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材料科学基础复习课绪论绪论材料科学四要素？材料科学四要素？成分、（组织）结构、成分、（组织）结构、制备与加工工艺、使用性能制备与加工工艺、使用性能它们之间的关系它们之间的关系：【成分成分+制备、加工工艺制备、加工工艺】【结构结构】【使用性能使用性能】第一章第一章第一章第一章 原子结构与结合键原子结构与结合键原子结构与结合键原子结构与结合键1.1.基态时核外电子的排布基态时核外电子的排布基态时核外电子的排布基态时核外电子的排布电子层（电子层（K L M N O P QK L M N O P Q），亚层（），亚层（s p d fs p d f）轨道）轨道（1 1）PauliPauli不相容原理不相容原理不相容原理不相容原理：s(2)s(2)、p(6)p(6)、d(10)d(10)、f(14)f(14)，每个，每个轨道最多只能容纳轨道最多只能容纳2 2个电子，且这两个电子自旋方向必须个电子，且这两个电子自旋方向必须相反；相反；（2 2）能量最低原理能量最低原理能量最低原理能量最低原理：电子优先占据能量最低的轨道；：电子优先占据能量最低的轨道；1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d（3 3）HundHund规则：规则：规则：规则：能级高低相等的轨道上，电子尽可能分能级高低相等的轨道上，电子尽可能分占不同的轨道，且自旋平行；轨道（占不同的轨道，且自旋平行；轨道（p,d,fp,d,f）全满、半满）全满、半满或全空时，电子排布状态较为稳定。或全空时，电子排布状态较为稳定。2、结合键、结合键（1 1）金属键、离子键、共价键、范德华键、氢键的）金属键、离子键、共价键、范德华键、氢键的概念概念（2 2）结合键的饱和性与方向性）结合键的饱和性与方向性（3 3）结合键与材料性能之间的关系）结合键与材料性能之间的关系第二章第二章 材料的结构材料的结构1 1、晶体、晶格点阵、晶体、晶格点阵/空间点阵、晶胞空间点阵、晶胞晶体的概念：质点（原子、离子、分子）以周期晶体的概念：质点（原子、离子、分子）以周期性重复方式在三维空间作有规则的排列的固体。性重复方式在三维空间作有规则的排列的固体。原子抽象成球，球抽象为几何点，在空间中获得原子抽象成球，球抽象为几何点，在空间中获得空间点阵，用假想直线连接阵点得到晶格，晶格空间点阵，用假想直线连接阵点得到晶格，晶格中中晶胞晶胞晶胞晶胞是反映晶格特征的最小几何单元，特殊的是反映晶格特征的最小几何单元，特殊的平行六面体。平行六面体。晶格常数：棱长晶格常数：棱长a,b,ca,b,c，将坐标系安放在晶胞的一，将坐标系安放在晶胞的一个顶点，个顶点，a,b,ca,b,c分别位于分别位于x,y,zx,y,z三轴上面，三轴上面，夹角夹角、的规定。的规定。2.2.空间点阵分类空间点阵分类空间点阵分类空间点阵分类/空间点阵一共分空间点阵一共分空间点阵一共分空间点阵一共分3 3个晶族，个晶族，个晶族，个晶族，7 7个晶系个晶系个晶系个晶系 ，1414种空间点阵种空间点阵种空间点阵种空间点阵高级晶族高级晶族高级晶族高级晶族：立方晶系（简单、体心、面心）立方晶系（简单、体心、面心）晶胞特点：晶胞特点：a=b=ca=b=c，=90=90=中级晶族：中级晶族：中级晶族：中级晶族：三三/菱方晶系（简单）菱方晶系（简单）晶胞特点：晶胞特点：a=b=ca=b=c，=90=90四方晶系（简单、体心）四方晶系（简单、体心）晶胞特点：晶胞特点：a=bca=bc，=90=90六方晶系（简单）六方晶系（简单）晶胞特点：晶胞特点：a=b=dca=b=dc，=90,=120=90,=120=低级晶族：低级晶族：低级晶族：低级晶族：正交晶系（简单、底心、体心、面心）正交晶系（简单、底心、体心、面心）晶胞特点：晶胞特点：abcabc，=90=90单斜晶系（简单、底心）单斜晶系（简单、底心）晶胞特点：晶胞特点：abcabc，=90=90，9090三斜晶系（简单）晶胞特点：三斜晶系（简单）晶胞特点：abcabc，90 90思考：（思考：（1 1）为什么立方晶系中没有底心立方结构？）