2022年浙大材料科学基础课件第一部分.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 前 言材料科学基础涉及了材料科学与工程学科的重要基础理论学问；从传统材料及工程的角度看, 材料可归属于试验学科, 但是随着新材料的不断进展,材料学科更表现出了它科学性和综合性的一面；在当今高新技术的不断推动下, 各种新材料的涌现,要求我们只有在把握更高深的基础理论及更多学科综合学问的基础 上才有可能明白它和应用它；本课程以材料的结构状态为主线,从完整晶体结构动身直至非晶态固体,着重介绍了包括晶体结构、 晶体结构的不完整性、 固溶体和非晶态固体在内的全部 内容；并对固体材料中质点的运动和迁移以及晶格振动和电子运动做了肯定的阐 述；本课程着重概念的建立和演绎, 并介绍了这些基本概念在详细的材料中的应 用范例和普适性,与传统的“ 材料科学基础” 类书籍相比,本课程原就上摒弃了原先以单一材料作为专业基础时所建立的一套编排体系,也即摒弃了以金属、 非金属等单一材料本身进行介绍的情形,而以物质结构状态等为新的主线和新观点动身介绍与全部材料相关的科学基础问题,材料的基本科学问题；这更有利于读者全面明白和把握整个鉴于材料内部的领域交叉已成必定,本课程有利于拓宽同学的学问面,全面明白材料的基本科学理论, 明白材料的多样性； 通过对本课程的学习, 能大大促进同学对材料科学整体学科概念的建立和基本理论的把握,适应当今科学技术的进展要求,对熟悉和把握材料的内在本质问题有很大的帮忙；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章 晶体结构本章节包括三部分内容§ 1-1 晶体学基础§ 1-2 晶体化学基本原理§ 1-3 典型晶体结构§ 1-1 晶体学基础为了更有效地使用材料以及开发设计新材料,的各种因素,把握提高其性能的途径；材料性能打算因素： 内部微观构造；必需明白影响材料性能讨论材料必需从材料内部的冲突性查找改善和进展材料的途径,由于材料的很多特性与结构状态有关,因此,要更深化明白材料,必需首先把握材料基本构造, 包括原子相互作用和结合力,原子分布规律等固态材料分类： 晶体与非晶体晶体形状： 不肯定都是规章的,与形成条件有关晶体特点： 原子 或分子 在三维空间作有规章的周期性重复排列；液体转变为晶体是突变的,有肯定的凝固点和熔点；各向异性晶体又有单晶体和多晶体,有自然和人工之分单晶体： 一个晶核生长而成名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 多晶体： 很多不同位相的小晶体组成非晶体外观： 一种过冷态液体,只是物理性质不同于通常液体,如玻璃非晶体特点： 无长程的周期性排列；从液态到非晶态固体的转变是逐步过渡的,没有明显的凝固点；各向同性把握材料性能,不依据外观,必需从原子排列情形确定一、空间点阵对空间点阵的明白是熟悉和描述晶体的基础,包括以下五个方面名师归纳总结 五 一对空间点阵的概念的明白第 3 页,共 7 页 二对晶胞的分析 三对晶系的熟悉 四对布拉菲点阵把握对晶体结构与空间点阵关系的把握- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 一 空间点阵的概念为便于分析讨论晶体中原子或分子的排列情形,象为规章排列几何点 空间点阵： 晶体中原子或分子的空间规章排列如晶体中原子或分子抽错误 . 未找到引用源；所示,表现出 长程周期性 的特性 点阵特点： 各阵点为彼此等同的原子群或分子群的中心,四周环境都相同,在空间的位置肯定点阵基本要素： 阵点二 晶胞晶胞：点阵中取出的一个反映点阵对称性的代表性基本单元 通常取 最小平行六面体 ；在点阵中基本单元选取如错误 .未找到引用源； 所示；为更好表现点阵对称性,可不取简洁晶胞,如取体心、面心或底心晶胞 晶胞描述： 1、晶轴 X、Y、Z；2、点阵常数 a、b、c；3、晶轴夹角 错误. 