材料科学基础上册内容与习题.doc

第一章（一）内容及习题 引言 金属由于其性能的多样性，而被人们广泛的应用。金属的性能由其成分、结构所决定。成分、结构、性能之间的关系，以及它们的变化规律，构成了本课程的基础。金属（或非金属）在固态通常是晶体，故金属的结构通常被称为金属的晶体结构。第一章介绍的是学习和研究晶体结构所需要掌握的一些基本知识――晶体学基础。 本节课要求 1 要求掌握“晶体与非晶体、晶体结构与空间点阵、晶胞与原胞、晶系、布拉菲点阵、点阵常数”概念，理解布拉菲点阵的唯一性。 2 看完第一节，并完成习题1～3。 第一章（二）内容及习题 引言 晶体的特征在于构成晶体的原子的排列呈现三维周期结构。在材料中，金属与陶瓷通常是晶体，即使高分子或生物材料也有相应的晶体状态。所以，对材料学家来说，了解和掌握晶体结构的基本概念是十分重要的。 19世纪出现了布拉菲的空间点阵学说，当时它仅是一个合理的猜想，其正确性到1912年才被劳厄等人的X射线衍射实验所证实。以后，大量的研究探明了成千上万的晶体结构，肯定了晶体的周期性质。现在用高分辩电子显微镜和扫描隧道显微镜等已能直接显示原子的周期排列图像。 空间点阵体现了晶体的平移对称性，即：点阵经平移后，可以获得完全的重复。晶胞是构成空间点阵的较小体积单元，通常为一个小的平行六面体。晶胞全面反映了点阵（晶体结构）的平移对称性或周期性。如果知道了晶胞的大小和形状，并且知道了晶胞内各阵点的坐标，也就确定了晶体结构。 在研究晶体结构时，并不需要了解晶胞（或晶体）内各阵点的坐标，只需要了解阵点之间的相对位置，即阵点之间的几何关系，晶面指数和晶向指数就反映了点阵中阵点之间的几何关系。 本节课要求 1 掌握晶面指数、晶向指数的概念及其确定，掌握晶面与晶向平行或垂直，理解晶面族，晶向族。 2 看完第二节，并完成习题4～6。 第一章（三）内容及习题 引言 在研究晶体结构时，并不需要了解晶胞（或晶体）内各阵点的坐标，只需要了解阵点之间的相对位置，即阵点之间的几何关系，晶面指数和晶向指数就反映了点阵中阵点之间的几何关系。 晶面指数表示的是一组平行的晶面，每个晶面的原子（阵点）排列情况都是相同的，晶面与晶面之间的距离都为d，称为晶面间距。晶向指数表示的是一组平行的方向。 在对六方晶系的晶面、晶向指数进行操作时，要注意：若已知指数要求作图，则先要将四指数换算成三指数，再以三指数进行作图；若由图求指数，则先要在图中读出三指数，然后再换算成四指数。 绝大多数金属具有简单的结构，用A1（面心立方）、A2（体心立方）和A3（密排六方）结构。若将原子或点阵看成是硬的小球，则可以用硬球的堆积来反映相应的结构。 本节课要求 1 掌握面心立方、体心立方、密排六方晶胞结构，掌握原子数、配位数、紧密系数、间隙的概念，理解和定性分析间隙种类，间隙大小（定性），间隙位置 2学习第三节，并完成习题7～8。 第一章（四）内容及习题 引言 绝大多数金属具有简单的结构，用A1（面心立方）、A2（体心立方）和A3（密排六方）表示。若将原子或点阵看成是硬的小球，则可以用硬球的堆积来反映晶体的结构。如：面心立方，就可以看成是由（100）晶面顺序堆积而成的，也可以看成是由（110）晶面或（111）晶面顺序堆积而成的。同样，其它的结构也都可以看出是由某一晶面顺序堆积而成的。由此，可以了解和分析晶体的结构 本节课要求 1 掌握面心立方和密排六方的堆垛方式，及其它们之间的差异；理解堆垛层错的概念。 2 学习第四节，并完成习题9、10、11。 第一章要求掌握的内容 第一节 晶体与非晶体，晶体结构与空间点阵，晶胞与原胞，晶系，布拉菲点阵，点阵常数。 第二节 晶面指数、晶向指数的确定，晶面族，晶向族，晶带轴，晶面与晶向平行或垂直。 第三节 面心立方、体心立方、密排六方晶胞结构，原子数，配位数，紧密系数，间隙种类，间隙大小（定性），间隙位置， 第四节 面心立方和密排六方的堆垛方式，堆垛层错 第二章主要内容 第二节 波尔理论和波动力学理论对原子核外电子的运动轨道的描述。波粒两相性的基本方程。 第三节 五种结合键的特点 第四节 结合键与晶体结构 第五节 合金，合金系，合金相结构分类 第六节 影响相结构因素， 固溶体，置换固溶体，间隙固溶体，有限固溶体，无限固溶体，有序固溶体，无序固溶体，端部固溶体，中间固溶体 离子化合物的结构类型和特点 硅酸盐结构的一般特点 第二章第一次内容及习题 提示 我们可以从不同的学科侧面来观察材料的结构问题。在第一章中，从晶体学的侧面分析了材料的结构，也就是分析了原子的排列（或堆垛）方式、及其规律性。在分析的过程中，不涉及到单个原子的种类和性质。实际上，原子的排列（或堆垛）是依赖于原子之间的键合而实现的，而不同的键合方式是由原子的核外电子分布及其性质所决定的。这