材料科学基础总结(金属)

1、其内部结构包括四个层次：①原子结构；②结合键；③原子的排列方式；④显微组织。

2、结合键的定义：所谓结合键是指由原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小。

3、化学键有：离子键、共价键、金属键。

物理键：氢键、分子间力4、共价键具有方向性、饱和性。

金刚石、单质硅、SiC、H2、O2、F2、碳-氢化合物。

5、共价晶体特点：结构稳定,熔点高,质硬脆,一般是绝缘体,其导电性能差。

6、离子键的特点：常温下，电绝缘体；在高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，即呈现离子导电性。

离子键没有方向性、无饱和性。

7、离子晶体的特点：离子键很强，故有高硬度、熔点，强度大，固体下不导电，熔融时才导电。

离子间发生相对位移，电平衡破坏，离子键破坏，脆性材料。

较高熔点（正、负离子间有很强的电的吸引力）8、金属键的定义：由金属正离子和自由电子之间互相作用而结合称为金属键。

9、金属键的特点：金属键无方向性，金属键无饱和性，具有高对称性。

10、金属键型晶体的特征：良好的延展性、良好的导电性、具有正的电阻温度系数、导热性好、金属不透明、具有金属光泽（自由电子可吸收可见光的能量）11、范德瓦尔斯键没有方向性和饱和性。

12、13、晶体的定义：物质的质点(分子、原子或离子)在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质叫晶体。

14、非晶体在整体上是无序的；近程有序。

15、晶体的特征：（1）周期性（不论沿晶体的哪个方向看去，总是相隔一定的距离就出现相同的原子或原子集团。

这个距离称为周期）液体和气体都是非晶体。

（2）有固定的凝固点和熔点（3）各向异性（沿着晶体的不同方向所测得的性能通常是不同的：晶体的导电性、导热性、热膨胀性、弹性、强度、光学性质）。

16、晶体与非晶体的区别17、a.根本区别：质点是否在三维空间作有规则的周期性重复排列b.晶体熔化时具有固定的熔点,而非晶体无明显熔点,只存在一个软化温度范围c.晶体具有各向异性，非晶体呈各向同性（多晶体也呈各向同性，称“伪各向同性”）18、点代表原子(分子或离子)的中心，也可是彼此等同的原子群或分子群的中心，各点的周围环境相同。

这种点的空间排列称为空间点阵（布拉菲点阵）（有14种）。

19、将阵点用一系列平行直线连接起来，构成空间格架叫晶格。

20、从点阵中能保持点阵特征的最基本单元叫晶胞。

21、空间点阵虽然只可能有14种，但晶体结构则是无限多的。

22、晶向指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向24、晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向，用<uvw>表示。

25、晶体结构中那些原子密度相同的等同晶向称为晶向轴26、不同晶向之间的夹角29、晶面族：晶体中具有相同条件（原子排列和晶面间距完全相同），空间位向不同的各组晶面，用{hkl}表示。

30、若晶面与晶向同面，则hu+kv+lw=0;.若晶面与晶向垂直，则u=h, k=v, w=l。

如(111)与[111]互相垂直，(110)与[110]互相垂直31、相交于某一晶向直线或平行于此直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴.同一晶带中的晶面叫共带面。

32、设晶带轴的指数为[uvw]，则晶带中任何一个晶面的指数（hkl）都必须满足：hu+kv+lw=0，满足此关系的晶面都属于以[uvw]为晶带轴的晶带。

33、已知两个非平行的晶面指数为（h1k1l1）和（h2k2l2）则其交线即为晶带轴的指数。

u=k1l2－k2l1，v=l1h2－l2h1，w=h1k2－h2k134、晶面间距（即相邻的两个平行晶面之间的垂直距离）35、低指数的晶面其面间距较大，而高指数面的面间距小。

例：{100}面的晶面间距最大，{120}面的间距较小，而{320}面的间距就更小。

36、晶面间距37、晶面夹角⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎭⎫⎝⎛+++=++=++=六方系立方系正交系2222222222)(341)()()(1clakhkhdlkhadclbkahdhklhklhkl38、39、配位数（CN ）：晶体结构中任一原子周围最近且等距离的原子数。

40、致密度（K ）：晶胞中原子所占的体积分数，n 为晶胞原子数，v 原子体积，V 晶胞体积。

41、二、晶体缺陷1、把实际晶体中偏离理想点阵结构的区域称为晶体缺陷。

2、点缺陷：在三维方向上尺寸都很小（远小于晶体或晶粒的线度）的缺陷。

3、金属中常见的基本点缺陷有空位、间隙原子和置换原子。

4、空位：空位就是未被占据的原子位置；5、间隙原子：间隙原子可以是晶体中正常原子离位产生，也可以是外来杂质原子；6、置换原子：位于晶体点阵位置的异类原子。

7、离位原子迁移到晶体的表面上，这样形成的空位通常称为肖脱基缺陷；8、可迁移到晶体点阵的间隙中，这样的空位称弗兰克尔缺陷。

9、晶体中点缺陷的存在，一方面造成点阵畸变，使晶体的内能升高，增大了晶体的热力学不稳定性；另一方面，由于增大了原子排列的混乱程度，并改变了其0.74 12 6 密排六方 (hcp) 0.74 12 4 面心立方 (fcc) 0.68 8 2 体心立方 （bcc ） 致密度（K ） 配位数（CN ） 原子数 原子半径 结构特点 a r 43=a r 21=a r 42=V nv K =周围原子的振动频率，又使晶体的熵值增大。

