材料科学基础复习提纲

复习资料（修订版）修正部分错别字，增删部分重点内容（红字标出）材料科学基础Ⅰ（贵清部分）第一章晶体学基础1.1晶面指数、晶向指数（不包含四指数问题）的标定及晶面间距、晶向长度的计算（公式P40~P41）1.2晶体结构和空间点阵的区别？答：晶体结构是晶体中各原子的分布，种类丰富多样，而空间点阵是原子分布规律的代表点，由这些抽象出来的阵点构成，只有14种结构。

1.3 晶胞选择的条件？答：晶胞的选择要尽量满足以下三个条件：1）能反映点阵的周期性；2）能反映点阵的对称性；3）晶胞的体积最小。

1.4结构胞和原胞的联系和区别？答：结构胞和原胞必须都能反映点阵的周期性，结构胞是在保证对称性的前提下选取体积尽量小的晶胞；原胞是保证晶胞体积最小，而不一定反映对称性。

1.5 周期的概念？答：无论从哪个方向看去，总是相隔一定的距离就出现相同的原子或者原子集团，这个距离就是周期。

1.6 常见晶体结构中的重要间隙？答：FCC晶体中八面体间隙4个，四面体间隙8个；BCC晶体中八面体间隙6个，四面体间隙12个；HCP晶体中八面体间隙6个，四面体间隙12个。

1.7 常见晶体结构的堆垛方式？答：BCC和HCP晶体的堆垛方式是ABABAB……；FCC晶体的堆垛方式是ABCABC……。

1.8 晶带方程的表达式？答：hu+kv+lw=0。

第二章固体材料的结构2.1 什么是合金、组元、合金相、组织以及组元、合金相、组织之间的关系？答：合金：由金属和其他一种或几种元素通过化学键合而形成的材料；组元：组成合金的每种元素称为组元；合金相：具有相同的成分、结构和性能的部分称为合金相或简称相；组织：在一定外界条件下，一定成分的合金可以由若干不同的相组成，这些相的总体便称为组织。

关系：合金相由组元构成，而组织又由合金相组成，单一元素即可以称之为组元又可以称之为相又也可以称之为组织。

2.2 固溶体和化合物的区别？答：固溶体的溶质和溶剂占据一个共同的布拉菲点阵，且此点阵类型和溶剂的点阵类型相同，固溶体有一定的成分范围，组元含量在一定范围内可以变化而点阵类型不变，由于成分可变，固溶体不能用一个化学式表达；化合物是由两种或多种组元按一定比例构成一个新的点阵，它既不是溶剂的点阵也不是溶质的点阵，化合物通常可以用一个化学式表达，金属与金属形成的化合物往往有一定的成分范围，但比固溶体范围小得多。

2.3 固溶体的分类？答：根据固溶体在相图中的位置可分为：端部固溶体、中间固溶体；根据溶质原子子在点阵中的位置可分为：间隙式固溶体、置换式固溶体；根据固溶度可分为：有限固溶体、无限固溶体；根据各组元原子分布的规律可分为：有序固溶体、无序固溶体。

2.4 休姆—罗瑟里规则（不考）答：1）如果形成合金的元素的原子半径之差大于14%~15%，则固溶度极为有限；2）如果合金组元的负电性相差很大，则固溶度极小。

2.5 简述合金中的间隙式固溶体、置换式固溶体和有序固溶体的概念及特征？答：间隙式固溶体：溶质原子进入溶剂组元点阵的间隙中而形成的固溶体，其特点是溶质原子位于组元点阵的间隙中，实际密度大于理论密度；置换式固溶体：溶质原子替换溶剂原子，位于点阵节点上而形成的固溶体，其特点是：溶质原子位于节点上，点阵类型不变，实际密度小于理论密度；有序固溶体：其中各组元原子分别占据各自的布拉菲点阵，由各组元的分阵点组成的复杂点阵所对应的固溶体成为有序固溶体，其特点是：整个固溶体就是由各组元分点阵构成的超点阵或超结构。

