材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)第二章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)名詞解釋?zhuān)喝∠蛄Α⒄T導(dǎo)力、色散力、費(fèi)米能級(jí)、置換固溶體、間隙固溶體、肖脫基缺陷、弗侖克爾缺陷、穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散、擴(kuò)散通量、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、結(jié)構(gòu)弛豫、自由度、泡利不相容原理、洪特規(guī)則原子中電子的空間位置和能量1、電子的統(tǒng)計(jì)形態(tài)法描述四個(gè)量子數(shù)n,第一量子數(shù)n:決定體系的能量1,第二量子數(shù)1:決定體系角動(dòng)量和電子幾率分布的空間對(duì)稱(chēng)性mi,第三量子數(shù) mi:決定體系角動(dòng)量在磁場(chǎng)方向的分量ms,第四量子數(shù) ms：決定電子自旋的方向+1/2, -1/22、電子分布遵從的基本原理：(1)泡利不相容原理：在一個(gè)原子中不可能有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的兩個(gè)電子，即同一原子中，最

2、多只能有兩個(gè)電子處于同樣能量狀態(tài)的軌道上，且自旋方向必定相反。n=1時(shí)最多容納2個(gè)電子n=2時(shí)最多容納8個(gè)電子主量子數(shù)為n的殼層中最多容納 2n2個(gè)電子。(2)能量最低原理：原子核外的電子是按能級(jí)高低而分層分布，在同一電子層中電子的能級(jí)依s、p、d、f的次序增大。(3)洪特規(guī)則：簡(jiǎn)并軌道(相同能量的軌道)上分布的電子盡可能分占不同的軌道，且自旋方向相同。結(jié)合方式基本結(jié)合：離子鍵、金屬鍵、共價(jià)鍵化學(xué)鍵合派生結(jié)合：分子間作用力、氫鍵物理鍵合基本結(jié)合:1.離子鍵合離子鍵：原子核釋放最外層電子變成的正離子與接收其放出電子而變成的負(fù)離子相互之間的吸引作用（庫(kù)侖引力）所形成的一種結(jié)合。典型的離子化合物有N

3、aCl、MgCl2等。特點(diǎn)：電子束縛在離子中； 正負(fù)離子吸引，達(dá)到靜電平衡，電場(chǎng)引力無(wú)方向性和飽和性-產(chǎn)生密堆積，取決于正負(fù)離子的電荷數(shù)和正負(fù)離子的相對(duì)大小。構(gòu)成三維整體-晶體結(jié)構(gòu)； 在溶液中離解成離子。2 .共價(jià)鍵合共價(jià)鍵：兩個(gè)原子共享最外層電子的鍵合。典型的例子有H2、02、F2、SiC等。特點(diǎn)： 兩個(gè)原子共享最外層電子對(duì)； 兩原子相應(yīng)軌道上的電子各有一個(gè)，自旋方向必須相反； 有飽和性和方向性，電子云最大重疊，一共價(jià)鍵僅兩個(gè)電子。3 .金屬鍵合金屬鍵：金屬原子通過(guò)游離電子用庫(kù)侖引力將原子結(jié)合到一起的鍵合。即各原子都貢獻(xiàn)出其價(jià)電子而變成外層為八電子的金屬正離子，所貢獻(xiàn)出來(lái)的價(jià)電子為所有金屬原

4、子（正離子）所共用，金屬晶體的結(jié)合力就是價(jià)電子集體（自由電子氣）與金屬正離子間的靜電引力。特點(diǎn)： 由正離子排列成有序晶格； 各原子最外層電子釋放，在晶格中隨機(jī)、自由、無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，無(wú)方向性； 原子最外層有空軌道或未配對(duì)電子，既容易得到電子，又容易失去電子；價(jià)電子不是緊密結(jié)合在離子芯上，鍵能低，具有范性形變4 .混合鍵合在某些化合物中，存在著既有離子鍵合又有共價(jià)鍵合，即介于離子鍵和共價(jià)鍵之間的混合鍵。如氯化氫。電負(fù)性：元素的原子在化合物中把電子引向自己的能力，（表示吸引電子的能力）同一周期 左一一右 電負(fù)性增高同一族上 一一 下電負(fù)性降低電負(fù)性對(duì)化學(xué)鍵的影響：同種原子間無(wú)影響異種原子相互作用時(shí)：兩

5、元素電負(fù)性相差較大：非金屬一非金屬 成極性共價(jià)鍵電負(fù)性相差很大：金屬一非金屬成離子鍵派生結(jié)合物理鍵合的作用力也是庫(kù)侖引力，但在鍵合過(guò)程中不存在電子的交換，是電子在其原子或分子中的分布受到外界條件的影響產(chǎn)生分布不均勻而引起原子或分子的極性結(jié)合。物理鍵合的大小直接影響物質(zhì)的許多物理性質(zhì)，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度、表面吸附等。包括分子間作用力、氫鍵等。1、分子間作用力分子（或電中性原子）間的結(jié)合力，又稱(chēng)范氏力。特點(diǎn)：無(wú)方向性和飽和性；鍵能最小。按原因和特性可分為：取向力；誘導(dǎo)力；色散力分子間作用力A.取向力：極性分子永久偶極間靜電相互作用B.誘導(dǎo)力：被誘導(dǎo)的偶極與永久偶極間作用C.色散力：電中性原子與非

6、極性分子的瞬時(shí)偶極間的作用2、氫鍵質(zhì)子給予體（如 H）與強(qiáng)電負(fù)性原子 X（如O、N、F、Cl）結(jié)合再與另一強(qiáng)電負(fù)性原子 Y （質(zhì)子接受體）形成鍵的鍵合方式。特點(diǎn)a.有方向性，飽和性。b.分為分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵兩種。c.鍵能一般為幾到十幾千卡 /摩。形成氫鍵必須滿(mǎn)足的條件（1）分子中必須含氫（2）另一個(gè)元素必須是電負(fù)性很強(qiáng)的非金屬元素（F、O、N）。各種鍵型的比較一般說(shuō)來(lái)，化學(xué)鍵（離子，共價(jià)，金屬）最強(qiáng)，氫鍵次之，分子鍵最弱。（后兩者屬于物理鍵）2-4多原子體系電子的相互作用和穩(wěn)定性雜化軌道和分子軌道理論A、雜化軌道理論雜化：在一個(gè)原子中不同原子軌道的線(xiàn)性組合稱(chēng)為原子軌道的雜化。雜化軌道：雜

7、化后的原子軌道。雜化軌道理論：原子在化合中，受其他原子的作用，原來(lái)的狀態(tài)發(fā)生改變， 從而使能量相似、軌道類(lèi)型不同的原子軌道重新組合成新的雜化軌道，在組合過(guò)程中，軌道的數(shù)目不變，軌道在空間的分布方向和分布情況發(fā)生改變，軌道的能量狀態(tài)也改變。雜化的本質(zhì)：量子力學(xué)態(tài)疊加原理，一種數(shù)學(xué)方法，而不是物理過(guò)程。雜化：能級(jí)相近的單中心原子軌道的線(xiàn)形組合。雜化的目的：更有利于成鍵。雜化的動(dòng)力：受周?chē)拥挠绊?。雜化的規(guī)律：軌道數(shù)目守恒，空間取向改變；雜化軌道能與周?chē)有纬筛鼜?qiáng)的b鍵，或安s、p、d等成分相等，稱(chēng)為等性排孤對(duì)電子，而不會(huì)以空的雜化軌道存在。等性雜化軌道和不等性雜化軌道：雜化軌道中，參與雜化的

