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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流材料科学基础-复习题纲.精品文档. 第一部分 材料的原子结构1、原子结构与原子的电子结构；原子结构、原子排列对材料性能的影响。原子结构：原子由质子和中子组成的原子核以及核外的电子所构成。原子核内的中子显电中性，质子带有正电荷。对电子的描述需要四个量子数：主量子数n： 决定原子中电子能量以及与核的平均距离。角动量量子数l: 给出电子在同一个量子壳层内所处的能级，与电子运动的角动量有关。磁量子数m：给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。自旋角动量量子数s：反映电子不同的自旋方向。原子排列对材料性能影响：固体材料根据原子的排列可分为两大类：晶体
2、与非晶体。（有无固定的熔点和体积突变）晶体：内部原子按某种特定的方式在三维空间呈周期性重复排列的固体。（常考名词解释）非晶体：指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体。（名词解释）各向异性：晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。（名词解释）2、材料中的结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。(常考简答题或是论述题，很重要)原子键合一次键：通过价电子的转移或共用，两原子电子云达到稳定结构二次键：不依靠电子的转移或共享，依靠原子间的偶极吸引力结合一次键离
3、子键：离子键指正、负离子间通过静电作用形成的化学键。（无方向性和饱和性）共价键：由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。（有方向性和饱和性）金属键：金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合二次键范德瓦耳斯力：（又称分子间作用力）产生于分子或原子之间的静电相互作用。氢键：与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-HY形式的键，称为氢键。（X与Y可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键） 各结合键对材料性能的影响：1 金属材料：金属材料的结合键主要是金属键。由于自由电子的存在，
4、当金属受到外加电场作用时，其内部的自由电子将沿电场方向作定向运动，形成电子流，所以金属具有良好的导电性；金属除依靠正离子的振动传递热能外，自由电子的运动也能传递热能，所以金属的导热性好；随着金属温度的升高，正离子的热振动加剧，使自由电子的定向运动阻力增加，电阻升高，所以金属具有正的电阻温度系数；当金属的两部分发生相对位移时，金属的正离子仍然保持金属键，所以具有良好的变形能力；自由电子可以吸收光的能量，因而金属不透明；而所吸收的能量在电子回复到原来状态时产生辐射，使金属具有光泽。金属中也有共价键（如灰锡）和离子键（如金属间化合物Mg3Sb2）。2 陶瓷材料：简单说来，陶瓷材料是包含金属和非金属元
5、素的化合物，其结合键主要是离子键和共价键，大多数是离子键。离子键赋予陶瓷材料相当高的稳定性，所以陶瓷材料通常具有极高的熔点和硬度，但同时陶瓷材料的脆性也很大。3 高分子材料：高分子材料的结合键是共价键、氢键和分子键。其中，组成分子的结合键是共价键和氢键，而分子间的结合键是范德瓦尔斯键。尽管范德瓦尔斯键较弱，但由于高分子材料的分子很大，所以分子间的作用力也相应较大，这使得高分子材料具有很好的力学性能。键能曲线：当作用于原子或是离子上的力仅为原子的吸引力和排斥力时能量随位置变化的曲线。应用：1.弹性模量：在x0处的曲率正比于弹性模量 2.刚度：曲率半径越小，刚度越高。 3.膨胀系数：键能曲线越是左
