《材料科学基础I》复习提纲.doc
材料科学基础-复习题纲
第一部分材料的原子结构1、原子结构与原子的电子结构；原子结构、原子排列对材料性能的影响。
原子结构：原子由质子和中子组成的原子核以及核外的电子所构成。
原子核内的中子显电中性,质子带有正电荷。
对电子的描述需要四个量子数:主量子数n：决定原子中电子能量以及与核的平均距离.角动量量子数l：给出电子在同一个量子壳层内所处的能级，与电子运动的角动量有关。
磁量子数m：给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。
自旋角动量量子数s：反映电子不同的自旋方向。
原子排列对材料性能影响:固体材料根据原子的排列可分为两大类：晶体与非晶体。
（有无固定的熔点和体积突变）晶体：内部原子按某种特定的方式在三维空间呈周期性重复排列的固体。
（常考名词解释）非晶体:指组成物质的分子(或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体.（名词解释）各向异性：晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。
（名词解释)2、材料中的结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。
（常考简答题或是论述题，很重要)一次键离子键：离子键指正、负离子间通过静电作用形成的化学键。
（无方向性和饱和性）共价键：由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。
（有方向性和饱和性）金属键：金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合二次键范德瓦耳斯力：（又称分子间作用力）产生于分子或原子之间的静电相互作用。
氢键：与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的键，称为氢键。
（X与Y可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键）各结合键对材料性能的影响：1．金属材料：金属材料的结合键主要是金属键。
由于自由电子的存在，当金属受到外加电场作用时，其内部的自由电子将沿电场方向作定向运动，形成电子流,所以金属具有良好的导电性；金属除依靠正离子的振动传递热能外,自由电子的运动也能传递热能，所以金属的导热性好；随着金属温度的升高,正离子的热振动加剧,使自由电子的定向运动阻力增加，电阻升高，所以金属具有正的电阻温度系数；当金属的两部分发生相对位移时，金属的正离子仍然保持金属键，所以具有良好的变形能力；自由电子可以吸收光的能量，因而金属不透明；而所吸收的能量在电子回复到原来状态时产生辐射，使金属具有光泽.金属中也有共价键（如灰锡）和离子键(如金属间化合物Mg3Sb2）.2．陶瓷材料：简单说来，陶瓷材料是包含金属和非金属元素的化合物，其结合键主要是离子键和共价键，大多数是离子键。
《材料科学基础》复习提纲
《材料科学基础》复习提纲一、（共20分）名词解释（每个名词2分）简单正交点阵、晶向族、无限固溶体、配位数、交滑移、大角度晶界、上坡（顺）扩散、形核功、回复、滑移系底心正交点阵、晶面族、有限固溶体、致密度、攀移、小角度晶界、下坡（逆）扩散、形核率、再结晶、孪生二、（共30分）简要回答下列问题1、计算面心立方晶体的八面体间隙尺寸。
2、简述固溶体与中间相的区别。
3、已知两个不平行的晶面（h1k1l1）和（h2k2l2），求出其所属的晶带轴。
4、计算面心立方晶体{111}晶面的面密度。
5、简述刃型位错线方向、柏氏矢量方向、位错运动方向及晶体运动方向之间的关系。
6、简述刃型位错攀移的实质。
7、简述在外力的作用下，螺型位错的可能运动方式。
8、当碳原子和铁原子在相同温度的 -Fe中进行扩散时，为何碳原子的扩散系数大于铁原子的扩散系数？9、简述单组元晶体材料凝固的一般过程。
10、如图，已知A、B、C三组元固态完全不互溶，成分为80％A、10％B、10％C的O 合金在冷却过程中将进行二相共晶反应和三相共晶反应，在二元共晶反应开始时，该合金液相成分(a点)为60％A、20％B、20％C，而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)为50% A、10%B、40%C，写出图中I和P合金的室温平衡组织。
