3-晶体结构及其与材料性能的关系(3)

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5.1_晶体材料的结构与物理性能

晶体缺陷
一方面对材料的某些性能产生不良影响一方面也使材料的性能产生各种变化，达到材料
的改性，甚至赋于材料新的或特殊的性能。改变晶体中缺陷的种类或缺陷的浓度，可制得所需性能的晶体材料，是材料改性和制备新型或特殊性能材料的有效方法之一，非整比化合物构成的材料即是其中的一类。
实例1：在钠蒸汽中加热NaCl晶体氯化钠晶体中有少量钠原子掺入，此时，若晶体受到辐射时，钠原子将电离为钠离子和自由电子，钠离子占据正常正离子位置、电子占据负离子格点，形成Na1+δCl，此时电子处于空缺位置，他们能够吸收可见光而使晶体材料带有颜色，为绿色化合物。
晶体的稳定性：组成晶体的微粒是对称排列的，形成很规则的几何空间点阵，组成点阵的各个原子之间，都相互作用着，它们的作用主要是静电引力。对每一个原子来说，其他原子对它作用的总效果，使它们都处在势能最低的状态，因此很稳定，宏观上就表现为形状固定，且不易改变。
晶体的范性：
晶体内部原子有规则的排列，引起了晶体各向不同的物理性质。例如原子的规则排列可以使晶体内部出现若干个晶面，立方体的食盐就有三组与其边平行的平面。如果外力沿平行晶面的方向作用，则晶体就很容易滑动（变形），这种变形还不易恢复，称为晶体的范性。同样也可以看出沿晶面的方向，其弹性限度小，只要稍加力，就超出了其弹性限度，使其不能复原；
衍射效应由于组成材料的周期性排列的晶体相当于三维光栅，能使波长相当的x射线、电子流或中于流产生衍射效应，这成为了解晶体材料内部结构的重要实验方法。测定晶体立体结构的衍射方法，有X射线衍射、电子衍射和中子衍射等方法。其中以X射线衍射法的应用所积累的精密分子立体结构信息最多。例：XRD谱图示例
（2）不同晶体材料的特殊性不同的晶体材料具有不同的微观结构，使之区别于其他的晶体，因而又使不同晶体材料之间各有特点。例：晶体缺陷形成非整比化合物构成的材料。

金属组织结构的基本轮廓(晶粒、晶界、亚晶、晶体结构)

金属组织结构的基本轮廓(晶粒、晶界、亚晶、晶体结构)1. 引言1.1 概述金属组织结构是材料科学领域中的一个重要研究内容，它涉及到金属材料的微观结构和性能之间的关系。

金属材料广泛应用于制造业和其他领域，因此深入了解金属组织结构对于提高材料性能、改进加工工艺以及开发新型高性能金属具有重大意义。

1.2 文章结构本文将从晶粒、晶界、亚晶和晶体结构四个方面来介绍金属组织结构的基本轮廓。

首先，我们将探讨晶粒的定义、特征以及形成机制与生长过程；其次，我们将详细研究晶界的定义、分类以及对材料力学性能的影响；然后，我们将介绍亚晶的定义、形成机制、观测方法以及研究进展；最后，我们将深入探讨晶体结构，并分析不同类型的晶格结构对材料性质的影响。

