吉林大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)考研PPT課件

1、本章重點(diǎn)內(nèi)容本章重點(diǎn)內(nèi)容一一. .計(jì)算題計(jì)算題: : 1.1.金屬晶體結(jié)構(gòu)及相關(guān)計(jì)算（簡(jiǎn)答） 1.1 標(biāo)定晶面指數(shù),晶向指數(shù).(06) 1.2 致密度計(jì)算(三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)計(jì)算) 1.3 金屬的密度計(jì)算. （08,FCC.05,BCC）第1頁/共16頁2. 重要概念重要概念 無定形無定形 各向異性各向異性 原子堆積因素原子堆積因素 晶體結(jié)晶體結(jié)構(gòu)構(gòu) 體心立方，面心立方，和體心立方，面心立方，和密排六方結(jié)構(gòu)密排六方結(jié)構(gòu) 布拉格定律布拉格定律 配位數(shù)配位數(shù) 晶系晶系 晶粒晶粒 晶界晶界 晶晶格格 晶格參數(shù)晶格參數(shù) 密勒指數(shù)密勒指數(shù) 非晶結(jié)構(gòu)非晶結(jié)構(gòu) 晶胞晶胞 第2頁/共16頁晶晶 體體: :晶

2、材料中的原子的是有規(guī)則排列的,無周期性的， 通常呈現(xiàn)規(guī)則的幾何形狀。（其內(nèi)部原子的排列十分規(guī)整嚴(yán)格，比士兵的方陣還要整齊得多。如果把晶體中任意一個(gè)原子沿某一方向平移一定距離，必能找到一個(gè)同樣的原子。）單單 晶：晶：對(duì)于晶體來說,如果晶體中的原子是按周期性重復(fù) 排列并且對(duì)整個(gè)晶體來說并沒有被打斷過,換句話說就是 由一個(gè)晶粒組成的晶體,這樣的晶體稱為單晶.多多 晶：晶：大多數(shù)晶體都是由許多個(gè)晶粒組成的,這樣的晶體稱為多晶.非非 晶晶: : 非晶材料中的原子的是非規(guī)則排列的,無周期性. 非晶態(tài)材料主要是在冷卻過程中,利用先進(jìn)的技術(shù)手段使 得材料進(jìn)入了玻璃態(tài),這樣形成的材料稱為非晶材料,非晶 材料是處

3、于亞穩(wěn)態(tài)的.第3頁/共16頁準(zhǔn)晶態(tài)（準(zhǔn)晶）準(zhǔn)晶態(tài)（準(zhǔn)晶）: 其內(nèi)部排列既不同于晶體，也不同于非晶體。 晶體學(xué)分析認(rèn)為，晶體中原子呈有序排列，且具有平移對(duì)稱性，晶體點(diǎn)陣中各個(gè)陣點(diǎn)周圍環(huán)境必然完全相同，故晶體結(jié)構(gòu)只能有次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸，而次和高于次的對(duì)稱軸不能滿足平移對(duì)稱的條件，均不可能存在于晶體中，但近年來在科研過程中發(fā)現(xiàn)，在類似于晶態(tài)的固體中存在次對(duì)稱軸，這們把這一類新的原子的聚集狀態(tài)稱為準(zhǔn)晶態(tài)，此固體稱為準(zhǔn)晶納料晶材料：納料晶材料：納料晶材料即通常所說的納料材料是指由至少在一個(gè)方向上尺寸為幾個(gè)納米的結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成的晶體材料.第4頁/共16頁各向異性各向異性: 對(duì)于一些單晶材料來說,其各項(xiàng)物理性能

4、在不同的晶向上測(cè)得的數(shù)據(jù)是不同的,這種這種現(xiàn)象我們稱為各向異性.各向同性各向同性: : 如果材料的各項(xiàng)性能與測(cè)量的方向無關(guān),由稱為各向同性.晶晶 胞胞: : 為了說明點(diǎn)陣的規(guī)律和特點(diǎn),在點(diǎn)陣中取出一個(gè)具有代表性的單元(最小平行六面體)作為點(diǎn)陣的組成單元,稱為晶胞. 空間格子空間格子: : 為了便于描述空間點(diǎn)陣的圖形,可用許多平行線將所有陣點(diǎn)連接起來,于是形成一個(gè)三維幾何格架,稱為空間格子.第5頁/共16頁空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣: : 陣點(diǎn)在三維空間中呈周期性規(guī)則排列并具有完全相同的周圍環(huán)境,這種由它們?cè)谌S空間規(guī)則排列的陣列稱為空間點(diǎn)陣.簡(jiǎn)稱點(diǎn)陣.晶系與布拉格定律晶系與布拉格定律 : : 7 7大晶

