材料基础
材料科学基础总结
材料基础一、名词解释1、塑形变形：2、滑移：晶体一部分相对另一部分沿着特定的晶面和晶向发生的平移滑动。
滑移后再晶体表面留下滑移台阶，且晶体滑移是不均匀的。
3、滑移带：单晶体进行塑性变形后，在光学显微镜下，发现抛光表面有许多线条，称为滑移带。
4、滑移线：组成滑移带的相互平行的小台阶。
5、滑移系：一个滑移面和其上的一个滑移方向组成一个滑移系，表示晶体滑移是可能采取的一个空间方向。
滑移系越多，晶体的塑形越好。
6、单滑移：当只有一组滑移系处于最有利的取向时，分切应力最大，便进行单系滑移。
7、多滑移：至少有两组滑移系的分切应力同时达到临界值，同时或交替进行滑移的过程。
8、交滑移：至少两个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移，这种滑移叫交滑移。
（会出现曲折或波纹状滑移带\最易发生交滑移的是体心立方晶体\纯螺旋位错）9、孪生变形：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面和一定的晶向相对于另一部分作均匀的切变所产生的变形。
（相邻晶面的相对位移量相等）10、孪晶：孪生后，均匀切变区的取向发生改变，与未切变区构成镜面对称，形成孪晶。
11、晶体的孪晶面和孪生方向：体心，{112}【111】，面心立方{111}【112-】，密排六方{101-2} 【1-011】。
12、软取向，硬取向：分切应力最大时次取向是软取向；当外力与滑移面平行或垂直时，晶体无法滑移，这种取向称为硬取向。
13、几何软化、硬化：在拉伸时，随着晶体的取向的变化，滑移面的法向与外力轴的夹角越来越远离45度时滑移变得困难的这种现象是几个硬化；当夹角越来愈接近45度，使滑移越来越容易进行的现象叫做几何软化。
14、细晶强化：晶体中，用细化晶粒来提高材料强度的方法为细晶强化。
也能改善晶体的塑形和韧性。
15、固熔强化：当合金由单相固熔体构成时，随熔质原子含量的增加，其塑性变形抗力大大提高，表现为强度，硬度的不断增加，塑性、韧性的不断下降，的这种现象称为固熔强化。
土木工程材料基础知识
材料的基本性质:1.密度:是指材料在干燥绝对密实状态下单位体积的质量.(不随环境而变）公式：，测量方法：磨碎用李氏密度瓶测量;2.表观密度:是指材料在自然状态下单位体积的质量。
公式:，测量方法：直接测几何尺寸或是在表面涂蜡用排水置换法测量体积；（注：表观密度通常是指在气干状态下，在烘干状态下是干表观密度)3.堆积密度：是指粉状或粒状材料，在自然堆积状态下单位体积的质量。
公式:4.密实度:材料内部材料的体积所占总体积的百分比。
公式：5.孔隙率：指散粒或粉状材料颗粒之间的空隙体积占总体积的百分率.公式：6.填充率：颗粒或粉状材料中材料表观密度占堆积密度的比值。
公式：7.空隙率:颗粒或粉状材料在堆积体积内空隙占总体积的比率.公式：8.孔隙率的影响:（1）表观密度的影响:材料孔隙率大,在相同体积下，它的表观密度就小。
而且材料的孔隙在自然状态下可能含水，随着含水量的不同，材料的质量和体积均会发生变化，则表观密度会发生变化。
（2）对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积，降低了材料的强度，且应力在孔隙处的分布会发生变化，如：孔隙处的应力集中。
(3)对吸水性的影响：开口大孔，水容易进入但是难以充满；封闭分散的孔隙，水无法进入。
当孔隙率大，且孔隙多为开口、细小、连通时，材料吸水多.（4)对抗渗性的影响：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大，并连通开口时，材料具有较高的渗透性；如果孔隙率小，孔隙封闭不连通，则材料不易被水渗透。
(5)对抗冻性的影响：连通的孔隙多,孔隙容易被水充满时,抗冻性差.(6)对导热性的影响:如果材料内微小、封闭、均匀分布的孔隙多，则导热系数就小，导热性差，保温隔热性能就好。
如果材料内孔隙较大，其内空气会发生对流，则导热系数就大，导热性好。
（7）闭空孔含量愈大，则材料的保温性能愈好、耐久性愈好。
9.亲水性和憎水性的判断:润湿角θ,θ是亲水材料，θ是憎水材料；10.吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。
材料科学基础-第1章
晶面指数及晶面间距
现在广泛使用的用来表示晶面指数的密勒指数是由 英国晶体学家ler于1939年提出的。
z