1.3 目的本文旨在向读者介绍金属组织结构的基本概念和特征，并探讨其与材料性能之间的关系。

通过对晶粒、晶界、亚晶和晶体结构的详细讨论，读者将能够了解金属材料中微观组织的形成原理以及不同组织结构对材料性质（如强度、塑性、导电性等）的影响。

这将为材料科学工作者和工程师提供有力的指导，以优化金属材料的设计和应用。

2. 晶粒晶粒是金属材料中的基本组织单位，它由大量的原子或分子有序排列而成。

每个晶粒内的原子结构和取向相对稳定，在固态材料中晶粒大小和形状各不相同，具有一定的特征。

2.1 定义与特征晶粒是由同一种晶体结构组成的半球或多面体区域，在结构上呈现出高度有序、周期性和规则性。

它们在材料中是随机分布的，并且相邻晶粒之间以边界进行分割。

每个晶粒具有自己独特的取向和晶格结构，这使得不同的晶粒在外部场合下会表现出不同的性质。

2.2 形成机制与生长过程初始时，金属材料以液态或气态形式存在。

当冷却或凝固时，从液态转变为固态，并开始形成初生晶核。

这些初生晶核会通过吸收周围溶质进行长大并扩张，直到与其他固相结合形成完整的晶体。

这个过程叫做再结晶或冷却结晶。

2.3 晶粒大小与材料性能的关系晶粒的大小对金属材料的性能具有重要影响。

结晶与相图铁碳合金工程材料基础知识

2．晶粒大小与控制措施
20钢
F+P基体+G球
（1）增加过冷度随着过冷度的增加，形核率和长大速度都会增加，但形核率增加比长大速度增加要快，所以产生的晶核数目增加。因此，通过加快冷却速度，即增加过冷度，可使晶粒细化。（2）变质处理在金属液中加入变质剂（高熔点的固体微粒），以增加结晶核心的数目，从而细化晶粒，这种方法称变质处理，变质处理在生产中应用广泛，特别对体积大的金属很难获得大的过冷度时，采用变质处理可有效地细化晶粒。（3）附加振动等在金属结晶时、施以机械振动、电磁振动、超声波振动等方法，可使金属在结晶初期形成的晶粒破碎，以增加晶核数目，起到细化晶粒的目的。
三、金属铸锭的组织
[合金]：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的、具有金属特征的物质称为合金。 [组元]：组成合金最基本的、独立的单元称为组元。根据组元数目的多少，可将合金分为二元合金、三元合金等。 [相]：合金中的相是指有相同的结构，相同的物理、化学性能，并与该系统中其余部分有明显界面分开的均匀部分。固态下只有一个相的合金称为单相合金；由两个或两个以上相组成的合金称为多相合金。合金的的相结构主要有固溶体和金属化合物。 [显微组织]：在显微镜下观察到的组成相的种类、大小、形态和分布称为显微组织，简称组织，因此相是组成组织的基本物质。
（2）金属化合物 [金属化合物]：是合金中各组元间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相，其晶体结构一般比较复杂，而且不同于任一组成元素的晶体类型。它的组成一般可用分子式来表示，如铁碳合金中的Fe3C（渗碳体）。 [金属化合物性能]：一般熔点高，性能硬而脆。当它呈细小颗粒均匀分布于固溶体基体上时，能使合金的强度、硬度、耐磨性等提高，这一现象称为弥散强化，因此，合金中的金属化合物是不可缺少的强化相；但由于金属化合物的塑性、韧性差，当合金中的金属化合物数量多或呈粗大、不均匀分布时，会降低合金的力学性能。合金的组织可以是单相固溶体，但由于其强度不够高，其应用具有局限性；绝大多数合金的组织是固溶体与少量金属化合物组成的混合物。

第一章晶体结构(四晶体的结构与性质--无机化合物结构 )

纤锌矿型结构的晶体，纤锌矿型结构的晶体，如ZnS、CdS、GaAs等和、、等和其它II与族族化合物，其它与IV族，III与V族化合物，制成半导体器件，可与族化合物制成半导体器件，以用来放大超声波。这样的半导体材料具有声电效应。以用来放大超声波。这样的半导体材料具有声电效应。通过半导体进行声电相互转换的现象称为声电效应。通过半导体进行声电相互转换的现象称为声电效应。声电效应
二、AX2型结构
AX2型结构主要有萤石（CaF2，fluorite）型，金红石型结构主要有萤石（）（TiO2，rutile）型和方石英（SiO2，α-cristobalite）型结构。）型和方石英（）型结构。其中CaF2为激光基质材料，在玻璃工业中常作为助熔剂和晶其中为激光基质材料，核剂，在水泥工业中常用作矿化剂。核剂，在水泥工业中常用作矿化剂。TiO2为集成光学棱镜材料，SiO2为光学材料和压电材料。AX2型结构中还有一种层为光学材料和压电材料。型的CdI2和CdCl2型结构，这种材料可作固体润滑剂。AX2 型结构，这种材料可作固体润滑剂。型的型晶体也具有按r 选取结构类型的倾向，型晶体也具有按 +/r-选取结构类型的倾向，见表1-7。。
型化合物的结构类型与r 表1-4 AX型化合物的结构类型与 +/r-的关系型化合物的结构类型与
结构类型 CsCl 型 NaCl 型 r+/r1.000~0.732 0.732~0.414 KF RbCl PbBr SrS SrSe MgO NaBr LiCl 1.00 0.82 0.76 0.73 0.66 0.59 0.50 0.43 实例（右边数据为 r+/r-比值） CsCl 0.91 CsBr 0.84 CsI 0.75 SrO 0.96 BaS 0.82 BaSe 0.75 RbI 0.68 CaS 0.62 LiF 0.59 CaTe 0.50 MgSe 0.41 BaO 0.96 RbF 0.89 CaO 0.80 CsF 0.80 NaF 0.74 KCl 0.73 KBr 0.68 BaTe 0.68 KI 0.61 SrTe 0.60 CaSe 0.56 NaCl 0.54 MgS 0.49 NaI 0.44 LiBr 0.40 LiF 0.35 0.20 BeSe 0.18

材料物理性能

经典电子理论认为：正离子形成的电场是均匀的，自由电子运动的规律遵循经典力学气体分子的运动规律。
量子自由电子理论的主要内容：金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子不被原子所束缚，可以在整个金属中自由地运动。
满带：全带中每一能级都被都被两个电子占据的能带。在能带图中满带是在最下方，该处电子能量低，不足以参加物理过程（除非受激发），因此满带没有导电性。
线膨胀系数：温度升高1K时，物体的相对伸长。
线性振动：是指质点间的作用力与距离成正比。
热膨胀和结合能、熔点的关系:固体材料的热膨胀与晶体点阵中质点的位能性质有关，而质点的位能性质是由质点间的结合力特性所决定的。所以，质点间结合力强，热膨胀系数小.熔点也取决于质点间的结合力。所以熔点高的材料膨胀系数小。
空带：所属各能级上没电子的能带。因此也无导电性。
价带：与原子中价电子的能量相对应的能带。在半导体或电绝缘体中，价带是满带中能量最高的能带。由于热激发、光辐射或掺入杂质等原因，价带可能失去少量电子，留下空穴，从而产生空穴导电性。
导带：最靠近价带而能量较高的能带.这是除去完全被电子充满的一系列能带外，还有部分被填表满的能带.此带中，电子能自由活动。由于热激发、光辐射或掺入杂质等原因，导带出现少量电子，从而产生电子导电性。
（1）材料抵抗发生瞬时断裂这类破坏的性能，称为抗热冲击断裂性；
（2）材料抵抗在热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落，并不断发展，最终碎裂或变质这类破坏的性能，称为抗热冲击损伤性。
提高抗热冲击断裂性能的措施:1．提高材料强度σ，减小弹性模量E，使σ／E提高。2．提高材料的热导率λ，使R′提高。3．减小材料的热膨胀系数α。4减小表面热传递系数h。5减小产品的有效厚度rm。6有意引入裂纹，是避免灾难性热震破坏的途径。

3-常见晶体结构

小结和作业

1 典型金属的晶体结构（面、体、密）
2 常见无机化合物晶体结构
以立方晶系为主离子取代原子
重点：各典型金属的晶体结构的晶体学参数
3 固溶体的晶体结构（置换、间隙） 4 固溶体的性能（固溶强化）