1、计算体心立方晶体的八面体间隙尺寸。
2、简述决定组元形成固溶体与中间相的因素。
3、已知二晶向[u1v1w1]和[u2v2 w2]，求出由此二晶向所决定的晶面指数。
·4、计算体心立方晶体{110}晶面的面密度。
5、简述螺型位错线方向、柏氏矢量方向、位错运动方向及晶体运动方向之间的关系。
6、简述刃型位错滑移的实质。
7、简述在外力的作用下，刃型位错的可能运动方式。
8、当碳原子和铁原子在相同温度的a-Fe 中进行扩散时，为何碳原子的扩散系数大于铁原子的扩散系数？9、简述纯金属凝固的基本条件。
10、如图，已知A、B、C三组元固态完全不互溶，成分为80％A、10％B、10％C的O合金在冷却过程中将进行二相共晶反应和三相共晶反应，在二元共晶反应开始时，该合金液相成分(a点)为60％A、20％B、20％C，而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)为%、(A+B)%和(A+B+C)%的相对量。
材料科学基础复习资料
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导论
材料科学是研究材料的结构、性质和应用的科学，是现代工程技术领域的基础学科。
它对于工程师和科学家在材料选择、设计和开发方面至关重要。
本篇文档将以复习资料的形式，对材料科学的基础知识进行系统梳理和总结。
第一章材料的结构与组成
1.1 原子结构与元素周期表
- 原子的组成：质子、中子和电子
- 元素周期表的基本结构和主要特征
- 元素周期表的分类：金属、非金属和半金属
1.2 结晶与非晶结构
- 结晶的概念和特征
- 结晶的晶体结构：离子晶体、共价晶体和金属晶体
- 非晶态材料的特点和应用
1.3 晶体缺陷
- 点缺陷：空位、间隙、杂质点等
- 线缺陷：位错、脆性断裂和塑性变形
- 面缺陷：晶界、孪晶和堆垛层错
第二章材料的物理性质
2.1 密度与晶体的结构密度
- 密度的概念和计算方法
- 晶格常数与密度的关系
2.2 热膨胀与晶体的结构变化
- 热膨胀的定义和计算方法
- 晶体结构变化对热膨胀的影响
2.3 热导率与导热机制
- 热导率的定义和计算方法
- 材料的导热机制：电子传导、晶格振动传导和辐射传导。
材料科学基础复习要点
材料科学基础复习要点第一章工程材料中的原子排列1、晶体中的原子键合方式？各种原子结合键的特点2、原子核外电子的能级排列？遵循的规律3、晶体和非晶体的区别？晶体的各向异性及各向同性4、晶体结构和空间点阵的联系及区别5、晶向指数和晶面指数的确定及表示方法，重点为面心立方晶体和体心立方晶体中密排面和密排方向的指数及其表示6、三种常见的晶体结构的特点，包括晶胞中的原子数、点阵常数与原子半径的关系、致密度、配位数、晶体中的间隙、原子堆垛方式、密堆程度、晶体的多晶型性7、铁的三种同素异构体的晶体结构类型8、空位的类型：肖脱基空位、弗兰克尔空位，空位浓度对晶体物理性能的影响9、位错的类型，刃位错、螺位错位错线与柏氏矢量间的关系，画图表示，位错密度对材料强度的影响10、位错环中位错类型的确定（如课本27页，图1-38，33页，图1-47）11、位错柏氏矢量的确定、柏氏回路与柏氏矢量的关系12、柏氏矢量的表示方法、柏氏矢量的模的计算13、柏氏矢量的守恒性及其推论14、作用在位错上的力的大小及方向15、位错的运动方式？刃、螺位错分别能如何运动，运动方向与位错线、柏氏矢量间的关系16、刃、螺位错应力场的特点？应变能与柏氏矢量的关系，不同类型位错应变的大小比较17、平行同号位错间的相互作用18、常见金属晶体中的位错：全位错、不全位错，位错稳定性的判定19、位错反应的判定20、晶界的类型及其位错模型，界面能与晶界位向差间的关系21、相界面的类型22、课后作业51页习题1、3、11，复习思考题1、2、9、10、12第二章固体中的相结构1、相的定义2、固溶体的晶体结构特点、分类及影响固溶体固溶度的因素3、金属原子间形成无限固溶体的条件4、间隙固溶体和间隙化合物的区别5、固溶体的性能特点6、金属间化合物的结构特点、分类、特性7、课后习题79页1、复习思考题1、2第三章凝固1、金属凝固的微观过程及宏观现象2、过冷现象与过冷度3、金属结晶的热力学条件、驱动力及其与过冷度间的关系4、金属结晶的结构条件5、晶核的形成方式6、均匀形核过程中系统能量的变化、临界晶核半径、形核功、临界晶核表面积、临界晶核体积间的关系推导7