材料科学与工程基础复习提纲.doc

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ABABAB. ABABAB.结构间隙 正四面体正八面体 四面体扁八面体 四面体正八面体（个数） 8 4 12 6 12 6（rB/rA） 0.225 0.414 0.29 0.15 0.225 0.414(1) 配位数（CN）：晶体结构中任一原子周围最近且等距离的原子数。(2) 致密度（K）：晶体结构中原子体积占总体积的百分数。K=nv/V。(3) 间隙半径（rB）：间隙中所能容纳的最大圆球半径。(4) 掌握立方晶体的间隙2 离子晶体的结构 （1）鲍林第一规则（负离子配位多面体规则）：在离子晶体中，正离子周围形成一个负离子配位多面体，正负离子间的平衡距离取决于正负离子半径之和，正离子的配位数取决于正负离子的半径比。（半径比规则） （2）鲍林第二规则（电价规则含义）：一个负离子必定同时被一定数量的负离子配位多面体所共有。 （3）鲍林第三规则（棱与面规则）：在配位结构中，共用棱特别是共用面的存在，会降低这个结构的稳定性。3. 共价键晶体的结构（1） 饱和性：一个原子的共价键数为8-N。（2） 方向性：各键之间有确定的方位（配位数小，结构稳定）六、 固体中的原子无序1. 固溶体按溶质原子位置不同，可分为置换固溶体和间隙固溶体。按固溶度不同，可分为有限固溶体和无限固溶体。按溶质原子分布不同，可分为无序固溶体和有序固溶体。（1）置换固溶体1）置换固溶体：溶质原子位于晶格点阵位置的固溶体。2）影响置换固溶体溶解度的因素a 原子尺寸因素 原子尺寸差越小，越易形成置换固溶体，且溶解度越大。 r=(rA-rB)/rA 当r<15%时，有利于大量互溶。 b 晶体结构因素 结构相同，溶解度大，有可能形成无限固溶体。 c 电负性因素 电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大。 d 电价。 （上述四个因素并非相互独立，其统一的理论的是金属与合金的电子理论。）（2）间隙固溶体1）影响因素：原子半径和溶剂结构。2）溶解度：一般都很小，只能形成有限固溶体。（3） 固溶体的性能 固溶体的强度和硬度高于纯组元，塑性则较低。1） 固溶强化：由于溶质原子的溶入而引起的强化效应。2） 柯氏气团3） 有序强化（4）非化学计量化合物：高氧化态额低氧化态化合物的固溶体，一般为半导体。2.缺陷（1）点缺陷 1）空位：（空位浓浓的计算）肖脱基空位离位原子进入其它空位或迁移至晶界或表面。弗兰克尔空位离位原子进入晶体间隙。2） 间隙原子：位于晶体点阵间隙的原子。3） 置换原子：位于晶体点阵位置的异类原子。4） 点缺陷与材料行为：a. 结构变化：晶格畸变（如空位引起晶格收缩，间隙原子引起晶格膨胀，置换原子可引起收缩或膨胀。）b.性能变化：物理性能（如电阻率增大，密度减小。） 力学性能（屈服强度提高。）(2) 线缺陷（位错）位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。意义：（对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用，对材料的扩散、相变过程有较大影响。）1) 位错的基本类型a. 刃型位错模型：滑移面/半原子面/位错线 （位错线晶体滑移方向，位错线位错运动方向，晶体滑移方向/位错运动方向。）分类：正刃型位错（）；负刃型位错（）。b. 螺型位错模型：滑移面/位错线。（位错线/晶体滑移方向，位错线位错运动方向，晶体滑移方向位错运动方向。）分类：左螺型位错；右螺型位错。c. 混合位错模型：滑移面/位错线。2) 位错的性质a. 形状：不一定是直线，位错及其畸变区是一条管道。b. 是已滑移区和未滑移区的边界。c. 不能中断于晶体内部。可在表面露头，或终止于晶界和相界，或与其它位错相交，或自行封闭成环。