确定晶面指数的具体步骤如下： 1.以各晶轴点阵常数为度量单位,求 出晶面与三晶轴的截距m,n,p； 2.取上述截距的倒数1/m,1/n,1/p； 3. 将以上三数值简为比值相同的三 个最小简单整数,即 1 1 1 h k l (553) : : : : h:k :l x m n p e e e 其中e为m,n,p三数的最小公倍数,h,k,l为简单整数； 4.将所得指数括以圆括号, (hkl)即为密勒指数。
13 体心立方点阵
a=b=c，α=β=γ =90°
14 面心立方点阵
a=b=c，α=β=γ =90°
§ 1.5 晶体结构的对称性
一、对称：对称是指物体相同部分作有规律的 重复。对称操作所依据的几何元素，亦即在对 称操作中保持不动的点、线、面等几何元素称 为对称元素。 二、对称性
1．晶体的宏观对称性 2. 晶体的32种点群 3. 晶体的微观对称性 4．230种空间群
晶体结构＝空间点阵+基元
注意：上式并不是一个数学关系式，而只是用来表示这三者之间的 关系。
二、晶体的点阵理论
1 、点阵(Lattice):
将晶体中重复出现的最小单元作为结构基元，用一个数 学上的点来代表 , 称为点阵点，整个晶体就被抽象成一组 点,称为点阵。 1 点阵点必须无穷多； 点阵必须具备的三个条件 2 每个点阵点必须处于相同的环境； 3 点阵在平移方向的周期必须相同。
c
b
a
空间点阵及晶胞的不同取法
选取晶胞的原则： 1.要能充分反映整个空间点阵的周期性和对称性； 2.在满足1的基础上，单胞要具有尽可能多的直角； 3.在满足上条件，晶胞应具有最小的体积。
材料科学基础知识
材料科学基础知识材料科学是一门研究材料结构、性能和制备的学科，涉及广泛的领域，包括金属、陶瓷、塑料、纤维、半导体等材料的研究与应用。
本文将介绍一些材料科学的基础知识，包括材料分类、晶体结构和材料性能等内容。
一、材料分类根据组成和结构特征，材料可以分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。
金属材料主要由金属元素构成，具有优秀的导电、导热和强度等性能；无机非金属材料包括陶瓷、玻璃、水泥等，其特点是高硬度、高耐热性和电绝缘性；有机高分子材料由含有大量碳元素的高分子化合物构成，如塑料、橡胶和纤维等，具有良好的可塑性和可拉伸性。
二、晶体结构晶体是材料学中一种有序排列的结构形态，具有规则的周期性。
晶体结构由原子、离子或分子按照一定的几何规则排列而成。
根据晶格的不同，晶体可分为立方晶系、四方晶系、单斜晶系、正交晶系、斜方晶系、菱方晶系和三斜晶系等。
其中，立方晶系是晶体结构中最简单的一种，其晶格具有等边、等角的特点。
三、材料性能材料的性能决定了其在实际应用中的表现。
常见的材料性能包括力学性能、热学性能、电学性能和磁学性能等。
力学性能体现了材料的强度、韧性和硬度等特点，如抗拉强度、屈服强度和冲击韧性；热学性能包括导热性、热膨胀系数和导电性等，这些性能对材料的热稳定性和导热导电能力有重要影响；电学性能和磁学性能则与材料的导电性和导磁性相关。
四、材料制备材料的制备过程对于最终材料的性能和结构有重要影响。
常见的材料制备方法包括熔融法、沉积法、固相反应法和溶液法等。
熔融法是指将材料加热至熔点后进行冷却的过程，常用于金属材料的制备；沉积法则是通过气相或溶液中的化学反应沉积材料薄膜；固相反应法是指两个或多个固体物质在一定条件下发生化学反应生成新的化合物；溶液法是将材料溶解于溶剂中，通过溶液的蒸发或化学反应生成新材料。
总结材料科学是一门涉及广泛的学科，研究的内容包括材料分类、晶体结构、材料性能和材料制备等方面。
了解这些基础知识对于深入学习和应用材料科学具有重要意义。
材料学基础知识
材料学基础知识1. 材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性。
2. 材料在弹性范围内，应力与应变的比值εσ/称为弹性模量E （单位MPa ）。
E 标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。
3. 强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和破坏的能力。
4. 塑性是材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。
5. 韧性是材料在塑性应变和断裂全过程中吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现。
6. 硬度是指材料对局部塑性变形、压痕或划痕的抗力。
7. 应力场强度因子I K ，这个I K 的临界值，称为材料的断裂韧度，用C K I 表示。
换言之，断裂韧度C K I 是材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学性能指标。