6、右不对称，线膨胀系数越大。 4.熔点高低：越趋于对称，熔点 越高。 5键长：x0。3、原子的堆垛和配位数的基本概念及对材料性能的影响。原子的堆垛即为原子的排列方式。配位数是反映原子排列紧密程度的物理量之一，指晶格中任一原子周围与其最近邻且等距离的原子数目。一般配位数越大，晶体排列结构越紧密。4、显微组织基本概念和对材料性能的影响。显微组织：将用适当方法（如侵蚀）处理后的金属试样的磨面或其复型或用适当方法制成的薄膜置于光学显微镜或是电子显微镜下观察到的组织。单相组织： 晶粒尺寸：细化晶粒可以提高材料的强度改善材料的塑性和韧性。 晶粒形状：等轴晶趋于各向同性。柱状晶趋于各向异性。多相组织：力学性能
7、取决于各组成相相对量，和各自性能。如果弥散相硬度明显高于基体相，提高材料的强度，塑性韧性必将下降。第二部分 材料的晶态结构1、晶体与非晶体、晶体结构、空间点阵、晶格、晶胞、晶格常数、布拉菲点阵、晶面间距等基本概念。（常考名词解释）晶体： 原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列的物质。非晶体： 原子没有长程的周期排列，无固定的熔点，各向同性等。晶体结构：晶体材料中原子按一定对称性周期性平移重复而形成的空间排列形式。可分为7大晶系、14种平移点阵、32种点群、230种空间群。空间点阵：指几何点在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维阵列，是人为的对晶体结构的抽象。晶格：为了便于描述空间点阵
8、图形，用许多组假象的平行直线将阵点连接起来形成空间格子，称之为晶格。晶胞：能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面体单元。晶格常数：为了描述晶胞的形状和大小，用晶胞的三条棱长a，b，c以及三个夹角，来表示，a，b，c, ，统称为晶格常数。布拉菲点阵：布拉菲根据“每个阵点的周围环境相同”的要求，用数学方法证明晶体中的空间点阵只有14种，并称为布拉菲点阵。晶系空间点阵棱边与角度的关系晶系空间点阵棱边与角度的关系三斜简单三斜abc，90六方简单六方a=b，=90，=120单斜简单单斜abc，=90四方简单四方a=bc，=90底心单斜体心四方正交简单正交abc，=90菱方简
9、单菱方a=b=c，=90底心正交立方简单立方a=b=c，=90体心正交体心立方面心正交面心立方晶面间距：同一组平行晶面的距离。晶面间距越大，则该晶面上的原子排列越密集，反之，越稀疏。2、晶体晶向指数与晶面指数的标定方法。 点（ ， ， ，）晶面（ ）晶面族 晶向 晶向族 负号写在数字上面。可以自己找六面体标注一下（常考简答和论述） 3、晶体结构及类型，常见晶体结构(bcc、fcc、hcp)及其几何特征、配位数、堆积因子（致密度）、间隙、密排面与密排方向。（重点牢记，简答或论述）配位数：在晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数；致密度（堆积因子）：晶体结构中原子占据的体积与可利用的总体积的
10、比率。间隙： 八面体间隙：位于6个原子所组成的八面体中间的间隙。 四面体间隙： 位于4个原子所组成的四面体中间的间隙。密排面：原子密度最大的晶面。密排方向：原子密度最大的晶向。4、固溶体、中间相的基本概念和性能特点。固溶体：在固态条件下，一种组分（溶剂）内溶解了其它组分(溶质)而形成的单一、均匀的晶态固体。中间相：两组元间的相对尺寸差、电子浓度及电负性差都有一容限，当溶质原子的加入量超过此容限时便会形成一种新相，由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。性能特点：(1.)固溶体可在一定成分范围内存在，性能随成分变化而连续变化。(2.)中间相的晶体结构不同于此相中的任一组
