材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)大綱

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)大綱第二章晶體結(jié)構(gòu)2.1 結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)1、概念:晶體晶胞晶胞參數(shù)七大晶系晶面指數(shù)晶面族晶向指數(shù)晶向族2、晶面指數(shù)和晶向指數(shù)的計(jì)算2.2 結(jié)合力與結(jié)合能按照結(jié)合力性質(zhì)不同分為物理鍵和化學(xué)鍵化學(xué)鍵包括離子鍵共價(jià)鍵金屬鍵物理鍵包括范德華鍵氫鍵晶體中離子鍵共價(jià)鍵比例估算(公式2.16離子晶體晶格能2.3 堆積(記憶常識(shí)1、最緊密堆積原理及其使用范圍:原理略適用范圍:典型的離子晶體和金屬晶體原因:該原理是建立在質(zhì)點(diǎn)在電子云分布呈球形對(duì)稱(chēng)以及無(wú)方向性的基礎(chǔ)上的2、兩種最緊密堆積方式:面心立方最緊密堆積ABCABC 密排六方最緊密堆積ABABAB系統(tǒng)中:每個(gè)球周?chē)?個(gè)八面體空隙 8個(gè)四面體空

2、隙N個(gè)等徑球體做最緊密堆積時(shí)系統(tǒng)有2N個(gè)四面體空隙N個(gè)八面體空隙八面體空隙體積大于四面體空隙3、空間利用率:晶胞中原子體積與晶胞體積的比值(要學(xué)會(huì)計(jì)算兩種最緊密堆積方式的空間利用率為74.05(等徑球堆積時(shí)4、影響晶體結(jié)構(gòu)的因素內(nèi)因:質(zhì)點(diǎn)相對(duì)大小(決定性因素配位數(shù)(概念及計(jì)算極化(概念,極化對(duì)晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響外因(了解:同質(zhì)多晶類(lèi)質(zhì)多晶同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變2.4 單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)(了解2.5 無(wú)機(jī)化合物結(jié)構(gòu)(重點(diǎn)每年必考分析結(jié)構(gòu)從以下幾個(gè)方面入手:晶胞分子數(shù),何種離子做何種堆積,何種離子添隙,添隙百分比,正負(fù)離子配位數(shù),正負(fù)離子電價(jià)是否飽和,配位多面體,添隙半徑的計(jì)算(剛好相切時(shí),隙結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。1

3、、NaCl型:4個(gè)NaCl分子 Cl離子做面心立方密堆積,Na離子填充八面體空隙,填充率100,正負(fù)離子配位數(shù)均為6,電價(jià)飽和。【NaCl6】或【ClNa6】八面體結(jié)構(gòu)與性能:此結(jié)構(gòu)在三維方向上鍵力均勻,因此無(wú)明顯解理,破碎后呈顆粒狀,粒為多面體形狀。離子鍵結(jié)合,因此有較高的熔點(diǎn)和硬度2、立方ZnS結(jié)構(gòu):4個(gè)ZnS分子S離子做面心立方密堆積,Zn離子填充四面體空隙填充率50,離子配位數(shù)均為4,電價(jià)飽和,【ZnS4】四面體會(huì)畫(huà)投影圖(圖2.26注意:一定要畫(huà)虛線,一定要標(biāo)高,一定要有圖例(白球黑球代表什么離子3、螢石(CaF2結(jié)構(gòu):(唯一正離子做堆積的結(jié)構(gòu)4個(gè)CaF2分子 Ca離子做面心立方密堆

4、積,F離子填充四面體空隙,填充率100。正離子配位數(shù)為8,負(fù)離子配位數(shù)為4,電價(jià)飽和,【CaF8】或【FCa4】結(jié)構(gòu)與性能:與NaCl相比,綜合電價(jià)和半徑因素,螢石質(zhì)點(diǎn)間鍵力比NaCl強(qiáng),表現(xiàn)為螢石硬度熔點(diǎn)密度高于NaCl而水中溶解度低于NaCl。由于螢石結(jié)構(gòu)中有一半的立方體空隙沒(méi)有被Ca離子填充,所以在111面網(wǎng)方向上存在毗鄰的同號(hào)離子層,其靜電斥力起主要作用,導(dǎo)致晶體在平行與111面網(wǎng)方向上易發(fā)生解理,因此螢石常呈八面體解理。堿金屬氧化物R2O為反螢石結(jié)構(gòu),它們的正負(fù)離子位置剛好跟螢石結(jié)構(gòu)中相反,性質(zhì)相似,在111面網(wǎng)方向上也易發(fā)生解理。4、鈣鈦礦CaTiO3結(jié)構(gòu)(每年必考:Ca離子占據(jù)八

