材料科學(xué)課件與試題
篇一：材料科學(xué)基礎課件(山大)
材料科學(xué)基礎
上課班級：金屬材料00級
主講教師： 呂 宇 鵬
緒 論
1 課程性質(zhì)：技術(shù)基礎課。
2 學(xué)習材料科學(xué)的重要性
�。�1）材料科學(xué)
研究材料的成分、組織結構、加工工藝與性能之間關(guān)系的科學(xué)。（四要素關(guān)系如
2）材料科學(xué)在社會(huì )與社會(huì )發(fā)展中的地位
�、� 社會(huì )需求是材料發(fā)展的巨大動(dòng)力
信息與材料：信息獲�。▊鞲衅鳎夯衔铮畔鬟f（光纖：無(wú)機、有機材料）－信息貯存（金屬與合金）－信息顯示（用于液晶顯示的非晶硅、有機液晶材料）－信息處理（處理器芯片硅－鍺）。
�、� 能源與材料：貯氫材料（鈦錳及稀土類(lèi)合金）、太陽(yáng)能電池材料（硅、合金、化合物）、核能用材料（鋯合金等）。
�、� 航空航天材料：發(fā)動(dòng)機（高溫合金，金屬基復合材料，陶瓷與陶瓷基復合材料）、汽輪機部件（纖維增強金屬基復合材料、陶瓷基復合材料）、火箭噴嘴（難熔金屬）等。
�、� 人與材料：金屬、無(wú)機、高分子及其復合材料。
�。�3）材料的四大家族
�、� 金屬材料：綜合性能等。
�、� 陶瓷材料：高溫、穩定性能等。
�、� 高分子材料；耐腐蝕等特殊性能。
�、� 復合材料：1＋1大于2。
3 內容安排
�。�1）內容核心：材料的化學(xué)成分、組織結構、加工工藝與性能之間的關(guān)系及其在各種條件下的變化規律。
�。�2）內容結構
材料學(xué)原理（1－8章）―相變原理（9章）―工程與功能材料學(xué)（10－11章）
�。�3）學(xué)時(shí)安排
總學(xué)時(shí)：114 （周一3，4；周三1，2；周五1，2）
實(shí) 驗：12
4 學(xué)習方法
提綱挈領(lǐng)、記好筆記、及時(shí)復習。
5 教材與參考書(shū)
教材
劉智恩.材料科學(xué)基礎.西北工業(yè)大學(xué)出版社.2000年8月第一版
參考書(shū)
石德柯.材料科學(xué)基礎.機械工業(yè)出版社.1999年5月第一版
趙 品.材料科學(xué)基礎教程.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2002年三月第二版 殷景華.功能材料概率.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.1999年8月第一版
預習名詞：金屬鍵、晶體、空間點(diǎn)陣、晶體結構、晶胞
第一章 材料中的原子排列
第一節 原子的結合方式
1 原子結構
2 原子結合鍵
�。�1）離子鍵與離子晶體
原子結合：電子轉移，結合力大，無(wú)方向性和飽和性；
離子晶體；硬度高，脆性大，熔點(diǎn)高、導電性差。如氧化物陶瓷。
�。�2）共價(jià)鍵與原子晶體
原子結合：電子共用，結合力大，有方向性和飽和性；
原子晶體：強度高、硬度高（金剛石）、熔點(diǎn)高、脆性大、導電性差。如高分子材料。
�。�3）金屬鍵與金屬晶體
原子結合：電子逸出共有，結合力較大，無(wú)方向性和飽和性； 金屬晶體：導電性、導熱性、延展性好，熔點(diǎn)較高。如金屬。
金屬鍵：依靠正離子與構成電子氣的自由電子之間的靜電引力而使諸原子結合到一起的方式。
�。�3）分子鍵與分子晶體
原子結合：電子云偏移，結合力很小，無(wú)方向性和飽和性。
分子晶體：熔點(diǎn)低，硬度低。如高分子材料。
