材料科学基础复习题纲

第一部分材料的原子结构

1、原子结构与原子的电子结构；原子结构、原子排列对材料性能的影响。

原子结构：原子由质子和中子组成的原子核以及核外的电子所构成。原子核内的中子显电中性，质子带有正电荷。对电子的描述需要四个量子数：

主量子数n：决定原子中电子能量以及与核的平均距离。

角动量量子数l: 给出电子在同一个量子壳层内所处的能级，与电子运动的角动量有关。

磁量子数m：给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。

自旋角动量量子数s：反映电子不同的自旋方向。

原子排列对材料性能影响：

固体材料根据原子的排列可分为两大类：晶体与非晶体。（有无固定的熔点和体积突变）

晶体：内部原子按某种特定的方式在三维空间呈周期性重复排列的固体。（常考名词解释）

非晶体：指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体。（名词解释）

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。（名词解释）

2、材料中的结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。(常考简答题或是论述题，很重要)

各结合键对材料性能的影响：一次键

离子键：离子键指正、负离子间通过静电作用形成的化学键。（无方向性和饱和性）共价键：由两个或多个

电负性相差不大的原

子间通过共用电子对

而形成的化学键。（有

方向性和饱和性）

金属键：金属中的自由

电子与金属正离子相

互作用所构成的键合二次键

范德瓦耳斯力：（又称分子间作用力）产生于分子或原子之间的静电相互作用。氢键：与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的键，称为氢键。（X与Y可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键）

1．金属材料：金属材料的结合键主要是金属键。由于自由电子的存在，当金属受到外加电场作用时，其内部的自由电子将沿电场方向作定向运动，形成电子流，所以金属具有良好的导电性；金属除依靠正离子的振动传递热能外，自由电子的运动也能传递热能，所以金属的导热性好；随着金属温度的升高，正离子的热振动加剧，使自由电子的定向运动阻力增加，电阻升高，所以金属具有正的电阻温度系数；当金属的两部分发生相对位移时，金属的正离子仍然保持金属键，所以具有良好的变形能力；自由电子可以吸收光的能量，因而金属不透明；而所吸收的能量在电子回复到原来状态时产生辐射，使金属具有光泽。

金属中也有共价键（如灰锡）和离子键（如金属间化合物Mg3Sb2）。

2．陶瓷材料：简单说来，陶瓷材料是包含金属和非金属元素的化合物，其结合键主要是离子键和共价键，大多数是离子键。离子键赋予陶瓷材料相当高的稳定性，所以陶瓷材料通常具有极高的熔点和硬度，但同时陶瓷材料的脆性也很大。

3．高分子材料：高分子材料的结合键是共价键、氢键和分子键。其中，组成分子的结合键是共价键和氢键，而分子间的结合键是范德瓦尔斯键。尽管范德瓦尔斯键较弱，但由于高分子材料的分子很大，所以分子间的作用力也相应较大，这使得高分子材料具有很好的力学性能。

键能曲线：当作用于原子或是离子上的力仅为原子的吸引力和排斥力时能量随位置变化的曲线。

应用：1.弹性模量：在x

处的曲率正比于弹性模量

2.刚度：曲率半径越小，刚度越高。

3.膨胀系数：键能曲线越是左右不对称，线膨胀系数越大。

4.熔点高低：越趋于对称，熔点越高。

5．键长：x

。

3、原子的堆垛和配位数的基本概念及对材料性能的影响。

原子的堆垛即为原子的排列方式。配位数是反映原子排列紧密程度的物理量之一，指晶格中任一原子周围与其最近邻且等距离的原子数目。一般配位数越大，晶体排列结构越紧密。

4、显微组织基本概念和对材料性能的影响。

显微组织：将用适当方法（如侵蚀）处理后的金属试样的磨面或其复型或用适当方法制成的薄膜置于光学显微镜或是电子显微镜下观察到的组织。

单相组织：晶粒尺寸：细化晶粒可以提高材料的强度改善材料的塑性和韧性。晶粒形状：等轴晶趋于各向同性。柱状晶趋于各向异性。

多相组织：力学性能取决于各组成相相对量，和各自性能。如果弥散相硬度明显高于基体相，提高材料的强度，塑性韧性必将下降。

第二部分材料的晶态结构

1、晶体与非晶体、晶体结构、空间点阵、晶格、晶胞、晶格常数、布拉菲点阵、晶面间距等基本概念。（常考名词解释）

晶体：原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列的物质。

非晶体：原子没有长程的周期排列，无固定的熔点，各向同性等。

晶体结构：晶体材料中原子按一定对称性周期性平移重复而形成的空间排列形式。可分为7大晶系、14种平移点阵、32种点群、230种空间群。

空间点阵：指几何点在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维阵列，是人为的对晶体结构的抽象。

晶格：为了便于描述空间点阵图形，用许多组假象的平行直线将阵点连接起来形成空间格子，称之为晶格。

晶胞：能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面体单元。

晶格常数：为了描述晶胞的形状和大小，用晶胞的三条棱长a，b，c以及三个夹角α，β，γ来表示，a，b，c,α，β，γ统称为晶格常数。

布拉菲点阵：布拉菲根据“每个阵点的周围环境相同”的要求，用数学方法证明晶体中的空间点阵只有14种，并称为布拉菲点阵。

≠γ≠90°γ=120°

单斜简单单斜a≠b≠c，α=β

=90°≠γ

四方

简单四方a=b≠c，α=β=γ

=90°

底心单斜体心四方

正交简单正交

a≠b≠c，α=β=

γ=90°

菱方简单菱方

a=b=c，α=β=γ

≠90°

底心正交

立方

简单立方

a=b=c，α=β=γ

=90°

体心正交体心立方

面心正交面心立方

晶面间距：同一组平行晶面的距离。晶面间距越大，则该晶面上的原子排列越密集，反之，越稀疏。

2、晶体晶向指数与晶面指数的标定方法。

点（，，，）晶面（）晶面族{ } 晶向[ ] 晶向族< >

负号写在数字上面。可以自己找六面体标注一下（常考简答和论述）

3、晶体结构及类型，常见晶体结构(bcc、fcc、hcp)及其几何特征、配位数、堆积因子（致密度）、间隙、密排面与密排方向。（重点牢记，简答或论述）

配位数：在晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数；

致密度（堆积因子）：晶体结构中原子占据的体积与可利用的总体积的比率。间隙：八面体间隙：位于6个原子所组成的八面体中间的间隙。

四面体间隙：位于4个原子所组成的四面体中间的间隙。

密排面：原子密度最大的晶面。

密排方向：原子密度最大的晶向。