5、個(gè)頂點(diǎn),O占據(jù)六個(gè)面的面心,Ti離子位于體心。Ca和O共同做面心立方密堆積。Ti離子占據(jù)八面體空隙的1/4。晶胞分子數(shù)1,配位數(shù):Ca 12,Ti 6,O 6,O電價(jià)飽和。理想情況下半徑關(guān)系Rca+RO=(根號(hào)2(Rti+RO(會(huì)推導(dǎo)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系:電價(jià)飽和,晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。5、自發(fā)極化與鐵電效應(yīng):(每年必考自發(fā)極化(概念:對(duì)于理想晶體而言,如果不存在外電場(chǎng)時(shí),單位晶胞中的正負(fù)電荷不重合,具有一定的偶極矩,這種現(xiàn)象稱(chēng)為自發(fā)極化。產(chǎn)生自發(fā)極化的條件:離子位移后使離子固定在新位置上的力應(yīng)該大于位移后的恢復(fù)力。BaTiO3具有鐵電效應(yīng)而CaTiO3不具有鐵電效應(yīng)的原因:要有鐵電效應(yīng)必須能夠產(chǎn)生自發(fā)極

6、化。Ba離子半徑比較大,使得晶胞參數(shù)也比較大,從而使得結(jié)構(gòu)中【TiO6】八面體空隙比較大,Ti與O之間有比較大的空隙,可以克服恢復(fù)力,可以發(fā)生自發(fā)極化。而CaTiO3中由于Ca離子半徑小,使得晶胞參數(shù)也比較小,從而使結(jié)構(gòu)中【TiO6】八面體空隙比較小,甚至小于Ti離子尺寸,位移后恢復(fù)力很大,不能在新位置上固定下來(lái),從而不能產(chǎn)生自發(fā)極化,沒(méi)有鐵電效應(yīng)。2.6 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)(特征,分類(lèi)硅酸鹽晶體基本結(jié)構(gòu)單元是【SiO4】四面體。硅酸鹽晶體各種結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)(4條58頁(yè)硅酸鹽晶體分類(lèi):根據(jù)硅氧比分類(lèi)(58頁(yè)表2.13島狀結(jié)構(gòu):鎂橄欖石(結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系組群狀:橋氧(概念,綠寶石結(jié)構(gòu)鏈狀:單鏈

7、,雙鏈層狀:單網(wǎng)層,復(fù)網(wǎng)層,水鎂(鋁石層滑石:沿C軸方向的復(fù)網(wǎng)層,兩個(gè)硅氧層夾一層水鎂石層,三八面體。結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系:層內(nèi)電價(jià)飽和,層間通過(guò)分子間力結(jié)合,有解理。蒙脫石:復(fù)網(wǎng)層,結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系:C軸長(zhǎng)度隨含水量而變化第三章晶體結(jié)構(gòu)缺陷3.1 結(jié)構(gòu)缺陷類(lèi)型缺陷(概念:晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中周期性勢(shì)場(chǎng)的畸變按照幾何形態(tài)分類(lèi):點(diǎn),線,面,體點(diǎn)缺陷包括:空位,間隙,雜質(zhì),色心線缺陷有:位錯(cuò)面缺陷有:晶界,表面按照缺陷產(chǎn)生原因分類(lèi):熱缺陷(本征缺陷,雜質(zhì)缺陷和非化學(xué)計(jì)量缺陷(非本征缺陷熱缺陷分為弗倫克爾缺陷和肖特基缺陷(理解圖 3.2(弗倫克爾缺陷的特征是空位和間隙質(zhì)點(diǎn)成對(duì)出現(xiàn),肖特基缺陷特征是正負(fù)離子空位