11、元，不同元素之间所形成的中间相往往在晶体结构、结合键等方面都不同。中间相一般具有较高的熔点和硬度，可使合金的强度、硬度、耐磨性及耐热性提高。5、离子晶体和共价晶体机构，离子晶体结构规则、典型的离子晶体结构。离子晶体：由正、负离子或正、负离子集团通过离子键按一定比例和方式结合起来形成的晶体。共价(原子)晶体:由同种非金属元素的原子或者异种元素的原子以共价键形成的晶体。离子晶体结构规则：（1.）负离子配位多面体规则鲍林第一规则在离子晶体中，正离子的周围形成一个负离子配位多面体，正负离子间的平衡距离取决于离子半径之和，而正离子的配位数则取决于正负离子的半径比。（2.）电价规则鲍林第二规则在一个稳定的
12、离子晶体中，每个负离子的电价等于或接近等于与之邻接的各正离子静电键强度的总和。（3.）关于负离子多面体共用点、棱与面的规则鲍林第三规则在一配位结构中，共用棱特别是共用面的存在，会降低这个结构的稳定性。（4.）不同种类正离子配位多面体间连接规则鲍林第四规则在含有两种以上正离子的离子晶体中，一些电价较高，配位数较低的正离子配位多面体之间，有尽量互不结合的趋势。（5.）节约规则鲍林第五规则在同一晶体中，同种正离子与同种负离子的结合方式应最大限度地趋于一致。6、高分子材料的组成和结构的基本特征，高分子材料结晶形态、高分子链在晶体中的构象、高分子材料晶态结构模型。以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是
13、由相对分子质量较高的化合物构成的材料，通常分子量大于10000，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合体结构：高分子材料的结晶形态：单晶 ：具有一定几何外形的薄片状晶体。一般聚合物的单晶只能从极稀溶液(质量浓度小于0.01wt%)中缓慢结晶而成。球晶 ：聚合物最常见的结晶形态，为圆球状晶体，尺寸较大，一般是由结晶性聚合物从浓溶液中析出或由熔体冷却时形成的。球晶在正交偏光显微镜下可观察到其特有的黑十字消光或带同心圆的黑十字消光图象。伸直链晶片：由完全伸展的分子链平行规整排列而成的小片状晶体，晶体中分子链平行于晶面方向，晶
14、片厚度基本与伸展的分子链长度相当。这种晶体主要形成于极高压力下。 纤维状晶：纤维状晶是在流动场作用下使高分子链的构象发生畸变，成为沿流动方向平行排列的伸展状态，在适当条件下结晶而成。分子链取向与纤维轴平行。串晶是一种类似于串珠式的多晶体。 高分子链的构象:指有一定构造的分子通过单键旋转，形成的各原子或原子团在空间的排布。不改变共价键结构。由于单键的旋转，使连接在碳上的原子或原子团在空间的排布位置随之发生变化，所以构造式相同的化合物可能有许多构象。它们之间互为构象异构体。构象改变不会改变分子的光学活性。 晶态结构模型： 1、 樱状微束模型：结晶聚合物中晶区与非晶区互相穿插，同时存在。在晶区分子链
15、相互平行排列成规整的结构，而在非晶区分子链的堆砌完全无序。该模型也称两相结构模型。 2、 折叠链模型：聚合物晶体中，高分子链以折叠的形式堆砌起来的。伸展的分子倾向于相互聚集在一起形成链束，分子链规整排列的有序链束构成聚合物结晶的基本单元。这些规整的有序链束表面能大自发地折叠成带状结构，进一步堆砌成晶片。 第三部分，点缺陷和扩散1、点缺陷的类型，肖脱基空位、弗兰克尔空位、间隙原子和置换原子，间隙固溶体和置换固溶体等基本概念，离子晶体中的点缺陷特点，点缺陷的平衡浓度、影响因素及其对材料性能的影响。 （重点）点缺陷：在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列的一种缺陷，是最简单的晶体缺陷。点缺