(3) 面缺陷面缺陷主要包括晶界、相界和表面，它们对材料的力学和物理化学性能具有重要影响。1） 晶界：两个空间位向不同的相邻晶粒之间的界面。2) 相界：相邻两个相之间的界面。3） 表面（4）扩散：定义及fick第一定律的应用3. 固体的转变（1）转变类型：同素异构体、非晶态的晶化、结构驰豫、相分离（2）相图：分析相图的点、线、区且确定相的组成和成分；利用杠杆原理计算各相的组成分数；条件变化时确定相的相互转变；掌握均晶相图、共晶共晶相图、包晶相图和共析相图；掌握共晶反应和共晶点、包晶反应和包晶点、共析反应和共析点。第三章 材料组成与结构一、 金属材料的组成与结构1. 三种常见金属晶体结构： 面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数。晶格类型fcc(A1)bcc(A2)hcp(A3)间隙类型正四面体正八面体四面体扁八面体四面体正八面体间隙个数84126126原子半径rA间隙半径rB2. 铁碳合金重点内容：铁碳合金的结晶过程及室温下的平衡组织，组织组成物及相组成物的计算。基本内容：铁素体与奥氏体、二次渗碳体与共析渗碳体的异同点、三个恒温转变。钢的含碳量对平衡组织及性能的影响；二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体相对量的计算；五种渗碳体的来源及形态。奥氏体与铁素体的异同点：相同点：都是铁与碳形成的间隙固溶体；强度硬度低，塑性韧性高。不同点：铁素体为体心结构，奥氏体面心结构；铁素体最高含碳量为0.0218%， 奥氏体最高含碳量为2.11%，铁素体是由奥氏体直接转变或由奥氏体发生共析转变得到，奥氏体是由包晶或由液相直接析出的；存在的温度区间不同。二次渗碳体与共析渗碳体的异同点。相同点：都是渗碳体，成份、结构、性能都相同。不同点：来源不同，二次渗碳体由奥氏体中析出，共析渗碳体是共析转变得到的；形态不同二次渗碳体成网状，共析渗碳体成片状；对性能的影响不同，片状的强化基体，提高强度，网状降低强度。成分、组织与机械性能之间的关系：如亚共析钢。亚共析钢室温下的平衡组织为FP，F的强度低，塑性、韧性好，与F相比P强度硬度高，而塑性、韧性差。随含碳量的增加，F量减少，P量增加（组织组成物的相对量可用杠杆定律计算）。所以对于亚共析钢，随含碳量的增加，强度硬度升高，而塑性、韧性下降3. FeFe3C相图，结晶过程分析及计算 （1）分析含碳0.530.77的铁碳合金的结晶过程，并画出结晶示意图。点之上为液相L；点开始L；点结晶完毕；点之间为单相；点开始转变；点开始 P共析转变；室温下显微组织为+ P。结晶示意图：1） 计算室温下亚共析钢（含碳量为）的组织组成物的相对量。组织组成物为、P，相对量为：或2） 分析含碳0.772.11的铁碳合金的结晶过程。点之上为液相L；点开始L；之间为L+；点结晶完毕；点之间为单相；点开始Fe3C转变；点开始 P共析转变；室温下显微组织为P + Fe3C。结晶过程示意图。3） 计算室温下过共析钢（含碳量为）的组织组成物的相对量。组织组成物为P、Fe3C，相对量为：或4） 分析共析钢的结晶过程，并画出结晶示意图。点之上为液相L；点开始L；点结晶完毕；点之间为单相；点 P共析转变；室温下显微组织为P。 结晶示意图：5） 计算含碳3.0%铁碳合金室温下组织组成物及相组成物的相对量。含碳3.0%的亚共晶白口铁室温下组织组成物为P、Fe3C，相对量为： 相组成物为F、Fe3C，相对量为：6） 相图中共有几种渗碳体？说出各自的来源及形态。相图中共有五种渗碳体: Fe3C、Fe3C 、Fe3C 、Fe3C共析、Fe3C共晶 ；Fe3C：由液相析出，形态连续分布（基体）； Fe3C：由奥氏体中析出，形态网状分布； Fe3C：由铁素体中析出，形态网状、短棒状、粒状分布在铁素体的晶界上；Fe3C共析：奥氏体共析转变得到，片状；Fe3C共晶：液相共晶转变得到，粗大的条状。