8. 晶体是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。
9. 非晶体是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。
10. 把原子看成空间的几何点，这些点的空间排列称为空间点阵。
用一些假想的空间直线把这些点连接起来，就构成了三维的几何格架称为晶格。
从晶格中取出一个最能代表原子排列特征的最基本的几何单元，称为晶胞。
11. 体心立方晶格（bcc ）；面心立方晶格（fcc ）；密排六方晶格（hcp ）12. 在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面。
任意两个原子的连线称为原子列，其所指的方向称为晶向。
立方晶系中，凡是指数相同的晶面与晶向是相互垂直的。
13.在晶体中，不同晶面和晶向上原子排列方式和密度不同，则原子间结合力的大小也不同，因而金属晶体不同方向上性能不同，这种性质叫做晶体的各向异性。
14.所谓位错是指晶体中一部分晶体沿一定晶面与晶向相对另一部分晶体发生了一列或若干列原子某种有规律的错排现象。
位错的基本类型有两种，即刃型位错和螺旋位错。
15.由于塑性变形过程中晶粒的转动，当形变量达到一定程度（70%以上）时，会使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，形成特殊的择优取向。
择优取向的结果形成了具有明显方向性的组织，称为织构。
材料基础
第１章原子结构与结合健前言材料是国民经济的物质基础。
通过实践和研究表明：决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律以及原子集合体的形貌特征等。
为此，我们需要了解材料的微观构造，即其内部结构和组织状态，以便从其内部的矛盾性找出改善和发展材料的途径。
金属键既无饱和性又无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子相结一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢固。
因此。
其熔点和硬度均较高。
另外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此，它们都是copyright(c) 2004 材料工程学院v1.0 版权所有1.2 原子间的键合1.2.1 金属键金属中的自由电子和金属正离子相互作用所构成键合称为金属键。
金属键的基本特点是电子的共有化。
金属键既无饱和性又无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子相结合，并趋于形成低能量的密堆结构。
当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时，不至于使金属键破坏，这就使金属具有良好延展性，并且，由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电和导热性能。
1.2.2 离子键大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合。
离子键键合的基本特点是以离子而不是以原子为结合单元。
一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢固。
因此。
其熔点和硬度均较高。
另外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此，它们都是良好的电绝缘体。
但当处在高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，即呈现离子导电性。
1.2.3 共价键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。
共价键键合的基本特点是核外电子云达到最大的重叠，形成“共用电子对”，有确定的方位，且配位数较小。
中硅和氧原子间的共价键示意图图1.6 sio2共价键在亚金属（碳、硅、锡、锗等）、聚合物和无机非金属材料中均占有重要地位。
共价键晶体中各个键之间都有确定的方位，配位数比较小。
材料科学基础知识点
1，晶体。
原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。
2中间相。
两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。
