材料科学基础

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. 第一章 原子排列与晶体结构

1. fcc结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,晶胞中原子数为 ，把原子视为刚性球时，原子的半径r与点阵常数a的关系是 ；bcc结构的密排方向是 ，密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径r与点阵常数a的关系是 ；hcp结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,，晶胞中原子数为 ，原子的半径r与点阵常数a的关系是 。

2. Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是

，每个晶胞中八面体间隙数为 ，四面体间隙数为 。

3. 纯铁冷却时在912 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ，致密度降低 ，晶体体积 ，原子半径发生 。

4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。在hcp晶胞的（0001）面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。

5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。

6 在铅的（100）平面上，1mm2有多少原子？已知铅为fcc面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm。

第二章 合金相结构

一、 填空

1） 随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度 ，塑性 ，导电性 ，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数 。

2） 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1） ；（2） ；（3） ；（4） 和环境因素。

《材料科学基础》考试重点及答案

1晶体点阵有实际原子、离子、分子或各种原子集团，按一定几何规律的具体排列方式称为晶体结构或为晶体点阵。

2晶格用以描述晶体中原子排列规律的空间格架。

3配位数原子周围最近邻等距离的原子数目；在离子晶体里，一个正离子周围的最近邻负离子数称为配位数。

4晶体缺陷晶体中原子偏离其平衡位置而出现的不完整性区域。

5位错晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。

6位错反应有两个位错合成为一个新位错或有一个位错分解为几个新位错的过程。

7小角晶界两个相邻晶粒位向差小于10度的晶界称为小角晶界。

8晶面能由于晶界上原子排列不规律产生点阵畸变，引起能量升高，这部分能量称为晶面能。

9固熔体固态下一种组元熔解在另一种组元中而形成的新相。

10间隙相又称为简单间隙化合物非金属原子与过渡族原子的半径的比值小于0.59，化合物具有比较简单的结构称为间隙化合物。

11过冷度实际开始结晶温度与理论结晶温度之间的温度差称为过冷度。

12均匀形核在过冷的液态金属中，依靠液态金属本身的能量变化获得驱动力由晶胚直接形核的过程。

13非均匀形核在过冷液态金属中，若晶胚是依附在其他物质表面上成核的过程。

14形核率单位时间单位体积内所形成的晶核数目。

15相图又称状态图或平衡图表示材料系统中相得状态与温度及成分之间关系的一种图形。成分过冷这种有液相成分改变而形成的的过冷。

16伪共晶这种有非共晶成分的合金得到的共晶组织。

17包晶转变当有些合金凝固到达一定温度时，已结晶出来的一定成分的固相与剩余的液相发生反应生成另一种固相，这种转变为共晶转变。

18 扩散第一定律：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质量（通称为扩散通量）与该截面处的浓度梯度成正比。。

19 科肯道尔效应：由于两种原子扩散速度不同，导致扩散偶的一侧向另一侧发生物质静输送的性质。

20 本征扩散：以本征缺陷为媒介发生的扩散称为本征扩散。(处于热平衡状态的晶体内部总存在一定数量的点缺陷，这类点缺陷也称为本征缺陷)。

材料科学基础教学大纲

一、课程概述

《材料科学基础》是材料类专业的一门重要的学科基础课程，它是研究材料的成分、结构、性能与制备之间相互关系的学科。通过本课程的学习，使学生掌握材料科学的基本概念、基本理论和基本方法，为后续的专业课程学习以及从事材料科学与工程领域的研究、开发和生产工作奠定坚实的基础。

二、课程目标

1、 知识目标

掌握材料的晶体结构、晶体缺陷、相图、扩散、相变等基本概念和理论。

了解材料的力学性能、物理性能、化学性能等与材料结构和成分的关系。

熟悉材料的制备方法和加工工艺对材料性能的影响。

2、 能力目标

能够运用所学的理论知识分析和解决材料科学中的实际问题。

具备一定的实验设计和数据分析能力。

培养学生的创新思维和独立思考能力。 3、 素质目标

培养学生严谨的科学态度和实事求是的工作作风。

增强学生的团队合作意识和沟通能力。

激发学生对材料科学的兴趣和探索精神。

三、课程内容

1、 晶体结构

晶体学基础：空间点阵、晶胞、晶系、布拉菲点阵等。

金属晶体结构：体心立方、面心立方、密排六方等结构的特点和原子堆积方式。

离子晶体结构：NaCl 型、CsCl 型、闪锌矿型、纤锌矿型等结构的特点。

共价晶体结构：金刚石型、石墨型等结构的特点。

2、 晶体缺陷

点缺陷：空位、间隙原子、置换原子等的形成和平衡浓度。

线缺陷：位错的基本类型（刃型位错、螺型位错）、柏氏矢量、位错的运动和交割。

面缺陷：晶界、相界、表面的结构和性质。

3、 固体中的扩散 扩散的基本概念和菲克定律。

扩散的微观机制：空位机制、间隙机制等。

影响扩散的因素：温度、晶体结构、溶质浓度等。

4、 相图

相图的基本概念：相、组元、相平衡等。

二元相图：匀晶相图、共晶相图、包晶相图等的分析和应用。

三元相图：成分三角形、等温截面图、垂直截面图等的分析和应用。

5、 材料的形变和再结晶

1 《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：

2 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）

3 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；