氫鍵：（離子結合）X-H---Y（氫鍵結合），有方向性，如O-H—O
�。�4）混合鍵。如復合材料。
3 結合鍵分類(lèi)
�。�1）一次鍵 （化學(xué)鍵）：金屬鍵、共價(jià)鍵、離子鍵。
�。�2）二次鍵 （物理鍵）：分子鍵和氫鍵。
4 原子的排列方式
�。�1）晶體：原子在三維空間內的周期性規則排列。長(cháng)程有序，各向異性。
�。�2）非晶體：――――――――――不規則排列。長(cháng)程無(wú)序，各向同性。
第二節 原子的規則排列
一 晶體學(xué)基礎
1 空間點(diǎn)陣與晶體結構
�。�1）空間點(diǎn)陣：由幾何點(diǎn)做周期性的規則排列所形成的三維陣列。圖1-5 特征：a 原子的理想排列；b 有14種。
其中：
空間點(diǎn)陣中的點(diǎn)－陣點(diǎn)。它是純粹的幾何點(diǎn)，各點(diǎn)周?chē)h(huán)境相同。 描述晶體中原子排列規律的空間格架稱(chēng)之為晶格。
空間點(diǎn)陣中最小的幾何單元稱(chēng)之為晶胞。
�。�2）晶體結構：原子、離子或原子團按照空間點(diǎn)陣的實(shí)際排列。
特征：a 可能存在局部缺陷； b 可有無(wú)限多種。
2 晶胞 圖1－6
�。�1）――－：構成空間點(diǎn)陣的最基本單元。
�。�2）選取原則：
a 能夠充
分反映空間點(diǎn)陣的對稱(chēng)性；
b 相等的棱和角的數目最多；
c 具有盡可能多的直角；
d 體積最小。
�。�3）形狀和大小
有三個(gè)棱邊的長(cháng)度a,b,c及其夾角α,β,γ表示。
�。�4）晶胞中點(diǎn)的位置表示（坐標法）。
3 布拉菲點(diǎn)陣 圖1－7 14種點(diǎn)陣分屬7個(gè)晶系。
4 晶向指數與晶面指數
晶向：空間點(diǎn)陣中各陣點(diǎn)列的方向。
晶面：通過(guò)空間點(diǎn)陣中任意一組陣點(diǎn)的平面。
國際上通用米勒指數標定晶向和晶面。
�。�1）晶向指數的標定
a 建立坐標系。確定原點(diǎn)（陣點(diǎn)）、坐標軸和度量單位（棱邊）。 b 求坐標。u’,v’,w’。
c 化整數。 u,v,w.
d 加[ ]。[uvw]。
說(shuō)明：
a 指數意義：代表相互平行、方向一致的`所有晶向。
b 負值：標于數字上方，表示同一晶向的相反方向。
c 晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不同的一組晶向。用表示，數字相同，但排列順序不同或正負號不同的晶向屬于同一晶向族。
�。�2）晶面指數的標定
a 建立坐標系：確定原點(diǎn)（非陣點(diǎn)）、坐標軸和度量單位。b 量截距：x,y,z。
c 取倒數：h’,k’,l’。
d 化整數：h,k,k。
e 加圓括號：(hkl)。
說(shuō)明：
a 指數意義：代表一組平行的晶面；
b 0的意義：面與對應的軸平行；
c 平行晶面：指數相同，或數字相同但正負號相反；
d 晶面族：晶體中具有相同條件（原子排列和晶面間距完全相同），空間位向不同的各組晶面。用{hkl}表示。
e 若晶面與晶向同面，則hu+kv+lw=0;
f 若晶面與晶向垂直，則u=h, k=v, w=l。
�。�3）六方系晶向指數和晶面指數
a 六方系指數標定的特殊性：四軸坐標系（等價(jià)晶面不具有等價(jià)指數）。b 晶面指數的標定
標法與立方系相同(四個(gè)截距)；用四個(gè)數字(hkil)表示；i=-(h+k)。c 晶向指數的標定
