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。

液晶的结构：一：热致液晶：1、向列相第四章1、重要概念【合金】两种或两种以上的金属或金属与非金属经冶炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。

【相】合金中具有同一聚集状态,同一结构，以及成分性质完全相同的均匀组成部分。

【点缺陷】现在我们设想这样一种情况：当温度足够高使得原子的振幅变得很大，以致于能挣脱周围原子对其的束缚(请读者考虑为什么振幅大，原子可以脱离平衡位置)。

因此，这个原子就成为“自由的”，它将会在晶体中以多余的原子方式出现？如果没有正常的格点供该原子“栖身”，那么这个原子就处在非正常格点上即间隙位置。

显然，这就是我们前面所说的间隙式原子。

由于原子挣脱束缚而在原来的格点上留下了空位。

这就是点缺陷形成的本质。

【线缺陷】晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。

【面缺陷】一块晶体常常被一些界面分隔成许多较小的畴区，畴区内具有较高的原子排列完整性，畴区之间的界面附近存在着较严重的原子错排。

这种发生于整个界面上的广延缺陷被称作面缺陷【肖特基空位】离位原子进入其它空位或迁移至晶界或表面。

【弗兰克空位】离位原子进入晶体间隙。

【固溶体】是一种组元（溶质）溶解在另一种组元中（溶剂，一般为金属中），保持溶剂的点阵类型不变。

【化合物】由两种或多种组元按一定比例（一定的成分）构成一个新的点阵，即不是溶剂的点阵也不是溶质的点阵。

【固溶体特点】溶剂的点阵类型不变，溶质原子或是代替部分溶剂原子（置换式固溶体），或是进入溶剂组元的间隙（间隙式固溶体）。

【置换固溶体】溶质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。

【间隙固溶体】溶质原子分布于溶剂晶格间隙中。

【一次固溶体】以纯金属元素为溶剂形成的固溶体。

【二次固溶体】以化合物为溶剂，组元元素之一为溶质而形成的固溶体。

【点缺陷平衡浓度】在某一温度下，晶体自由焓最低时随对应的点缺陷浓度为点缺陷的平衡浓度。

【点缺陷过饱和平衡浓度】给定温度下，晶体中存在一平衡的点缺陷浓度，通过一些方法，如高温淬火、辐照或冷加工，使晶体中的点缺陷浓度超过平衡浓度。

【色心】透明晶体中由点缺陷、点缺陷对或点缺陷群捕获电子或空穴而构成的一种缺陷。

【超点阵】置换固溶体和间隙固溶体在一定条件下局部或全部成为有序排列，溶质原子和溶剂原子分别占据固定的位置，而且每个晶胞中溶质和溶剂原子之比是一定的，这种有序结构称为超点阵。

【超晶格】2、问答及计算题○1点缺陷对离子晶体与金属晶体的导电性影响有何差别？○2置换固溶体和间隙固溶体有什么差别？它们的形成条件如何？ ○3为什么说点缺陷是热力学平衡缺陷？如何获得过饱和点缺陷？ ○4 固溶体如何分类？ 答：1、按溶质原子在点阵中所占位置分为：置换固溶体和间隙固溶体；2、按固溶体溶解度大小分为：有限固溶体和无限固溶体；3、按溶质原子在溶剂中的分布特点分为：有序固溶体和无序固溶体；4、按基体类型分为：一次固溶体和二次固溶体。

○5弗兰克空位和肖特基空位的差别 答：肖脱基（Schottky ）空位: 离位原子进入其它空位或迁移至晶界或表面。

弗兰克尔（Frenkel ）缺陷:离位原子进入晶体间隙。

○6在Fe 中形成1mol 空位的能量为104.675 kJ ，计算从20℃升温至850℃时空 数目增加多少倍？（玻尔兹曼常数为：1.38×10−23J/K ）（6.2×1013）答：根据空位在T 温度时的平衡浓度公式C=A e −E kT ，代入数据得，C2/C1=exp[(-E/k)(1/T2-1/T1)]=6.2×1013○7某晶体中形成一个空位所需要的激活能为0.32×1018J 。