《材料科學(xué)基礎(chǔ)》總復(fù)習(xí)(完整版)(共11頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上材料科學(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； 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，晶體結(jié)構(gòu)缺

2、陷與材料性能之間的關(guān)系（舉例）；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、電子化合物種類原子尺寸因素有關(guān)的化合物：間隙

3、相、間隙化合物二元系相圖：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（按結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)以及相變方式分類）；按結(jié)構(gòu)分類：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型、馬氏體相變的晶體學(xué)特點(diǎn)，金屬、陶瓷中常見的馬氏體相變（舉例）（可以用許教授提的一個(gè)非常好的問題金屬、陶瓷馬氏體相變性能的不同作為題目）有序-無序相變的定義玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變：玻璃態(tài)轉(zhuǎn)

4、變、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變點(diǎn)及其黏度按熱力學(xué)分類：一級相變定義、特點(diǎn)，屬于一級相變的相變；二級相變定義、特點(diǎn)，屬于二級相變的相變；按相變方式分類：形核長大型相變、連續(xù)型相變（spinodal相變）按原子遷動(dòng)特征分類：擴(kuò)散型相變、無擴(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)的過冷度T0。 Ø 結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力與過冷卻度的關(guān)系 2、形核（1）液相結(jié)構(gòu) 長程無序 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

5、排列微小體積產(chǎn)生，但又瞬間消失，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，晶胚是不能長大。¨ 當(dāng)晶胚尺寸r r*，如果晶胚長大，系統(tǒng)總自由能下降，因此晶胚可以長大。¨ 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

6、徑大于r*可以長大成為晶體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表面能沒有抵消就開始結(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：單位時(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

7、擴(kuò)散激活能：形核過程需要質(zhì)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，形核率越來小。Ø 溫度：溫度越低，過冷度越大，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冷度稱為有效形核溫度和有效形核過冷度。（8）結(jié)晶形核的分類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冷度(0.2Tm)。Ø

8、 非均勻形核（非自發(fā)形核）：晶核在液相中已經(jīng)存在的一些其它固體表面（型壁，外來其它晶體顆粒）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)：完全不濕潤情況，基底無作用（相當(dāng)與均勻形核）；Ø 當(dāng)=0°時(shí)：完全濕潤情況，（基底本身已經(jīng)是一個(gè)晶核，無需再形核）Ø 一般情況：<，形核功小，形核時(shí)過冷度也相應(yīng)減小。（9）非均勻形核與均勻形核的過冷度及形核率比較： Ø 非均勻形核的過冷度比均勻形核率小很多。Ø 如純鐵均勻形核的過冷度高達(dá)295，而非均勻形核的過冷度低于20 。金屬結(jié)晶一

9、般均為非均勻形核。Ø 形核率-過冷度曲線比較：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度略平緩，到最大形核率結(jié)晶沒有結(jié)束， (基底消耗)3、晶體長大Ø 晶體長大的條件（1）動(dòng)態(tài)過冷：晶體長大也需要一定的過冷度，長大所需的界面過冷度稱為動(dòng)態(tài)過冷度，用T k表示。動(dòng)態(tài)過冷度不大，約0.012。Ø 長大過程的過冷卻度與形核時(shí)的過冷卻度不同：形核過冷度用來克服形核功，長大過程過冷度用來克服原子擴(kuò)散激活能。 （2）足夠的溫度：過冷度太大要發(fā)生玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變。Ø 晶體長大速度：界面在單位時(shí)間向液相前推移的垂直距離稱為長大線速度。Ø

10、 晶體長大速度與界面結(jié)構(gòu)有關(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，從微觀上看界面是光滑的，但是從宏觀來看，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)原子厚度的過渡層， 但是宏觀上看，界面反而是平直的。Ø 晶體長大機(jī)制：（1）粗糙界面的連續(xù)長大（垂直生長）：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大（垂直長大）。長大過程需要?jiǎng)討B(tài)過冷度Tk。Ø 對于大多數(shù)金屬長大，需要?jiǎng)討B(tài)過冷度很小。Ø 金屬

11、的生長速率與過冷度成正比，比如10度過冷卻時(shí)，每秒長大100mm。Ø （2）光滑界面的橫向長大：光滑界面的臺(tái)階結(jié)構(gòu)、光滑界面的側(cè)向長大過程、 二維形核長大機(jī)制、螺旋長大（依靠晶體缺陷長大機(jī)制）純晶體凝固時(shí)的生長形態(tài)：(1)影響生長形態(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

12、等溫面平行的平面狀態(tài)推進(jìn)。負(fù)的溫度梯度情況下的生長形態(tài)：Ø 負(fù)梯度對晶體生產(chǎn)的影響：固液兩端均可散熱，如果界面局部生長凸入前沿，長大更快，結(jié)果是形成樹枝狀結(jié)晶（樹枝生長）。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：金屬為典型的樹枝狀結(jié)晶。Ø 光滑界面結(jié)構(gòu)的晶體：樹枝狀結(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 無機(jī)非金屬材料的顯

13、微結(jié)構(gòu)特征1. 陶瓷材料的顯微結(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題，玻璃相中的化學(xué)組成問題、氣孔的形態(tài)問題等。2. 離子的堆積方法3. 典型無機(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)對性能的影響；3. 重點(diǎn)要求掌握高分

14、子鏈的組成、構(gòu)型、高分子鏈的柔順性等概念，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)

15、加工硬化和再結(jié)晶現(xiàn)象同時(shí)出現(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?；葡档母拍?。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（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：金屬經(jīng)塑性變形