2.6 固溶体的性能与成分的关系？（不考）答：1）点阵常数与成分的关系：Vegard定律：点阵常数正比于任一组元的浓度，在连续固溶体情况下成立，在其他情况有偏离，具体情况参考P101~P1022）力学性能与成分的关系：固溶强化：固溶体的强度和硬度往往高于各组元，而塑性较低，这种现象就成为固溶强化。

强化程度不仅取决于成分，还取决于固溶体的类型、结特点、固溶度、组元原子半径差等因素。

间隙式溶质原子的强化效果一般要比置换式溶质原子更显著；溶质和溶剂原子尺寸相差越大或固溶度越小，固溶强化越显著；具有有序—无序转变的中间固溶体，有序状态强度高于无序状态。

3）物理性能和成分的关系：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都是非线性关系。

2.7 常见化合物的晶体结构及点阵？（※要会画图！！）答：1）AB型化合物：a）NaCl型结构：面心立方点阵；b）CsCl型结构：简单立方点阵；c）闪锌矿（ZnS）型结构：面心立方点阵；2）AB2型化合物：a）萤石（CaF2）型结构：面心立方点阵；b）金红石（TiO2）型结构：简单正方点阵。

第四章晶体中的缺陷4.1 缺陷的分类？答：可分为点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。

点缺陷：在任何方向上缺陷区的尺寸都远小于晶体或晶粒的线度，可忽略不计；线缺陷：某一方向上缺陷区的尺寸可以与晶体或晶粒的线度相比拟，在其它方向上的尺寸可忽略；面缺陷：在共面的各方向上缺陷区的尺寸可与晶体或晶粒的线度相比拟，而穿过该面得任何方向上的缺陷区的尺寸都远小于晶体或晶粒的线度；体缺陷：任意方向上的缺陷区的尺寸都可以与晶体或晶粒的线度相比拟4.2 点缺陷的形成原理？答：固体中原子绕平衡位置做热振动，某一瞬间获得较大的动能或较大振幅而脱离平衡位置，如果原子在表面上，则脱离固体，次表面原子迁移到表面空位，于是在晶体内形成一个空位（肖脱基空位机制），如果原子在内部，它会从平衡位置进入附近点阵的间隙中，同时形成一个空位和一个间隙原子（弗兰克尔空位机制）。

（如果只形成空位而不形成等量的间隙原子，这样形成的缺陷成为肖脱基缺陷；如果形成的空位数和间隙原子数相等，这样形成的缺陷成为弗兰克尔缺陷。

）4.3 点缺陷对晶体性能的影响？答：1）比容：点缺陷使晶体比容增大；2）比热容：增大；3）电阻率：增大；4）辐照硬化（详见P212）4.4 过饱和点缺陷的形成方式？答：1）淬火；2)冷加工：3）辐照。

4.5 什么是位错？答：位错是晶体的一维线缺陷，它是原子错配的过渡区域。

4.6 位错的类型、定义及其基本特征？答：刃型位错、螺型位错、混合位错。

刃型位错：位错线垂直于滑移方向；螺型位错：位错线与滑移方向平行；混合位错：位错线与滑移方向成任意角度α。

基本特征（考判断）：刃型：1）存在一个对称的半原子面。

即在完整的晶体中插入半个原子面而形成的，半个原子面的边缘EF即刃位错线，在EF处滑移面上下的原子严重错配；2）刃位错线可以理解为已滑移区和未滑移区的分界线。

可以是直线、折线或曲线，但是必须与滑移方向垂直，也垂直于滑移矢量；3）滑移面必须是由位错线和滑移矢量所确定的平面，在其他晶面上不能产生滑移；4）刃位错周围的点阵发生弹性畸变，既有切应变，也有正应变。

对正刃位错而言，滑移面上方受到压应力、下方受拉应力；对负刃位错而言，情况相反。

5）在位错线周围的过渡区每个原子具有较大的平均能量，该过渡区只有几个或十几个原子的宽度。

螺型：1）螺型位错无额外的半原子面，原子错排呈轴对称的；2）根据位错线附近呈螺旋形排列的原子的旋转方向不同，螺型位错分为右螺型位错和左螺型位错；3）螺型位错线与滑移矢量平行，因此螺位错线是直线，位错线的移动方向与晶体的滑移方向互相垂直；4）螺型位错的滑移面不是唯一的。