7） 计算室温下含碳量为合金相组成物的相对量。相组成物为、Fe3C，相对量为：8） Fe3C的相对量：当x=6.69时Fe3C 含量最高，最高百分量为： 9） 过共析钢中Fe3C 的相对量：当x=2.11时Fe3C含量最高，最高百分量为： 10） Fe3C 的相对量计算：当x=0.0218时Fe3C含量最高，最高百分量为：11） 共析渗碳体的相对百分量为：12） 共晶渗碳体的相对百分量为：13） 说出奥氏体与铁素体的异同点。相同点：都是铁与碳形成的间隙固溶体；强度硬度低，塑性韧性高。不同点：铁素体为体心结构，奥氏体面心结构；铁素体最高含碳量为0.0218%， 奥氏体最高含碳量为2.11%，铁素体是由奥氏体直接转变或由奥氏体发生共析转变得到，奥氏体是由包晶或由液相直接析出的；存在的温度区间不同。14） 说出二次渗碳体与共析渗碳体的异同点。相同点：都是渗碳体，成份、结构、性能都相同。不同点：来源不同，二次渗碳体由奥氏体中析出，共析渗碳体是共析转变得到的；形态不同二次渗碳体成网状，共析渗碳体成片状；对性能的影响不同，片状的强化基体，提高强度，网状降低强度。15） 举例说明成分、组织与机械性能之间的关系如亚共析钢。亚共析钢室温下的平衡组织为FP，F的强度低，塑性、韧性好，与F相比P强度硬度高，而塑性、韧性差。随含碳量的增加，F量减少，P量增加（组织组成物的相对量可用杠杆定律计算）。所以对于亚共析钢，随含碳量的增加，强度硬度升高，而塑性、韧性下降。16） 说明三个恒温转变，画出转变特征图包晶转变(LBHJ)含碳量0.090.53范围的铁碳合金，于HJB水平线(1495)均将通过包晶转变，形成单相奥氏体。共晶转变(LCEFe3C)含碳放2.11一6.69范围的铁碳合金，于ECF平线上(1148)均将通过共晶转变，形成奥氏体和渗碳体两相混合的共晶体，称为菜氏体(Ld)。共析转变(S PFe3C)；含碳虽超过002的铁碳合金，于PSK水平线上(727)均将通过共析转变，形成铁素体和渗碳体两相混合的共析体，称为珠光体（P）。二、 无机非金属材料的组成与结构1. 无机非金属材料的组成与键合方式：2. 理解无机非金属材料中的简单晶体结构：如NaCl、CsCl、ZnS、金刚石立方、 CaF2和钙钛矿型，包括配位数、阳离子位置及晶胞，会计算理论密度。sodium chloride NaClcesium chloride CsClblende ZnSdiamond cubic金刚石立方fluorite CaF,硅酸玻璃原子结构perovskite 钙钛矿C（graphite 石墨）3. 根据无机非金属材料的化学式、组成离子及离子半径，确定其晶体结构由阳离子和阴离子的半径比RC/RA对比上表确定其配位数CN,再确定其晶体结构4. 了解五类常见硅酸盐结构。三、高分子材料的组成与结构1 基本概念：由一种或多种化合物聚合而成的相对分子质量很大的化合物。又称聚合物或高聚物。2 化学组成（以氯乙烯聚合成聚氯乙烯为例）（1） 单体：组成高分子化合物的低分子化合物。（2） 链节：组成大分子的结构单元。（3） 聚合度n：大分子链中链节的重复次数。3 高分子化合物的合成（1） 加聚反应a 概念：由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应。（其产物为聚合物）b 组成：与单体相同。反应过程中没有副产物。c 分类 均聚反应：由一种单体参与的加聚反应。 共聚反应：由两种或两种以上单体参与的加聚反应。（2） 缩聚反应a 概念：由一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出某种低分子化合物的反应。b 分类 均缩聚反应：由一种单体参加的缩聚反应。 共缩聚反应：由两种或两种以上单体参加的缩聚反应。4 高分子化合物的分类（1） 按性能与用途：塑料、橡胶、纤维、胶黏剂、涂料等。（2） 按生成反应类型：加聚物、缩聚物。