16、陷类型：空位，间隙原子，杂质或溶质原子，以及由他们组成的复杂的点缺陷如空位对、空位团等肖脱基空位：在个体中晶体中，当某一原子具有足够大的振动能而使振幅增大到一定程度时，就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离其原来位置，迁移到晶体表面而使晶体内部留下空位，称为肖脱基空位。弗兰克尔空位：离开平衡位置的原子挤入点阵中的间隙位置，而在晶体中同时形成相等数目的空位和间隙原子。间隙原子： 是原子脱离其平衡位置进入原子间隙而形成的。置换原子： 占据在原来基体原子平衡位置上的异类原子。置换固溶体： 当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固
17、溶体就称为置换固溶体。间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体。离子晶体中点缺陷的特点：不存在单个孤立的空位或间隙原子。为保持晶体的电中性，空位只能以与晶体相同的正离子：负离子的空位簇的方式产生。点缺陷的平衡浓度：Cv = Aexp(-Qv / RT) 影响因素：温度T（T越高平衡浓度越大），空位形成能Qv(空位形成能越小，平衡浓度越大)点缺陷对材料性能的影响：使金属电阻增加；体积膨胀；使离子晶体的导电性改善；过饱和点缺陷，如淬火空位，辐照缺陷等还可以提高金属的屈服强度；提高 材料的高温蠕变速率。2、扩散概念，扩散第一定律、扩散第二定律。（重点掌握，常考简答题或是论述
18、题）扩散：原子所进行的短距离或长距离迁移微观过程以及由于大量原子迁移所引起的物质宏观流动过程。扩散第一定律：（菲克第一定律）：扩散中原子的通量与质量浓度梯度成正比。描述了一种稳态扩散，即质量浓度不随时间变化。 J= -D（d/dx）负号表示物质扩散方向与浓度梯度方向相反，即物质从高的浓度方向向低的浓度方向区迁移。 J -为扩散通量，表示单位时间内通过垂直于扩散方向单位面积的扩散物质质量。 D -扩散系数，d/dx -扩散物质的质量浓度，扩散第二定律：（菲克第二定律）：表示扩散物质浓度的时间变化率与进出某一体积的通量之间关系。3、扩散驱动力及扩散机制。（重点掌握，同上）扩散驱动力： 化学势梯度，
19、上坡扩散 ：溶质原子从低浓度向高浓度处扩散的过程称为上坡扩散。表明扩散的驱动力是化学位梯度而非浓度梯度。 下坡扩散 ：溶质原子从高浓度向低浓度处扩散的过程。扩散机制：1.间隙扩散机制：间隙固溶体中溶质原子的扩散一般采用间隙机制进行。扩散原子由所在间隙位置跳跃至另一相邻的间隙中。如C原子在Fe中的扩散过程。结构条件： 间隙原子的周围必须存在可供其跃迁且未被其它原子占据的间隙位置。由于晶体结构类型不同，其间隙位置的种类、数量、分布也会不同从而使间隙原子的跃迁几率P不同。能量条件：间隙原子应具有足够的能量以克眼周围原子对其跃迁的阻力。2.纯金属和置换固溶体中溶质原子扩散一般采用空位机制进行。空位扩散
20、机制认为由于晶体中存庄着一定数量的空位，因此原子的扩散便可通过不断地跃迁到临近的空位而实现。条件：扩散原子近邻存在空位并且具有足以越过能垒的能量。4、在离子晶体和聚合物中的扩散： 离子晶体中的扩散：为了维持电的中性，在离子晶体中扩散必须牵涉至少两种带电物(离子和带电的空位)。空位浓度随着杂质的加入而急剧增加，附加空位对扩散影响的程度取决于这些空位必须紧密地保留与杂质离子联结的程度。若空位可以自由地从它取代的杂质原子位置移开，这些空位可以显著地增加在离子晶体中的扩散速率。聚合物中的扩散：DD0exp(-Q/RT)D0与高分子链长的平方成反比。在金属、离子和共价晶体内小的杂质扩散是由单个原子或离子
21、穿过点阵进行的，而在非晶态聚合物区域的相对开放的结构中则整个分子可以穿过点阵扩散。在聚合物内扩散分子从一个开放体积区域迁移到另一个类似的开放体积区域需要能量。像整根热塑性高分子链迁动一样，杂质在非晶态区域扩散比在晶态区域快得多。5、扩散系数、扩散激活能，影响扩散的因素及原理。扩散系数：扩散系数D D=D0e（-Q/RT）G D随温度T的升高而急剧增大：温度升高，借助热起伏，获得足够能 量而越过势垒进行扩散的原子的几率增大。温度升高，空位浓度增大，有利于扩散。 例题：影响扩散的因素及原理：（1）温度的影响：根据扩散系数的表达式 D=D0e-Q/RT由公式可见，D与T成指数关系，随温度的升高，扩散