作业：1、试从晶体结构的角度说明间隙固溶体、间隙相以及间隙化合物之间的区别; 2、有一正交点阵，点阵常数a=b、c=a/2，某晶面在3个晶轴上的截距分别为2个，3个和6个原子间距，求该晶面的密勒指数。 3、解释概念：配位数、致密度、固溶强化
V K= V 0
V
V0
一个晶胞中原子所占的体积
一个晶胞的体积
在元素周期表一共约有110种元素，其中80
多种是金属，占2/3。而这80多种金属的晶体结构大多属于三种典型的晶体结构。它们分别是：体心立方、面心立方、密排六方
二典型金属的晶体结构
结构特点:以金属键结合，靠失去外层电子的金属离子与自由电子的吸引力。无方向性，对称性较高的密堆结构。常见结构：
图2-45 面心立方结构
面心立方结构ABCABC排列
沿着面心立方的体对角线观察，就可以看到（111）面的这种堆垛方式
密排六方结构：属于六方紧密堆积，以ABAB ...的堆积方式堆积，具有这种结构的金属有：Mg、Zn、α-Ti等
图2-46 密排六方结构
体心立方结构：属于体心立方紧密堆积，原子是以体心立方空间点阵的形式排列，具有这种结构的金属有： α-Fe 、Cr、 V、Mo、W等
有序化
EAB结合能与EAA+EBB/2
原子间结合能是指原子结合时克服原子间相互作用力外力所作的功。结合能越大，原子越不容易结合。

《材料科学基础》总复习(完整版)

《材料科学基础》上半学期内容重点第一章固体材料的结构基础知识键合类型（离子健、共价健、金属健、分子健力、混合健）及其特点；键合的本质及其与材料性能的关系，重点说明离子晶体的结合能的概念；晶体的特性（5个）；晶体的结构特征（空间格子构造）、晶体的分类；晶体的晶向和晶面指数（米勒指数）的确定和表示、十四种布拉维格子；第二章晶体结构与缺陷晶体化学基本原理：离子半径、球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体；典型金属晶体结构；离子晶体结构，鲍林规则（第一、第二）；书上表2－3下的一段话；共价健晶体结构的特点；三个键的异同点（举例）；晶体结构缺陷的定义及其分类，晶体结构缺陷与材料性能之间的关系（举例）；第三章材料的相结构及相图相的定义相结构合金的概念：固溶体置换固溶体（１）晶体结构无限互溶的必要条件—晶体结构相同比较铁（体心立方，面心立方）与其它合金元素互溶情况（表３－１的说明）（２）原子尺寸：原子半径差及晶格畸变；（３）电负性定义：电负性与溶解度关系、元素的电负性及其规律；（４）原子价：电子浓度与溶解度关系、电子浓度与原子价关系；间隙固溶体（一）间隙固溶体定义（二）形成间隙固溶体的原子尺寸因素（三）间隙固溶体的点阵畸变性中间相中间相的定义中间相的基本类型：正常价化合物：正常价化合物、正常价化合物表示方法电子化合物：电子化合物、电子化合物种类原子尺寸因素有关的化合物：间隙相、间隙化合物二元系相图：杠杆规则的作用和应用；匀晶型二元系、共晶（析）型二元系的共晶（析）反应、包晶（析）型二元系的包晶（析）反应、有晶型转变的二元系相图的特征、异同点；三元相图：三元相图成分表示方法；了解三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心定律的定义；第四章材料的相变相变的基本概念：相变定义、相变的分类（按结构和热力学以及相变方式分类）；按结构分类：重构型相变和位移型相变的异同点；马氏体型相变：马氏体相变定义和类型、马氏体相变的晶体学特点，金属、陶瓷中常见的马氏体相变（举例）（可以用许教授提的一个非常好的问题――金属、陶瓷马氏体相变性能的不同――作为题目）有序-无序相变的定义玻璃态转变：玻璃态转变、玻璃态转变温度、玻璃态转变点及其黏度按热力学分类：一级相变定义、特点，属于一级相变的相变；二级相变定义、特点，属于二级相变的相变；按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变（spinodal相变）按原子迁动特征分类：扩散型相变、无扩散型相变第5章金属材料的显微结构特征一、纯金属的凝固及结晶1、结晶的热力学条件结晶后系统自由能下降。

材料科学基础第三章典型晶体结构(共71张PPT)

Zn离子的位置交叉错开。
表示方法：球体堆积法；坐标法；投影图；配位多面体连接方式
与金刚石晶胞的比照，有什么不同？
同型结构的晶体β-SiC,GaAs,AlP 等
5、 -ZnS〔纤锌矿〕型结构〔AB type〕
六方晶系，简单六方格子
配位数：
晶胞中正负离子个数
堆积及空隙情况
同型结构的晶体:BeO, ZnO, AlN等
笼外俘获其它原子或基团，形成类C60的衍生物，例如
C60F60。再如，把K、Cs、Ti等金属原子掺进C60分子的笼内，就能使其具有超导性能。再有C60H60这些相对分子质量很大地碳氢化合物热值极高，可做火箭的燃料等等。
2〕碳纳米管
碳纳米管又称纳米碳管〔 Carbon nanotube，CNT〕，是单质碳的一维结构形式。碳纳米管按照石墨烯片的层数分类可分为：单壁碳纳米管〔Singlewalled nanotubes, SWNTs〕和多壁碳纳米管〔Multi-walled nanotubes, MWNTs〕。
4. -ZnS〔闪锌矿〕型结构〔AB type〕点群：
空间群：
配位数：
晶胞中正负离子个数Z：
堆积及间隙情况：
• 以体积较大的S2-作立方紧密堆积 • Zn2+如何填充？ • 空隙如何分布？
等同点分布：
共有2套等同点。这种结构可以看作是Zn离子处在由S离子组成的面心立方点阵的4个
四面体间隙中，即有一半四面体间隙被占据，上层和下层的
晶体结构的描述通常有三种方法：
1〕坐标法：给出单位晶胞中各质点的空间坐标，这种采用
数值化方式描述晶体结构是最标准化的。为了方便表示晶胞，化学式可写为MO，其中M2＋是二价金属离子，结构中M2＋和O2－分别占据了NaCl中钠离子和氯离子的位置。以由体正积负还较离大子可的半径S以2比-作rN采立a方+/r用紧cl-密≈堆投0.积影图，即所有的质点在某个晶面〔001〕上的投

