密排面和最密排方向，写出其

晶面、晶向簇指数。

○3画出体心立方晶体结构的基本单胞及间隙，写出单胞的原子数和致密度

○4下图为立方点阵晶胞，写出或计算出下列试题的答案：

（1）写出以O为起点的OA、OB、OC、OP1、OP4各方向的晶向指数。几何条件：P4P6 = 3 AP4，P6P7 = 3 BP6，P1P7 = 2 CP1。

（2）写出晶面P2P3P5P7的晶面指数，并写出图中所包含的不通过O点的所有与其同一晶面族的晶面指数。

○5课堂练习题等

第三章

1、重要概念

晶体融化的判据：当原子热振动的均方根位移与原子间距之比值超过一定限度δ后，晶体即产生熔化。玻璃化转变温度：玻璃化过程的体积变化是连续的，但在体积连续变化过程中在温度Tg处斜率产生了明显的转折，这一转折称为玻璃化转变，对应于过冷液体转变为玻璃态，对应

的温度Tg即为玻璃化转变温度。

玻璃化转变的实质：玻璃化转变对应于液体原子非定域性的丧失，原子被冻结在无序结构中，这就是玻璃化转变的实质，即结构无序的液体变成了结构无序的固体。

结晶曲线示意图：见书(上)P73页

位置无序的统计描述：由于非静态的长程无序特征，因此对非晶态的结构描述，一般都是用统计的方法来描述，即用它的径向分布函数来描述。伏龙诺依多面体。

利用镜像分布函数来描述非晶态结构信息存在一定局限性。要获得结构的细节，还得乞助于构造模型：

无规密堆模型：将液体是为均匀的，相干的而且基本上是无规的分子集合，其中并不包含晶态的区域，或在低温下存在大到足够容纳其他分子的空洞，只考虑了球形原子的堆积问题的球杆

模型。

无规网络模型：机构的基本单元为4个氧原子构成的四面体，并处于中心处的四价硅原子键合；即相邻的四面体是拱顶点的，因而无线结构形成后，化学式保持为SiO2。这样可以形成一

个无规网络结构，无线性的引入使Si--O—Si键角可以对平均值产生偏离，键长也可

以相应地予以伸缩，还可以沿Si—O键来旋转四面体的方位。

聚合物：由长链大分子（又称高分子）所构成的。高分子是由大量一种或几种较简单结构单元组成的大型分子,其中每一结构单元都包含几个连结在一起的原子，整个高分子所含原子数目一般

在几万以上，而且这些原子是通过共价键连接起来的。

液晶态：一些物质的晶态结构受热熔融或被溶剂溶解后，变成具有流动性的液体，分子位置无序，但结构上仍然保持有序排列，即分子取向仍具有长程序，从而在物理性质上呈现各向异性，

形成一种兼有部分晶和液体性质的过渡状态，这种中间状态称为液晶态，具有这种状态的

物质称为液晶。

液晶的组成：形成液晶的有机分子通常是具有刚性结构的分子，分子量在200~500g/mol，长度达几十个埃，长宽比在4~8之间。

液晶的结构单元：可分为四类：1）棒状分子；

2）盘状分子；

3）友邦装货盘状分子连接而成的（柔性）长链聚合物；

4）有双亲分子自组装而成的膜。