8、雜化軌道；如果不相等，稱(chēng)為不等性雜化軌道。B、分子軌道理論（1）分子中每個(gè)電子是在由各個(gè)原子核和其余電子組成的勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可用 分子軌道描述。（2）分子軌道 可近似地用能量相似的原子軌道組合得到。原子軌道通過(guò)線(xiàn)性組合成分子 軌道時(shí)，軌道數(shù)不變，軌道能量改變。（3）分子中的電子根據(jù)泡利不相容原理、能量最低原理和洪特規(guī)則增填在分子軌道上。組合成分子軌道的條件1）能量相近2）軌道最大重疊3）對(duì)稱(chēng)性匹配能量低于原子軌道-成鍵軌道能量高于原子軌道-反鍵軌道能量等于原子軌道-非鍵軌道_1、（T軌道和（T鍵-頭碰頭”相對(duì)于分子中鍵軸呈圓柱形對(duì)稱(chēng)的分子軌道稱(chēng)為（T軌道。由兩個(gè)相同或不相同的原子軌道

9、沿軌道對(duì)稱(chēng)軸方向相互重疊而形成的共價(jià)鍵，叫做（T鍵。（T鍵是原子軌道沿軸方向重疊而形成的，具有較大的重疊程度，因此b鍵比較穩(wěn)定。b鍵能?chē)@對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)，而不影響鍵的強(qiáng)度以及鍵跟鍵之間的角度（鍵角）。2、 軌道和鍵-肩并肩”成鍵原子的未雜化 P軌道，通過(guò)平行、側(cè)面重疊而形成的共價(jià)鍵，叫做 兀鍵。兀鍵是由兩個(gè)P軌道從側(cè)面重疊而形成的， 重疊程度比（T鍵小，所以兀鍵不如（T鍵穩(wěn)定。當(dāng)形成兀鍵的兩個(gè)原子以核間軸為軸作相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)減少P軌道的重疊程度，最后導(dǎo)致 兀鍵的斷裂。3、8軌道和8鍵-面對(duì)面”具有兩個(gè)通過(guò)分子軸對(duì)稱(chēng)節(jié)面的分子軌道稱(chēng)為8軌道。凡是一個(gè)原子的d軌道與另一個(gè)原子相匹配的 d軌道（例如dx

10、y與dxy）以面對(duì)面”的方式重 疊（通過(guò)鍵軸有兩個(gè)節(jié)面），所成的鍵就稱(chēng)為 8鍵。8軌道不能由s或p原子軌道組成。費(fèi)米能級(jí)費(fèi)米能級(jí)是金屬在絕對(duì)零度時(shí)電子的最高填充能級(jí)。金屬內(nèi)的電子因泡利不相容原理故而不能每一個(gè)電子都在最低的能級(jí)，因此便一個(gè)一個(gè)依序往高能級(jí)填直到最后一個(gè)填進(jìn)的那個(gè)能級(jí)即所謂費(fèi)米能級(jí)。T=0K （基態(tài)）時(shí)，最高的被電子充滿(mǎn)的能級(jí)能量為Ef, 占以下能級(jí)全滿(mǎn)，以上能級(jí)全空。T>0K時(shí)，某些電子受到激發(fā)，移到費(fèi)米能級(jí)以上的能級(jí)，達(dá)到平衡的分布。固體中的能帶能級(jí)分裂：n個(gè)同種原子接近時(shí)，相同的原子能級(jí)分裂成n個(gè)能量不同的能級(jí)（分子軌道）c能帶：由許多聚集在一起的原子的許多分子軌道組

11、成的近乎連續(xù)的能級(jí)帶。帶寬：能帶中最高能級(jí)與最低能級(jí)的能量差。其與原子數(shù)目無(wú)關(guān)，僅取決于原子間距，間距小，帶寬大。價(jià)帶：價(jià)電子能級(jí)展寬成的能帶。（可滿(mǎn)可不滿(mǎn)）滿(mǎn)帶：添滿(mǎn)電子的價(jià)帶。空帶：價(jià)電子能級(jí)以上的空能級(jí)展寬成的能帶。導(dǎo)帶：0K時(shí)最低的可接受被激發(fā)電子的空帶。禁帶：兩分離能帶間的能量間隔，又稱(chēng)為能隙 （Eg）能帶理論是研究固體中電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種近似理論。固體由原子組成，原子又包括原子實(shí)和最外層電子，它們均處于不斷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中。 為使問(wèn)題簡(jiǎn)化，首先假定固體中的原子實(shí)固定不動(dòng)，并按一定規(guī)律作周期性排列，然后進(jìn)一步認(rèn)為每個(gè)電子都是在固定的原子實(shí)周期勢(shì) 場(chǎng)及其他電子的平均勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，這就把整個(gè)問(wèn)

12、題簡(jiǎn)化成單電子問(wèn)題。能帶理論就屬這種單電子近似理論能帶理論的應(yīng)用-導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體導(dǎo)體具有很好的導(dǎo)電性， 能帶分為兩種類(lèi)型， 一種是價(jià)帶沒(méi)有填滿(mǎn)， 因此在很小的外電 場(chǎng)作用下最高的被填充能級(jí) （費(fèi)米能級(jí)）上的電子就能躍遷到相鄰的空能級(jí)上， 從而其下層 能級(jí)上的電子又能躍遷到上一層， 從而形成定向電流。另一種是價(jià)帶和導(dǎo)帶重疊， 沒(méi)有能隙， 因而在外電場(chǎng)作用下電子能填入導(dǎo)帶。半導(dǎo)體具有一定的導(dǎo)電性，其能帶分為三種類(lèi)型：（1） Eg常小，熱激活就足以使價(jià)帶中費(fèi)米能級(jí)上的電子躍遷到導(dǎo)帶底部，同時(shí)在 價(jià)帶中留下“電子空穴”。在外電場(chǎng)作用下，導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的電子空穴都可以向相 鄰的能級(jí)遷移，形成

13、導(dǎo)電，此類(lèi)為本征半導(dǎo)體。（2） Eg比較小，在基體中有少量的高價(jià)雜質(zhì)，在能隙中存在著由高價(jià)雜質(zhì)元素產(chǎn)生的新能級(jí)。熱激活中電子從雜質(zhì)能級(jí)躍遷到導(dǎo)帶底部，從而形成導(dǎo)電電流，此稱(chēng)為 N型半導(dǎo) 體。（3） Eg比較小，在基體中有少量的低價(jià)雜質(zhì)，在價(jià)帶附近形成摻雜的能級(jí)，熱激活使價(jià)帶中費(fèi)米能級(jí)上的電子躍遷到雜質(zhì)能級(jí)，從而在價(jià)帶中留下電子空穴， 在外電場(chǎng)作用下，通過(guò)價(jià)帶中的電子空穴的遷移產(chǎn)生電流，這類(lèi)半導(dǎo)體稱(chēng)為P型半導(dǎo)體。絕緣體的各外層軌道都被電子充滿(mǎn)，使晶體中相應(yīng)的能帶填滿(mǎn)， 而且能帶與能帶之間的能隙較大，電子需要很大的能量才能從價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，因此導(dǎo)電性很差。2-5固體中的原子有序結(jié)晶與晶體1、結(jié)晶特

14、性? 晶體：原子（團(tuán)）沿三維空間呈周期性長(zhǎng)程有序排列的固體物質(zhì)（金屬、大多陶瓷及一些聚合物）。? 非晶體：原子（團(tuán)）無(wú)周期性長(zhǎng)程有序排列的物質(zhì) （包括氣體、液體和部分固體 ）。? 結(jié)晶：形成晶體的過(guò)程。晶體的性質(zhì)- 具有確定的熔點(diǎn)- 能自發(fā)形成規(guī)則的多面體外形- 穩(wěn)定性（晶體的化學(xué)成分處于熱力學(xué)的能量最低狀態(tài)）- 各向異性（不同的方向具有不同的物理性質(zhì)）- 均勻性（晶體各部分的宏觀性質(zhì)相同）晶體是一種均勻而各向異性的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性固體1、晶體的對(duì)稱(chēng)元素2、點(diǎn)陣? 點(diǎn)陣：晶體結(jié)構(gòu)的微觀特征。? 某種結(jié)構(gòu)單元（基元）在三維空間作周期性規(guī)則排列。? 基元：原子、分子、離子或原子團(tuán)（組成、位形、取向均同）