材料物理知识点范文

材料物理知识点范文材料物理是研究材料的结构、性质和行为的科学学科。

它涵盖了材料的各种物理性质和现象，如力学性质、电学性质、磁学性质、热学性质、光学性质等。

以下是材料物理的一些重要知识点。

1.结晶结构：结晶结构是材料的内部排列方式。

结晶体由大量原子、离子或分子有序排列组成，具有长程有序性。

常见的结晶结构包括立方晶系、正交晶系、单斜晶系和六角晶系等。

不同的结晶结构对材料的性质和行为具有重要影响。

2.缺陷：材料中存在各种类型的缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷。

点缺陷包括空位、间隙原子和杂质原子等。

线缺陷包括晶格错位和线状杂质等。

面缺陷包括晶界、孪晶和格斑等。

这些缺陷会对材料的性能和行为产生重要影响。

3.力学性质：材料的力学性质包括弹性、塑性、黏弹性等。

弹性是指材料在外力作用下产生的可逆变形，材料在去除外力后能恢复到原来的形状。

塑性是指材料在外力作用下产生的不可逆变形，材料无法恢复到原来的形状。

黏弹性是介于弹性和塑性之间的性质，材料在外力作用下产生部分可逆变形。

4.电学性质：材料的电学性质包括导电性、绝缘性和半导体性。

导电性是指材料能够传导电流，绝缘性是指材料不能传导电流，而半导体性是介于导电性和绝缘性之间的性质。

不同材料的电学性质取决于其内部结构和电荷分布情况。

5.磁学性质：材料的磁学性质包括铁磁性、顺磁性、抗磁性和超导性等。

铁磁性是指材料在外磁场下能产生强烈磁化，顺磁性是指材料在外磁场下能产生弱磁化，抗磁性是指材料在外磁场下不发生磁化。

超导性是指材料在低温下能够无阻碍地传导电流。

6.热学性质：材料的热学性质包括热传导性、热膨胀性和热导电性等。

热传导性是指材料传导热量的能力，热膨胀性是指材料在温度变化下的体积变化，热导电性是指材料传导热量的能力。

不同材料的热学性质影响着其导热性和热稳定性等方面的性能。

7.光学性质：材料的光学性质包括折射率、透明度、反射率和吸收率等。

折射率是指材料对光的折射程度，透明度是指材料对光的透过程度，反射率是指材料对光的反射程度，吸收率是指材料对光的吸收程度。

工程材料与机械制造基础-3-金属的晶体结构与结晶

17:05
金属的结晶
• 纯金属的结晶过程 • 液态金属的结晶过程分为两个阶段：① 形成晶核，② 晶核长大。
17:05
纯金属的结晶过程
• 晶核的形成过程 • 液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为晶坯。 • 在T0以下, 经一段时间后(即孕育期), 一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。
刃型位错
螺型位错
刃型位错和螺型位错
刃型位错的形成
实际金属的结构
• 刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错。 • 半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ ┴ ”表示。 • 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ ┬ ”表示。
17:05
{110}
Z （110）（011）（011）（101）（101） Y （110）
X
17:05
金属的晶体结构
立方晶系常见的晶向为：
100 : [100]、 [010]、 [001] 110 : [110]、 [101]、 [011]、 [1 10]、 [1 01]、 [0 1 1] 111 : [111]、 [1 11]、 [1 1 1]、 [111]
密排六方晶格的参数
常见的金属晶格
• 密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
c/a=1.633
1 原子半径：r a 2 原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
常见的金属晶格
三种常见晶格的密排面和密排方向
•单位面积晶面上的原子数称晶面原子密度。
17:05 三斜
金属的晶体结构

晶体结构及其与材料性能的关系

判断晶体是否稳定
在CaTiO3结构中，Ca2+、Ti4+、O2-配位数分别为12、6、6。O2-配位多面体是[OCa4Ti2]，则O2-的电荷数，与O2-的电价相等，故晶体结构稳定。
判断共用一个顶点的多面体的数目。
硅酸盐晶体中，一个[SiO4] 顶点的O2-还可以和另一个[SiO4] 相连接（2个配位多面体共用一个顶点），或者和另外3个[MgO6] 相连接（4个配位多面体共用一个顶点），即可使O2-电价饱和。
硬度仅次于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，对铁系金属元素有较大的化学稳定性。用以制造的磨具，适于加工既硬又韧的材料，如高速钢、工具钢、模具钢、轴承钢、镍和钴基合金、冷硬铸铁等。
2．石墨结构
IV族元素，六方晶系， P63/mmc空间群， a＝0.146nm，h＝0.670nm。层状结构：层内六节环，C－C原子间距0.142nm，共价键相
连；层间C －C原子间距0.335nm，范德华键相连。 C原子四个外层电子在层内形成三个共价键，配
位数为3，多余一个电子可在层内移动。同类结构物质： h-BN
图3-2 石墨晶体结构（虚线范围为单位晶胞）
结构与性能的关系
石墨：润滑性（中低温固体润滑剂）良好的导电性（高温发热体）硬度低，易加工在惰性气氛中熔点很高（高温坩埚）
鲍林第三规则──多面体共顶、共棱、共面规则
“在一个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。其中高电价，低配位的正离子的这种效应更为明显”。
两个配位多面体连接时，随共用顶点数目增加，中心阳离子间距缩短，库仑斥力增大，结构稳定性降低。则结构中[SiO4]只能共顶连接，而[AlO6]却可以共棱连接，在有些结构，如刚玉型结构中，[AlO6]还可以共面连接。

