材料科学基础1-晶体学基础
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杭州电子科技大学全国硕士研究生招生考试业务课考试大纲考试科目名称:材料科学基础科目代码:807一、晶体学基础1.晶体与非晶体、晶体结构与空间点阵的差异;2.晶面指数和晶向指数的标注方法和画法;立方晶系晶面与晶向平行或垂直的判断;3.立方晶系晶面族和晶向族的展开;4.面心立方、体心立方、密排六方晶胞中原子数、配位数、紧密系数的计算方法;5.面心立方和密排六方的堆垛方式的描述及其它们之间的差异。
二、固体材料的结构1.结合键2.晶体学基础与常见晶体结构3.固溶体的结构4.金属间化合物的结构5.硅酸盐结构6.非晶态固体结构7.高分子材料结构三、晶体中的缺陷1.点缺陷2.位错的结构与位错的运动3.位错的应力场及其与晶体缺陷间的交互作用4.位错的增殖、塞积与交割5.实际晶体中的位错6.表面、晶界与相界的结构7.界面能与显微组织形貌8.晶界平衡偏析与晶界迁移四、固态中的扩散1.扩散定律及其应用2.扩散的微观机理3.影响扩散的因素4.扩散的热力学理论5.反应扩散五、回复与再结晶1.回复、再结晶、晶粒长大的概念和应用;2.再结晶温度的概念,及其影响因素;3.冷变形金属经过加热、保温后组织结构和力学性能的变化。
六、相图1.相律的描述和计算,及其对相平衡的解释;2.二元合金中匀晶、共晶、包晶、共析、二次相析出等转变的图形、反应式;二元典型合金的平衡结晶过程分析、冷却曲线;3.二元合金中匀晶、共晶、共析、二次相析出的平衡相和平衡组织名称、相对量的计算;4.铁-渗碳体相图及其典型合金的平衡冷却曲线分析、反应式、平衡相计算、平衡组织计算、组织示意图绘制;5.简单三元合金的相平衡分析、冷却曲线分析、截面图分析;6.单相固溶体自由能的求解方法,单相固溶体自由能表达式,固溶体的自由能-成分曲线形式,混合相自由能表达式,相平衡的公切线法则。
七、金属的凝固1.液体结构的描述及其与固体结构的差异;2.凝固的基本过程和基本条件;3.均匀形核过程的热力学分析,临界晶核半径概念、临界形核功概念;4.影响凝固过程的因素的分析,及其对凝固后固体形貌和晶粒大小的影响;5.固溶体在不平衡结晶过程中溶质原子在液相和固相中的分布的定量和定性的描述;6.成分过冷的概念及其对晶粒形貌的影响。
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。
第1章晶体学基础1.1复习笔记一、空间点阵1.晶体特征和空间点阵概述(1)晶体特征晶体的一个基本特征是具有周期性。
(2)空间点阵空间点阵是指用来描述晶体中原子或原子集团排列的周期性规律的在空间有规律分布的几何点的集合。
2.晶胞、晶系和点阵类型(1)晶胞①晶胞的定义空间点阵可以看成是由最小的单元——平行六面体沿三维方向重复堆积(或平移)而成。
这样的平行六面体称为晶胞。
②点阵常数a.描述晶胞的大小:三条棱的长度a,b和c;b.描述晶胞的形状:棱之间的夹角α,β和γ。
③选取晶胞的条件a.能反映点阵的周期性;b.能反映点阵的对称性;c.晶胞的体积最小。
(2)晶系按照晶胞的大小和形状的特点,或按照6个点阵常数之间的关系和特点,可以将各种晶体归为7种晶系。
表1-1 7种晶系(3)点阵类型①简单三斜点阵(如图1-1(1)所示);②简单单斜点阵(如图1-1(2)所示);③底心单斜点阵(如图1-1(3)所示);④简单斜方点阵(如图1-1(4)所示);⑤底心斜方点阵(如图1-1(5)所示);⑥体心斜方点阵(如图1-1(6)所示);⑦面心斜方点阵(如图1-1(7)所示);⑧六方点阵(如图1-1(8)所示);⑨菱方点阵(三角点阵)(如图1-1(9)所示);⑩简单正方(或四方)点阵(如图1-1(10)所示);⑪体心正方(或四方)点阵(如图1-1(11)所示);⑫简单立方点阵(如图1-1(12)所示);⑬体心立方点阵(如图1-1(13)所示);⑭面心立方点阵(如图1-1(14)所示)。
