材料科学基础教程及习题上海交通大学

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1、目录第1章原子结构与键合11.1原子结构11.2原子间的键合21.3高分子链2本章重点复习3第2章固体结构42.1晶体学基础42.2金属的晶体结构52.3合金相结构72.4离子晶体结构92.5共价晶体结构102.6聚合物的晶体结构112.7非晶态结构13本章重点复习13第3章晶体缺陷153.1点缺陷153.2位错163.3表面及界面18本章重点复习20第4章固体中原子及分子的运动234.1表象理论234.2扩散的热力学分析234.3扩散的原子理论244.4扩散激活能254.5无规则行走与扩散距离25本章重点复习25第5章材料的形变和再结晶

2、275.1弹性和粘弹性285.2晶体的塑性变形295.3回复和再结晶335.4高聚物的塑性变形36本章重点复习36第6章单组元相图及纯晶体凝固386.1单元系相变的热力学及相平衡386.2纯晶体的凝固39本章重点复习40第7章二元系相图及合金的凝固427.1相图的表示和测定方法427.2相图热力学的基本要点437.3二元相图分析447.4二元合金的凝固理论457.5高分子合金概述47本章重点复习48第8章三元相图528.1三元相图基础528.2固态互不溶解的三元共晶相图558.3固态有限互溶的三元共晶相图578.4两个共晶型二元系和一个匀

3、晶二元系构成的三元相图588.5包共晶型三元系相图598.6具有四相平衡包晶转变的三元系相图608.7形成稳定化合物的三元系相图608.8三元相图举例618.9三元相图小结63本章重点复习64第9章材料的亚稳态669.1纳米晶材料669.2准晶态699.3非晶态材料709.4固态相变形成的亚稳相71本章重点复习72各章例题、习题以及解答73第1章原子结构与键合73第2章固体结构77第3章晶体缺陷85第4章固体中原子及分子的运动93第5章材料的形变和再结晶100第6章单组元相图及纯晶体凝固107第7章二元系相图及合金的凝固112第8章三元相

4、图120第9章材料的亚稳态128上海交通大学材料科学基础网络课程整理131第1章原子结构与键合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。1.1原子结构1.1.1物质的组成    一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。    原子结构直接影响原

5、子间的结合方式。1.1.2原子的结构    近代科学实验证明：原子是由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成的。    原子的体积很小，直径约为10-10m数量级，而其原子核直径更小，仅为10-15m数量级。然而，原子的质量恰主要集中在原子核内。因为每个质子和中子的质量大致为1.67×10-24g，而电子的质量约为9.11×10-28g，仅为质子的1/1836。1.1.3原子的电子结构    描述原子中一个电子的空间位置和能量可用四个量子数表示。    多电子的原子中，核外电子的排布规律遵循三原则，即能量最低原理、Pauli不相容原

6、理和Hund规则。从内到外，依次为K壳层(n=1)，L壳层(n=2)，M壳层(n=3)。    1).主量子数n    决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即电子所处的量子壳层。    2).轨道角量子数li    给出电子在同一量子壳层内所处的能级（电子亚层）。    3).磁量子数mi    给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。    4).自旋角量子数si    反映电子不同的自旋方向。1.1.4元素周期表    具有相同核电荷数的同一类原子为一种元素。    元素周期表是元素周期律的具体表现形式，它反映了元素之间相互联系的

7、规律，元素在周期表中的位置反映了那个元素的原子结构和一定的性质。IA元素周期表OHIIA金属非金属惰性气体过渡元素IIIAIVAVAVIAVIIAHeLiBeBCNOFNeNaMgIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIBAlSiPSClArKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeCsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRnFrRaAcRfDbSgBhHsMt  CePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTm

8、YbLu ThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr上海交通大学材料科学基础网络课程整理131图1.2元素周期表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