15、3、晶胞、晶系和空間點(diǎn)陣型式晶胞：代表晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本重復(fù)單位。晶胞一定是一個(gè)平行六面體，但三條邊的長(zhǎng)度不一定相等，也不一定互相垂直。晶胞的基本要素：A.大小和形狀B.各原子坐標(biāo)位置晶軸上晶胞三個(gè)邊的長(zhǎng)度a, b, c和其夾角, 稱(chēng)為晶格常數(shù) 。4、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)A、晶向指數(shù)晶向：原點(diǎn)出發(fā)通過(guò)某點(diǎn)的射線(xiàn)（或通過(guò)若干結(jié)點(diǎn)的直線(xiàn)方向）。晶向指數(shù)：晶胞各軸上投影的最低整數(shù)（可以是負(fù)值）。u v w表示晶向，其中u v w即晶向指數(shù)。一個(gè)晶向代表了一系列相互平行的陣點(diǎn)構(gòu)成的直線(xiàn)。晶體中同一晶向的陣點(diǎn)直線(xiàn)系列稱(chēng)為晶列。u v w表示晶向族，代表原子密度相同的所有晶向（與對(duì)稱(chēng)性相聯(lián)系的原子排列相同但

16、空間位向不同）。B、晶面指數(shù)晶面：晶體內(nèi)的陣點(diǎn)（組成的）平面。晶面組：晶體所有陣點(diǎn)被劃成平行等距的一組晶面。C、晶面族某晶面的晶面指數(shù)乘以-1后所表示的一組晶面仍與其平行，共為一晶面組，也用（h k l）表示。晶面族用h k l表示，代表原子排列相同（晶面方位不同）的所有晶面，即同一晶體結(jié)構(gòu)中相互平行的晶面以及空間方位雖不同但原子排列情況相同的晶面都屬于同一晶面族。5、晶面間距? 晶面組中最近兩晶面間的距離叫晶面間距。? 晶面指數(shù)低，面上具有較高的原子密度，間距大、作用力弱。? 使用X射線(xiàn)衍射結(jié)果，通過(guò)布拉格定律，可測(cè)定晶面間距：n = 2dsin = MH P（光 程差）n = 1, 2,

17、3,為衍射級(jí)數(shù)；為波長(zhǎng)；為衍射角掌握如何在晶胞中畫(huà)出晶向、晶面，或給定晶向或晶面，寫(xiě)出晶向指數(shù)或晶面指數(shù)。金屬在固態(tài)時(shí)一般都是晶體。以金屬鍵結(jié)合，且無(wú)方向性。金屬結(jié)構(gòu)配位數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊密，原子呈圓球狀密堆積。常見(jiàn)的金屬結(jié)構(gòu)有：體心立方、面心立方、密排六方體心立方bcc、面心立方fcc和密排立方hcp各自的點(diǎn)陣常數(shù)、最近的原子間距、晶胞中的原子數(shù)、配位數(shù)、致密度各是多少（p52表2-15）體心立方和面心立方的四面體間隙和八面體間隙位置、數(shù)量、大小。（P54表2-16）2、離子晶體由離子鍵結(jié)合，無(wú)方向性和飽和性。正離子周?chē)湮欢鄠€(gè)負(fù)離子，離子的堆積受鄰近質(zhì)點(diǎn)異號(hào)電荷及化學(xué)量比限制。堆積形式?jīng)Q定于正負(fù)

18、離子的電荷數(shù)和相對(duì)大小。硬度高、強(qiáng)度大、熔沸點(diǎn)高、膨脹系數(shù)小由于電子少，多為絕緣體；不易吸收可見(jiàn)光，多為無(wú)色透明3、共價(jià)晶體由共價(jià)鍵結(jié)合，存在方向性和飽和性。配位數(shù)和方向受限制（配位須成鍵）多由非金屬元素組成（IV-VIA族）N族元素共價(jià)晶體的配位數(shù)為（8-N）。強(qiáng)度高、硬度高、脆性大、熔點(diǎn)高、沸點(diǎn)高、揮發(fā)性低、結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定、導(dǎo)電能力較差。4、分子晶體 組元為分子；以范氏力和氫鍵結(jié)合。若僅有范氏力：無(wú)方向性、飽和性，趨于密堆。常還受分子非球性及永久偶極相互作用影響。有氫鍵時(shí)：有方向性、飽和性，堆積密度低。5、多晶型：一化合物有兩種以上的晶型6、液晶熱致液晶：因溫度變化（熱）導(dǎo)致液晶相出現(xiàn)的物質(zhì)

19、純化合物或均勻混合物。溶致液晶：在一定溶劑作用下，出現(xiàn)液晶相的物質(zhì)。固溶體置換固溶體：晶體中的一種原子（離子）被其他原子（離子）替換后所形成的固溶體。影響置換固溶體的因素： 離子大小、鍵的性質(zhì)或極化的影響、 晶體結(jié)構(gòu)型和晶胞的大小、電 價(jià)的影響。間隙固溶體：若所加的原子比較小， 它們能進(jìn)入晶格的間隙位置內(nèi)，形成的固溶體稱(chēng)間隙型固溶體。晶體結(jié)構(gòu)缺陷按照缺陷區(qū)相對(duì)晶體的大小，晶體缺陷可分為：點(diǎn)缺陷、線(xiàn)缺陷、面缺陷、提缺陷。點(diǎn)缺陷包括空位和間隙原子，如果只形成空位而不形成等量的間隙原子，這樣形成的缺陷稱(chēng)為肖脫基缺陷。如果同時(shí)形成等量的空位和間隙原子，則所形成的缺陷稱(chēng)為弗侖克爾缺陷。線(xiàn)缺陷（位錯(cuò)）：棱

20、位錯(cuò)（刃位錯(cuò)）和螺旋位錯(cuò)。柏格斯矢量：為了表明位錯(cuò)存在時(shí)， 晶體一側(cè)的質(zhì)點(diǎn)相對(duì)另一側(cè)質(zhì)點(diǎn)的位移， 用一個(gè)柏格斯 矢量b表示。它是指該位錯(cuò)的單位滑移距離。 刃位錯(cuò)的方向和柏格斯矢量相互垂直， 其滑移 運(yùn)動(dòng)方向與柏格斯矢量平行； 螺旋位錯(cuò)的方向與柏格斯矢量相互逆向平行， 其滑移運(yùn)動(dòng)方向 與柏格斯矢量方向垂直。位錯(cuò)的滑移和爬移：位錯(cuò)的滑移是沿著滑移面的移動(dòng)。位錯(cuò)的爬移是位錯(cuò)線(xiàn)垂直滑移面的移動(dòng)，只有刃位錯(cuò)才會(huì)出現(xiàn)爬移。面缺陷：晶界、亞晶界擴(kuò)散穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：擴(kuò)散物質(zhì)的濃度分布不隨時(shí)間變化，稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散用Fick第一定律描述。J<=-DAC/Axo擴(kuò)散通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于給定方向的單位面

