材料科學基礎(chǔ)復習大綱

1、材料科學基礎(chǔ)復習大綱第二章晶體結(jié)構(gòu)2.1 結(jié)晶學基礎(chǔ)1、概念:晶體晶胞晶胞參數(shù)七大晶系晶面指數(shù)晶面族晶向指數(shù)晶向族2、晶面指數(shù)和晶向指數(shù)的計算2.2 結(jié)合力與結(jié)合能按照結(jié)合力性質(zhì)不同分為物理鍵和化學鍵化學鍵包括離子鍵共價鍵金屬鍵物理鍵包括范德華鍵氫鍵晶體中離子鍵共價鍵比例估算 （公式 2.16離子晶體晶格能2.3 堆積（記憶常識1、最緊密堆積原理及其使用范圍 :原理略適用范圍 :典型的離子晶體和金屬晶體原因:該原理是建立在質(zhì)點在電子云分布呈球形對稱以及無方向性的基礎(chǔ)上的2、兩種最緊密堆積方式 :面心立方最緊密堆積 ABCABC 密排六方最緊密堆積ABABAB系統(tǒng)中 :每個球周圍有 6 個八面體

2、空隙 8個四面體空隙N 個等徑球體做最緊密堆積時系統(tǒng)有 2N 個四面體空隙 N 個八面體空隙八面體 空隙體積大于四面體空隙3、空間利用率 :晶胞中原子體積與晶胞體積的比值 （要學會計算兩種最緊密堆積方式的空間利用率為74.05% （等徑球堆積時4、影響晶體結(jié)構(gòu)的因素內(nèi)因 :質(zhì)點相對大小 （決定性因素配位數(shù)（概念及計算極化（概念,極化對晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響外因（了解:同質(zhì)多晶類質(zhì)多晶同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變2.4 單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu) （了解2.5 無機化合物結(jié)構(gòu) （重點每年必考分析結(jié)構(gòu)從以下幾個方面入手 :晶胞分子數(shù) ,何種離子做何種堆積 ,何種離子添隙 , 添隙百分比 ,正負離子配位數(shù) ,正負離子電價是否飽和 ,

3、配位多面體 ,添隙半徑的計算 （剛好相切時 ,隙結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。1、NaCI型:4個NaCI分子CI離子做面心立方密堆積,Na離子填充八面體空隙, 填充率100%，正負離子配位數(shù)均為6,電價飽和?！綨aCI6】或【CINa6】八面體結(jié)構(gòu)與 性能:此結(jié)構(gòu)在三維方向上鍵力均勻 ,因此無明顯解理 ,破碎后呈顆粒狀 ,粒為多面體 形狀。離子鍵結(jié)合 ,因此有較高的熔點和硬度2、立方ZnS結(jié)構(gòu):4個ZnS分子S離子做面心立方密堆積，Zn離子填充四面體 空隙填充率50%，離子配位數(shù)均為4,電價飽和,【ZnS4】四面體會畫投影圖 （圖 2.26注意:一定要畫虛線 ,一定要標高 ,一定要有圖例 （白球黑球代表

4、什么離子3、螢石（CaF2結(jié)構(gòu):（唯一正離子做堆積的結(jié)構(gòu)4個CaF2分子Ca離子做面心立 方密堆積,F離子填充四面體空隙，填充率100%。正離子配位數(shù)為8,負離子配位數(shù)為4,電價飽和,【CaF8】或【FCa4】結(jié)構(gòu)與性能：與NaCl相比,綜合電價和半徑因素，螢石質(zhì)點間鍵力比NaCl強，表 現(xiàn)為螢石硬度熔點密度高于NaCl而水中溶解度低于NaCl。由于螢石結(jié)構(gòu)中有一半的立方體空隙沒有被Ca離子填充,所以在111面網(wǎng)方向上存在毗鄰的同號離子層,其靜電斥力起主要作用 ,導致晶體在平行與 111面網(wǎng)方向上易發(fā)生解理，因此螢石常呈八面體解理。堿金屬氧化物 R2O為反螢石結(jié)構(gòu)，它們的正負離子位置剛好跟螢石

5、結(jié)構(gòu)中相反 ,性質(zhì)相似,在111面網(wǎng)方向上也易發(fā)生解理。4、鈣鈦礦CaTi03結(jié)構(gòu)（每年必考:Ca離子占據(jù)八個頂點，0占據(jù)六個面的面心,Ti離子位于體心。Ca和O共同做面心立方密堆積。Ti離子占據(jù)八面體空隙的1/4。晶胞分子數(shù)1,配位數(shù):Ca 12,Ti 6,0 6,0電價飽和。理想情況下半徑關(guān)系Rca+RO=（根號2（Rti+R0（會推導結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系 :電價飽和 ,晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。5、自發(fā)極化與鐵電效應(yīng) :（每年必考自發(fā)極化 （概念：對于理想晶體而言 ,如果不存在外電場時 ,單位晶胞中的正負電荷不重合,具有一定的偶極矩 ,這種現(xiàn)象稱為自發(fā)極化。產(chǎn)生自發(fā)極化的條件 :離子位移后使離子固定在新