22、系数急剧增大。这是因为：1.温度升高，借助热起伏，获得足够能量而越过势垒进行扩散的原子的几率增大。2.温度升高空位浓度增大，有利于扩散。（2）晶体结构的影响：1.通常在密堆结构中的扩散比在非密堆结构中的要慢，这个规律对溶剂、溶质、置换原子或间隙原子都适用。2.在具有同素异构转变的金属中，扩散系数随晶体结构的改变会有明显的变化。3. 固溶体类型，固溶体的类型也会显著影响D值。置换式固溶体中置换原子通过空位机制扩散时，需要首先形成空位。因此置换式原子的扩散激活能比间隙原子大得多。 4. 晶体的各向异性对扩散系数也有影响，因为沿晶轴各个方向原子间距不一样，故各方向的扩散系数也不相同。（3）晶体缺陷，
23、晶界，表面和位错等对扩散起作加速作用，由于晶体缺陷去点阵畸变较大，原子处于较高的能量状态，易于跳跃。（4）化学成分： A,结合键 B 溶质的浓度 C第三组元既影响扩散速率，还影响方向。（5）组元浓度: 一般说来，扩散系数是浓度的函数。为了便于求解菲克第二定律，把扩散系数认为是与浓度无关的常数，但在许多固溶体合金中，溶质的扩散系数随浓度的增加而增加。 溶质对扩散系数的影响是通过Q和D0两个参数起作用的。通常是Q值增加， D0也增加；反之Q值减小， D0也减小。 （6）原子扩散类型：由于相同条件下，间隙型扩散所需激活能要比空位型扩散的激活能小。所以间隙原子的扩散要比置换原子的扩散快。 第四部分 线
24、、面和体缺陷1、位错类型，刃型位错、螺型位错、位错线和滑移线的基本概念，柏格斯回路和柏氏矢量的基本概念及物理意义。（常考名词解释）位错类型： 刃型位错 螺型位错刃型位错：晶体中的某一晶面，在其上半部有多余的半排原子面，好像一把刀刃插入晶体中，使这一晶面上下两部分晶体之间产生了原子错排，称为刃型位错。其柏氏矢量与位错线垂直。螺型位错：一个晶体的某一部分相对于其他部分发生了滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原子面上升一个晶面间距。在中央轴线处即为一螺型位错。其柏氏矢量与位错线平行。混合位错：滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错线相交成任意角度，这种位错称混合位错。位错线：已滑
25、动区与未滑移区的边界线。 因此，位错具有一个重要的性质，即一根位错线不能终止于晶体内部，而只能露头于晶体表面（包括晶界）；若它终止于晶体内部，则必与其他位错线相连接，或在晶体内部形成封闭线。位错环：形成封闭线的位错。滑移线：晶体滑移后其滑移平面滑移的痕迹。柏氏回路：在实际晶体中，从任一原子出发，围绕位错（避开位错线附近的严重畸变区）以一定的步数作一定旋向闭合回路，称为柏氏回路。柏氏矢量：描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错周围点阵畸变总累量的大小和方向，其方向表示位错运动导致晶体滑移的方向；其模表示畸变的程度（位错强度）物理意义：柏氏矢量越大，表明该位错导致点阵畸变越严重，他所处的能量
26、也越高。位错的运动方式：滑移 和 攀移滑移：在外加切应力的作用下，通过位错中心的附近原子沿着柏氏矢量的方向在滑移面上不断地以作少量的位移而逐步实现；攀移：刃型位错除了可以再滑移面发生滑移外，还可以再垂直于滑移面得方向上运动，通常把多余的半原子面向上运动称正攀移，向下运动称为负攀移；交滑移：当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移双交滑移：如果交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动，则称为双交滑移多滑移：当外力在几个滑移系上的分切应力相等并同时达到了临界分切应力时，产生同时滑移的现象。滑移系： 一个滑移面和此面