未找到引用源；晶胞矢量描述：ruvwuav bw c式中 r uvw 为从原点到某一阵点的矢量, u、v、w 分别表示沿三个 点阵矢量的平移量,亦即该阵点的坐标三 晶系晶系： 按晶胞形状即棱边长度之间的关系和晶轴夹角情形归类,每名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 一类别即一个晶系；晶系只有七种！如表1- 1 所示晶系表 1- 1七种晶系：晶系棱边长度及夹角关系举例三斜a b c,K 2CrO 7单斜a b c,-S,CaSO4 2H 2O 正交a b c,-S,Ga,Fe3C 六方a1=a2=a3 c,Zn,Cd,Mg ,NiAs 菱方a=b c,As,Sb,Bi 四方a=b c,-Sn,TiO 2立方a=b=c,Fe,Cd,Cu,Ag ,Au 四 布拉菲点阵空间点阵可有多少排列形式.按“每个阵点的四周环境相同”的要求,有：布拉菲点阵： 空间点阵的排列形式； 空间点阵只有 14 种！如 错误.未找到引用源； 所示14 种布拉菲点阵的晶胞：1- 简洁单斜 及动画演示 ;3- 简洁正交及动画演示 ;5- 体心正交 及 动画演示 ;7- 简洁六方及动画演示 ;9- 简洁四方 及动画演示 ;11- 简洁立方及动画演示 ;13- 面心立方 及动画演示14 种布拉菲点阵的选取主要是考虑到更好反映晶体对称性等因素,也有其他的取法,如：名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 六方晶胞： 六方点阵取的棱柱形晶胞；也可取成如 错误 .未找到引用源；所示的平行六面体,但这样显示不出此点阵的对称特点与六方晶胞相同,体心立方晶胞可用初级晶胞三斜来表示,面心立方晶胞也可用菱形来表示 见错误.未找到引用源； ,其缺点是它们的高度对称性得不到反映,故一般不采纳这样的表示方法；五 晶体结构与空间点阵晶体结构与空间点阵区分：空间点阵是晶体质点排列几何学抽象,描述周期性和对称性,由于各阵点的四周环境相同,它只可 能有 14 种类型；晶体结构是指晶体中原子 包括同类的或异 类的原子 或分子的详细排列情形,它们能组成各类型排列,因此可能存在的晶体结构是无限的晶体结构与空间点阵的关联：晶体结构按其原子或分子排列的周期性和对称性归属于 14 种空间点阵中的一种； 不同结构可属同一点阵,相像结构又可能属不同点阵； 如错误.未找到引用源；为具有相同点阵的晶体结构示意、晶体结构相像而点阵不同的情形错误.未找到引用源； 就为特别空间点阵确定：考虑四周环境相同,确定阵点可几个原子共同组成； 如 图 1-7 为密排六方晶体结构,密排六方结构由0,0,0 和 2/3,1/3,1/2两原于为阵点组成简六方点阵空间格子符号： 表示 14 种空间点阵； 如最简洁格子,为原始格子,符号 P 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 晶族： 表示晶体结构对称性高低；如立方晶系,属高级晶族序号点阵类型表 1- 2空间点阵、晶系与晶族符号晶 系晶族符号晶 系晶族序号点阵类型1 简洁三斜P 三斜8 简洁六方P 六方中级2 简洁单斜P 单斜低级9 菱形 三角 R 菱方3 底心单斜C 10 简洁四方P 四方晶族简洁正交P 正交晶族11 体心四方I 正4 方5 底心正交C 12 简洁立方P 立方高级体心正交I 体心立方I 晶族6 13 面心正交F 面心立方F 7 14 二、晶向指数和晶面指数在分析讨论有关晶体的生长、 变形、相变以及性能等各方面的问题时,常需涉及晶体中某些方向称为晶向 和原子所构成的平面称为晶面；定义：晶向： 晶体的方向晶面： 原子所构成的平面如何来表示晶向和晶面呢？为了便于表示各种晶向和晶面,需要确定一种统一的标号, 称为晶向名师归纳总结 指数和晶面指数；国际上通用的是用密勒Mil1er 指数表示第 7 页,共 7 页- - - - - - -