5、系:三斜,單斜,正交，六方，菱方，四方，六方. 1414種布拉格點(diǎn)陣（一般要求了解）. .1.1.常見的三種金屬晶體結(jié)構(gòu)及晶體學(xué)特征？常見的三種金屬晶體結(jié)構(gòu)及晶體學(xué)特征？ 面心立方fcc 體心立方bcc 密排六方hcp第6頁/共16頁2.2.常用來描述三種晶體結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)？常用來描述三種晶體結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)？( (簡(jiǎn)答題必簡(jiǎn)答題必會(huì)會(huì)) ) 晶胞內(nèi)原子的數(shù)目，點(diǎn)陣常數(shù)，原子半徑，配位數(shù)，致密度，原子間隙（四面體間隙，八面體間隙）3.3.晶胞中的原子數(shù)目晶胞中的原子數(shù)目?(?(計(jì)算題計(jì)算題) ) 面心立方結(jié)構(gòu): n=81/8+61/2=4，體心立方結(jié)構(gòu):n=81/8+1=2，密排六方結(jié)構(gòu):n=1

6、21/6+21/2+3=6。4.4.點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑( (計(jì)算題計(jì)算題) ) 面心立方結(jié)構(gòu):點(diǎn)陣常數(shù)為a,原子半徑R=根號(hào)2a/4，體心立方結(jié)構(gòu):點(diǎn)陣常數(shù)為a,原子半徑R=根號(hào)3a/4，密排六立結(jié)構(gòu):點(diǎn)陣常數(shù)為ac.c/a=1.633.第7頁/共16頁1.1.配位數(shù)與致密度配位數(shù)與致密度?(?(簡(jiǎn)答簡(jiǎn)答) ) 定義:所謂配位數(shù)就是指晶體結(jié)構(gòu)中任一原子周圍最近鄰且等距離的原子數(shù);致密度是指晶體結(jié)構(gòu)中原子體積占總體積的百分?jǐn)?shù). 計(jì)算:配位數(shù)N=? 致密度:K=nv/V2.2.晶系，晶面及晶向的定義，描述和標(biāo)定（簡(jiǎn)晶系，晶面及晶向的定義，描述和標(biāo)定（簡(jiǎn)答）答）. .第8頁/共16

7、頁陶瓷晶體結(jié)構(gòu)陶瓷晶體結(jié)構(gòu): : 陶瓷晶體中大量存在的是離子晶體，由于離子鍵不具有方向性和飽和性，有利于空間的緊密堆積，堆積方式取決于陰陽離子的電荷和離子半徑r的相對(duì)大小。 配位數(shù)與配位多面體：在晶體中，離子或原子周圍與它直接相鄰的異號(hào)離子或原子的個(gè)數(shù)稱為配位數(shù)，正離子周圍負(fù)離子數(shù)不同，形成的配位多面體形狀不同，導(dǎo)致離子晶體的空間構(gòu)型不同。第9頁/共16頁關(guān)于陶瓷結(jié)構(gòu)中最為重要的是判斷陽離子的配位數(shù)，因?yàn)樵谔沾芍?，陽離子的半徑一般小于陰離子的半徑判斷規(guī)則如下：（）如果陰陽離子的半徑比小于0.155，則較小的陰離子會(huì)結(jié)合兩個(gè)陽離子形成線性結(jié)構(gòu)陰離子的配位數(shù)為（）如果陰陽離子半徑比在0.155至0

8、.225之間，則陰離子的配位數(shù)為3，陰離子與陽離子形成平面正三角形結(jié)構(gòu)（）如果陰陽離子半徑比在0.225至0.414之間，則陰離子配位數(shù)為，陰離子位于四面體的中心（）如果陰陽離子半徑比在0.414至0.732，則陰離子位于八面體的中心，周圍由六個(gè)原子所包圍，配位數(shù)為6（）如果陰陽離子半徑比為在0.732至1.0之間則陰離子配位數(shù)為，陰離子位于體心立方的中央（）陶瓷材料最為常見的配位數(shù)為4,6,8.第10頁/共16頁3.3.陶瓷材料變形特點(diǎn)及微觀解釋你 哈特點(diǎn)特點(diǎn)：相對(duì)金屬和高分子材料而言，脆、難以變形時(shí)陶瓷 材料的一大特點(diǎn)，滑移系數(shù)目少，位錯(cuò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 因?yàn)?陶瓷材料是以離子鍵和共價(jià)鍵構(gòu)成的。