凡是包含位错线的晶面都可以作为它的滑移面。

但是在实际的滑移过程中，滑移通常在密排面上进行；5）螺型位错线周围的点阵同样发生了弹性畸变，但是只存在切应变、无正应变，不会引起体积变化。

在垂直于位错线的平面上投影，看不到原子的位移，也看不到缺陷；6）螺型位错周围的点阵畸变也只有几个或十几个原子的宽度。

4.7 位错形成的方式？答：局部滑移和局部位移。

4.8 柏氏矢量的物理意义？答：1）b是位错的滑移矢量或位移矢量；2）b是在有缺陷的晶体中沿着柏氏回路的弹性变形的叠加；3）b越大，由于位错引起的晶体弹性能越高。

4.9 柏氏矢量的守恒性？答：若干条位错线交于一点，那么流入节点的位错线的柏氏矢量之和必等于流出节点的位错线柏氏矢量之和，即∑b入，i=∑b出，j4.10 位错的运动方式？答：刃型位错的运动方式：滑移和攀移；螺型位错的运动方式：只能滑移，不能攀移；混合位错：滑移，也可以一边滑移一边攀移。

4.11 位错密度的定义？答：位错密度是单位体积内位错线的总长度，可以由单位面积上位错线的露头数来计算。

4.12 位错密度与晶体强度的关系？答：位错密度较低时，随位错密度增加晶体强度降低；位错密度较高时，随位错密度增加晶体强度升高，U型曲线关系。

4.13 位错的基本几何性质？（可能出判断）答：位错线必须是连续的，它或者起止于晶体表面（或晶界），或形成封闭回路，或者在结点出和其他位错相连，不能终止于晶粒内部。

（1/7，其余6条参考教材P233了解）4.14 柯氏气团的定义，用柯氏气团解释体心立方明显屈服现象（或应变时效现象）？答：择优分布在刃型位错的张力区并紧靠位错线的点缺陷便形成所谓的柯氏气团。

明显屈服现象：在体心立方晶体中由间隙式元素原子形成的柯氏气团将位错扎钉住，因而在σ<σy,u时，位错不能启动，因为不发生塑性变形。

只有当σ=σy,u时，应力才足以使位错从柯氏气团中脱钉出来而变成自由位错，产生塑性形变，脱钉后的自由位错在较低的应力下便可运动，故屈服极限下降至σy,1。

应变时效现象：金属在第一次拉伸到塑性形变后，位错已经脱钉，此时若立即进行第二次拉伸，由于间隙原子来不及扩散到位错线上，位错仍处于脱钉状态，故在较低应力下就开始滑移，因而屈服强度为σy,1 ，但如果卸载后放置较长时间再拉伸，则由于间隙原子扩散到位错线上将位错重新扎钉，故重新出现明显屈服现象，屈服强度又提高到σy,u 。

4.15 位错的增值机制？答：1）L型位错增殖机制；2）F-R位错源增殖机制（U型增殖机制）；3）多次交滑移增殖机制；4）基于位错攀移的增殖机制。

4.16 多次交滑移增殖的条件？答：要想通过多次（至少两次）交滑移使位错增殖并产生大量的塑性形变，要求位错线的一部分（而不是整个位错线）发生交滑移。

4.17 超割阶的概念？分类？答：长度大于一个原子间距的割阶叫做超割阶，超割阶分为短割阶（长度为几个原子间距）；长割阶（长度大于60个原子间距）；中割阶（介于短割阶和长割阶之间）。

4.18 全位错和分位错的概念？答：柏氏矢量为沿着滑移方向的原子间距的整数倍的位错称为全位错；柏氏矢量小于滑移方向上原子间距的位错称为分位错。

4.19 扩展位错的概念？答：人们把两条平行Shockley分位错、中间夹着一片层错区所组成的缺陷组态称为扩展位错。

4.20 Frank分位错的特点？答：1）Frank分位错位于{111}面上，可以是任何形状、曲线和封闭环，但一定是刃型位错；2）Frank分位错不能滑移，只能攀移。