8、成對(duì)出現(xiàn)。3.2 點(diǎn)缺陷(本節(jié)略,重點(diǎn)為缺陷反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)以及缺陷濃度的計(jì)算符號(hào),書(shū)寫(xiě)原則,98頁(yè)下面的兩個(gè)基本規(guī)律熱缺陷濃度的計(jì)算:熱力學(xué)方法,化學(xué)平衡方法3.5 固溶體固溶體(概念分類(lèi):根據(jù)位置分為置置換型固溶體,間隙型固溶體根據(jù)固溶度分為有限固溶體(不連續(xù)固溶體,無(wú)限固溶體(連續(xù)固溶體形成置換固溶體的條件(4條形成間隙型固溶體的條件為什么間隙固溶體不能是連續(xù)固溶體(149頁(yè)最下面會(huì)寫(xiě)方程式理論密度計(jì)算,化學(xué)式的確定3.6 非化學(xué)計(jì)量化學(xué)物(要仔細(xì)看課本,理解四種類(lèi)型不再贅述,關(guān)鍵是要導(dǎo)出方程式,得出空位濃度,電子濃度與氧壓力和溫度的關(guān)系,并說(shuō)明其與密度,導(dǎo)電性的關(guān)系。另外注意N型半導(dǎo)體

9、與P型半導(dǎo)體第四章非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)4.2 熔體的性質(zhì)1、粘度:概念,物理意義影響因素:對(duì)于硅酸鹽晶體而言,熔體中聚合陰離子團(tuán)越大粘度越大,反之亦然。因此影響粘度的因素就是影響聚合陰離子團(tuán)大小的因素,主要有溫度和添加劑。溫度對(duì)粘度的影響:由于溫度升高,聚合陰離子團(tuán)將解聚為較小的陰離子團(tuán),因此溫度升高主要使粘度變小添加劑對(duì)粘度的影響:通常堿金屬氧化物的加入使粘度變小(需要理解并能夠用自己的話(huà)詳細(xì)說(shuō)明二價(jià)金屬氧化物有兩重性,但主要使粘度降低。(需要理解并能夠用自己的話(huà)詳細(xì)說(shuō)明高價(jià)金屬氧化物使粘度增大(需要理解并能夠用自己的話(huà)詳細(xì)說(shuō)明硼反常現(xiàn)象(重點(diǎn):由于硼離子配位數(shù)變化引起性能曲線上出現(xiàn)轉(zhuǎn)折的現(xiàn)象。

10、當(dāng)三氧化二鵬含量較少時(shí)使粘度增加,當(dāng)三氧化二鵬含量較多時(shí)使粘度下降(需要理解并能夠用自己的話(huà)詳細(xì)說(shuō)明2、表面張力:概念,物理意義,表面能影響因素:溫度:溫度升高,質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動(dòng)增加,體積膨脹,相互作用松弛,表面張力降低。添加物:首先需要理解并能夠用自己的話(huà)詳細(xì)說(shuō)明硅酸鹽溶體的表面張力隨硅氧比的變化而變化的規(guī)律及原因(178頁(yè)第三段,再說(shuō)明各種氧化物加入對(duì)表面張力的影響4.3 玻璃的形成熱力學(xué)條件:玻璃太與晶態(tài)的G相差越小越容易形成玻璃動(dòng)力學(xué)條件:成核生長(zhǎng)速度相差越大,越容易形成玻璃結(jié)晶化學(xué)條件:復(fù)合陰離子團(tuán)越大越容易形成玻璃,排列越不規(guī)則越復(fù)雜越容易形成玻璃形成體中間體改變體具有離子鍵或金屬鍵向共

11、價(jià)鍵過(guò)度的混合鍵型則容易形成玻璃第五章表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)5.1 固體表面及其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生表面現(xiàn)象的根本原因:材料表面質(zhì)點(diǎn)排列不同于材料內(nèi)部,材料表面處于高能量狀態(tài)。弛豫:概念,畫(huà)圖說(shuō)明,舉例(NaCl單晶重構(gòu):概念,畫(huà)圖說(shuō)明,舉例(硅111面劈裂后的表面表面力場(chǎng)固體表面結(jié)構(gòu):晶體表面結(jié)構(gòu)(雙電層得形成過(guò)程212頁(yè)第三段及圖5.65.3 潤(rùn)濕與黏附1、潤(rùn)濕:是一種流體從固體表面置換另一種流體的過(guò)程分類(lèi):沾濕,浸濕,鋪展三種行為自發(fā)進(jìn)行的熱力學(xué)條件:公式5.36 5.37 5.38 5.39 5.402、接觸角與YOUNG方程YOUNG方程的推導(dǎo),公式5.433、表面粗糙度的影響:226頁(yè)最下面一段的結(jié)論