9、微觀解釋：微觀解釋：對(duì)于共價(jià)鍵陶瓷晶體，因?yàn)楣矁r(jià)鍵有方向性和飽和性，鍵能高，并且共價(jià)鍵晶體的位錯(cuò)寬度一般極窄，決定了其難以變形。對(duì)于離子鍵結(jié)合的陶瓷晶體，離子鍵要求正負(fù)離子相間排列，在外力的作用下，當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)一個(gè)原子間距時(shí)，由于存在巨大的同號(hào)離子的庫(kù)倫電斥力，致使位錯(cuò)沿著垂直或平行于離子鍵方向很難運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)于離子鍵多晶陶瓷，往往很脆，且易在晶界形成裂紋，最終導(dǎo)致脆性斷裂。第11頁/共16頁重要簡(jiǎn)答題：【各向異性是晶體的重要特征之一】3.3.各向異性的概念，產(chǎn)生機(jī)理，并描述特點(diǎn)各向異性的概念，產(chǎn)生機(jī)理，并描述特點(diǎn). .概念概念：晶體在不同方向的物理化學(xué)特性也不同。機(jī)理機(jī)理：晶體的各向異性即沿晶

10、格的不同方向（密勒指數(shù)來標(biāo)志晶體的不同取向），原子排列的周期性和疏密程度不盡相同，由此導(dǎo)致晶體在不同方向的物理化學(xué)特性也不同。特點(diǎn)：特點(diǎn)：晶體的各向異性具體表現(xiàn)在晶體不同方向上的彈性膜量、硬度、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱性、電阻率、電位移矢量、電極化強(qiáng)度、磁化率和折射率等都是不同的。各向異性作為晶體的一個(gè)重要特性具有相當(dāng)重要的研究?jī)r(jià)值。第12頁/共16頁【物質(zhì)就其原子排列方式來說，可以劃分為晶體和非晶體兩類】4. 4. 非晶固體的概念，晶界，形成機(jī)理，核心及非晶固體的概念，晶界，形成機(jī)理，核心及其性能其性能. .概念概念：物質(zhì)的原子排列是混亂的，就象一堆鋼球的混亂堆積。晶界：晶界：非晶中沒有晶粒，也就沒

11、有晶界的概念。形成機(jī)理：形成機(jī)理：【任何物質(zhì)冷速夠快，原子來不及整齊排列就凝固，就可以形成非晶，實(shí)際中達(dá)不到這樣的冷速】為了獲得非晶態(tài)，一般將金屬與其他物質(zhì)混合，當(dāng)原子尺寸和性質(zhì)不同的幾種物質(zhì)搭配混合后，就形成了合金。這些合金具有兩個(gè)重要性質(zhì)：第13頁/共16頁 A、合金的成分一般在冶金學(xué)上的所謂“共晶”點(diǎn)附近，它們的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于純金屬。 B、由于原子的種類多了，合金在液體時(shí)它們的原子更加難以移動(dòng)，在冷卻時(shí)更加難以整齊排列，也就是說更加容易被“凍結(jié)”成非晶。核心核心：非晶態(tài)物質(zhì)內(nèi)部則沒有這種周期性。由于結(jié)構(gòu)不同，非晶態(tài)物質(zhì)具有許多晶態(tài)物質(zhì)所不具備的優(yōu)良性質(zhì)。性能：性能：非晶態(tài)材料是一類新型的固體材料各種新型非晶態(tài)材料由于其優(yōu)異的機(jī)械特性（強(qiáng)度高彈性好硬度高韌性好耐磨性好等）電磁學(xué)特性、化學(xué)特性（穩(wěn)-定性高耐蝕性好等）、電化學(xué)特性及優(yōu)異的催化活性，已成為一大類發(fā)展?jié)摿艽蟮男虏牧稀５?4頁/共16頁u5.5.為什么各向異性在