27、上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。主要原因：滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。密排面的面间距最大，点阵阻力最小，因而容易沿着这些面发生滑移；密排方向上原子间距对短，即位错b最小。临界分切应力 ：滑移系开动所需的最小分切应力；它是一个定值，与材料本身性质有关，与外力取向无关。施密特因子（取向因子）：拉伸变形时，能够引起晶体滑移的分切应力t的大小取决于该滑移面和晶向的空间位置（和）。与拉伸应力间的关系为：=coscos；则coscos 被称为取向因子，或称施密特因子，取向因子越大，则分切应力越大。2、离子晶体、共价晶体和聚合物晶体中的位错。离子晶体：一般而言，滑移方向或
28、滑移面都不是密排的，因而位错在离子晶体中移动的阻力比金属晶体中的高， 此外，同类离子相接触的可能性进一步限制了离子晶体中的滑移系数目。因此，这些因素都降低了位错的活动性，导致脆性断裂的倾向。共价晶体：其低的配位数导致它的原子致密度较低，也导致其线密度和面密度也较低。因此它的柏氏矢量也较长，位错移动的固有阻力值变高。此外，位错移动时必须破断搞的共价键能，从而使得它具有高的强度。聚合物：聚合物的晶胞尺寸很大，几何关系较复杂，所以柏氏矢量比其他晶体结构中大很多，而且聚合物中分子内共价键比分子间二次键强很多，使得主滑移方向沿着高分子链的轴方向。3、晶界、亚晶界、孪晶界、堆垛层错和相界面等基本概念。（名
29、词解释）晶界：多数晶体物质由许多晶粒所组成，属于同一固相而位向不同的晶粒间的界面，它是一种内界面。亚晶界 ：每个晶粒又由若干个位向有差异的亚晶粒组成，相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界。小角度晶界：相凌晶粒位向差小于10的晶界；大角度晶界：相凌晶粒位向差大于10的晶界；孪晶界：两个晶体沿一个公共的晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体称孪晶，此公共界面叫，孪晶界；孪晶界分为共格和非共格孪晶界共格孪晶界： 在孪晶面上的原子同时位于连个晶体点阵的结点上，为两个晶体所共有，属于自然地完全匹配，是无畸变的完全共格晶面，界面能为普通晶界界面能的1/10,很稳定。非共格孪晶界：孪晶界相对于孪晶面旋转一定角度的到
30、得界面，孪晶界上只有部分原子为两部分晶体所有，原子错排较严重，界面能为普通界面的12;堆垛层错：实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序可能遭到破坏和错排，简称层错。分插入型和抽出型晶界能：形成单位面积界面时，系统的自由能的变化，等于界面区单位面积的能量减去无界面时该区单位面积的能量。相界面：具有不同结构的两相之间的分界面称“相界” A,共格相界： 两相的晶格式彼此衔接的，界面上的原子为两者共有。 B,半共格相界：若相邻两晶在相界面出的晶面间距相差较大，则在相界面上不可能做到完全的一一对应，会在界面上产生一些位错，以降低界面的弹性应变能， 这时界面上，两相原子部分地保持匹配。 C，非共格相界： 当
31、两相在相界面出的原子排列相差很大时，只能形成非共格相界面。相界能包括 弹性畸变能 和 化学交互作用能共格相界，界面上原子保持着匹配关系，故界面上原子结合键数目不变，以畸变能为主；非共格相界，界面上原子的化学键数目和强度与晶体内相比发生了很大变化，以化学能为主，而且总的界面能最高。相界能由小到大： 共格-半共格 -非共格（递增）4、晶粒度和晶粒尺寸的基本概念及测量。晶粒度: 晶粒大小的量度。晶粒尺寸：即为原始晶粒的尺寸。美国材料及测试协会的晶粒尺寸级别N由如下方式定义：n=2N-1，其中n是在放大倍数100*下每in2的晶粒数目。5、体缺陷基本概念。体缺陷：在晶体材料中失去长程有序特征的三维区域