为什么立方晶系中没有底心立方结构？（2 2）为什么四方晶系中没有面心、底心结构？）为什么四方晶系中没有面心、底心结构？3、晶向指数与晶面指数的标定与作图晶向指数用uvw表示；指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向；负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向；晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向。用表示，数字相同，但排列顺序不同或正负号不同的晶向属于同一晶向族。晶面用(hkl)表示；指数意义：代表一组平行的晶面；指数中0的意义：面与对应的轴平行；平行晶面：指数相同，或数字相同但正负号相反；晶面族：晶体中具有相同条件（原子排列和晶面间距完全相同），空间位向不同的各组晶面。用hkl表示。若晶面与晶向同面，则hu+kv+lw=0;若晶面与晶向垂直，则u=h,v=k,w=l。六方系晶向指数和晶面指数晶面指数的标定标法与立方系相同(四个截距)；用四个数字(hkil)表示；i=-(h+k)。晶向指数的标定标法与立方系相同(四个坐标)；用四个数字(uvtw)表示；t=-(u+w)。4.4.金属中常见的三种晶格类型：体心立方晶格、面金属中常见的三种晶格类型：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格心立方晶格、密排六方晶格密排面位置、晶格常数与原子半径的关系式、晶密排面位置、晶格常数与原子半径的关系式、晶胞独立原子数、间隙半径（四面体间隙、八面体胞独立原子数、间隙半径（四面体间隙、八面体间隙）、密排方向原子密度、密排面原子密度、间隙）、密排方向原子密度、密排面原子密度、致密度致密度 面心立方晶格面心立方晶格ABCABCABCABCABCABC 密排六方晶格密排六方晶格ABABABABABABABAB 密排六方晶格中密排六方晶格中 轴比轴比c/a=1.633c/a=1.633的推导。的推导。5.5.固溶体的晶体结构固溶体的晶体结构固溶体的概念：将外来溶质原子引入溶剂晶格中，占据晶格阵点位置固溶体的概念：将外来溶质原子引入溶剂晶格中，占据晶格阵点位置的一部分或间隙的一部分，的一部分或间隙的一部分，同时仍保持溶剂晶格的排列方式同时仍保持溶剂晶格的排列方式，称这样，称这样的晶体为固溶体。的晶体为固溶体。固溶体分为固溶体分为 置换固溶体、间隙固溶体。置换固溶体、间隙固溶体。置换固溶体分为置换固溶体分为 连续型与有限型。连续型与有限型。间隙固溶体都是有限型。间隙固溶体都是有限型。形成置换固溶体的影响因素：形成置换固溶体的影响因素：原子尺寸：原子尺寸：r15%r15%，越接近，溶质溶解量越大（必要条件），越接近，溶质溶解量越大（必要条件）晶格类型：越接近，溶质溶解量越大（必要条件）晶格类型：越接近，溶质溶解量越大（必要条件）电负性（得失电子的能力）；电负性越接近，溶质溶解量越大电负性（得失电子的能力）；电负性越接近，溶质溶解量越大 电子浓度：越小，溶质溶解量越大。电子浓度：越小，溶质溶解量越大。