6、位置上的力應(yīng)該大于位移后 的恢復力。BaTiO3具有鐵電效應(yīng)而CaTiO3不具有鐵電效應(yīng)的原因：要有鐵電效應(yīng) 必須能夠產(chǎn)生自發(fā)極化。Ba離子半徑比較大，使得晶胞參數(shù)也比較大，從而使得結(jié)構(gòu) 中【TiO6】八面體空隙比較大 ,Ti 與 O 之間有比較大的空隙 ,可以克服恢復力 ,可以發(fā)生自發(fā)極化。而CaTiO3中由于Ca離子半徑小，使得晶胞參數(shù)也比較小，從而使結(jié)構(gòu)中【TiO6】八面體空隙比較小，甚至小于Ti離子尺寸，位移后恢復力很大,不能在新位置上固定下來 ,從而不能產(chǎn)生自發(fā)極化 ,沒有鐵電效應(yīng)。2.6 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu) （特征,分類硅酸鹽晶體基本結(jié)構(gòu)單元是【SiO4】四面體。硅酸鹽晶體各種結(jié)構(gòu)的共

7、同特點 （4條 58頁硅酸鹽晶體分類 ：根據(jù)硅氧比分類 （58頁表 2.13島狀結(jié)構(gòu) ：鎂橄欖石 （結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系組群狀 ：橋氧（概念,綠寶石結(jié)構(gòu)鏈狀：單鏈,雙鏈層狀:單網(wǎng)層 ,復網(wǎng)層 ,水鎂（鋁石層滑石:沿C軸方向的復網(wǎng)層，兩個硅氧層夾一層水鎂石層，三八面體。結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 的關(guān)系:層內(nèi)電價飽和 ,層間通過分子間力結(jié)合 ,有解理。蒙脫石:復網(wǎng)層，結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系:C軸長度隨含水量而變化第三章晶體結(jié)構(gòu)缺陷3.1 結(jié)構(gòu)缺陷類型缺陷（概念:晶體點陣結(jié)構(gòu)中周期性勢場的畸變按照幾何形態(tài)分類 :點,線,面,體點缺陷包括 :空位,間隙,雜質(zhì),色心線缺陷有 :位錯面缺陷有 : 晶界 ,表面按照缺陷產(chǎn)生原

8、因分類 :熱缺陷（本征缺陷 ,雜質(zhì)缺陷和非化學計量缺陷 （非本征 缺陷熱缺陷分為弗倫克爾缺陷和肖特基缺陷 （理解圖 3.2（弗倫克爾缺陷的特征是空 位和間隙質(zhì)點成對出現(xiàn) ,肖特基缺陷特征是正負離子空位成對出現(xiàn)。3.2 點缺陷（本節(jié)略 ,重點為缺陷反應(yīng)方程式的書寫以及缺陷濃度的計算符號,書寫原則 ,98頁下面的兩個基本規(guī)律熱缺陷濃度的計算 :熱力學方法 ,化學平衡方法3.5 固溶體固溶體（概念分類:根據(jù)位置分為置置換型固溶體 ,間隙型固溶體根據(jù)固溶度分為有限固溶體 （不連續(xù)固溶體 ,無限固溶體 （連續(xù)固溶體形成置換固溶體的條件 （4 條形成間隙型固溶體的條件為什么間隙固溶體不能是連續(xù)固溶體 （1

9、49 頁最下面會寫方程式理論密度計算 ,化學式的確定3.6 非化學計量化學物 （要仔細看課本 ,理解四種類型不再贅述 ,關(guān)鍵是要導出方程式 ,得出空位濃度 ,電子濃度與氧壓力和溫度的關(guān)系，并說明其與密度，導電性的關(guān)系。另外注意N型半導體與P型半導體第四章非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)4.2 熔體的性質(zhì)1、粘度 :概念,物理意義影響因素 :對于硅酸鹽晶體而言 ,熔體中聚合陰離子團越大粘度越大 ,反之亦然。因此影響粘度的因素就是影響聚合陰離子團大小的因素 ,主要有溫度和添加劑。溫度對粘度的影響 :由于溫度升高 ,聚合陰離子團將解聚為較小的陰離子團 ,因此 溫度升高主要使粘度變小添加劑對粘度的影響 :通常堿金屬氧