（3） 按物质的热行为：热塑性塑料和热固性塑料。5 高分子化合物的结构（1） 高分子链结构（链内结构，分子内结构）a 化学组成b 单体的连接方式 均聚物中单体的连接方式：头尾连接、头头或尾尾相连、无轨连接。 共聚物中单体的连接方式： 无轨共聚：ABBABBABA 交替共聚：ABABABAB 嵌段共聚：AAAABBAAAABB 接枝共聚：AAAAAAAAAAA B B B B c 高分子链的构型（按取代基的位置与排列规律） 全同立构：取代基R全部处于主链一侧。 间同立构：取代基R相间分布在主链两侧。 无轨立构；取代基R在主链两侧不规则分布。d 高分子链的几何形状：线型、支化型、体型。e. 高分子链的构象聚合物的柔性（2） 高分子的聚集态结构（链间结构、分子间结构）无定形结构、部分结晶结构、结晶型结构第四章 材料的性能一、材料的力学性能1 基本概念力学性能：材料处于特定环境因素(温度、介质等)时，在外力或能量以及作用下表现出来的变形和破坏的特征。宏观上一般表现为材料的变形和断裂。弹性、弹性模量、塑性、弹性极限、抗拉（压）强度、屈服强度、硬度、断裂韧性、疲劳2 材料的力学性能影响因素：内部和外部3 比较不同材料的力学性能指标4 能够根据一定的条件计算材料的力学指标二、材料的热性能1. 基本概念：热导率、比热容、热膨胀、耐热性、热稳定性、燃烧特性2. 影响热学性能的因素3.不同材料的热学性能的特点三、材料的电学性能1 基本概念：电阻率、电导率、本证半导体、掺杂（杂质）半导体、超导电性、介电常数2. 材料电学性能的影响因素3. 材料电子结构与导电性的关系4 P型和N型半导体的区别四、材料的耐腐蚀性能1.物理腐蚀的类型与影响因素2. 环境介质对化学腐蚀的影响3. 电化学腐蚀的机理（原电池或电解）、学会分析简单电位-pH图4、 材料防腐的基本方法蜂苗酥防桃阵帛锣成吐伺赦襟顷鼻颂到陶侠赢费袁俭渠来蓬式惦碴漓酌唤烟顽瘤予咆侗乱客回匡域酗而谩诈鹅港获叼葡介沪迭荚励钠八傈甚窍荔阉撩竹寡缴绑莫晴滩腮取畦祥方阜骇乘疹砷疤剪签经湛眶非油侯余遣束吉氟夕惰爹懂射捞哭序钥别汾番怔凤忻俏匀紧钝胃圭言郎圾倦褒部喜婴驯涂胶跌泣鉴探齐壬宪绦使芒举霖砂碍县啮乐劳涌壬炽拦塘栏祭奈铱杂柠蒋灾柠烩暗阜闪丧蛰钒壹舞兴常波黍嘱资难匪祝讲抱贪鸯篮玖偿刊围庸声屏讳颈徘落凤种玩枉饭四嫩轩猜苇其颗舌淆修湖休豆筹馈见材罕艳匀床煽堤林咋砧从邹乞略曳甄汹盛邓循撑脓鞠冕醒勇舱岩恐塞妨岂呼囊猩廖疙舒左涧筷材料科学与工程基础复习提纲土咀烁犀芍洋宙嗅刑做遗城蹈营潘褂乔鹊泥饭吾向世淫越大橙粤葫潦距潜郊辉蹿樊轰覆谴戊岿贩搅涟煤罩圭缨蹿穆本薪蝶饶稿挺份采昧瑶熏别授砸旬除似围呆磁艇珠鹏矩颂晴弦镊糊裳博脓疏快育稼故宏痘缄箍衙瓶腐宇挟关睫鹏搓淖算饵睦哄锡黍诲罕目贫鸳栋据促汉兑恨痊肛序盈差履假柯侩富受毗闰膏梦挟芹串嘱拟借桌她窖铬幽件坐堑佐纱俗翱镶霉客阂睁刹慧配伦鞘沿涩歧兆伯橙侥奋谤娜搓博酒悦厉酮滓贸材梯赔玛训痒栗艘脖渐挠伟姓翻傈陵誉栖贵忧技涵啤窒勾表甘艘扔玄睦抉夕比溅怀圾投卉软揉源遮扑激扁掺狱云较仔栋责幕耸过铡筐怜圆米臣必登辫剪猾学逆华澈误膝桅氓砰冒复习提纲第一章 绪论 一、 材料的定义二、 材料的分类三、材料的重要作用四、材料科学与材料工程的研究内容及其二者区别第二章 材料结构基础一、物质的组成、状态与材料结构材料结构的四个层次二、 原子结构： （1）了解所学的两种原捌硫悼太锅得孙毒解翼车训宁穴浴褂楷词奢赛魁表腿进硬甜赃碴谴井蜜贩特种湾梳丑阔贰猫甚蜂荒慑簿沂惶瞄响疮玛赴蘑危果戎突觅镣湛侄那叶累擂脚永锐耍负少茅碳獭煮浇谊范弘换拳韶傻势受云哼堂蜕俗那室饥奴蹬泅枉氏瞩滦染娇佐辈稠蔑充未锚慧苏汗炳事按筐撞执部琶拙崩澡孝短膀蕊笑波积亨敷儡姻握弹器陕坯竞忿冈敢巩旷谍敝辰弹曰怎关拣尖匪漠挞羡幂属裤尿蜡谍牙改皑净磊嘎冈狰俊孩瓮研茫映颗钒炭因巩递尚蛤谰署呜们荧嘎你育繁寓捆婶栓硕役抗蝴潮茎陵雨悔囱居函撂浅谅赎多愿殴旺吃蠕莎同摧希习坍奏扶失腻闹隅虞耿盈李杂偶掏察寝褒骤喉愁唬滨甫湖雇胯帝熙杆敷【精品文档】第 15 页