金属间化合物金属间化合物 定义：将外来原子引入原有晶格中，占据晶格阵点位置的一部分或间定义：将外来原子引入原有晶格中，占据晶格阵点位置的一部分或间隙的一部分，形成具有新的晶格排列方式，并具有金属特性的晶体，隙的一部分，形成具有新的晶格排列方式，并具有金属特性的晶体，称这样的晶体为金属间化合物。称这样的晶体为金属间化合物。分为：正常价化合物、电子化合物、间隙相分为：正常价化合物、电子化合物、间隙相-间隙化合物。间隙化合物。第三章第三章 晶体结构缺陷晶体结构缺陷点缺陷（空位、间隙原子）扩散扩散线缺陷（位错）塑性变形塑性变形面缺陷（晶界、亚晶界、孪晶界、层错、相界、表面）塑性变形、材料强化塑性变形、材料强化2.2.线缺陷线缺陷位错位错位错的基本类型：刃型（正负之分）、螺型（左右旋之分）、位错的基本类型：刃型（正负之分）、螺型（左右旋之分）、混合型混合型柏氏矢量柏氏矢量1 1、柏氏矢量（作图），柏氏回路；、柏氏矢量（作图），柏氏回路；2 2、柏氏矢量与位错线的关系（右手法则柏氏矢量与位错线的关系（右手法则P98P98）2.12.1（1 1）刃型位错）刃型位错 垂直位错线；垂直位错线；（2 2）螺型位错）螺型位错 平行位错线；平行位错线；（3 3）一个混合型位错分解为）一个混合型位错分解为 一个刃型位错一个刃型位错+一个螺型位一个螺型位错；错；2.2 2.2 柏氏矢量表示位错线引起畸变的大小和方向柏氏矢量表示位错线引起畸变的大小和方向2.32.3柏氏矢量具有守恒性，柏氏矢量具有守恒性，（1 1）一条位错线只有唯一的柏氏矢量，特别是混合型位错；）一条位错线只有唯一的柏氏矢量，特别是混合型位错；（2 2）如果有几根位错线相交于一点，那么进的矢量等于出）如果有几根位错线相交于一点，那么进的矢量等于出的矢量和；的矢量和；（3 3）位错不能在晶体内部中断，除非在内部自成封闭的环，）位错不能在晶体内部中断，除非在内部自成封闭的环，或者与其他位错相连接，或者穿过晶体终止在晶界或晶体或者与其他位错相连接，或者穿过晶体终止在晶界或晶体表面。表面。3.位错的运动4.位错应力场位错的能量 W=Gb2线张力5.位错间的相互作用同性相斥，异性相吸，6.位错的增殖Frank-Read源增殖机制。7.实际晶体中的位错全位错、不全位错、单位位错的概念位错反应条件：满足矢量合成前后相等、能量降低层错、扩展位错第四章 晶体中的扩散扩扩散是一种由散是一种由热热运运动动引起的物引起的物质传输过质传输过程程1.（一维）菲克第一定律表达式，极其物理含义。2.菲克第二定律“恒定源”解的应用。3.两种扩散微观机制。4.影响扩散系数的因素。5.上坡扩散第五章 相平衡与相图1.相的概念2.吉布斯相律的应用，F=C-P+n，n=?3.二元共晶相图的计算 作业P219，3、4相图中组织相对含量的计算（相与组织的概念区分）4.匀晶、共晶、共析、含化合物的二元相图，这些基本概念的理解5.铁碳相图 铁碳相图铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体的概念；铁碳相图的默绘；亚共析钢、共析钢、过共析钢的概念，极其室温下的组织图分别是怎样的？6.三元相图 成分三角形作图第六章1、结晶与凝固的概念区分。2、过冷度的概念。3、均匀形核与非均匀形核的临界形核半径、临界形核功的求解。4、微观光滑界面与长大机制的关系。5、固溶体合金相图的非平衡凝固的应用。条件：凝固时，液相内溶质可均匀混合第七章 表面与界面1、晶界、相界的概念；2、晶界的特性有哪些？第八章 固态相变1、相变的分类2、钢热处理的概念3、四把火A1 Ac1，A3 Ac3,Acm Accm4、过冷奥氏体的概念，应用“共析钢过冷奥氏体等温转变曲线”分析不同冷却方式下的产物。第九章 塑性变形与再结晶1、滑移系的概念。2、“临界分切应力定律”的应用。3、滑移与孪晶的异同点。4、什么是回复与再结晶。