21、積的凈原子數(shù)稱(chēng)為擴(kuò)散通量。根據(jù)Fick第一定律，物質(zhì)遷移方向與濃度梯度的方向相反。穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散中通量正比于濃度梯度和擴(kuò)散系數(shù)。固體中的轉(zhuǎn)變1、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：改變溫度或壓力等條件， 可使固體從一種晶體結(jié)構(gòu)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。2、結(jié)構(gòu)弛豫：在外界因素影響下，一個(gè)偏離了原來(lái)平衡態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)的體系回復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的過(guò)程。相圖自由度：在相平衡系統(tǒng)中可以獨(dú)立改變的變量（如溫度、壓力或組分的濃度等），稱(chēng)為自由度。相律：一般情況下，只考慮溫度和壓力對(duì)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)的影響，則相律可以表示為：F=C-P+2凝聚系統(tǒng)的相律表示為：F=C-P+1o杠桿法則的使用。勻晶：固態(tài)、液態(tài)均能完全互溶，認(rèn)識(shí)勻

22、晶相圖。共晶：液態(tài)無(wú)限互溶，固態(tài)有限互溶或完全不溶，且發(fā)生共晶反應(yīng)。認(rèn)識(shí)共晶相圖。給出一張相圖能認(rèn)識(shí)重要的點(diǎn)、線(xiàn)、相區(qū)，會(huì)根據(jù)杠桿法則計(jì)算兩相區(qū)的比例。固體物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)潤(rùn)濕過(guò)程可分三類(lèi)：沾濕、浸濕、鋪展。沾濕是指液體與固體從不接觸到接觸，變液氣界面和固氣界面為固液界面的過(guò)程。此過(guò)程中體系自由能降低值（-AG）為:-46= sg + lg - sL=Wa （粘附功）（Wa>0為天然過(guò)程）浸潤(rùn)是指固體浸入液體中的過(guò)程，此過(guò)程的實(shí)質(zhì)是固氣界面為固液界面所替代。SG -SL=Wi （Wi>0為天然過(guò)程）鋪展：以固液界面替代氣固界面的同時(shí)還擴(kuò)展了氣液界面。此過(guò)程自由能降低值 （-4G）為:

23、- G= SG - LG - SL =S （ S> 0說(shuō)明液體可以在固體表面上自動(dòng)展開(kāi)。）同一體系：Wa > Wi > S液體表面張力的影響：沾濕：LG越大，有利（Wa=A+Ylg）浸濕：LG無(wú)影響（Wi=A>0）鋪展：LG越小，有利（S=A-y 1g）接觸角與潤(rùn)濕方程：SG - SL =LG cos接觸角的判定:<90 : 潤(rùn)濕；>90:不潤(rùn)濕第三章材料組成與結(jié)構(gòu)名詞解釋電子化合物、電子濃度、間隙化合物、鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體、馬氏體、再結(jié)晶、膠凝材料、構(gòu)造、構(gòu)象、構(gòu)型、內(nèi)聚能、內(nèi)聚能密度、熱塑性、熱固性、殘余應(yīng)力、形變織構(gòu)、分子取向、晶粒

24、取向金屬材料的組成和結(jié)構(gòu)金屬最常見(jiàn)的的三種晶體結(jié)構(gòu)：體心立方、面心立方、密排六方。體心立方結(jié)構(gòu)具有較高強(qiáng)度、硬度和熔點(diǎn)但塑性和韌性差；面心立方 具有良好塑性和韌性，密堆六方 強(qiáng)度低，塑性和韌性差。合金的相結(jié)構(gòu)：正常價(jià)化合物：金屬元素和周期表中IV A、VA、V! A族是一些元素形成的化合物，組元之間 原子價(jià)符合化學(xué)上的化合價(jià)的規(guī)律，把這類(lèi)化合物稱(chēng)為正常價(jià)化合物。電子化合物：可以用一定分子式表示，但組元間不符合化學(xué)價(jià)的規(guī)律，而是按照一定的電子濃度比值形成一定晶格類(lèi)型的化合物。電子濃度是指化合物中的價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)之比，即電子濃度=價(jià)電子數(shù)/原子數(shù)。間隙化合物：當(dāng)過(guò)渡金屬與原子半徑很小的非金屬形成

25、穩(wěn)定性較高的化合物，其組元之間原子半徑之比大于時(shí)，就形成具有復(fù)雜晶格的間隙化合物。鐵碳合金(1) 碳合金的基本組織 鐵素體(F)碳溶解在 鐵中的固溶體，C% % (727C),硬度和強(qiáng)度低，但塑性和韌性好。(2) 奧氏體(A) 碳溶解在 鐵中的固溶體，C% 2% (1148C)塑性和可鍛性好，無(wú)磁性。(3) 滲碳體(FeC)鐵和碳以化合物形態(tài)出現(xiàn)的碳化鐵，熔點(diǎn)高。(4) 珠光體(P)鐵素體和滲碳體二者組成的混合物，(5) 萊氏體(Le)奧氏體和滲碳體的共晶混合物(機(jī)械混合)；(6) 馬氏體鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷(淬火)，得到碳在鐵中的過(guò)飽和固溶體。硬度很高。鐵碳合金相圖 m4.04.5 3

26、.0 SJt.O b.6f%+$3jI N<|3P 44)50 An TO K<1 W 1(H)掌握：10 個(gè)特征點(diǎn)(A,C,D,E,F,G, K,B,Q), 10 條特征線(xiàn)(HJB,AC,CD,AE,ECF,ES,GSJGSK,PQ)4個(gè)單相區(qū)(液相區(qū)、奧氏體相區(qū)、鐵素體相區(qū)、滲碳體相區(qū)),5 個(gè)兩相區(qū)(L+A、L+FsCl、F+A,A+ FesClI , & + FeC)分類(lèi)名稱(chēng)碳含量(Wc, %)室溫組織工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵<F亞共析鋼非合金鋼共析鋼過(guò)共析鋼白口鑄鐵亞共晶白口鐵P+Ld+FeCn共晶白口鐵Ld過(guò)共白口鐵Ld+FesCl掌握各種非合金鋼和白口鑄鐵的相圖

27、，了解在不同溫度下的組織結(jié)構(gòu)。掌握共晶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變和包晶轉(zhuǎn)變。非合金鋼和鑄鐵的區(qū)別是有沒(méi)有萊氏體組織。非晶態(tài)合金TTT曲線(xiàn)(Time,Temperature,Transition ) :TTT曲線(xiàn)右側(cè)是結(jié)晶態(tài)區(qū)，左側(cè)是非晶態(tài)區(qū)。非晶態(tài)合金主要特點(diǎn)：高硬度和強(qiáng)度，延伸率低但不脆，很好的軟磁性和優(yōu)越耐腐蝕性。金屬的再結(jié)晶再結(jié)晶：是指當(dāng)變形金屬加熱到較高溫度，原子的活動(dòng)能力增大，具顯微組織會(huì) 發(fā)生明顯的變化，由破碎的晶粒變成完整的晶粒；由拉長(zhǎng)的晶粒變成等軸晶粒。這個(gè)過(guò)程也是一個(gè)新晶粒的成核和長(zhǎng)大的過(guò)程，同時(shí)使加工硬化與殘余應(yīng)力也完 全消除。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為再結(jié)晶。影響再結(jié)晶后晶粒大小的因素：再結(jié)晶溫度

