《材料科學(xué)基礎(chǔ)》總復(fù)習(xí)(完整版)

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)上半學(xué)期內(nèi)容重點(diǎn)第一章 固體材料的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí) 鍵合類(lèi)型（離子健、共價(jià)健、金屬健、分子健力、混合?。┘捌涮攸c(diǎn)； 鍵合的本質(zhì)及其與材料性能的關(guān)系，重點(diǎn)說(shuō)明離子晶體的結(jié)合能的概念；晶體的特性（5個(gè)）；晶體的結(jié)構(gòu)特征（空間格子構(gòu)造）、晶體的分類(lèi)； 晶體的晶向和晶面指數(shù)（米勒指數(shù)）的確定和表示、十四種布拉維格子； 第二章 晶體結(jié)構(gòu)與缺陷 晶體化學(xué)基本原理：離子半徑、球體最緊密堆積原理、配位數(shù)及配位多面體；典型金屬晶體結(jié)構(gòu)；離子晶體結(jié)構(gòu)，鮑林規(guī)則（第一、第二）；書(shū)上表23下的一段話；共價(jià)健晶體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；三個(gè)鍵的異同點(diǎn)（舉例）；晶體結(jié)構(gòu)缺陷的定義及其分類(lèi)，晶體結(jié)構(gòu)缺陷與材料性能之間的關(guān)系（舉

2、例）；第三章 材料的相結(jié)構(gòu)及相圖相的定義相結(jié)構(gòu)合金的概念：固溶體置換固溶體（）晶體結(jié)構(gòu)無(wú)限互溶的必要條件晶體結(jié)構(gòu)相同比較鐵（體心立方，面心立方）與其它合金元素互溶情況（表的說(shuō)明）（）原子尺寸：原子半徑差及晶格畸變；（）電負(fù)性定義：電負(fù)性與溶解度關(guān)系、元素的電負(fù)性及其規(guī)律；（）原子價(jià)：電子濃度與溶解度關(guān)系、電子濃度與原子價(jià)關(guān)系；間隙固溶體（一）間隙固溶體定義（二）形成間隙固溶體的原子尺寸因素（三）間隙固溶體的點(diǎn)陣畸變性中間相 中間相的定義中間相的基本類(lèi)型：正常價(jià)化合物：正常價(jià)化合物、正常價(jià)化合物表示方法電子化合物：電子化合物、電子化合物種類(lèi)原子尺寸因素有關(guān)的化合物：間隙相、間隙化合物二元系相圖：

3、杠桿規(guī)則的作用和應(yīng)用；勻晶型二元系、共晶（析）型二元系的共晶（析）反應(yīng)、包晶（析）型二元系的包晶（析）反應(yīng)、有晶型轉(zhuǎn)變的二元系相圖的特征、異同點(diǎn)；三元相圖：三元相圖成分表示方法；了解三元相圖中的直線法則、杠桿定律、重心定律的定義；第四章 材料的相變相變的基本概念：相變定義、相變的分類(lèi)（按結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)以及相變方式分類(lèi)）；按結(jié)構(gòu)分類(lèi)：重構(gòu)型相變和位移型相變的異同點(diǎn)；馬氏體型相變：馬氏體相變定義和類(lèi)型、馬氏體相變的晶體學(xué)特點(diǎn)，金屬、陶瓷中常見(jiàn)的馬氏體相變（舉例）（可以用許教授提的一個(gè)非常好的問(wèn)題金屬、陶瓷馬氏體相變性能的不同作為題目）有序-無(wú)序相變的定義玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變：玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度、玻璃態(tài)

4、轉(zhuǎn)變點(diǎn)及其黏度按熱力學(xué)分類(lèi)：一級(jí)相變定義、特點(diǎn)，屬于一級(jí)相變的相變；二級(jí)相變定義、特點(diǎn)，屬于二級(jí)相變的相變；按相變方式分類(lèi)：形核長(zhǎng)大型相變、連續(xù)型相變（spinodal相變）按原子遷動(dòng)特征分類(lèi)：擴(kuò)散型相變、無(wú)擴(kuò)散型相變第5章 金屬材料的顯微結(jié)構(gòu)特征一、純金屬的凝固及結(jié)晶1、結(jié)晶的熱力學(xué)條件Ø 結(jié)晶后系統(tǒng)自由能下降。 Ø 結(jié)晶的熱力學(xué)條件是系統(tǒng)的過(guò)冷度T0。 Ø 結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力與過(guò)冷卻度的關(guān)系 2、形核（1）液相結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)程無(wú)序 短程有序：液體內(nèi)某時(shí)刻有許多微小體積內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)有序排列，每一微小體積維持有序排列的時(shí)間非常短暫，不斷在不同位置有新的有序排列微小體積產(chǎn)生，但又瞬間