12、4、黏附及其化學(xué)條件黏附的概念良好的黏附的表面化學(xué)條件:230頁(yè)四條,另外231頁(yè)三條第六章相圖(必考三元系統(tǒng)相圖(每年必考一個(gè)大題規(guī)則:298頁(yè)等含量規(guī)則,等比例規(guī)則,背向線規(guī)則301頁(yè)重心規(guī)則306頁(yè)小二的杠桿規(guī)則306頁(yè)倒數(shù)二段一致熔融化合物的判斷307頁(yè)第三段溫度下降方向的判斷,最下面結(jié)晶結(jié)束點(diǎn)的判斷308頁(yè)第一段劃分副三角形規(guī)則,倒數(shù)第二段不一致熔融化合物的判斷309頁(yè)界限性質(zhì)的判斷及方程,最下面無(wú)變量點(diǎn)性質(zhì)的判斷310頁(yè)第一段和第二段仔細(xì)看311頁(yè)熔體2和熔體3的結(jié)晶過(guò)程仔細(xì)看,涉及到折線和穿相區(qū)兩種情況312頁(yè)規(guī)律三條314 315頁(yè)過(guò)度點(diǎn)以及化合物穩(wěn)定性的判斷316頁(yè)多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)

13、多做題,熟能生巧第七章擴(kuò)散7.1 菲克定律(重點(diǎn)第一定律的推導(dǎo)(會(huì)畫(huà)模型,微觀表達(dá)式穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散,非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散第二定律的推導(dǎo)376頁(yè)第一第二定律的內(nèi)在聯(lián)系(最后一句話(huà)7.5 多元系統(tǒng)的擴(kuò)散7.6 影響擴(kuò)散的因素外在因素:溫度雜質(zhì)氣氛固溶體類(lèi)型內(nèi)在因素:擴(kuò)散物質(zhì)性質(zhì)的影響,擴(kuò)散介質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響,位錯(cuò)晶界表面的影響第八章相變8.1 相變概述1、相變分類(lèi)按照熱力學(xué)分類(lèi):按照化學(xué)位偏導(dǎo)數(shù)的連續(xù)性分為一級(jí)相變,二級(jí)相變一級(jí):兩相化學(xué)位相等,但化學(xué)位一階偏導(dǎo)數(shù)不相等,反應(yīng)在宏觀性質(zhì)上,熱焓突變,熱效應(yīng)較大,體積膨脹或收縮二級(jí):兩相化學(xué)位相等,化學(xué)位一階偏導(dǎo)數(shù)相等,但化學(xué)位二階偏導(dǎo)數(shù)不相等。表現(xiàn)在宏觀性質(zhì)上,熱容,

14、壓縮系數(shù)和體膨脹系數(shù)發(fā)生變化,而體積及熱效應(yīng)沒(méi)有實(shí)變。按照相變機(jī)理=分為成核生長(zhǎng)相變,連續(xù)性相變,有序無(wú)序相變和馬氏體相變2、相變的條件(重點(diǎn)溫度條件:推導(dǎo),結(jié)論(418頁(yè)倒數(shù)第二段壓力濃度條件綜上所述:相變要自發(fā)進(jìn)行,系統(tǒng)必須過(guò)冷(過(guò)熱或者過(guò)飽和8.2 成核生長(zhǎng)相變包括成核和生長(zhǎng)兩個(gè)過(guò)程1、核化速率非均態(tài)核化速率(了解、圖8.9第九章固態(tài)反應(yīng)9.1 概論1、固態(tài)反應(yīng)概念:固體直接參與反應(yīng)并起化學(xué)變化,同時(shí)至少在固體內(nèi)部或外部的一個(gè)過(guò)程中起控制作用的反應(yīng)2、固態(tài)反應(yīng)的特征:一般包括相界面上的化學(xué)反應(yīng)和固相內(nèi)的物質(zhì)遷移兩個(gè)過(guò)程,通常需要在高溫下進(jìn)行9.3 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)、擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)、過(guò)渡范