28、越高， 保溫時(shí)間越長(zhǎng)，再結(jié)晶的晶粒越粗大。變形度<2%,晶粒度保持不變；變形度在2%-10%范圍，形成大晶粒；變形度 >10%,細(xì)晶粒。無(wú)機(jī)非金屬材料的組成與結(jié)構(gòu)ZnS鈣鈦礦、尖晶石晶體、單晶硅等的晶體結(jié)構(gòu)。掌握其晶體構(gòu)型、原子在晶格中的排列、原子配位數(shù)等。硅酸鹽的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是SiO44-四面體，排列方式有：島狀、環(huán)狀、鏈狀、層狀、架狀。掌握每種排列方式的橋氧的數(shù)目。玻璃態(tài)的物質(zhì)具有以下通性：(1)各項(xiàng)同性(2)熱力學(xué)介穩(wěn)性(3)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的漸變性(4)性質(zhì)變化的連續(xù)性與可逆性膠凝材料：凡能在物理、化學(xué)作用下，從漿體變成堅(jiān)硬固體，并能膠結(jié)其他物料，具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，統(tǒng)稱(chēng)為膠凝材料

29、。無(wú)機(jī)膠凝材料：水硬性膠凝材料一一能在空氣中硬化，也可以在水中硬化。氣硬性膠凝材料不能在水中硬化，只能在氣體介質(zhì)中硬化。陶瓷的顯微組織結(jié)構(gòu)包括：晶相、玻璃相、氣相。碳的同素異構(gòu)體：石墨、金剛石、富勒烯高分子材料的組成與結(jié)構(gòu)根據(jù)主鏈上原子的類(lèi)型，高分子鏈可以分成以下五類(lèi)：碳鏈高分子、雜鏈高分子、元素有機(jī)高分子、無(wú)機(jī)高分子、梯形和雙螺旋形高分子。高分子的近程結(jié)構(gòu)構(gòu)造是指鏈中原子的種類(lèi)和排列，取代基和端基的種類(lèi)，單體單元的排列順序，支鏈的類(lèi)型和長(zhǎng)度等等。構(gòu)型是指某原子的取代基在空間的排列。高分子鏈結(jié)構(gòu)單元的鍵合方式1、均聚物結(jié)構(gòu)單元鍵接順序：頭頭連接、頭尾連接、尾尾連接。2、共聚物的序列結(jié)構(gòu)：無(wú)規(guī)共

30、聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。高分子鏈的構(gòu)型1、根據(jù)旋光異構(gòu)單元的位置分為：全同立構(gòu)、間同立構(gòu)、無(wú)規(guī)立構(gòu)。2、幾何異構(gòu)：順?lè)唇惶妗㈨樂(lè)礋o(wú)序、全順、全反。高分子鏈的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)構(gòu)象：在分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的作用下，大分子鏈具有很大的柔曲性，可采取各種可能的形態(tài)，每種形態(tài)所對(duì)應(yīng)原子及鍵的空間排列稱(chēng)為構(gòu)象。影響高分子鏈柔性的主要因素高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)高分子分子間作用力包括范德華力和氫鍵，范德華力包括取向力、誘導(dǎo)力和色散力。內(nèi)聚能是指1mol分子聚集在一起的總能量，它等于使1mol的液體蒸發(fā)或1mol的固體升華，使原來(lái)聚集在一起的分子分開(kāi)到彼此不再相互作用的距離時(shí)所需要的總能量。U=AH氣化-RT。內(nèi)聚

31、能密度是單位體積的內(nèi)聚能。內(nèi)聚能密度在290J- cm-3以下時(shí)，分子間作用力較小，分子鏈比較柔順，容易變形，具有較好的彈性，通常作橡膠；內(nèi)聚能密度在300-400 J- cm-3之間者，分子鏈剛性大，可以用作塑料；內(nèi)聚能密度高于400 J- cm-3的高分子具有較高的結(jié)晶性和強(qiáng)度，一般作纖維。分子取向：高分子鏈或鏈段朝著一定的方向占優(yōu)勢(shì)排列的現(xiàn)象。晶粒取向：晶粒的某晶軸或某晶面朝著某個(gè)特定的方向或與某個(gè)特定的方向成一個(gè)恒定的夾角或平行于某個(gè)特定的平面占優(yōu)勢(shì)排列的現(xiàn)象。聚合物分子鏈主要有兩種結(jié)晶構(gòu)象：平面鋸齒形和螺旋形 。聚合物結(jié)晶形態(tài)有：片晶、球晶、串晶等。熱塑性：受熱時(shí)會(huì)軟化，冷卻時(shí)變硬，

32、再受熱又會(huì)軟化，這種軟化-變硬可以反復(fù)進(jìn)行的性能稱(chēng)為熱塑性。熱固性：受熱時(shí)會(huì)軟化，冷卻后變硬，再受熱則不會(huì)再軟化的性能稱(chēng)為熱固性。形變織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu)取向的組織。聚合物共混材料高分子相容劑理想的相容劑是含有兩種聚合物鏈段的共聚物，或含極性、非極性基團(tuán)的共聚物。如PP和PE共混，以乙丙橡膠作為相容劑；SBS嵌段共聚物。反應(yīng)性相容劑：如環(huán)氧基可與聚氨酯、尼龍、聚酯等高分子鏈上的基團(tuán)HO-、H2N-、HOOC-等發(fā)生反應(yīng)，從而改善聚合物的相容性。復(fù)合材料復(fù)合材料由連續(xù)基體相和分散增強(qiáng)相及界面相所構(gòu)成。1.復(fù)合材料的組成復(fù)合材料由基體和增強(qiáng)材料兩組元所組成。從相結(jié)構(gòu)上看，復(fù)

33、合材料包括基體相、增強(qiáng)相和界面相。.復(fù)合材料的特性a.可設(shè)計(jì)性b.構(gòu)件復(fù)合與成型一次性完成，整體性好c.性能分散性大，性能對(duì)工藝工程及工藝參數(shù)甚至一些偶然性因素都十分敏感，難以精確控制結(jié)構(gòu)和性能d.復(fù)合效應(yīng)（多種復(fù)合效應(yīng)）復(fù)合材料的性能特點(diǎn)? 比強(qiáng)度、比模量大? 破壞安全性高? 耐疲勞性好? 阻尼減震性好? 耐燒蝕性能好復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)? i）非單分子層，其組成、結(jié)構(gòu)形態(tài)、形貌十分復(fù)雜，形式多樣。界面區(qū)至少包括： 基體表面層、增強(qiáng)體表面層、基體/增強(qiáng)體界面層三個(gè)部分。? ii）具有一定厚度的界面相（層），其組成、結(jié)構(gòu)、性能隨厚度方向變化而變化，具有 “梯度”材料性能特征。? iii）界面的比

34、表面積或界面相的體積分?jǐn)?shù)很大（尤其是納米復(fù)合材料），界面效應(yīng)顯著。這是復(fù)合材料復(fù)合效應(yīng)產(chǎn)生的根源。? iv）界面缺陷形式多樣（包括殘余應(yīng)力），對(duì)復(fù)合材料性能影響十分敏感。界面上力的傳遞與殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力：在復(fù)合材料未受外力時(shí)，界面上仍存在應(yīng)力或應(yīng)力分布，即殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的來(lái)源：增強(qiáng)相與基體相熱膨脹系數(shù)不匹配。 相與相之間的彈性系數(shù)不匹配，相內(nèi)的應(yīng)力分布不均。 成型過(guò)程中，由高溫-室溫、化學(xué)和物理變化引起的各組元體積收縮的不同，如：基體固化、聚集態(tài)轉(zhuǎn)變、晶相轉(zhuǎn)變等。 層合板中鋪層方向不同帶來(lái)的層間殘余應(yīng)力（層合板白翹曲）。流變過(guò)程中，組元間的塑性變形差異引起的流變殘余應(yīng)力。復(fù)合材料界面的破壞