、均匀形核的条件8、均匀形核的形核率的受控因数、有效过冷度及其与熔点间的关系9、非均匀形核的形核功与均匀形核功间的比较10、晶体长大的条件、动态过冷度11、液固界面的微观结构及其宏观表象、常见金属的界面结构12、不同界面结构下晶体的长大方式13、液固界面的温度梯度与晶体长大形态间的关系14、铸态晶粒大小的控制措施15、课后习题109页1、6，复习思考题第四章相图1、相平衡及相律，相平衡的热力学条件，相率的表达式及其应用2、杠杆定律的计算3、固溶体非平衡凝固中固相、液相的成分变化规律，晶内偏析及其消除方法4、成分过冷的定义、表达式含义及成分过冷对固溶体生长形态及组织的影响5、典型二元共晶相图的分析，如Pb-Sn相图，包括典型合金的结晶过程分析、室温下组成相及组织组成的分析、相的相对含量、组织相对含量的计算（室温下）、非平衡凝固组织组成的分析6、伪共晶、离异共晶的定义，组织特征7、铁碳合金相图的基本相组成及其结构、性能特点8、铁碳合金相图中重要的点、线的含义、3个典型转变的方程式及其转变产物的相组成、组织名称。
I材料科学基础总复习
第一章原子排列本章需掌握的内容：材料的结合方式：共价键，离子键，金属键，范德瓦尔键，氢键；各种结合键的比较及工程材料结合键的特性；晶体学基础：晶体的概念，晶体特性（晶体的棱角，均匀性，各向异性，对称性），晶体的应用空间点阵：等同点，空间点阵，点阵平移矢量，初基胞，复杂晶胞，点阵参数。
晶系与布拉菲点阵：种晶系，14种布拉菲点阵的特点；晶面、晶向指数：晶面指数的确定及晶面族，晶向指数的确定及晶向族，晶带及晶带定律六方晶系的四轴座标系的晶面、晶向指数确定。
典型纯金属的晶体结构：三种典型的金属晶体结构：fcc、bcc、hcp；晶胞中原子数、原子半径，配位数与致密度，晶面间距、晶向夹角晶体中原子堆垛方式，晶体结构中间隙。
了解其它金属的晶体结构：亚金属的晶体结构，镧系金属的晶体结构，同素异构性了解其它类型的晶体结构：离子键晶体结构：MgO陶瓷及NaCl，共价键晶体结构：SiC陶瓷，As、Sb非晶态结构：非晶体与晶体的区别，非晶态结构分子相结构1. 填空1. fcc结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______致密度为___________配位数是________________晶胞中原子数为___________，把原子视为刚性球时，原子的半径是____________；bcc结构的密排方向是_______，密排面是_____________致密度为___________配位数是________________ 晶胞中原子数为___________，原子的半径是____________；hcp结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______，致密度为___________配位数是________________，晶胞中原子数为___________，原子的半径是____________。
2. bcc点阵晶面指数h+k+l=奇数时，其晶面间距公式是________________。
《材料科学基础》复习提纲
《材料科学基础》复习提纲一、（共20分）名词解释（每个名词2分）简单正交点阵、晶向族、无限固溶体、配位数、交滑移、大角度晶界、上坡（顺）扩散、形核功、回复、滑移系底心正交点阵、晶面族、有限固溶体、致密度、攀移、小角度晶界、下坡（逆）扩散、形核率、再结晶、孪生二、（共30分）简要回答下列问题1、计算面心立方晶体的八面体间隙尺寸。
2、简述固溶体与中间相的区别。
3、已知两个不平行的晶面（h1k1l1）和（h2k2l2），求出其所属的晶带轴。
4、计算面心立方晶体{111}晶面的面密度。
5、简述刃型位错线方向、柏氏矢量方向、位错运动方向及晶体运动方向之间的关系。
6、简述刃型位错攀移的实质。
7、简述在外力的作用下，螺型位错的可能运动方式。
8、当碳原子和铁原子在相同温度的 -Fe中进行扩散时，为何碳原子的扩散系数大于铁原子的扩散系数？9、简述单组元晶体材料凝固的一般过程。
10、如图，已知A、B、C三组元固态完全不互溶，成分为80％A、10％B、10％C的O 合金在冷却过程中将进行二相共晶反应和三相共晶反应，在二元共晶反应开始时，该合金液相成分(a点)为60％A、20％B、20％C，而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)为50% A、10%B、40%C，写出图中I和P合金的室温平衡组织。