32、。尺寸范围和复杂性可以从简单的点缺陷的丛聚到很大的复杂无定形区域。分为 空洞（孔洞）：材料的开放的体积区域； 沉淀物： 自身晶体结构和宿主的的点阵不同；6、材料的强化方法及机制：（常考简答题或是论述题）固溶强化、弥散强化、第二相强化、细晶强化、加工硬化、马氏体强化（钢铁）、有序强化。其机理均是通过阻碍位错的运动来提高材料的强度。不同的强化方法的机理有其特殊性。一 固溶强化：固溶在点阵间隙或结点上的合金元素原子由于其尺寸不同与基体原子，故产生一点的应力场，阻碍位错运动；柯氏气团和铃木气团，前者是间隙原子优先分布于BCC金属刃型位错的拉应力区，对位错产生钉扎作用，后者是合金元素优先分布于FCC金属
33、扩展位错的层错区，降低层错能，扩大层错区，使扩展位错滑移更加困难。二 沉淀强化和弥散强化：合金通过相变过程得到的合金元素与基体元素的化合物和机械混掺于基体材料中的硬质颗粒都会引起合金强化。沉淀强化和弥散强化的效果远大于固溶强化。位错在运动过程中遇到第二相时，需要切过（沉淀强化的小颗粒和弥散强化的颗粒）或者绕过（沉淀强化的大尺寸颗粒）第二相，因而第二相（沉淀相和弥散相）阻碍了位错运动。三 晶界强化：按照Hall-Petch公式，屈服点s同晶粒直径d之间的关系是s=o+kd-1/2，其实质是位错越过晶界需要附加附加的应力。因此低温用钢往往采用细晶粒组织。四 有序强化：有序合金的位错是超位错，要使金
34、属发生塑性变形就需要使超位错的两个分位错同时运动，因而需要更大的外应力。异类元素原子间的结合力大于同类元素原子间的结合力，所以异类原子的有序排列赋予有序合金较高的强度。 第5部分 高聚物和非晶态结构1， 高分子的结构 链结构 和聚集态结构2，玻璃化转变现象和玻璃化温度，玻璃化转变理论，影响玻璃化温度的因素。玻璃化转变现象： 非晶态的高分子可以按其力学性质分为玻璃态、高弹态、黏流态三种状态，高弹态的高分子材料随着温度的降低会发生由高弹态向玻璃态的转变。这个温度叫玻璃化转变温度。影响因素： 因为玻璃化转变温度是高分子连段从冻结到运动的一个转变温度，所以凡是影响高分子柔顺性的因素都影响Tg;影响（柔
35、顺性）因素： A, 主链的结构 B, 取代基的特性：取代基的极性越强，其相互间的作用力越大，柔顺性越差。 C，链的长度；分子链的长度和相对分子质量有关，相对分子质量越大，则分子链越长，柔顺性越好些。 D,交联度： 越大，柔顺性越差 E，结晶度：越大，柔顺性越差； 一方面，引入刚性基团或极性基团，交联，结晶，使得Tg升高， 另一方面，加入增塑剂、溶剂，引入柔性基团会使温度降低。3，高分子结晶能力，结晶速度，结晶速度的影响因素；A,影响结构过程的内部因素是聚合物必须具有化学结构的规则性和几何结构的规整性才能结晶。典型例子如下：聚乙烯、等易结晶。无规聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、顺式聚丁二烯、
36、乙烯丙烯无规共聚物等不结晶。聚氯乙烯为低结晶度。天然橡胶在高温下结晶。B,此外柔性好和分子间作用力强也是提高结晶能力的因素，前者提高了链段向结晶扩散和排列的活动能力，后者使结晶结构稳定，从而利于结晶，典型例子是尼龙（由于强的氢键）。结晶度：聚合物中晶态的质量或体积分数。结晶度的影响因素： A,侧基的尺寸：具有尺寸大的侧基聚合物难于结晶； B，链的分支：有分支的链比没有分支的难结晶些， C，立构的规整度：全同立构和间同立构易于结晶； D,重复单元的复杂性：有长的复杂单元的聚合物，难结晶； E,链间的二次键： 极性侧基有利于晶体的形成；结晶速度的影响因素：温度：影响极大，有时温度相差甚微，但结晶速