35、機(jī)制破壞的來(lái)源：基體內(nèi)、增強(qiáng)體內(nèi)和界面層上均存在微裂紋、氣孔及內(nèi)應(yīng)力，在力場(chǎng)或外界環(huán)境（如介質(zhì)、水）下，微裂紋和缺陷按本身的規(guī)律發(fā)展，并消散能量。破壞形式i）基體斷裂ii）纖維斷裂iii）纖維脫粘iv）纖維拔出（摩擦功）v）裂紋擴(kuò)展與偏轉(zhuǎn)復(fù)合材料的破壞機(jī)制則是上述5種基本破壞形式的組合與綜合體現(xiàn)的結(jié)果。復(fù)合材料的界面理論A浸潤(rùn)理論：解釋了增強(qiáng)體表面粗化、表面積增加有利于提高與基體樹(shù)脂界面結(jié)合力的事實(shí)。B化學(xué)鍵理論：成功之處：在偶聯(lián)劑應(yīng)用于玻璃纖維復(fù)合材料中得到很好應(yīng)用，也被界面研究的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。復(fù)合材料的界面處理（1）玻纖的表面處理有機(jī)硅烷類(lèi)偶聯(lián)劑有機(jī)酸氯化銘絡(luò)合物偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑的作用：在兩相界

36、面形成化學(xué)鍵，大幅度提高界面粘接強(qiáng)度改善了界面對(duì)應(yīng)力的傳遞效果提供了一個(gè)可塑界面層，可部分消除界面殘余應(yīng)力提供了一個(gè)防水層，保護(hù)了界面，阻止了脫粘和腐蝕的發(fā)生（2）碳纖維的表面處理碳纖維氧化處理后:能改善碳纖維表面與基體的浸潤(rùn)性、相容性 能在表面形成許多活性官能團(tuán)，這些官能團(tuán)能與樹(shù)脂基體形成化學(xué)鍵合非氧化處理，主要用于 C/C復(fù)合、CMC、MMC復(fù)合體系第四章材料的性能名詞解釋?zhuān)汗こ虘?yīng)力、真實(shí)應(yīng)力、蠕變、應(yīng)力松弛、比例極限、彈性極限、彈性比功、滑移、 攣生、韌脆轉(zhuǎn)變溫度、熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率、腐蝕、疲勞壽命、疲勞壽命曲線(xiàn)、磨損、 咬合磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、微動(dòng)磨損、氧指數(shù)材料的力學(xué)性能1、金屬等

37、晶體材料的模量取決于原子間的作用力，溫度升高，原子間距增大，原子間的結(jié) 合力減小，因此，金屬材料的彈性模量隨溫度升高而降低。對(duì)于單晶體而言，呈線(xiàn)性變化， 對(duì)于多晶體，只有在低溫下具有線(xiàn)性規(guī)律， 溫度較高時(shí)由于晶界的粘滯性，彈性模量會(huì)迅速下降。2、無(wú)機(jī)非金屬材料也存在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。在Tg以上，當(dāng)溫度升高時(shí)，陶瓷的彈性模量略有降低，但由于晶態(tài)的存在，降低不明顯；達(dá)到玻璃相的熔點(diǎn)時(shí)，模量降低；溫度繼續(xù)升 高，達(dá)到晶相的熔點(diǎn)，變成熔融狀態(tài)。3、非晶態(tài)高聚物的力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。結(jié)晶高聚物的結(jié)晶一般是不完整的，因此存在非晶部分，有玻璃化轉(zhuǎn)變。隨著溫度的升高，低結(jié)晶度的高聚物是否會(huì)出現(xiàn)

38、高彈態(tài)要看晶區(qū)的熔點(diǎn)Tm和非晶區(qū)的粘流溫度 Tf的高低。若TmvTf,則在Tm與Tf之間將出現(xiàn)高彈態(tài)。若 Tm> Tf,則當(dāng)晶區(qū)開(kāi)始熔融時(shí)，非晶區(qū)已 經(jīng)粘流了，則高聚物不出現(xiàn)高彈態(tài)。4、應(yīng)力和應(yīng)變應(yīng)力：?jiǎn)挝幻娣e上的內(nèi)力，其值與外加的力相等。簡(jiǎn)單拉伸：工程應(yīng)力應(yīng)變：受到外力不慣性移動(dòng)時(shí)，幾何形狀和尺寸的變化。=F / A0 單位 MPa,工程應(yīng)變 ()=(l -1 0 ) / l 0 = l / 10真實(shí)應(yīng)力T：t=F / At真實(shí)應(yīng)力：若面積為受力后的真實(shí)面積，則應(yīng)力稱(chēng)為真實(shí)應(yīng)力。真實(shí)應(yīng)變： 真=ln(l/l 0)工程應(yīng)力，也叫名義應(yīng)力。若面積為材料受力前的初始面積，則應(yīng)力稱(chēng)為名義應(yīng)力，

39、也叫工程應(yīng)力。工程應(yīng)力小于真實(shí)應(yīng)力T簡(jiǎn)單剪切：切應(yīng)變：=tan 0 ，切應(yīng)力： s( )= F / A 0均勻壓縮：壓縮應(yīng)變V = ( Vo - V ) / Vo = V/ V0扭轉(zhuǎn)：切應(yīng)變 =tg = d 0 / (2lo)100%5、彈性形變彈性形變的力學(xué)特點(diǎn)：小形變、可回復(fù)。Hooke定律 =E正彈性模量E= /切彈性模量G= /體積彈性模量K= 0/( V/V0)泊松比為縮短應(yīng)變與伸長(zhǎng)應(yīng)變的比值，u =- ey/e x轉(zhuǎn)化關(guān)系E=3G/1+G/3KK=E/3(1-2 u )E=2G(1 + u )E=3K(1-2u )金屬的模量值主要取決于A 晶體中原子的本性、電子結(jié)構(gòu)B原子的結(jié)合力、

40、C晶格類(lèi)型以及晶格常數(shù)等。D合金元素降低彈性模量。A原子鍵合的特點(diǎn)陶瓷材料具有較高模量、原因陶瓷材料模量較高的原因是由其原子鍵合的特點(diǎn)決定的。陶瓷材料原子鍵主要有離子鍵、共價(jià)鍵、以及離子鍵和共價(jià)鍵的混合鍵。離子鍵的原子靜電作用力大，因此實(shí)際可動(dòng)滑移系較少，因此模量較高。共價(jià)鍵有方向性，它使晶體擁有較高的抗畸變和阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)能力，使共價(jià)鍵陶瓷具有比金屬高得多的硬度和模量。B構(gòu)成材料相的種類(lèi)，分布、比例及氣孔率有關(guān)。高分子材料低模量蠕變：在一定溫度、一定壓力下，材料的形變隨時(shí)間的延長(zhǎng)而減小的現(xiàn)象。應(yīng)力松弛：在溫度、應(yīng)變恒定的條件下，材料的內(nèi)應(yīng)力隨時(shí)間延長(zhǎng)而減小的現(xiàn)象。比例極限：彈性變形時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變

41、嚴(yán)格成正比關(guān)系的上限應(yīng)力。彈性極限：最大彈性變形時(shí)的應(yīng)力值。彈性比功：又稱(chēng)彈性應(yīng)變能密度。材料吸收變形功而又不發(fā)生永久變形的能力6、永久變形：大形變、不可逆永久變形包括兩種基體類(lèi)型：塑性流動(dòng)（晶質(zhì)材料）和粘性流動(dòng)（非晶質(zhì)材料）材料的塑性變形的方式包括滑移和攣生?；疲夯剖遣牧显谇袘?yīng)力作用下，沿著一定的晶面和一定的晶向進(jìn)行的切變過(guò)程。攣生：攣生是發(fā)生在金屬晶體內(nèi)部局部區(qū)域的一個(gè)均勻切變過(guò)程。7、強(qiáng)度、斷裂及斷裂韌性韌脆轉(zhuǎn)變溫度：當(dāng)溫度降低到一定值時(shí)， 材料的沖擊吸收功急劇降低，表明了材料由韌性狀態(tài)向脆性狀態(tài)轉(zhuǎn)變，該溫度稱(chēng)為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。脆性斷裂宏觀特征；A斷裂前無(wú)明顯的塑性變形（永久變形），