3-4常见晶体结构(新)

图2-46 密排六方结构
体心立方结构：属于体立方紧密堆积，原子是以体心立方空间点阵的形式排列，具有这种结构的金属有： α-Fe 、Cr、 V、Mo、W等
图2-47 体心立方结构
补充概念：密排面：该晶面上原子排列最为紧密密排方向：该晶向上原子排列最为紧密
密排面：﹛111﹜
面心立方
密排方向：〈110〉密排面： ﹛0001﹜
密排六方
密排方向：〈1120〉
密排面： ﹛110﹜
体心立方
密排方向：〈111〉
﹛110﹜ 〈111〉
﹛111﹜ 〈110〉
﹛0001﹜ 〈1120〉

2 原子的配位数与间隙
（1）配位数
面心立方＝密排六方：12
体心立方：8
（2）间隙
八面体间隙：将原子假定为刚性球，他们在堆垛排列时必然存在间隙。在面心立方晶格中存在的间隙主要有两种形式：位置：体心和棱的中点间歇数量：12/4+1=4 半径为0.414r 四面体间隙：位置：四个最近邻原子的中心
4电子浓度因素电子浓度是指合金相中各组成元素价电子总数e与原子总数a之比即：e/a ＝{A(100-x)+Bx}/100 式中 A和 B——溶剂和溶质的原子价（原子能直接或间接与氢原子结合或替代氢原子的数目） x——溶质原子在合金中的原子百分数
极限值为1.4 超过此极限，溶质元素不能再溶解了将会形成另一种具有更高电子浓度的新相。当原子尺寸因素较为有利时，在某些以一价金属为基体的固溶体中，溶质元素的原子价越高，同样数量的溶质原子溶解时，其电子浓度增加越快，故其固熔度（摩尔分数）就愈小。

一晶体化学基本原理

2 球体紧密堆积原理

整理工程材料与成形技术基础习题(含答案)

20 年月日A4打印 / 可编辑x2040251工程材料及成型技术基础课程教学大纲x2040251工程材料及成型技术基础课程教学大纲课程名称：工程材料及成型技术基础英文名称：Engineering Materials and Moulding Technology Foundation课程编码：x2040251学时数：48其中实践学时数：4 课外学时数：学分数：3.0适用专业：机械设计制造及其自动化机械电子工程机械工程过程装备与控制工程一、课程简介《工程材料及成型技术基础》是机械类专业学生的一门重要专业基础课，与先修课程《工程训练》、后续课程《机械制造技术基础》共同探讨机械制造全过程——即从选择材料、制造毛坯、直到加工出零件所涉及的各个方面内容。

要求学生了解机械工程材料的一般知识，掌握常用材料的成分、组织、性能与加工工艺之间的关系及其用途，使学生具有合理选用材料、正确确定加工方法的能力，并初步掌握零件的结构工艺性，为学生今后的学习、设计、工作打下必备的基础。