5、消失，稱為結(jié)構(gòu)起伏。（2）晶胚 熔點(diǎn)以下的微小體積的有序排列稱為晶胚 （3）表面能Ø 晶胚與液相結(jié)構(gòu)不同，已經(jīng)具有明確的表面Ø 晶胚的表面能增加了系統(tǒng)的能量 晶胚的表面能是結(jié)晶的阻力Ø 當(dāng)晶胚尺寸較小時(shí)，表面能的增加量要大于自由能下降值，因此晶胚還會(huì)消失，是不穩(wěn)定的小晶體（晶胚的不穩(wěn)定性）（5）形核¨ 尺寸rr*的晶胚，隨晶胚尺寸增加系統(tǒng)能量增加，晶胚是不能長(zhǎng)大。¨ 當(dāng)晶胚尺寸r r*，如果晶胚長(zhǎng)大，系統(tǒng)總自由能下降，因此晶胚可以長(zhǎng)大。¨ 以尺寸r*為界，晶胚性質(zhì)發(fā)生改變，稱r*為臨界半徑。Ø 將半徑大于r*可以長(zhǎng)大成為晶體

6、核心的晶胚稱為晶核Ø 半徑等于r*的晶核稱為臨界晶核 （6）臨界半徑與過(guò)冷卻的關(guān)系：Ø 形核功（G*）：臨界晶核最大能量增加值。Ø 體積自由能下降只抵消了表面能的2/3，尚有1/3表面能沒(méi)有抵消就開(kāi)始結(jié)晶了Ø 能量起伏：系統(tǒng)內(nèi)各點(diǎn)能量實(shí)際不是均勻的，在液相能量高于平均能量的位置形核，局部可以獲得比平均能量位置更大的驅(qū)動(dòng)力（更多的體積自由能下降值）（7）形核率Ø 定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間在單位體積液體內(nèi)形成的晶核數(shù)（N）Ø 影響因素：Ø 形核功：阻力越大，形核時(shí)的形核功（G*）也越大，形核率將減少Ø 擴(kuò)散激活能：形核過(guò)程需要質(zhì)

7、點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到晶胚表面，并在表面運(yùn)動(dòng)排列，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程作功越多，形核越困難，形核率也越低。質(zhì)點(diǎn)位移大于晶格常數(shù)的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散，擴(kuò)散的難易程度用擴(kuò)散需要的能量大小表示，稱為擴(kuò)散激活能（Q）。擴(kuò)散激活能越大，形核率越來(lái)小。Ø 溫度：溫度越低，過(guò)冷度越大，形核功越小，形核率因此增加；溫度降低，擴(kuò)散困難（擴(kuò)散激活能增加），形核率因此減少。 Ø 導(dǎo)致形核率急劇增加的溫度和過(guò)冷度稱為有效形核溫度和有效形核過(guò)冷度。（8）結(jié)晶形核的分類(lèi)Ø 均勻形核（自發(fā)形核）：液相同時(shí)在許多位置隨機(jī)形核，晶核在液相均勻分布。均勻形核要比較大的過(guò)冷度(0.2Tm)。Ø 非均勻形核（非自發(fā)形核）

8、：晶核在液相中已經(jīng)存在的一些其它固體表面（型壁，外來(lái)其它晶體顆粒）上生成。非均勻形核減少了表面能形核阻力。Ø 非均勻形核的形核功：Ø 當(dāng)=180°時(shí)：完全不濕潤(rùn)情況，基底無(wú)作用（相當(dāng)與均勻形核）；Ø 當(dāng)=0°時(shí)：完全濕潤(rùn)情況，（基底本身已經(jīng)是一個(gè)晶核，無(wú)需再形核）Ø 一般情況：<，形核功小，形核時(shí)過(guò)冷度也相應(yīng)減小。（9）非均勻形核與均勻形核的過(guò)冷度及形核率比較： Ø 非均勻形核的過(guò)冷度比均勻形核率小很多。Ø 如純鐵均勻形核的過(guò)冷度高達(dá)295，而非均勻形核的過(guò)冷度低于20 。金屬結(jié)晶一般均為非均勻形核。