由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。
3、亚稳相，亚稳相指的是热力学上不能稳定存在，但在快速冷却成加热过程中，由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。
4、配位数。
晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。
5、再结晶。
冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态，这个过程称为再结晶。
6、伪共晶。
非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。
7、交滑移。
当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。
8、过时效；铝合金经固溶处理后，在加热保温过程中将先后析出GP 区，θ ”，θ ’，和θ。
在开始保温阶段，随保温时间延长，硬度强度上升，当保温时间过长，将析出θ ’，这时材料的硬度强度将下降，这种现象称为过时效。
9、形变强化。
金属经冷塑性变形后，其强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为形变强化。
10、固溶强化。
由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。
11、弥散强化。
许多材料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内，则这种材料的强度往往会增加，称为弥散强化。
12、不全位错。
柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。
13、扩展位错。
通常指一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。
14、螺型位错。
位错线附近的原子按螺旋形排列的位错称为螺型位错。
材料科学基础.第一章
3.标准投影图
以晶体的某个晶面平行于投影 面，作出全部主要晶面的极射投影 图称为标准投影图（图1.16）。立方 系中，相同指数的晶面和晶向互相 垂直，所以立方系标准投影图的极 点既代表了晶面又代表了晶向。
4.吴/乌氏网（Wulff net）
吴氏网是球网坐标的 极射平面投影，具有保 角度的特性，如右下图。
立方系 六方系
对复杂点阵(体心立方，面心立方等)，要考虑晶面层数的增加。 体心立方(001)面之间还有一同类的晶面（002），因此间距减半。
1.2.4 晶体的极射赤面投影
通过投影图可将立体图表现于平面上。晶体投影方法很多， 包括球面投影和极射赤面投影。 1.参考球与球面投影 将立方晶胞置于一个大圆球的中 心，由于晶体很小，可认为各晶面均 过球心。由球心作晶面的法线， 晶面法线与球面的交点称为极点，每 个极点代表一个晶面；大圆球称为 参考球，如图1.14所示。用球面上的 极点表示相应的晶面，这种方法称为 球面投影；两晶面的夹角可在参考球 上量出。
6.晶面间距
晶面族不同，其晶面间距也不同。通常低指数晶面的面间距 较大，高指数晶面的面间距较小；原子密集程度越大，面间距 越大。可用数学方法求出晶面间距：
d hkl ( d hkl d hkl 1 h 2 k l ) ( )2 ( )2 a b c a 正交系
h2 k 2 l 2 1 4 h 2 hk k 2 l ( ) ( )2 3 c a2
图1.12 六方系中的一些晶面与晶向
（2）用四轴坐标确定晶向指数的方法如下： 当晶向OP通过原点时，把OP沿四个轴分解成四个分量（由 晶向上任意一点向各轴做垂线，求出坐标值），可表示为 OP=u a1+v a2+l a3+w C 晶向指数用[u v l w]表示，其中t=-(u + v)。 原子排列相同的晶向属于同一晶向族。在图1.12中
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玻璃体形成条件：
动力学条件：从理论上讲，熔融体冷却到析晶温度（相转变温度），则会发生相转变而形成新相——晶体（微小晶体），但实际上由于微小晶体的熔点（凝固点）比普通晶体低，故熔体冷却到析晶温度时，并不产生新相，而要等冷却到比析晶温度更低的某一温度时才会出现晶体。
物理条件：只有在熔体内析晶时饱和浓度大，即难以达到析晶饱和浓度而形成晶体。
熔体粘度大，且温度下降时粘度增长迅速，体系无法排列有序，形成玻璃体。
只要温度下降足够慢（在熔点以下的温度保持时间足够），任何材料都可以形成晶体；而温度下降足够快，任何材料都可以形成玻璃体。