42、吸收的能量很少，B裂紋的擴(kuò)展速度往往很快，幾近音速。C脆性斷裂無(wú)明顯的征兆可尋，斷裂是突然發(fā)生的。D脆性斷裂的宏觀斷口往往呈結(jié)晶狀或顆粒狀Griffith （格列菲斯理論）A 脆性材料發(fā)生斷裂所需的能量在材料中的分布是不均勻的，B 當(dāng)名義應(yīng)力還很低時(shí)，局部應(yīng)力集中已經(jīng)達(dá)到很高的數(shù)值，從而使裂紋快速擴(kuò)展，并導(dǎo)致脆性斷裂。C裂紋尖端局部區(qū)域的材料強(qiáng)度可以達(dá)到其理論強(qiáng)度值。D倘若應(yīng)力集中超過(guò)材料的理論強(qiáng)度值，則裂紋擴(kuò)展，引起材料的斷裂。格列菲斯公式f = .E. s / 0 )1/2 = c = 2E s / ( . a)1/2斷裂的應(yīng)力準(zhǔn)則斷裂的能量準(zhǔn)則則有:=8a 0 /它表明 =3 a。，即相

43、當(dāng)于3倍原子間距的尺寸，是彈性裂紋有效曲率半徑的下限脆性斷裂的位錯(cuò)理論Griffith 公式： c= 2E s / ( . a)1/2考慮永久變形功的影響：1/2c = 2E ( s + p ) / (. a)1/2p為永久變形功，p >> sc = 2Ep/ ( . a)1/2延性斷裂：延性斷裂的過(guò)程可概括為：微孔成核、微孔長(zhǎng)大和微孔聚合三步。影響脆性一韌性轉(zhuǎn)變的微觀結(jié)構(gòu)因素(1)晶格類(lèi)型的影響(2)成分的影響(3)晶粒大小的影響(4)第二相粒子的影響斷裂韌性臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子K c = c ( . a)1/2= (2Ep 產(chǎn)表示材料阻止裂紋擴(kuò)展的能力，是材料抵抗脆性斷裂的韌性指標(biāo)

44、。KC的單位是Nm應(yīng)力強(qiáng)度因子 K= ( . a)1/2無(wú)限寬薄板斷裂韌性Kic =c( . a)1/2般情況下：Kic = Y c( . a)1/28、硬度布氏硬度優(yōu)點(diǎn)：數(shù)值統(tǒng)一，分散性小而重復(fù)性好。能較好地反映出較大范圍內(nèi)材料各組成相的綜合平均性能。對(duì)有較大晶粒或組成相的材料仍能適用。缺點(diǎn)：零件表面不允許有較大壓痕。試樣過(guò)薄以及要求大量快速檢測(cè)、彈性變形較大時(shí)受到限制。洛氏硬度優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)上限高于布氏硬度；壓痕小，不損傷零件的表面。操作迅速，直接讀數(shù)，效率很高。適用于大量生產(chǎn)中的工序控制和成品檢測(cè)。缺點(diǎn)：壓痕小可使所測(cè)數(shù)據(jù)缺乏代表性。不同標(biāo)尺的洛氏硬度值是不可比的。維氏硬度優(yōu)點(diǎn)：針對(duì)布氏硬度

45、和洛氏硬度兩方面的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)的；負(fù)荷可以任意選擇；測(cè)量范圍較寬，軟硬材料都可測(cè)試，特別是能更好地測(cè)定薄件或薄層的硬度；壓痕為正方形，對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度易于測(cè)量，精度高。缺點(diǎn)：效率比洛氏法低。三種硬度的對(duì)比實(shí)驗(yàn)法壓頭符號(hào)數(shù)值表示示例布氏淬火鋼球或硬質(zhì)合金球HBS、HBW120HBS10/1000/30 : 壓頭 為直徑 10mm的淬火鋼球，在1000kgf載荷作 用卜，保持30s,布氏硬度為120.如 果載荷作用的時(shí)間沒(méi)有標(biāo)明，則是默 認(rèn)的1015s。洛氏120度金剛石HRC HRB100HRA :標(biāo)尺A下測(cè)定的洛氏硬度圓錐或淬火鋼球HRA為 100.維氏金剛石的四方角錐體HV500HV30 :在30k

46、gf載荷作用卜，保持10-15S,測(cè)得的維氏硬度為500.一些材料的硬度陶瓷高硬度金屬原子結(jié)構(gòu)、成分使硬度變化大高分子低硬度決定于材料的固有本性化學(xué)鍵強(qiáng)，材料的硬度一般就高，共價(jià)鍵 離子鍵 > 金屬鍵 > 氫4t >范氏鍵結(jié)構(gòu)愈密，分子間作用力愈強(qiáng)的材料其硬度愈高，晶體類(lèi)型、結(jié)晶與非晶低溫，材料的硬度越高9、摩擦和磨損磨損機(jī)制包括：咬合磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、微動(dòng)磨損。咬合磨損：咬合磨損是通過(guò)零件表面某些接觸點(diǎn)在高的局部壓力下發(fā)生粘合，相互滑動(dòng)時(shí)，粘著點(diǎn)又分開(kāi)，接觸面上的材料磨屑被拉拽出來(lái)，這種過(guò)程反復(fù)進(jìn)行很多次，便導(dǎo)致材料表面的損傷。磨料磨損：磨料磨損是指硬的磨粒或凸出物

47、與零件表面摩擦過(guò)程中，使材料表面發(fā)生磨耗的現(xiàn)象。腐蝕磨損：腐蝕磨損是摩擦面和周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)形成的腐蝕產(chǎn)物，在摩擦過(guò)程中被剝離出來(lái)而造成的磨損。微動(dòng)磨損：兩接觸表面間小幅度的相對(duì)切向運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為微動(dòng)，壓緊的表面之間由于微動(dòng)而發(fā)生 的磨損稱(chēng)為微動(dòng)磨損。10、疲勞疲勞壽命：在特定振動(dòng)下，使材料破壞必需的周期數(shù)。疲勞壽命曲線(xiàn)：應(yīng)力與失效周期次數(shù)的關(guān)系曲線(xiàn)，即 S-N曲線(xiàn)。疲勞斷裂過(guò)程三階段： 反復(fù)塑性變形導(dǎo)致局部應(yīng)變 局部化應(yīng)變的結(jié)果產(chǎn)生初始裂紋； 裂紋擴(kuò)展，最終發(fā)生失效、斷裂。疲勞破壞過(guò)程的三個(gè)組成部分 裂紋萌生一一成核 裂紋擴(kuò)展 最終斷裂成核的條件 缺陷、局部應(yīng)力集中、其它雜質(zhì)等。高分子

48、材料宏觀疲勞斷裂過(guò)程：a （拉應(yīng)力）出現(xiàn)銀紋，經(jīng)過(guò)一定的周期后，銀紋的數(shù)量和密度達(dá)到一個(gè)極限值；b銀紋發(fā)展開(kāi)始形成疲勞裂紋；c裂紋擴(kuò)展的尖端又形成新的銀紋，這樣裂紋尖端經(jīng)過(guò)失穩(wěn)，疲勞裂紋快速發(fā)展，疲勞 斷裂立即發(fā)生。改善疲勞強(qiáng)度的方法（表面處理）（1）機(jī)械處理，如噴丸（合金）、冷滾壓、研磨和拋光；（2）熱處理，如火焰和感應(yīng)加熱淬火；（3）滲、鍍處理，如氮化和電鍍等。材料的熱性能熱傳遞三種方式：熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對(duì)流熱傳導(dǎo)-基本的傳遞方式A自由電子（金屬）B晶格振動(dòng)，離子和共價(jià)晶體（陶瓷）C分子傳導(dǎo)（高分子、小分子氣體、液體）兩平面穩(wěn)態(tài)熱流量（與時(shí)間無(wú)關(guān)）q = A（Ti - T2）/d熱導(dǎo)率