二、课程目标与毕业要求关系表三、课程教学内容、基本要求、重点和难点（一）工程材料的结构与性能1. 教学内容晶体材料的原子排列；合金的晶体结构；工程材料的性能2. 基本要求（1）了解部分：晶体结构及缺陷的形式；单晶体和多晶体；相与组织之间的关系；固溶体和化合物性能；机械性能的概念；材料物理化学性能的概念；陶瓷和高聚物的结构（2）理解部分：刚度、强度、塑性、韧性与材料之间的关系应用；材料工艺性能的含义（3）掌握部分：晶体结构缺陷与材料性能之间的关系；合金的相的种类及对性能的影响；硬度的测量、表示方法及应用（4）熟练掌握：材料强化方式3. 重点和难点（1）重点：金属的三种典型晶体结构；实际金属中的三类晶体缺陷；合金的相结构；材料的力学性能指标σS、σb、δ、αk、HB、HRC及与材料之间的关系（2）难点：材料强化方式（二）金属材料的凝固与固态相变1. 教学内容金属结晶过程的基本规律；二元合金相图的分析；铁碳相图的分析；钢在加热和冷却时的转变2. 基本要求（1）了解部分：金属结晶过程的基本规律及影响因素；铁的同素异构转变；二元相图的意义和基本类型；钢在加热时的转变（2）理解部分：细化晶粒的方法；二元相图的基本类型和结晶过程特点；相图与材料使用性能和工艺性能之间关系；连续冷却转变曲线；钢在冷却时的转变产物及性能特点（3）掌握部分：杠杆定律；匀晶相图；共晶转变；包晶转变；共析转变（4）熟练掌握：铁碳相图的规律及应用3. 重点和难点（1）重点：铁碳合金的基本相；碳钢室温下的平衡组织组成；含碳量对铁碳合金的组织及性能的影响；铁碳相图的应用（2）难点：铁碳相图（三）金属材料的塑性变形1. 教学内容金属的塑性变形；塑性变形对金属组织和性能的影响；回复与再结晶；冷、热变形；金属的可锻性2. 基本要求（1）了解部分：单晶体与多晶体金属的塑性变形特点；加工硬化现象；残余应力的危害及消除（2）理解部分：塑性变形金属在加热时组织与性能的变化；金属可锻性的概念及影响因素（3）掌握部分：加工硬化现象的应用；回复与再结晶的特点；冷、热变形的对比；纤维组织对性能的影响及应用（4）熟练掌握：无3. 重点和难点（1）重点：加工硬化现象的应用；回复与再结晶的应用；冷、热变形的选择；纤维组织对性能的应用（2）难点：无（四）金属材料热处理1. 教学内容钢的热处理工艺（退火、正火、淬火、回火、渗碳、感应加热表面淬火）2. 基本要求（1）了解部分：热处理的分类及工序安排；固溶处理和时效强化；热处理零件结构工艺性；先进热处理工艺；渗氮的特点和应用（2）理解部分：退火、正火、淬火、回火的工艺；感应加热表面淬火的参数选择；渗碳过程（3）掌握部分：退火、正火、淬火、回火、渗碳、感应加热表面淬火的目的、组织及应用（4）熟练掌握：退火、正火、淬火、回火、渗碳、感应加热表面淬火的目的、组织及应用3. 重点和难点（1）重点：退火、正火、淬火、回火、渗碳、感应加热表面淬火的目的，组织和应用（2）难点：无（五）金属表面改性处理1. 教学内容金属表面改性处理的目的、意义、特点和方法2. 基本要求（1）了解部分：金属表面改性处理的意义（2）理解部分：转化膜、电镀、离子沉积、热喷涂、涂装、表面着色等工艺的特点和应用场合（3）掌握部分：无（4）熟练掌握：无3. 重点和难点（1）重点：无（2）难点：无（六）金属材料1. 教学内容合金钢的概述；合金元素的作用；结构钢；工具钢；特殊性能钢；铸铁2. 基本要求（1）了解部分：合金钢的分类、编号方法、化学成分和主要用途；特殊性能钢（主要是不锈钢）的性能特点、热处理工艺及主要用途；有色金属和新型金属材料（2）理解部分：合金元素对钢的组织和性能影响规律（3）掌握部分：工具钢、灰铸铁的性能特点及应用；弹簧钢、轴承钢、易切削钢成分、性能特点及主要用途（4）熟练掌握：普通碳素结构钢和普通低合金结构钢、调质钢、渗碳钢成分、性能特点、热处理工艺、典型牌号及应用3. 重点和难点（1）重点：普通碳素结构钢和普通低合金结构钢、调质钢、渗碳钢成分、性能特点、热处理工艺、典型牌号及应用（2）难点：无（七）铸造1. 教学内容合金铸造性能；砂型铸造工艺；特种铸造；铸件结构设计；常用合金铸造生产2. 基本要求（1）了解部分：特种铸造的特点和应用；铸造技术新进展（2）理解部分：砂型铸造工艺选择（3）掌握部分：砂型铸造工艺和常用合金的铸造生产（4）熟练掌握：合金的铸造性能；灰铸铁的铸造性能；铸件结构设计3. 重点和难点（1）重点：合金的铸造性能；灰铸铁的铸造生产；铸件结构设计（2）难点：无（八）压力加工1. 教学内容自由锻；模锻；板料冲压；压力加工件结构设计2. 基本要求（1）了解部分：自由锻的工序；模锻的工序；挤压、轧制、拉拔方法；塑性加工新进展（2）理解部分：自由锻、模锻的特点及应用；板料冲压的工序、特点及应用（3）掌握部分：自由锻工艺规程制订；模锻工艺规程制订（4）熟练掌握：压力加工件结构设计3. 重点和难点（1）重点：压力加工件结构设计（2）难点：无（九）焊接1. 教学内容电弧焊；电阻焊；摩擦焊；焊接件结构工艺性；常用金属材料的焊接2. 基本要求（1）了解部分：电阻焊、摩擦焊、压力焊的特点；焊接技术新进展（2）理解部分：电弧焊接基本原理；焊接接头形式；铸铁的焊接；铜、铝合金的焊接（3）掌握部分：电弧焊方法及应用；碳钢和合金钢的焊接性（4）熟练掌握：焊接结构设计3. 重点和难点（1）重点：电弧焊方法及应用；碳钢和合金钢的焊接性；焊接结构设计（2）难点：无（十）机械零件材料及成型工艺的选用1. 教学内容工程材料及成型工艺选用的基本原则；具体成型方法及改性工艺的选用；典型零件的材料及成型工艺选择2. 基本要求（1）了解部分：无（2）理解部分：无（3）掌握部分：工程材料及成型工艺选用的基本原则；具体成型方法及改性工艺的选用（4）熟练掌握：典型零件的材料及成型工艺选择3. 重点和难点（1）重点：典型零件的材料及成型工艺选择（2）难点：无四、教学方式及学时分配五、课程其他教学环节要求（一）实验教学课：实验一铁碳合金平衡组织的显微分析要求：观察和识别铁碳合金在平衡状态下的显微组织，掌握铁碳合金的成分、组织和性能之间的对应关系实验二碳钢热处理的性能与组织分析要求：掌握钢的退火、正火、淬火、回火工艺；掌握含碳量、加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；了解碳钢热处理的基本组织。

《材料科学基础》期末复习考试大纲第一章材料的结构与键合.doc

第二章体结构〃（/伙/）（1）立方晶系:aJ/" +1 +[2（2）正交晶系: 《材料科学基础》期末复习考试大纲第一章材料的结构与键合1、金属键、离子键、共价键、范德华力、氢键、分子键的特点，利用结合键解释材料的一些性能特点。

如用金展键的特征解释金展材料的性能一良好的延展性；良好的导电、导热性；具有金属光泽。

2、原子间的结合键对材料性能的影响。

3、比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键上的差别。

本章知识点；1、金属键、离子键、共价键、分子键、氢键的特点。

1、晶体与非晶体的区别（特别是在原子排列丄的区别）。

2、空间点阵、晶格、晶胞及选取晶胞的的原则、七人晶系及各自的特点，14种布拉菲点阵、晶格常数、晶胞原子数。

3、晶血指数、晶血族、晶向指数、晶向族、晶带和晶带定理、晶面间距、配位数、致密度、八而体间隙、四而体间隙。

各向同性与各向异性、实际晶体的伪各向异性、同素异构转变（重结晶、多晶型性转变）。

（1）指数相同的晶向和晶而必然垂直。

（2）当一晶向［uvw］位于或平行某一晶面（hkl）吋，则必然满足晶带定理：h-w+k-v+bw^O4、三种典型晶体结构（1）能绘出三维的体心立方、面心立方和密排六方晶胞。