標法與立方系相同(四個(gè)坐標)；用四個(gè)數字(uvtw)表示；t=-(u+w)。 依次平移法：適合于已知指數畫(huà)晶向（末點(diǎn)）。
坐標換算法：[UVW]~[uvtw]
u=(2U-V)/3, v=(2V-U)/3, t=-(U+V)/3, w=W。
�。�4）晶帶
a ――：平行于某一晶向直線(xiàn)所有晶面的組合。
晶帶軸 晶帶面
b 性質(zhì)：晶帶用晶帶軸的晶向指數表示；晶帶面//晶帶軸；hu+kv+lw=0
c 晶帶定律
凡滿(mǎn)足上式的晶面都屬于以[uvw]為晶帶軸的晶帶。推論：
(a) 由兩晶面(h1k1l1) (h2k2l2)求其晶帶軸[uvw]：
u=k1l2-k2l1; v=l1h2-l2h1; w=h1k2-h2k1。
(b) 由兩晶向[u1v1w1][u2v2w2]求其決定的晶面(hkl)。
H=v1w1-v2w2; k=w1u2-w2u1; l=u1v2-u2v1。
�。�5）晶面間距
a ――：一組平行晶面中，相鄰兩個(gè)平行晶面之間的距離。
b 計算公式（簡(jiǎn)單立方）：
d=a/(h2+k2+l2)1/2
注意：只適用于簡(jiǎn)單晶胞；對于面心立方hkl不全為偶、奇數、體心立方h+k+l=奇數時(shí)，d(hkl)=d/2。
二 典型晶體結構及其幾何特征
篇二：同濟大學(xué)材料科學(xué)基礎習題1
材料科學(xué)基礎習題1（顧書(shū)英）
1． 原子結構、原子鍵合、高分子鏈結構
�。�1） 簡(jiǎn)述原子間結合鍵的種類(lèi)及各自的特點(diǎn)，并結合具體材料或物質(zhì)闡述鍵合
特點(diǎn)與性能特點(diǎn)之間的相關(guān)性。
�。�2） 圖示金屬、離子晶體和高分子材料勢能與原子間距曲線(xiàn)的相對關(guān)系。a、b、
c分別代表哪類(lèi)材料？
�。�3） 簡(jiǎn)述高分子鏈近程結構和遠程結構的概念及其所包括的內容。
�。�4） 從分子鏈結構特點(diǎn)，說(shuō)明熱塑性和熱固性高分子材料受熱后的表現。
篇三：同濟821材料科學(xué)基礎
一.簡(jiǎn)答題（每題10分）
1.簡(jiǎn)述共價(jià)鍵，離子鍵和金屬鍵對材料結構和性能的影響。
2.請畫(huà)出面心立方，體心立方和密排六方三種排列方式的圖，計算致密度。
3.晶體的基本性質(zhì)，舉例詳細說(shuō)明。
4.不同缺陷對材料結構和性能的影響，用哪種方法可以研究晶體缺陷？
5.高分子的柔順性，影響高分子柔順性的因素。
6.相變過(guò)程過(guò)冷度對形核功和臨界晶核半徑的影響及原因，均勻形核和非均勻形核對過(guò)冷度需求不同的原因。
7.刃型位錯和螺型位錯的異同點(diǎn)，什么情況下滑移位錯和孿晶可以成為塑性形變的主要方式。
8.推導布拉格方程，及說(shuō)明其在X衍射分析和電子選取衍射分析的應用。
9.紅外吸收光譜的產(chǎn)生條件和特點(diǎn)，以及在材料研究中的應用。
二.分析題（每題15分）
1.電子轟擊樣品可以產(chǎn)生哪些物理信號，其中哪些可以用于分析樣品表面形貌特征？相襯度是如何產(chǎn)生的？為什么電子顯微鏡的分辨能力比光學(xué)顯微鏡高？
2.熱分析及其種類(lèi)，如何運用熱分析區分脫水，氧化，結晶，熔化，玻璃化轉變？
3.金屬材料，無(wú)機材料，高分子材料各自的弱點(diǎn)，舉一類(lèi)材料說(shuō)明如何改善其弱點(diǎn)？
4.舉例說(shuō)明材料組成，工藝，結構，性能的關(guān)系。
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