图1-1 14种空间点阵(4)布拉维点阵与复式点阵①布拉维点阵:由等同点构成的点阵;②复式点阵:由几个布拉维点阵穿插而成的复杂点阵。
二、晶面指数和晶向指数1.晶面指数和晶向指数(1)晶面指数将截距的倒数化成三个互质的整数h,k,l,则(hkl)称为待标晶面的晶面指数。
(2)晶向指数将晶向上除原点以外的任一点的坐标x,y,z化成互质整数u,v,w,得到晶向指数[uvw]。
一、基本知识点 1.结合键与晶体学基础(1)化学键包括离子键:静电吸引作用共价键金属键:金属正离子与自由电子之间的相互作用构成的金属原子间的结合力。
没有方向性和饱和性。
(理论包括自由电子模型和能带理论)物理键包括范德华键:包括3种,静电力、诱导力、色散力。
特点有:1、存在于分子或原子间的一种较弱的吸引力 2、作用能约为几十个kj/mol,比化学键小1-2数量级 3、一般没有方向性和饱和性。
氢键:存在于含氢的物质,与范德华健不同的是,氢键是有方向性和饱和性的较强的分子间力。
(2)晶体:是内部质点(原子、分子或离子)在三维空间以周期性重复方式作有规则的排列的固体,即晶体是具有格子构造的固体(1、有确定的熔点2、各向异性,即不同方向性能不同)。
非晶体:原子散乱分布或仅有局部区域的短程规则排列。
玻璃相:相:材料中均匀而具有物理特性的部分,并和体系的其他部分有明显界面的称为“相”(3)空间点阵:把由一系列在三维空间周期性排列的几何点阵成为一个空间点阵晶胞:组成各种晶体构造的最小体积单位晶面:在晶体结构内部中,由物质质点所组成的平面晶向:穿过物质的质点所组成的直线方向晶格:晶系:晶向族晶面族:在晶体中有些晶面上原子排列和分布规律是完全相同的,晶面间距相同,而晶面在空间的位向不同,这样一组等同晶面称为一个晶面族同素异构(4)八面体间隙四面体间隙配位数:指在晶体结构中,该原子或离子的周围与其直接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数致密度:一个晶胞中原子所占体积与晶胞体积的比值晶胞中的原子数 2、材料的结构固溶体:将外来组元引入晶体结构,占据主晶相质点位置一部分或间隙位置一部分,仍保持一个晶相,这种晶体称为固溶体(即溶质溶解在溶剂中形成固溶体)。
根据外来组元在主晶相中所处位置,可分为置换固溶体和间隙固溶体。
按外来组元在主晶相中的固溶度,可分为有限固溶体和无限固溶体。
置换固溶体:溶质取代了溶剂中原子或离子所形成的固溶体聚合度(等规度):在聚合物中的有规立构聚合的百分含量 3、晶体结构缺陷肖脱基缺陷:离位原子迁移到外表面或内界面处,这种空位称肖脱基空位弗兰克尔缺陷(空位):离位原子迁移到晶体点阵的间隙中,则称为弗兰克尔空位间隙原子:形成弗兰克尔空位的同时将形成等量的间隙原子,间隙原子可以是晶体本身固有的同类原子(称自间隙原子),也可以是外来的异类间隙原子。
第1章晶体学基础1.1复习笔记一、空间点阵1.晶体特征和空间点阵概述(1)晶体特征晶体的一个基本特征是具有周期性。
(2)空间点阵空间点阵是指用来描述晶体中原子或原子集团排列的周期性规律的在空间有规律分布的几何点的集合。
2.晶胞、晶系和点阵类型(1)晶胞①晶胞的定义空间点阵可以看成是由最小的单元——平行六面体沿三维方向重复堆积(或平移)而成。
这样的平行六面体称为晶胞。