根据原子半径计算出金属的体心和而心立方晶胞的晶胞常数。

（2）三种典型晶体结构的特征［包括：晶胞形状、晶格常数、晶胞原子数、原子半径、配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，最密排而（滑移而）和最密排方向（滑移方向）的指数与个数，滑移系数F1等］。

（3）知道常用金屈材料的滑移而与滑移系的指数，结合第五章塑性变形的内容判断常见金属的塑性变形能力，能给画岀晶胞指出滑移面和滑移方向。

（4）能标注和会求上述三种晶胞的晶向和晶面指数。

晶向和晶而指数的一些规律。

求晶面间距d（hki〉、晶面夹角。

5、晶面间距:d （hkl）的求法：（3 ）六方晶系：4(h2 +hk+k2) (1}3 T丿（4 ）四方晶系：[J(/?2+^2)/t72+(//c)2以上公式仅适用于简单晶复杂晶胞要考虑其晶面层数的增加。

晶体结构

24. 固溶体：指以合金某一组元为溶剂，在其晶格中溶入其他组元原子(溶质)后所形成的一种合金相，其特征是仍保持溶剂晶格类型，结点或间隙中含有其他组元原子。若溶质原子占据了溶剂晶格的某些结点位置，这样形成的固溶体叫置换固溶体或代位固溶体；若溶质原子进入晶格的某些间隙位置，这样形成的固溶体叫间隙固溶体。
8. 晶面间距：相邻两个平行晶面之间的距离。
9. 体心立方晶胞：晶胞形状为立方体。每个顶点有1个原子，体心有1个原子。具有这种晶体结构的有Cr、V、Mo、W和α-Fe等30多种。
10. 面心立方晶胞：在其晶胞中，原子分布在立方晶胞的8个顶点及6个侧面的中心。具有这种晶体结构的有Al、Cu、Ni和γ-Fe等约20种。
7. 什么是多晶型性和多晶型转变？写出铁的多晶型转变。
8. 若已知912℃时α-Fe和γ-Fe的晶格常数分别为0.2892nm和0.3633nm，试问γ-Fe在912℃转变为α-Fe时的体积是膨胀还是收缩？其体积变化率是多少？
27. 位错：晶体中的一种线缺陷。其特点是原子发生错排的范围在二维尺度上很小，而在第三维尺度上很大。这是晶体中极为重要的一类缺陷，它对晶体的塑性变形、强度和断裂起着决定性的作用。位错包括两种基本类型：刃型位错和螺型位错。
28. 非晶态金属：亦称为“无定形金属”或“金属玻璃”，是一种原子在三维空间不具有周期性排列的固态金属或合金。金属液在通常冷却条件下会发生形核与长大的结晶过程，得到晶态金属；而在急冷条件下，虽然形核与长大的结晶过程受到抑制，但也发生了连续的整体的凝固，得到了保留液态短程有序结构的非晶态金属。非晶态金属具有较高的强度、良好的磁学性能和抗腐蚀性能。
晶面是晶体中一系列原子所组成的平面，其位向用晶面指数来确定。立方晶系的晶面指数通常采用密勒指数法确定，即晶面指数是根据晶面与3个坐标轴的截距来决定的。在立方晶系中，由于对称性很高，存在许多空间位向不同但原子排列相同的晶面，它们在晶体学上等同，可归并为一个晶面族，用{hkl}表示。在立方晶系中，同一晶面族的各晶面指数也可通过改变指数顺序和正负号的排列组合方法求出。六方晶系的晶面指数通常也采用四指数标定方法。

材料结构与性能

共价键本质上是原子间通过共用电子或电子云重叠而产生的结合键，是另一种重要的化学键。
金属键——由金属中的自由电子和金属正离子之间相互作用所构成的键合，来源于失去最外层电子的金属原子所构成的。

1.2 材料的结构材料的结构决定材料的性质，性质是结构的外在反映，对材料的使用性能有决定性影响，而使用性能又与材料的使用环境密切相关。材料的结构取决于其组成、形成条件（包括制备工艺及加工过程）等因素。
1.3 实际晶体结构
单晶体与多晶体 : 多晶体具有晶界
1.4 晶体缺陷
(1)点缺陷：空位、间隙原子和置换原子等。
(2)线缺陷：
主要是位错，位错是一种极为重要的晶体缺陷，对金属强度、塑性变形、扩散和相变等有显著影响。
刃型位错模型
（3）面缺陷: 有晶界、亚晶界
1.5 合金的晶体结构
1.5.1 合金的相、组织及其关系
材料科学要解决的问题就是研究材料的组成与结构、合成与加工、性质、使用性能以及环境之间的相互关系及制约规律。
材料结构层次
第一个层次是原子及电子结构。第二个层次是原子的空间排列。第三个层次是组织结构或相结构。
第一个层次是原子及电子结构。
原子中电子的排列在很大程度上决定原子间的结合方式，决定材料类型（金属、非金属、聚合物等），决定材料的热学、力学、光学、电学、磁学等性质。
材料科学导论
—— 材料结构与性能
一、材料的结构

1.1材料的结合方式
材料是由原子或分子构成的。原子之间有结合力，也称结合键。
化学键：组成物质整体的质点（原子、分子或离子）间的相互作用力。
键：离子键、共价键、金属键、分子键、氢键等。
离子键：本质上是正负离子间的静电吸引作用，主要存在于晶体化合物中，是化学键中重要的键合方式之一。

材料的结构与性能(共64张PPT)