熵值越大，晶体便越稳定。

10、点缺陷对性能的影响：（1）点缺陷存在使晶体体积膨胀，密度减小。

（2）点缺陷引起电阻的增加。

（3）过饱和点缺陷（如淬火空位、辐照缺陷）还提高了金属的屈服强度。

11、空位是热力学上稳定的点缺陷12、线缺陷就是在两个方向上尺寸很小，在一个方向上尺寸很大的缺陷。

位错是晶体内部一种有规律的管状畸变区13、位错可分为刃性位错和螺型位错。

14、把多余半原子面在滑移面以上的位错称为正刃型位错，用符号“┻”表示；反之为负刃型位错，用“┳”表示。

15、滑移面必定是同时包含有位错线和滑移矢量的平面，16、螺型位错的结构特征：无额外的半原子面，原子错排程轴对称，分右旋和左旋螺型位错；一定是直线，与滑移矢量平行，位错线移动方向与晶体滑移方向垂直； 滑移面不是唯一的，包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面；位错周围点阵也发生弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变而无正应变，即不引起体积的膨胀和收缩；位错畸变区也是几个原子间距宽度，同样是线位错。

17、滑移矢量与位错线成任意角度，这种晶体缺陷称为混合型位错。

18、位错线不能在晶体内部中断。

19、位错线:只能或者连接晶体表面(包括晶界)，或者连接于其它位错，或者形成封闭的位错环。

20、柏氏矢量b 越大，位错周围的点阵畸变也越严重21、柏氏矢量的模｜b ｜称为位错强度。

22、刃型位错：柏氏矢量b ⊥位错线；23、螺型位错：柏氏矢量b ∥位错线，其中同向为右螺，反向为左螺。

24、一根不分叉的任何形状的位错只有一个柏氏矢量。

相交于一点的各位错，同时指向结点或离开结点时，各位错的柏氏矢量 b 之和为零。

25、位错线不能中断于晶体的内部，而只能终止在晶体表面或晶界上，即位错线的连续性。

26、位错的柏氏矢量：柏氏矢量模：27、刃位错的运动：可有滑移和攀移两种方式。

螺位错的运动：只作滑移、而不存在攀移。

滑移：位错线沿着滑移面的移动。

攀移：位错线垂直于滑移面的移动。

28、正刃位错滑移方向与外力方向相同；负刃位错滑移方向与外力方向相反。

[]uvw ka b =222w v u ka b ++=29、30、位错的攀移：指在热缺陷或外力作用下，位错线在垂直其滑移面方向上的运动，结果导致晶体中空位或间隙质点的增殖或减少。

31、攀移的实质：是多余半原子面的伸长或缩短。

32、刃位错：除可在滑移面上滑移外，还可在垂直滑移面的方向上进行攀移运动。

33、螺位错：没有多余半原子面，故无攀移运动。

34、常把多余半原子面向上移动称正攀移，向下移动称负攀移。

35、攀移与滑移不同：1）攀移伴随物质的迁移，需要空位的扩散，需要热激活，比滑移需更大能量。

2）低温攀移较困难，高温时易攀移。

在许多高温过程如蠕变、回复、单晶拉制中，攀移却起着重要作用。

3）攀移通常会引起体积的变化，故属非保守运动。

4）作用于攀移面的正应力有助于位错的攀移。

压应力将促进正攀移，拉应力可促进负攀移。

5）晶体中过饱和空位也有利于攀移。

36、变形过程中位错肯定是以某种方式不断增殖，而能增值位错的地方称为位错源。

37、过饱和空位的聚集成片也是位错的重要来源。

38、晶界易成为位错运动的障碍物，位错间的相互作用也可产生障碍。

39、割阶则与原位错线不在同一滑移面上，除非割阶产生攀移，否则，割阶就不能随主位错线一道运动，成为位错运动的障碍，常称此为割阶硬化。

40、面缺陷：在两个方向上尺寸很大，在一个方向上尺寸很小的缺陷。

41、属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界；42、而每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成，相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界。

43、相邻晶粒的位向差小于10°的晶界称为小角度晶界。

44、相邻晶粒的位向差大于10°的晶界称为大角度晶界。

45、孪晶是指两个晶体(或一个晶体的两部分)沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为“孪晶(twin)”，此公共晶面就称孪晶面。

46、具有不同结构的两相之间的分界面称为“相界”。

按结构特点，相界面可分为共格、半共格和非共格相界三种类型。

47、晶粒越细,材料的强度越高，这就是细晶强化。

固体中的相结构1、合金是由两种或两种以上的金属或金属与非金属，经过熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。

2、通常把组成合金的最简单、最基本而且能独立存在的物质称为组元。

3、合金相（简称相）：材料中结构相同、成分和性能均一的组成部分。

（如单相、两相、多相合金。

）。

4、固溶体是一种组元(溶质)溶解在另一种组元(溶剂，一般是金属)中，其特点是溶剂（或称基体）的点阵类型不变，5、固溶体的特点：点阵类型和溶剂点阵类型相同；固溶体中的结合键主要是金属键。

6、分类：按照溶质原子在溶剂点阵中所占据的位置不同，可分为置换固溶体和间隙固溶体；按溶解度大小可分为无限固溶体和有限固溶体；按各组元原子在点阵中排列的秩序性可分为无序固溶体和有序固溶体。

7、置换式固溶体在一定条件下可能是无限固溶体，但间隙固溶体都是有限固溶体。

8、影响置换固溶体固溶度的大小因数：a）组元的晶体结构类型：晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件；如果溶质与溶剂的晶体结构类型相同，则溶解度通常也较不同结构时为大；b）原子尺寸因素：指形成固溶体的溶质原子半径与溶剂原子半径的相对差值大小，常以⊿r表示。

⊿r ＝（r A－r B）/r A×100% ，⊿r越大，固溶度越小，这是因为溶质原子溶入将引起溶剂晶格产生畸变。