材料科学导论复习要点(完结篇)

复习要点(Emphasis of revision)

1. 考试是以PPT 和上述参考书内容为主。

2. 试题一共10题，有一半简单计算一半概念题。

3. 试题内容包含在上述复习要点中。

➢ 的部分为重点复习内容 ◆ PPT 第二讲 (英文参考书第二章） 原子结构的回顾

➢ 电子，质子，中子，原子的量子力学，电子态，周期表 固体中的原子键合

➢ 键能

键能（Bond Energy ）通常是指在101.3KPa 和298K 下将1mol 气态分子拆开成气态原子时，每个键所需能量的平均值，键能用E 表示。

是表征化学键强度的物理量，可以用键断裂时所需的能量大小来衡量。 基本的原子键

➢ 离子键，共价键，金属键

正负离子间的静电相互作用是离子键的根源。

共价键的本质在于两个原子各有一个自旋相反的未成对的电子，由于原子轨道相重叠而构成价键轨道，导致体系的能量下降。

金属键在本质上和共价键有类似的地方，但是其外层电子比共价键更公有化，电子自由游移于正离子之间，遍及整个晶体，构成近自由电子，这就像是正离子浸在近自由电子的海洋之中。金属键和共价键最明显的区别就是金属键缺乏方向性和饱和性。

二次键（范德华力） ◆ PPT 第三讲 (英文参考书第三章）

结构基元：通过周期性重复排列而组成晶体的最基本的重复单元。 晶体结构

−−−−−−→偶极矩的感作用近原子相互作用→荷位移→偶极子(dipoles ）范德力

➢面心立方结构，体心立方结构，六角密堆结构

➢原子堆积因素

原子堆积系数APF=原子总体积／结构基元体积

配位数：相邻原子周围没有电子轨道重叠的参考原子（离子）的数量。（1）面心立方结构：

配位数CN=12

每个结构基元的原子数，n=4

面上：6×1／2=3

角上原子数：8×1／8=1

原子堆积系数APF=0.68

总体积:

结构基元的体积:

（2）体心立方结构：

a=4R√3 配位数CN=8 每个结构基元的原子

数，n=2

中间原子数：1×1=1

角上原子数：8×1／8=1 原子堆积系数APF=0.68

（3）六角密堆结构：

配位数CN=12 每个结构基元的原子数，n=6

中间原子数：1×3=3

角上原子数：12×1／6=2 角上原子数：2×1／2=1 原子堆积系数APF=0.7

➢原子堆积系数

密度计算：

其中：Vc=a3(FCC和BCC)， a=2R√2(FCC)；a=4R√3(BCC)；n—

原子中的结构基元数；A---分子量；N

A

=6.023×1023atoms/mol. 晶面指数

结晶取向

◆PPT第四讲 (英文参考书第四、五章）

点缺陷：包括（空缺，间隙，杂质）晶体中的点缺陷是在晶体晶格结点上或

邻近区域偏离其正常结构的一种缺陷。➢空缺数目

N V =N

S

exp(-Q

V

/K

B

T),N

S

:规则晶格位置的数目；Q

V：

形成完整晶格空

位所需的能量；K

B

：玻尔兹曼常量；T：开尔文温度

位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。

位错对材料的力学性能如塑性形变、强度、断裂等起着决定性作用，对材料

的扩散、相变过程有较大影响。

位错分类：刃位错、螺位错、混合位错

伯格矢量b:表征位错线的性质、总畸变的积累、位错强度

刃位错的伯格矢量与位错线垂直；螺位错的伯格矢量与位错线平行

晶界：晶界是结构相同而取向不同晶体之间的界面。

晶界分类：根据相邻晶粒间位向差的大小不同分为：（1）小角度晶界：相邻晶粒的位向差小于10°的晶界。（2）大角度晶界（占90%以上）：

相邻晶粒的位向差大于10°的晶界。

孪晶界：指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为“孪晶”，此公共晶面称为孪晶面。扩散机制

扩散：质点通过热运动进行定向位移。

扩散机制：（1）间隙机制：间隙质点沿晶格间隙进行的迁移。间隙扩散机制

适用于间隙固溶体中间隙质点的扩散。

（2）空位机制：在置换固溶体中，一个处于阵点上的原子通过空位

交换位置而迁移。

（3）换位机制：指两个相邻原子直接换位而达到原子迁移的效果。扩散方程

➢菲克第一定律：物质从高浓度区向低浓度区迁移所遵循的规律：在单位时间内通过垂直于扩散方向单位截面的物质流量（扩散通量）与该截面处的浓度梯度成正比。

D:扩散系数，单位为m2·s-1；C：扩散组元的体积浓度，单位为㎏·m-3或mol·m-3；

菲克第二定律：在非稳态扩散过程中，在距离x处，浓度随时间的变化率

等于该处的扩散通量随距离变化率的负值，即，将代入上式，得。如果扩散系数D与浓度无关，则上式可以写成

◆PPT第五讲 (英文参考书第六章）

应力和应变

➢张力:受到拉力作用时，物体内部任一截面两侧存在的相互牵引力。

弹性变形

➢弹性模量:材料在弹性变形阶段内，正应力和对应的正应变的比值。➢泊松比:材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值。

塑性变形

➢屈服强度:材料开始产生宏观塑性形变时的应力。

◆PPT第六讲 (英文参考书第七章）

脱位和塑性变形

➢塑性变形：材料在外力作用下产生而在外力去除后不能恢复的那部分变

形。

单晶

单晶的滑动,分解施加到滑动系统上的外加应力。

多晶材料：比单晶强

加强机制