15、圍的概念,意義公式9.21拋物線方程:推導(dǎo),表達(dá)式,圖9.9模型楊德方程:假設(shè),推導(dǎo),表達(dá)式,圖9.11,計(jì)算金氏方程：假設(shè)，與楊德方程的假設(shè)不同之處，表達(dá)式，計(jì)算 9.5 影響因素（理解） 反應(yīng)物化學(xué)組成 反應(yīng)物顆粒及均勻性 溫度 壓力與氣氛 反應(yīng)物活性 第十章 燒結(jié) 10.1 概述 燒結(jié)： 燒結(jié)過(guò)程是經(jīng)過(guò)成型的固體粉狀顆粒在加熱到低于熔點(diǎn)溫度的溫度下， 產(chǎn)生顆粒粘結(jié)， 通過(guò)物質(zhì)傳遞，使成型體逐漸變成具有一定幾何形狀和性能的整體的過(guò)程 10.2 燒結(jié)過(guò)程及機(jī)理 1、過(guò)程：表 10.1（重點(diǎn)，背?。?2、燒結(jié)推動(dòng)力：系統(tǒng)表面能的降低 3、機(jī)理：黏附，傳質(zhì) 黏附作用是燒結(jié)初始階段，導(dǎo)致粉體顆粒間

16、鍵合、靠攏、重排，并開(kāi)始形成接觸區(qū)的一 個(gè)重要原因 傳質(zhì)包括流動(dòng)傳質(zhì)，擴(kuò)散傳質(zhì)，氣相傳質(zhì)，溶解沉淀傳質(zhì) 10.4 再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大 燒結(jié)過(guò)程中，高溫下同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)過(guò)程：在結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大，尤其是在燒結(jié)后期 1、 初次再結(jié)晶：是指從塑性變形的、具有應(yīng)變的基質(zhì)中，生長(zhǎng)出新的無(wú)應(yīng)變晶粒的成核和 長(zhǎng)大過(guò)程 推動(dòng)力：基質(zhì)塑性變形增加的能量 2、晶粒長(zhǎng)大（正常長(zhǎng)大） ：燒結(jié)中、后期細(xì)小晶粒逐漸長(zhǎng)大，是晶界移動(dòng)的結(jié)果，其結(jié)果是 平均晶粒尺寸增加。 推動(dòng)力：晶界過(guò)剩的自由能 3、二次再結(jié)晶（晶粒異常長(zhǎng)大） ：是胚體中個(gè)別大晶粒的異常長(zhǎng)大，其結(jié)果是個(gè)別晶粒異常 長(zhǎng)大，這是區(qū)別與正常晶粒長(zhǎng)大的。推動(dòng)力仍然是晶界過(guò)剩

17、的自由能。 危害：二次再結(jié)晶發(fā)生后，由于個(gè)別晶粒異常長(zhǎng)大，氣孔進(jìn)入晶粒內(nèi)部，成為孤立閉氣孔， 不易排除，使燒結(jié)速率降低甚至停止，胚體不再致密；加之大晶粒的晶界上有應(yīng)力存在，使 其內(nèi)部易出現(xiàn)隱裂紋，繼續(xù)燒結(jié)時(shí)胚體易膨脹而開(kāi)裂，使燒結(jié)體的機(jī)械，電學(xué)性能下降 10.7 影響因素（略） ：注意與實(shí)際工藝過(guò)程相結(jié)合，教材中有很多例子，要仔細(xì)看，考試可 能從中出題。 腐蝕和斷裂兩章考試內(nèi)容少，基本上只出基本概念 第十一章 腐蝕 腐蝕定義：材料腐蝕是指材料由于環(huán)境作用而引起的破壞和變質(zhì)過(guò)程 分類(lèi)：金屬/高分子/無(wú)機(jī)非金屬腐蝕 *金屬腐蝕：金屬在環(huán)境介質(zhì)中發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)或物理作用導(dǎo)致的金屬的變質(zhì)和破壞，分 為全面腐蝕和局部腐蝕。 腐蝕特點(diǎn)：大多數(shù)情況下可以用電化學(xué)過(guò)程描述，大多發(fā)生在表面，并逐步向深