9、6; 形核率-過(guò)冷度曲線比較：非均勻形核率在0.02Tm 已經(jīng)達(dá)到最達(dá)形核率，由低形核率到高形核率過(guò)度略平緩，到最大形核率結(jié)晶沒(méi)有結(jié)束， (基底消耗)3、晶體長(zhǎng)大Ø 晶體長(zhǎng)大的條件（1）動(dòng)態(tài)過(guò)冷：晶體長(zhǎng)大也需要一定的過(guò)冷度，長(zhǎng)大所需的界面過(guò)冷度稱為動(dòng)態(tài)過(guò)冷度，用T k表示。動(dòng)態(tài)過(guò)冷度不大，約0.012。Ø 長(zhǎng)大過(guò)程的過(guò)冷卻度與形核時(shí)的過(guò)冷卻度不同：形核過(guò)冷度用來(lái)克服形核功，長(zhǎng)大過(guò)程過(guò)冷度用來(lái)克服原子擴(kuò)散激活能。 （2）足夠的溫度：過(guò)冷度太大要發(fā)生玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變。Ø 晶體長(zhǎng)大速度：界面在單位時(shí)間向液相前推移的垂直距離稱為長(zhǎng)大線速度。Ø 晶體長(zhǎng)大速度與界面結(jié)構(gòu)有

10、關(guān)系：（1）光滑界面：所謂光滑界面是指固相表面為基本完整的原子密排面，固液兩相截然分開(kāi)，從微觀上看界面是光滑的，但是從宏觀來(lái)看，界面由若干不同指數(shù)晶面小平面組成（小平面界面）。（截面呈現(xiàn)呈鋸齒狀的折線）（2）粗糙界面：粗糙界面在微觀上高低不平、粗糙，存在幾個(gè)原子厚度的過(guò)渡層， 但是宏觀上看，界面反而是平直的。Ø 晶體長(zhǎng)大機(jī)制：（1）粗糙界面的連續(xù)長(zhǎng)大（垂直生長(zhǎng)）：Ø 不斷有液態(tài)原子就位晶體位置(不再游離)，結(jié)果是界面向垂直界面的方向長(zhǎng)大（垂直長(zhǎng)大）。長(zhǎng)大過(guò)程需要?jiǎng)討B(tài)過(guò)冷度Tk。Ø 對(duì)于大多數(shù)金屬長(zhǎng)大，需要?jiǎng)討B(tài)過(guò)冷度很小。Ø 金屬的生長(zhǎng)速率與過(guò)冷度成正比，

11、比如10度過(guò)冷卻時(shí)，每秒長(zhǎng)大100mm。Ø （2）光滑界面的橫向長(zhǎng)大：光滑界面的臺(tái)階結(jié)構(gòu)、光滑界面的側(cè)向長(zhǎng)大過(guò)程、 二維形核長(zhǎng)大機(jī)制、螺旋長(zhǎng)大（依靠晶體缺陷長(zhǎng)大機(jī)制）純晶體凝固時(shí)的生長(zhǎng)形態(tài)：(1)影響生長(zhǎng)形態(tài)的主要因素 界面結(jié)構(gòu)界面前沿附近的液相內(nèi)的溫度梯度： Ø 正的溫度梯度：結(jié)晶潛熱要靠固體散熱，生長(zhǎng)速度取決于固體熱傳導(dǎo)速度，不會(huì)產(chǎn)生局部凸前的界面Ø 負(fù)的溫度梯度：結(jié)晶潛熱作用大正的溫度梯度情況下的生長(zhǎng)形態(tài)： Ø 光滑界面結(jié)構(gòu)的晶體：整體界面為有角度差的光滑晶面折面，整體界面與等溫面平行。Ø 粗糙界面結(jié)構(gòu)的晶體：與等溫面平行的平面狀態(tài)推進(jìn)。

