【精品】材料科学基础各章的学习要求.doc

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1、1本章介绍了决定材料性能的两个根本性问题：原子间的结合键和晶体结构。原子结合成分子或固体时，原子间产生的相互作用力，称为结合键。根据电子围绕原子的分布方式不同，可将结合键分为5类：离子键、共价键、金属键、分子键及氢键。重点讨论了前四种键的特性及他们和材料性能间的关系。根撼吉合键的不同，我们通常把工程材料分为金属材料、高分子（聚合物）材料及陶瓷材料3类。除结合键外，晶体结构是决定材料性能的又一根本性问题。在晶体材料的理想状态中，原子有着规则性的排列。因此，首先建立了晶体结构与空间点阵、晶格、晶胞等概念；并讨论了晶体中晶面和晶向的概念及其表示方法；指出了金属中常见的bcc,fee,hep

2、H种典型的晶格类型，陶瓷中常见的氯化钠型结构和金刚石型结构。但是，实际晶体中的结构远远不是理想的，而是存在好多类型不同的缺陷，尽管这些缺陷很少，可能在1010个原子中只有1个脱离其平衡位置，但这些缺陷极为重要。按照几何特征，晶体中的缺陷可分为点缺陷（包括空位和间隙原子）、线缺陷（错位）和面缺陷（包括晶界、亚晶界等）。点缺陷是热力学上一种稳定的缺陷。任何温度下，都有一定浓度的点缺陷存在；但过饱和的点缺陷，可使材料的屈服强度升高。点缺陷是扩散及与扩散有关的塑性形变、化学热处理、相变等过程的基础。位错是晶体缺陷中极为重要的一种缺陷。主要讨论了错位的特征（分类）、柏氏矢量的性质、作用在位错上

3、的力及位错的运动、位错周围的应力场与应变能、位错的增殖、交割等。对于实际晶格中的位错，以面心立方点阵晶体为例进行了分析。在面缺陷中，主要是认识晶界的结构和特性，因为晶界对材料的力学、腐蚀、冶金性能等影响很大。基本要求：.认识材料的3大类别（金属、聚合物、陶瓷）及其分类的基础。.建立单位晶胞的概念，用以想象原子的空间排列。・熟悉常见晶体中原子的规则排列形式，特别是bee,fee和hep；演NaCI结构和金刚石结构。・掌握晶面、晶向指数的标定方法。若给出晶体中具体的晶向、晶面时会标注〃指数〃；若给出具体的"指数〃时，能在三维空间图上找出其位置。・认识晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质

4、。注意位错线和柏氏矢量,位错线移动方向、晶体滑移方向与外加切应力之间的关系。.了解位错应力场的特点及应变能的计算；位错的增殖、塞积和交割。.了解晶界的特性和分类。2在工程实际中得到广泛应用的是合金。合金是指由两种或两种以上的金属或金属与非金属，经熔炼、烧结等组合而成并具有金属特性的物质。它与纯金属不同，在一定的外界条件下，具有一定成分的合金其内部不同区域可能具有不同的成分、结构和性能。人们把具有相同（或连续变化的）成分、结构和性能的区域称为〃相气合金的组织就是由不同的相组成。在其他工程材料中也有类似情形。尽管各种材料的组织有多种多样，但构成这些组织的相却仅有数种。本章的重点就是介绍这

5、些相的结构、形成规律及性能特点，以便认识组织，进而控制和改进材料的性能。按照结构特点，可以把固体中的相大致分为五类。固熔体及金属化合物这两类相是金属材料中的主要组成相。固熔体的结构特点是它具有熔剂组元的点阵类型。根据熔质原子的分布，固熔体可分为置换固熔体及间隙固熔体。其中，根据Hume-Rothery规则提出的影响置换固熔体固熔度大小的因素（原子尺寸、电负性、电子浓度、晶体结构等）是核心内容。据此，我们可以在一定的条件下对金属中的固熔度作出预测。由于熔质原子的存在产生固熔强化，使金属在强度、硬度提高的同时，还保持了较高的塑性，因而结构材料中常以固熔体作为基体相。金属化合物的晶体结构，

6、则既不同于熔剂，也不同于熔质，而是组成了一个新点阵。其中，正常价化合物具有NaCI或CaF2型结构；电子化合物则取决于其电子浓度；间隙相具有简单晶体结构，间隙化合物则具有复杂晶体结构。此类总的性能特点是硬而脆，故常用作强化相。陶瓷相是构成陶瓷材料的基本相。它由金属元素与非金属元素化合组成。与金属一样，具有晶体结构，但与金属不同的是其结构中并没有大量的自由电子，而是以离子键或共价键为主。陶瓷相的结构可分为两大类：一类是氧化物，它具有典型离子化合物的晶体结构；另一类是硅酸盐结构，它取决于硅氧四面体[Si04]在空间的组合情况，通常分为岛状、链状、层状及骨架状4类。一般认为，陶瓷相中的AX

7、化合物具有立方体结构，在这些化合物中具有相同数目的正离子与负离子；其次是AmXp型化合物，如CaF2。Ca2+与FT的配位数不同，因为m/p尹1。未被占据的间隙位置将会导致晶格的扭曲；AmBnXp型化合物被用来描述较复杂的陶瓷结构。玻璃相是非结晶材料（液体、玻璃、部分塑料、非晶态金属、陶瓷材料等）中的重要组成相。在微观结构上它不具有点阵特征，在性能上则表现为各向同性。分子相是指固体中分子的聚集状态，它是高分子材料中的重要组成相。它主要由非金属元素组合而成的