10、化物的加入使粘度變小 （需要理解并能夠用 自己的話詳細說明二價金屬氧化物有兩重性 ,但主要使粘度降低。 （需要理解并能夠用自己的話詳 細說明高價金屬氧化物使粘度增大 （需要理解并能夠用自己的話詳細說明硼反?，F(xiàn)象 （重點 :由于硼離子配位數(shù)變化引起性能曲線上出現(xiàn)轉(zhuǎn)折的現(xiàn)象。當 三氧化二鵬含量較少時使粘度增加 ,當三氧化二鵬含量較多時使粘度下降 （需要理解 并能夠用自己的話詳細說明2、表面張力 :概念 ,物理意義 ,表面能影響因素:溫度:溫度升高,質(zhì)點熱運動增加 ,體積膨脹,相互作用松弛 ,表面張力降 低。添加物:首先需要理解并能夠用自己的話詳細說明硅酸鹽溶體的表面張力隨硅氧比的變化而變化的規(guī)律及

11、原因 （178 頁第三段 ,再說明各種氧化物加入對表面張力的影響4.3 玻璃的形成熱力學條件 :玻璃太與晶態(tài)的 G 相差越小越容易形成玻璃動力學條件 :成核 生長速度相差越大 ,越容易形成玻璃結(jié)晶化學條件 :復合陰離子團越大越容易形成玻璃 ,排列越不規(guī)則越復雜越容易 形成玻璃形成體中間體改變體具有離子鍵或金屬鍵向共價鍵過度的混合鍵型則容易形成玻璃第五章表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)5.1 固體表面及其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生表面現(xiàn)象的根本原因 :材料表面質(zhì)點排列不同于材料內(nèi)部 ,材料表面處于高 能量狀態(tài)。弛豫：概念，畫圖說明，舉例（NaCI單晶重構(gòu):概念,畫圖說明 ,舉例（硅 111面劈裂后的表面固體的表面張力與表面自由能

12、:概念 ,與液體表面張力和表面自由能的區(qū)別 (5.1.1.4表面力場固體表面結(jié)構(gòu) :晶體表面結(jié)構(gòu) （雙電層得形成過程 212 頁第三段及圖 5.65.3 潤濕與黏附1、潤濕 :是一種流體從固體表面置換另一種流體的過程分類:沾濕,浸濕,鋪展三種行為自發(fā)進行的熱力學條件 :公式 5.36 5.37 5.38 5.39 5.402、接觸角與 YOUNG 方程YOUNG 方程的推導 ,公式 5.43三種行為的接觸角判據(jù) :將方程帶入公式 5.36 5.37 5.38 5.39 5.40得出公式 5.45 5.46 5.473、表面粗糙度的影響 :226 頁最下面一段的結(jié)論4、黏附及其化學條件黏附的概念

13、良好的黏附的表面化學條件 :230頁四條 ,另外 231 頁三條第六章相圖 （必考三元系統(tǒng)相圖 （每年必考一個大題規(guī)則 :298頁等含量規(guī)則 ,等比例規(guī)則 ,背向線規(guī)則301頁重心規(guī)則306頁小二的杠桿規(guī)則306頁倒數(shù)二段一致熔融化合物的判斷307 頁第三段溫度下降方向的判斷 ,最下面結(jié)晶結(jié)束點的判斷308 頁第一段劃分副三角形規(guī)則 ,倒數(shù)第二段不一致熔融化合物的判斷309 頁界限性質(zhì)的判斷及方程 ,最下面無變量點性質(zhì)的判斷310頁第一段和第二段仔細看311頁熔體 2 和熔體 3的結(jié)晶過程仔細看 ,涉及到折線和穿相區(qū)兩種情況312頁規(guī)律三條314 315頁過度點以及化合物穩(wěn)定性的判斷316頁多

14、晶轉(zhuǎn)變點多做題,熟能生巧第七章擴散7.1 菲克定律 （重點第一定律的推導 （會畫模型 ,微觀表達式穩(wěn)態(tài)擴散 ,非穩(wěn)態(tài)擴散第二定律的推導376 頁第一第二定律的內(nèi)在聯(lián)系 （最后一句話7.5 多元系統(tǒng)的擴散克肯達耳效應(yīng) 7.5.2（重點7.6 影響擴散的因素外在因素 :溫度雜質(zhì)氣氛固溶體類型內(nèi)在因素 :擴散物質(zhì)性質(zhì)的影響 ,擴散介質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響 ,位錯晶界表面的影響第八章相變8.1 相變概述1、相變分類按照熱力學分類 :按照化學位偏導數(shù)的連續(xù)性分為一級相變 ,二級相變一級 :兩相化學位相等 ,但化學位一階偏導數(shù)不相等 ,反應(yīng)在宏觀性質(zhì)上 ,熱焓突 變 ,熱效應(yīng)較大 ,體積膨脹或收縮二級 :兩相化學位