1、计算体心立方晶体的八面体间隙尺寸。
2、简述决定组元形成固溶体与中间相的因素。
3、已知二晶向[u1v1w1]和[u2v2 w2]，求出由此二晶向所决定的晶面指数。
·4、计算体心立方晶体{110}晶面的面密度。
5、简述螺型位错线方向、柏氏矢量方向、位错运动方向及晶体运动方向之间的关系。
6、简述刃型位错滑移的实质。
7、简述在外力的作用下，刃型位错的可能运动方式。
8、当碳原子和铁原子在相同温度的a-Fe 中进行扩散时，为何碳原子的扩散系数大于铁原子的扩散系数？9、简述纯金属凝固的基本条件。
10、如图，已知A、B、C三组元固态完全不互溶，成分为80％A、10％B、10％C的O合金在冷却过程中将进行二相共晶反应和三相共晶反应，在二元共晶反应开始时，该合金液相成分(a点)为60％A、20％B、20％C，而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)为%、(A+B)%和(A+B+C)%的相对量。
《材料科学基础》考试大纲 .doc
《材料科学基础》考试大纲
一、基本要求
要求考生掌握原子结构与键合的基础知识；三大类材料的晶体结构；晶体缺陷分析；相图和相平衡分析；材料的光、电性质及其应用等方面的知识。
对材料的结构、性能及相互之间的关系有一定的分析能力。
通过本课程考试，为我院选拔在材料、光学工程等领域具有综合材料科学基础的深造人才。
二、考试范围
第一部分原子结构与键合
1.原子结构（电离能、电子亲和能、电负性等）
2.元素周期表（原子的半径、电离能、电子亲和势力等在周期表中的变化规律）
3
原子间的键合（各种结合键的概念、特点、代表材料，通过结合键及原子间作用力分析材料的物理化学性质）
第二部分材料中的晶体结构
1.晶体学基础（晶胞、晶格参数、简单立方、体心立方、面心立方、六方密堆结构的堆
积方式等）
2.金属晶体的结构
3.离子晶体的结构
4.共价晶体的结构
5.高分子材料的结构
第三部分晶体缺陷
1.点缺陷
2.线缺陷
第四部分相图与相平衡
1.相图基础（相区、相率、相转变分析）
2.二元相图分析（二元均晶相图和二元共晶相图）
第五部分固体中的扩散
1.扩散定律
2.扩散微观理论与机制
3.扩散的热力学分析
4.影响扩散的因素
第六部分材料的光学性质及其应用
1.光学性质的基本概念（吸收、反射、折射、透射、散射等）
2.材料的发光机理
3.材料在光学领域的应用
第七部分材料的电学性质及其应用
1.电学性质的基本概念（电导率、电阻率、电子导电、离子导电等）
2.固体的能带理论
3.半导体及其应用
4.材料在电学领域的应用。
《材料科学基础》期末复习考试大纲第一章材料的结构与键合.doc
第二章体结构〃（/伙/）（1）立方晶系:aJ/" +1 +[2（2）正交晶系: 《材料科学基础》期末复习考试大纲第一章材料的结构与键合1、金属键、离子键、共价键、范德华力、氢键、分子键的特点，利用结合键解释材料的一些性能特点。
如用金展键的特征解释金展材料的性能一良好的延展性；良好的导电、导热性；具有金属光泽。
2、原子间的结合键对材料性能的影响。
3、比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键上的差别。
本章知识点；1、金属键、离子键、共价键、分子键、氢键的特点。
1、晶体与非晶体的区别（特别是在原子排列丄的区别）。
2、空间点阵、晶格、晶胞及选取晶胞的的原则、七人晶系及各自的特点，14种布拉菲点阵、晶格常数、晶胞原子数。
3、晶血指数、晶血族、晶向指数、晶向族、晶带和晶带定理、晶面间距、配位数、致密度、八而体间隙、四而体间隙。
各向同性与各向异性、实际晶体的伪各向异性、同素异构转变（重结晶、多晶型性转变）。
（1）指数相同的晶向和晶而必然垂直。
（2）当一晶向［uvw］位于或平行某一晶面（hkl）吋，则必然满足晶带定理：h-w+k-v+bw^O4、三种典型晶体结构（1）能绘出三维的体心立方、面心立方和密排六方晶胞。
根据原子半径计算出金属的体心和而心立方晶胞的晶胞常数。
（2）三种典型晶体结构的特征［包括：晶胞形状、晶格常数、晶胞原子数、原子半径、配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，最密排而（滑移而）和最密排方向（滑移方向）的指数与个数，滑移系数F1等］。