是金属，也可是金属与非金
属。
组成合金的元素相互作用可形成不同的相。
Al-Cu两相合金
单相
合金
两相合金
⑴ 固溶体
固溶体。习惯以、、表示。
溶剂
溶质
固溶体是合金的重要组成相，实际合金多是单相固溶体合金或以固溶体为基的合金。
按溶质原子所处位置分为置换固溶体和间隙固溶体。
Cu-Ni置换固溶体 Fe-C间隙固溶体
2)确定晶面指数的步骤如下：
由结点形成的空间点的阵列称空间点阵
〔1〕设晶格中某一原子为原点，通过该点平行于晶但与化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韧性那么要高得多。
分为刃型位错和螺型位错。
胞的三棱边作OX、OY、OZ三个坐标轴，以晶格常溶质原子在固溶体中的极限浓度。
⑸ 原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。
② 线缺陷—晶体中的位错
位错：晶格中一局部晶体相对于另一局部晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未
位错。分为刃型位错和螺型位错。
刃型位错
螺型位错
刃型位错和螺型位错
刃位错的形成
刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错。
空位
间隙原子置换原子
a. 空位： b. 间隙原子：
可以是基体金属原子，也可以是外来原子。
体心立方的四面体和八面体间隙
c. 置换原子：
点缺陷破坏了原子的平衡状态，
使晶格发生扭曲，称晶格畸变。从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
空位
间隙原子
大置换原子
小置换原子
空位和间隙原子引起的晶格畸变

材料性能学重点(完整版)

第一章1、力—伸长曲线和应力—应变曲线，真应力—真应变曲线在整个拉伸过程中的变形可分为弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形及不均匀集中塑性变形4个阶段将力—伸长曲线的纵，横坐标分别用拉伸试样的标距处的原始截面积Ao 和原始标距长度Lo 相除，则得到与力—伸长曲线形状相似的应力（σ=F/Ao ）—应变（ε=ΔL/Lo ）曲线比例极限σp ，弹性极限σe ，屈服点σs ，抗拉强度σb如果以瞬时截面积A 除其相应的拉伸力F ，则可得到瞬时的真应力S （S ＝F/A)。

同样，当拉伸力F 有一增量dF 时，试样瞬时长度L 的基础上变为L ＋dL ，于是应变的微分增量应是de ＝dL / L ，则试棒自L 0伸长至L 后，总的应变量为：式中的e 为真应变。

于是，工程应变和真应变之间的关系为2、弹性模数在应力应变关系的意义上，当应变为一个单位时，弹性模数在数值上等于弹性应力，即弹性模数是产生100%弹性变形所需的应力。

在工程中弹性模数是表征材料对弹性变形的抗力，即材料的刚度，其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。

比弹性模数是指材料的弹性模数与其单位体积质量（密度）的比值，也称为比模数或比刚度3、影响弹性模数的因素①键合方式和原子结构（不大）②晶体结构（较大）③ 化学成分（间隙大于固溶）④微观组织（不大）⑤温度（很大）⑥加载条件和负荷持续时间（不大）4、比例极限和弹性极限比例极限σp 是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，即在拉伸应力－应变曲线上开始偏离直线时的应力值。

弹性极限σe 试样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力值5、弹性比功又称为弹性比能或应变比能，用a e 表示，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。

一般可用材料弹性变形达到弹性极限时单位体积吸收的弹性变形功表示。

6、根据材料在弹性变形过程中应力和应变的响应特点，弹性可以分为理想弹性（完全弹性）和非理想弹性（弹性不完整性）两类。

晶体结构 sci四区文章-概述说明以及解释

晶体结构sci四区文章-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分是文章引言的开场白，用来概述晶体结构的背景和重要性。

可以按照以下内容来编写文章1.1概述部分的内容：晶体结构是固体材料科学中的一个重要研究领域，它探索了物质中原子或分子的有序排列方式。

对于材料科学的发展和应用，晶体结构的研究具有重要的意义。

晶体是有着周期性结构的物质，其中的原子、离子或分子以高度有序的方式排列。

晶体的结构决定了其物理、化学和力学性质，因此了解晶体结构对于研究材料的性能和开发新材料具有重要意义。

晶体结构的研究可以追溯到19世纪的布拉格、鲁特绪德和费茨等科学家对于X射线衍射的研究。

通过X射线衍射技术，科学家们首次揭示了晶体的周期性结构以及原子或分子在晶体中的排列方式。

随着现代科学技术的不断发展，晶体结构的研究方法也得到了进一步的发展和完善。

如今，通过X射线衍射、电子显微镜、原子力显微镜等高分辨率技术，科学家们能够准确地确定晶体中原子的位置和间距，从而深入研究晶体的结构特征和性质。

在材料科学领域，晶体结构的研究广泛应用于合金材料、催化剂、生物材料、电子材料等领域。

通过深入研究晶体结构，科学家们能够设计和合成出具有特定功能和性能的材料，从而应用于能源、医药、电子等领域，推动社会和经济的发展。

本文将着重探讨晶体结构的基本概念、研究方法以及晶体结构与材料性能之间的关系。

通过对晶体结构的深入理解，我们可以更好地把握材料的特性和性能，为未来材料科学的研究和应用提供有益的指导和借鉴。

总之，晶体结构作为材料科学中的重要研究领域，具有重要的应用价值。

通过对晶体结构的研究，我们可以深入了解材料的性能和行为，为新材料的开发和应用提供技术和理论的支持。

在接下来的论文中，将进一步探讨晶体结构的相关内容。

1.2 文章结构文章结构是指文章的整体组织框架和分布方式。

一个清晰合理的文章结构可以帮助读者更好地理解文章的内容和逻辑关系。

本文将按照以下结构展开：2. 正文2.1 第一个要点2.2 第二个要点2.3 第三个要点在正文部分，我们将详细介绍晶体结构的相关内容。