②点阵常数a.描述晶胞的大小:三条棱的长度a,b和c;b.描述晶胞的形状:棱之间的夹角α,β和γ。
③选取晶胞的条件a.能反映点阵的周期性;b.能反映点阵的对称性;c.晶胞的体积最小。
(2)晶系按照晶胞的大小和形状的特点,或按照6个点阵常数之间的关系和特点,可以将各种晶体归为7种晶系。
表1-1 7种晶系(3)点阵类型①简单三斜点阵(如图1-1(1)所示);②简单单斜点阵(如图1-1(2)所示);③底心单斜点阵(如图1-1(3)所示);④简单斜方点阵(如图1-1(4)所示);⑤底心斜方点阵(如图1-1(5)所示);⑥体心斜方点阵(如图1-1(6)所示);⑦面心斜方点阵(如图1-1(7)所示);⑧六方点阵(如图1-1(8)所示);⑨菱方点阵(三角点阵)(如图1-1(9)所示);⑩简单正方(或四方)点阵(如图1-1(10)所示);⑪体心正方(或四方)点阵(如图1-1(11)所示);⑫简单立方点阵(如图1-1(12)所示);⑬体心立方点阵(如图1-1(13)所示);⑭面心立方点阵(如图1-1(14)所示)。
图1-1 14种空间点阵(4)布拉维点阵与复式点阵①布拉维点阵:由等同点构成的点阵;②复式点阵:由几个布拉维点阵穿插而成的复杂点阵。
二、晶面指数和晶向指数1.晶面指数和晶向指数(1)晶面指数将截距的倒数化成三个互质的整数h,k,l,则(hkl)称为待标晶面的晶面指数。
(2)晶向指数将晶向上除原点以外的任一点的坐标x,y,z化成互质整数u,v,w,得到晶向指数[uvw]。
材料科学与基础第一章晶体结构第一节晶体学基础一、空间点阵晶体中原子或分子的空间规则排列,阵点周围环境相同,在空间的位置一定。
(一)晶胞点阵中取出的一个反映点阵对称性的代表性基本单元。
通过晶胞角上的某一阵点,沿其三个棱边作坐标轴X、Y、Z(称为晶轴),则此晶胞就可由其三个棱边的边长a、b、c(称为点阵常数)及晶轴之间的夹角α、β、γ六个参数表达出来。
事实上,采用三个点阵矢量a、b、c来描述晶胞更方便。
(二)晶系(三)布拉菲点阵只能有14种空间点阵,归属于7个晶系。
(四)晶体结构与空间点阵最简单的空间格子,又叫原始格子,以P表示。
对称性高的为高级晶族。
二、晶向指数和晶面指数(一)晶向指数1.以晶胞的晶轴为坐标轴X、Y、Z,以晶胞边长作为坐标轴的长度单位。
2.从晶轴系的原点O沿所指方向的直线取最近一个阵点的坐标u、v、w。
3.将此数化为最小整数并加上方括号,即为晶向指数。
[100],[110],[111̅]晶向指数表示所有相互平行、方向一致的晶向。
晶体中因对称关系而等同的各组晶向可并为一个晶向族,用<uvw>表示。
(二)晶面指数1.对晶胞作晶轴X、Y、Z以晶胞的边长作为晶轴上的单位长度。
2.求出待定晶面在三个晶轴上的截距(如该晶面与某轴平行,则截距为∞)。
3.取这些截距数的倒数。
4.将上述倒数化为最小的简单整数,并加上圆括号,即表示该晶面的指数,记为(hkl )晶面指数所代表的不仅是某一晶面,而是代表着一组相互平行的晶面。
(化简相等)在晶体中,具有等同条件而只是空间位向不同的各组晶面,可归并为一个晶面族,用{hkl }表示。
在立方晶系中,具有相同指数的晶向和晶面必定是相垂直的。
即[hkl ]⊥{hkl} (三)六方晶系指数晶面指数以(hkil )四个指数来表示,有h +k +i =0; 晶向指数以[uvtw]表示,有u +v +t =0。
六方晶系按两种晶轴系所得的晶面指数和晶向指数可相互转换如下:对晶面指数来说,从(hkil )转换成(hkl )只需去掉i ;对晶向指数,[UVW]与[uvtw]的关系为:U =u −t; V =v −t; W =w 。