15、相等 ,化學位一階偏導數(shù)相等 ,但化學位二階偏導數(shù)不相等。表 現(xiàn)在宏觀性質(zhì)上 ,熱容 ,壓縮系數(shù)和體膨脹系數(shù)發(fā)生變化 ,而體積及熱效應(yīng)沒有實變。按照相變機理 =分為成核生長相變 ,連續(xù)性相變 ,有序無序相變和馬氏體相變2、相變的條件 （重點溫度條件 :推導,結(jié)論（418頁倒數(shù)第二段壓力濃度條件綜上所述:相變要自發(fā)進行 ,系統(tǒng)必須過冷 （過熱或者過飽和8.2 成核生長相變包括成核和生長兩個過程1、核化速率8.2.1.1 均態(tài)核化速率 :均態(tài)核化速率勢壘的推導 （420和 421頁,核化速率的最終 表達式（公式 8.19和 8.20并由此分析均態(tài)核化速率與溫度的關(guān)系 （先升后降非均態(tài)核化速率 （了

16、解、8.2.2 生長速率 （通常用線生長速率表示 :分析溫度不同時速率隨溫度的變化 （424 及 425 頁仔細閱讀圖 8.98.2.4影響結(jié)晶速率的因素第九章固態(tài)反應(yīng)9.1 概論1、固態(tài)反應(yīng)概念 :固體直接參與反應(yīng)并起化學變化 ,同時至少在固體內(nèi)部或外 部的一個過程中起控制作用的反應(yīng)2、固態(tài)反應(yīng)的特征 :一般包括相界面上的化學反應(yīng)和固相內(nèi)的物質(zhì)遷移兩個過 程,通常需要在高溫下進行9.3 反應(yīng)動力學9.3.1 一般動力學關(guān)系 :固態(tài)反應(yīng)通常由若干簡單的物理化學過程構(gòu)成 ,整個過程 速度由其中最慢的一環(huán)控制化學動力學、擴散動力學、過渡范圍的概念 ,意義公式 9.219.3.3 擴散動力學范圍 （

17、重點拋物線方程 :推導,表達式,圖 9.9模型楊德方程:假設(shè),推導,表達式,圖 9.11,計算金氏方程：假設(shè)，與楊德方程的假設(shè)不同之處，表達式，計算 9.5 影響因素 理解） 反應(yīng)物化學組成 反應(yīng)物顆粒及均勻性 溫度 壓力與氣氛 反應(yīng)物活性 第十章 燒結(jié) 10.1 概述 燒結(jié)： 燒結(jié)過程是經(jīng)過成型的固體粉狀顆粒在加熱到低于熔點溫 度的溫度下， 產(chǎn)生顆粒粘結(jié)， 通過物質(zhì)傳遞，使成型體逐漸變成具有一定幾何形2、狀和性能的整體的過程 10.2 燒結(jié)過程及機理 1、過程：表 10.1（重點，背?。?燒結(jié)推動力：系統(tǒng)表面能的降低 3、機理：黏附，傳質(zhì) 黏附作用是燒結(jié)初始階段，導致粉體顆粒間鍵合、靠攏、重

18、排，并開始形成接觸區(qū)的一 個重要原因 傳質(zhì)包括 流動傳質(zhì)，擴散傳質(zhì)，氣相傳質(zhì)，溶解沉淀傳質(zhì) 10.4 再結(jié)晶和晶粒長大 燒結(jié)過程 中，高溫下同時進行兩個過程：在結(jié)晶和晶粒長大，尤其是在燒結(jié)后期1、 初次再 結(jié)晶：是指從塑性變形的、具有應(yīng)變的基質(zhì)中，生長出新的無應(yīng)變晶粒的成核和 長大過程 推動力：基質(zhì)塑性變形增加的能量 2、晶粒長大（正常長大） ：燒結(jié) 中、后期細小晶粒逐漸長大，是晶界移動的結(jié)果，其結(jié)果是 平均晶粒尺寸增加。 推動力：晶界過剩的自由能 3、二次再結(jié)晶（晶粒異常長大） ：是胚體中個別大晶 粒的異常長大，其結(jié)果是個別晶粒異常 長大，這是區(qū)別與正常晶粒長大的。推動 力仍然是晶界過剩的自由能。 危害：二次再結(jié)晶發(fā)生后，由于個別晶粒異常長