（3）知道常用金屈材料的滑移而与滑移系的指数，结合第五章塑性变形的内容判断常见金属的塑性变形能力，能给画岀晶胞指出滑移面和滑移方向。
（4）能标注和会求上述三种晶胞的晶向和晶面指数。
晶向和晶而指数的一些规律。
求晶面间距d（hki〉、晶面夹角。
5、晶面间距:d （hkl）的求法：（3 ）六方晶系：4(h2 +hk+k2) (1}3 T丿（4 ）四方晶系：[J(/?2+^2)/t72+(//c)2以上公式仅适用于简单晶复杂晶胞要考虑其晶面层数的增加。
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《材料科学基础》复习提纲
第二章固体材料的结构
四、多晶体的型性变形
一般特点；
晶界强化，晶粒度对性能的影响：
Hall-Petch 公式
五、应变硬化
产生应变硬化的原因和结果（性能的变化）
六、纤维组织
形成、对性能的影响，各向异性
第四章晶体中的缺陷
—、概念：
点缺陷，线缺陷（位错），面缺陷，体缺陷，空
位，间隙原子，弗兰克尔缺陷（Frenkel disorder）,
肖脱基缺陷（Schottky disorder）,刃型位错，螺型
位错，混合型位错，柏氏（Burgers）矢量，（刃
型位错）攀移，位错密度，柯氏气团（Cottrell
atmosphere）,派-纳力，Frank-Read 位错源，位错
的塞积，位错的交割，割阶和扭折，大角度晶
界，小角度晶界
二、点缺陷
点缺陷的类型：空位，间隙原子，置换原子；空
位的平衡浓度（Page210,公式4-6）；过饱和点缺
陷的形成；
点缺陷对晶体性能的影响及其原因。
三、位错
1、刃型位错：结构，柏氏矢量及其与位错线、滑移方向的关系；位错的运动：滑移，正、负攀移；
2、螺型位错：结构，柏氏矢量及其与位错线、滑移方
的的关系；（只能）滑移，
3、混合型位错：结构，柏氏矢量及其分量与位错线的
关系；位错的运动：滑移，攀移；
4、柏氏矢量的守恒性：一条位错线只能有一个柏氏矢
量。
5、位错密度：定义，位错密度与晶体强度的关系。
6、位错的应力场:
螺型位错的应力场：公式（Page246,公式4.78）特
点：没有正应力分量，
剪切应力对称分布。
刃型位错的应力场：公式（Page247,公式4-80）
特点：含半原子面一侧沿x方向是压应力，不含
半原子面一侧为拉应力。
7、位错的弹性能和线张力：
弹性能和线张力的概念、公式（Page249,公式4-84, 4-85）,
8、位错反应：几何条件、能量条件，扩展位错熟悉特点，理解晶界强化的原理，记住Hall-Petch 公式，并能够用来解释晶粒度对性能的影响
与位错增殖、位错密度联系起来
能够以钢为例作出解释
这一章概念问题较多，应逐个理解，不要记混淆了。
所列内容都应该熟悉，了解公式中各项的意义。
要求：1~5项的内容应全面掌握，深刻理解；
第6项内容主要掌握应力场的特点，了解公式内容；
第7~8项应熟悉，公式应记住。
能够判断位错反应能否进行。
四、面缺陷
第五章材料热力学 相图分析（点、线、区） 共晶反应（反应式） 共析反应（反应式） 脱溶析出
要求：能够默画出相图，包括各点的温度、成分; 会应用杠杆定律计算典型合金组
织、相的相对量; 能够画出典型合金的冷却曲线、组织转变示意图; 能够根据组织组成判断出合金的类型
八、三元相图
成分三角形，二条特殊直线
能够在成分三南形种确定合金的成分；熟悉二条特
投影图分析 三元共晶相图：水平截面分析，垂直截面分析, 投影图分析
能够根据投影图确定合金的组织组成，以及合金冷 却过程中液相成分的变化趋势
第七章界面
二、液态金属的结构
表面，晶（粒边）界，相界面，层错 掌握表面能、界面能、层错能的概念
只需熟悉热力学第一、第二定律
第六章相图
一、概念：组元，平衡，相区，冷却曲线，枝晶偏 析，共晶，业共晶，过共晶，共晶组织，牌异共晶, 铁素体，奥氏体，渗碳体（5种），珠光体，莱氏体, 共析钢，亚共析钢，过共析钢，成分三角形，直线 法则，重心法则，水平截面，垂直截面，投影图
七、相图
和组织示意图
三元匀晶相图：水平截面分析，垂直截面分析，殊直线的意义；了解水平截面和垂直截面的作用;
本章内容虽然课堂上没有单独讲解，但在有关章节 中都作过介绍，复习
时应主动学习。
一、概念：能量起伏，结构起伏，晶胚，晶核，均 匀形核，非均匀形核，过冷度，临界晶核，形核功, 形核率，润湿角，平衡分配系数Ko,成分过冷
能够描述液态金属的结构。