结晶化学条件：键强——键强越高，越不易析晶而形成玻璃体；键型——极性共价键和半金属共价键易形成玻璃体。
负离子屏蔽效应：处于表面层的负离子只受上下和内测正离子作用，而外侧是不饱和的，电子云被拉向内侧的正离子一方而变形，使该负离子诱导成偶极子，这样降低了晶体表面负电场，接着表面层离子开始重排以使之能量上趋于稳定，为此，表面层的负离子被推向外侧，正离子被拉向内侧，从而形成了表面双电层结构，与此同时，表面层中的离子键性逐渐过渡为共价键性，结果固体表面好像被一层负离子所屏蔽，并导致表面层在组织上成为非化学计量结构。
表面张力影响因素：1物质本性：分子间相互作用越大表面张力越大②与其相接触的另一相物质的性质③温度：温度深高表面张力下降④杂质
液体表面张力特点：在液体表面上，垂直作用于单位线段上的表面紧缩力，故称为表面张力。
平液面上，表面张力方向与液面平行；对于曲面液面，表面张力的方向与界面切线方向一致。
表面张力使液体表面积有尽量收缩到最小的趋势。
表面活性剂：以很低的浓度能显著降低溶剂的表面张力和二相间界面张力或在用量很小时，可显著改变界面的物理化学性质物质。
表面活性剂的亲水、亲油性。
表面活性剂基本功能：一是在表(界)面上吸附，形成吸附膜(一般是单分子膜)；二是在溶液内部自聚，形成多种类型的分子有序组合体。
表面活性剂具有亲水、亲油的性质，表面活性剂在表(界)面上吸附的结果是降低了表(界)面张力，改变了体系的表(界)面化学性质，从而使表面活性剂具有诸多功能。
对于憎水基的憎水性，与其分子量有关，当亲水基相同时，憎水基碳链越长（摩尔质量越大），憎水性越强。
对于亲水基，其亲水性与表面活性剂类型和亲水基官能团有关，只有非离子型表面活性剂，才是分子量越大，亲水性也越好。
玻璃态：当体系温度继续下降，聚合物粘度更加迅速增加，高聚物变得坚硬，这种状态称玻璃态。
玻璃态下的变形有如弹性变形。
变形产生的原因仍然是链段微小的伸缩和键角的改变。
高弹态：处于粘流态的聚合物，随着体系温度的下降，粘度迅速增加，最终呈现出弹性，在不大的拉力作用下可以产生数倍于原来长度的变形，当外力除去后，立刻回到原来的尺寸。
聚合物在室温下为高弹态的必要条件是：室温下为非晶体，链节处于不断的布朗运动——链节的独立运动；玻璃化温度远低于室温。
粘流态：当受外力时，除发生弹性变形外，大分子间还发生相互滑移而产生粘性流动，故外力除去后，变形不能完全恢复。
对于由粘流态冷却转化为体型网状结构的高聚物，对其再行加热时，随温度升高，不会再出现粘流态，它们在明显软化之前就发生分解了。
所以，凡是由粘流态经加工成型的体型网状结构高聚物，在任何温度下也不能再成型。
烧结：将固体粉末状材料在低于其熔点的温度下加热，使物质自发的填充在间隙而致密化的过
程。
在高温、致密化的过程中，材料颗粒相互粘结，经过物质的迁移使粉体产生强度。
烧结的基本特征：高温加热烧结的目：使粉体致密并具有强度。
烧结过程是粉末材料在高温下排除气孔，体积收缩而逐渐变成具有明显机械强度的烧结体的过程。
烧结机理：烧结推动力和物质迁移。
烧结的关键是物质的迁移，推动物质迁移的动力，也即烧结的动力是任何系统都有向最低能量状态转变的趋势，也就是表面能的降低趋势。
粉末、材料表面能高，而内部结构存在严重缺陷，晶格活化度高，因此物质也容易迁移。
粉末状颗粒材料的表面凹凸不平，因此，凹处的附加压力为负，而凸处的附加压力为正，物质自凸处向凹处迁移，或者是晶格内的空位反向迁移，推动烧结的发生。
烧结传质：流动传质扩散传质气相传质和沉淀-溶解影响因素：烧结时的温度烧结时间物料的细度添加物气氛压力原料种类及活性
理论强度与实际强度差距的原因：由于晶体材料内部存在着可动位错，这些位错在远低于理论剪切强度的非常小的剪应力作用下就可移动，造成晶体滑移变形，其剪切强度为位错运动所控制而不是为理论剪切强度所控制。
材料脆性的量度1. 断裂应力与屈服应力的比值2. 理论抗拉强度与理论剪切强度的比值3. 弹性应变和极限应变的比值4. 抗压强度与抗拉强凌的比值5. 断裂能大小形变强化：金属经过冷态下的塑性变形之后，其强度随变形程度的增加有很大提高，同时塑性随之降低．这种现象叫做形变强化(加工硬化、冷作硬化)。
机制：变形强化和回复与再结晶
固溶强化：是当溶剂晶格内溶入溶质原子而产生的一种强化现象。
机制：由于溶质原子与位错之间的相互作用而引起的。
晶界强化：运动着的位错一旦遇到晶界的阻碍就会在其附近堆集起来的现象。
控制：再结晶和金属相变。
第二相强化：第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基相中时产生的强化作用。
机制：弥散分布的第二相颗粒对位错的运动起着阻碍作用。