12、負(fù)的溫度梯度情況下的生長(zhǎng)形態(tài)：Ø 負(fù)梯度對(duì)晶體生產(chǎn)的影響：固液兩端均可散熱，如果界面局部生長(zhǎng)凸入前沿，長(zhǎng)大更快，結(jié)果是形成樹(shù)枝狀結(jié)晶（樹(shù)枝生長(zhǎng)）。沿生產(chǎn)方向晶體部分稱為晶枝或者晶軸：一次晶軸、二次晶軸、三次晶軸；晶枝有固定晶體取向。Ø 粗糙界面結(jié)構(gòu)的晶體：金屬為典型的樹(shù)枝狀結(jié)晶。Ø 光滑界面結(jié)構(gòu)的晶體：樹(shù)枝狀結(jié)晶不明顯，依然為小平面特征。4、結(jié)晶動(dòng)力學(xué)：Ø 研究轉(zhuǎn)變(結(jié)晶)體積分?jǐn)?shù)與形核率和長(zhǎng)大率之間的關(guān)系，具有同樣的動(dòng)力學(xué)方程：JohnsonMehl 和Avrami唯象方程。動(dòng)力學(xué)曲線具有典型的S型。第6章 無(wú)機(jī)非金屬材料的顯微結(jié)構(gòu)特征1. 陶瓷材料的

13、顯微結(jié)構(gòu)包括三個(gè)主要內(nèi)容：晶相、玻璃相和氣孔，其中晶相又有多種，它們之間的比例和各自的特性都要影響材料整體的物理化學(xué)性能；例如晶相中的鍵合問(wèn)題，玻璃相中的化學(xué)組成問(wèn)題、氣孔的形態(tài)問(wèn)題等。2. 離子的堆積方法3. 典型無(wú)機(jī)化合物的晶體結(jié)構(gòu)：氯化鈉晶體、氯化銫晶體、閃鋅礦晶體、纖鋅礦晶體、螢石晶體結(jié)構(gòu)特別應(yīng)該了解在這些晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)離子的堆積方法、配位數(shù)、孔隙特征（四面體空隙和八面體空隙）等問(wèn)題；第7章 重 點(diǎn)1. 高分子鏈的近程結(jié)構(gòu)、高分子鏈的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)；2. 高分子的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)：晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)的基本概念、特征、結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響；3. 重點(diǎn)要求掌握高分子鏈的組成、構(gòu)型、高分子鏈

14、的柔順性等概念，高分子鏈柔順性的影響因素，高分子晶態(tài)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（晶態(tài)和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型）。第八章 擴(kuò) 散1. 基本概念2. 擴(kuò)散通量、擴(kuò)散系數(shù)、擴(kuò)散激活能、空位擴(kuò)散機(jī)制、間隙擴(kuò)散機(jī)制、柯肯達(dá)爾效應(yīng)、擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力3. 菲克第一、第二定律的物理意義，擴(kuò)散方程的求解。4. 擴(kuò)散系數(shù)的物理意義。5. 影響擴(kuò)散的因素（理解具體的影響）6. 擴(kuò)散第二定律的應(yīng)用（滲碳）第九章 金屬及合金的塑性變形回復(fù)與再結(jié)晶1. 金屬材料的塑性變形：冷、熱加工的分界線：從金屬學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)區(qū)分，是金屬的再結(jié)晶溫度。冷加工或冷變形特點(diǎn): 冷變形中無(wú)再結(jié)晶出現(xiàn)，因而有加工硬化現(xiàn)象熱加工或熱變形特點(diǎn): 熱變形時(shí)加工硬化和再結(jié)晶現(xiàn)象同時(shí)出

15、現(xiàn)，但加工硬化被再結(jié)晶消除，變形后具有再結(jié)晶組織，因而無(wú)加工硬化現(xiàn)象。金屬材料的塑性變形主要是滑移變形，滑移是沿著晶格中原子密度最大的滑移面和滑移方向進(jìn)行的。滑移系的概念。單晶體的塑性變形：晶內(nèi)變形（單晶體），晶內(nèi)變形：主要是滑移變形（一般情況）。多晶體的塑性變形：晶間變形（多晶體），晶間變形：滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)均有（變形量特大情況）2. 高分子材料的變形特點(diǎn) ：高聚物的彈性變形、高聚物的黏彈性變形； 線型高聚物的變形特點(diǎn)，體型高聚物的變形特點(diǎn)。陶瓷材料的變形特點(diǎn)：（1）陶瓷材料的彈性變形（2）陶瓷材料的塑性變形 及蠕變（3）陶瓷材料的強(qiáng)度、硬度和斷裂 3. 塑性變形時(shí)的組織變化：（1）晶粒沿變形最大方向伸長(zhǎng)（2）晶格與晶粒均發(fā)生扭曲（3）晶粒間產(chǎn)生碎晶。4. 加工硬化現(xiàn)象 加工硬化：