49、：?jiǎn)挝粶囟忍荻认?，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位垂直面積上的熱量=q/ （d T / d X）金屬高 自由電子無(wú)機(jī)非金屬：中晶格熱振動(dòng)高分子很小，之間比熱容與材料的組成和結(jié)構(gòu)金屬 CP <1 KJ Kg-1 K-1,熱容小，容易加熱、容易冷卻，自由電子的貢獻(xiàn)很小。無(wú)機(jī)非金屬，同上高分子Cp KJ Kg-1 K-1,熱容大熱膨脹材料的體積或長(zhǎng)度隨溫度升高而增大的現(xiàn)象原因：原子或分子的熱運(yùn)動(dòng)晶體：原子在晶格內(nèi)平衡位置附近振動(dòng)，T , 振幅，原子平均間距非晶體：原子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)變。高分子沿主鏈振動(dòng)；鏈節(jié)、鏈段，轉(zhuǎn)動(dòng)；自由體積一運(yùn)動(dòng)的空間熱穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)的關(guān)系k =Ae（-日RT）聚合物的熱穩(wěn)定性是由化學(xué)鍵和分

50、子間鍵的強(qiáng)度(鍵能)，以及分子結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)惰性所決定的。(1)采用Sk B等高鍵能元素合成的元素高分子具有好的熱穩(wěn)定性；(2)分子主鏈中引入環(huán)狀結(jié)構(gòu)或采用-O-、-NH-、-CO- -SO2等橋接基團(tuán)，聚合物的熱穩(wěn)定性提高。(3)梯形聚合物不但具有好的耐熱性，而且具有高的熱穩(wěn)定性。氧指數(shù)：在規(guī)定的條件下，試樣在氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚饬髦芯S持穩(wěn)定燃燒所需的 氧氣濃度：在規(guī)定的條件下，試樣在氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚饬髦芯S持穩(wěn)定燃燒所需 的最低氧氣濃度。高分子提高阻燃性的方法材料的電性能電導(dǎo)率：表征材料導(dǎo)電性的大小。單位：Sm-1,( m) -1電導(dǎo)率=J/E=nqv/ E =nq 影響離子電導(dǎo)率的因素：溫

51、度、晶體結(jié)構(gòu)、離子性晶格缺陷的濃度。影響金屬導(dǎo)電性的因素：溫度、雜質(zhì)、塑性形變。金屬中的自由電子都能導(dǎo)電嗎金屬中的自由電子要按照泡利不相容原理：一個(gè)能級(jí)最多只能有兩個(gè)電子，而且自旋方向相反。它要從低能態(tài)逐漸填充到高能態(tài)，填到最高能態(tài)就叫費(fèi)米能級(jí)。0K時(shí)，所有的自由電子都處在費(fèi)米能級(jí)之下，在這種狀態(tài)下它是不導(dǎo)電的，當(dāng)升高溫度，它獲得了能量，就會(huì)從低能級(jí)躍遷到費(fèi)米能級(jí)以上，這樣的自由電子就具有了導(dǎo)電性。介質(zhì)極化有三個(gè)類(lèi)型：電子極化、離子極化、取向極化。介電常數(shù)：表征電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下極化程度的宏觀物理量。介電損耗：電介質(zhì)在交變電場(chǎng)作用下，電能轉(zhuǎn)變成熱能而損耗tg = " /'介電

52、損耗超導(dǎo)電性一一在一定低溫下材料突然失去電阻的現(xiàn)象超導(dǎo)體的兩種特性：完全導(dǎo)電性、完全抗磁性三個(gè)性能指標(biāo)：超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc、臨界磁場(chǎng)Hc、臨界電流密度Jc材料的磁學(xué)性能磁化：外磁場(chǎng)，各磁矩規(guī)則取向，宏觀呈磁性磁化弓11度：外磁場(chǎng)，物質(zhì)被磁化的程度M = 2m/AV, 物理意義單位：A m-1方向：矢量和磁感應(yīng)強(qiáng)度真空B0= 0H0B0磁感強(qiáng)度（Wb-m-2）H0 磁場(chǎng)強(qiáng)度（A m-1）0真空磁導(dǎo)率，4 xl0-7（H/m）（亨/米）磁化率：M=（科r-1） H= X H根據(jù)材料磁化率，可以把材料的磁性分為五類(lèi)：鐵磁性材料、亞鐵磁性材料、順磁性材料、反鐵磁性材料、抗磁性材料?？勾判裕和獯艌?chǎng)作用下，

53、電子在軌道回路產(chǎn)生一個(gè)附加的感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生和外磁場(chǎng)方向相反的軌道磁矩。次電子層填滿(mǎn)了電子的物質(zhì)，才能表現(xiàn)出抗磁性效應(yīng)順磁性：來(lái)源于原子的固有磁矩（不為零 ）。電子軌道磁矩和電子自旋磁矩的矢量和。具有奇數(shù)個(gè)電子的原子或點(diǎn)陣缺陷；內(nèi)殼層未被填滿(mǎn)的原子或離子。過(guò)渡族金屬（ d殼層沒(méi)有填滿(mǎn)電子）和稀土族金屬（f殼層沒(méi)有填滿(mǎn)電子）會(huì)表現(xiàn)出順磁性。自由電子的順磁性和抗磁性順磁性一一來(lái)源于電子的自旋磁矩抗磁性自由電子在垂直于磁場(chǎng)方向的平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)因受洛倫茲力而做圓周運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的 磁矩同外磁場(chǎng)方向相反。磁滯回線(xiàn)硬磁具有大磁滯回線(xiàn)和剩磁的鐵磁性材料軟磁具有小磁滯回線(xiàn)和小能量損耗的鐵磁性材料矯頑力Hc消除Br

54、為零的反相磁場(chǎng)材料的光學(xué)性能光子能量 E= hc/入= h y光吸收的一般規(guī)律 朗伯特定律：I = I0e ax要想使材料的透光范圍增大，要如何選取材料在電磁波譜的可見(jiàn)光區(qū)：金屬和半導(dǎo)體的吸收系數(shù)很大；電介質(zhì)材料吸收系數(shù)小。因?yàn)殡娊橘|(zhì)材料的價(jià)電子所處的能帶是填滿(mǎn)的。它不能吸收光子而自由運(yùn)動(dòng)，而光子的能量又不足以使價(jià)電子躍遷到導(dǎo)帶， 所以在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收系數(shù)小。但是在紫外區(qū)，當(dāng)光子能量能量達(dá)到禁帶寬度時(shí)，電子就會(huì)吸收光子能量從滿(mǎn)帶躍遷到導(dǎo)帶，此時(shí)吸收系數(shù)驟然增大。根據(jù)入=hc/Eg,禁帶寬度大的材料，紫外吸收波長(zhǎng)小。因此電介質(zhì)材料在電磁波譜的可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)范圍大，這就希望紫外吸收端的波長(zhǎng)要小，因此要求E認(rèn)。另外，在紅外區(qū)的吸收峰是因?yàn)殡x子的彈性振動(dòng)與光子輻射發(fā)生諧振消耗能量所致。要使諧振點(diǎn)的波長(zhǎng)盡可能遠(yuǎn)離可見(jiàn)光區(qū)，即吸收峰處的頻率盡可能小，則需選擇較小的材料的熱振頻率。根據(jù)u2=