37、度常数可相差上千倍。应力：应力能使分子链沿外力方向有序排列，可提高结晶速度。 分子量：对同一聚合物而言，分子量对结晶速度有显著影响。在相同条件下，分子量低结晶速度快。杂质：杂质影响较复杂，有的可阻碍结晶的进行，有的则能加速结晶。能促进结晶的物质在结晶过程中往往起成核作用（晶核），称为成核剂。4，各种状态下高聚物的结构和性质： 热固性和热塑性聚合物概念和特性： 热固性塑料：许多线性或支链形大分子由化学键连接而成的交联体形聚合物，许多大分子键合在一起，已无单个大分子可言。这类聚合物受热不软化，也不易被溶剂所溶胀。特性：比热塑性具有更高的硬度，强度，脆性，但有尺寸稳定性。热塑性聚合物（Thermop
38、lastics Polymer）： 聚合物大分子之间以物理力聚而成，加热时可熔融，并能溶于适当溶剂中。热塑性聚合物受热时可塑化，冷却时则固化成型，并且可以如此反复进行。 特性：较好的塑性及冲击韧性。 第六部分，相平衡和相变 这部分着重看图，需要自己花时间多看图，一般在论述题里有两道题，一定要掌握。把往年的真题都掌握了，基本问题不大。一个结构的相转变为另一种结构相的过程称为“相变”。相律：热力学平衡条件下，系统的组元数、相数和自由度数之间的关系。表达式：f=C-P+2; 压力一定时，f=C-P+1。应用：可确定系统中可能存在的最多平衡相数。如单元系2个，二元系3个。 可以解释纯金属与二元合金的结
39、晶差别。纯金属结晶恒温进行，二元合金变温进行。匀晶转变：由液相在恒温下结晶出单相固溶体的过程。共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固相的转变。包晶转变：由一个特定成分的固相和液相生成另一个特点成分固相的转变。偏晶转变：一个液相L1在恒定温度下同时转变为一个固相和另一成分不同的液相L2的转变过程。熔晶转变：一个固相在恒定温度下同时转变为一个液相和另外一个成分不同固相的转变过程。合晶转变： 两个成分不同的液相(L1、L2)在恒定温度下结晶为另外一个成分不同的固相的转变过程。凝固：物质从液态冷却转变为固态的过程；结晶：凝固后的物质是晶体，这种凝固叫结晶；热力学条件：固态金属的自由能低于液
40、态时，金属的结晶才能自发进行，要满足这一热力学条件，液体金属必须冷却到理论温度（Tm）以下，过冷是金属结晶的必要条件。第七部分，固态相变基础（名词解释或是简答题）相变的特点及分类；均匀形核和非均匀形核等基本概念。相变驱动力，界面能在形核中的作用。相变分类：(1)按物质状态划分：液相(liquid)固相(solid) 气相(gas)(2)按相变热力学分类：一级相变和高级(二级，三级，)相变，各有其热力学参数改变的特征。(3按相变动力学分类：扩散型相变和无扩散型相变(4)按相变过程分类：近平衡相变和远平衡相变扩散型相变：相变过程中存在成分变化，两相中的原子要进行长程扩散(如固溶体脱溶反应、共析转变
41、、沉淀析出反应等)。非扩散型相变：相变过程中不存在成分变化，没有原子扩散，相变通过相界面的滑动过程进行。新相长大速度是极快的，通常称这种相变为切变型相变，如马氏体相变、低温进行的纯金属同素异构转变等。半扩散型相变：介于扩散型和非扩散型之间的相变，如钢中的贝氏体转变等。均匀形核：新相晶核是在母相中存在均匀地生长的，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响。形核率：当温度低于熔点时，单位体积液体内，在单位时间所形成的晶核数。其受两个因素影响： 形核功因子和原子扩散几率因子；非均匀形核：新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核。界面能的作用：1. 是形核的阻力。形核时总希望有最低的总表面能。2. 非共格界面能很高，若调整核心和母相的取向关系，使核心出现尽量多的共格或半共格界面，就会减小形核功，形核过程便易于进行。3. 共格相长大时，弹性应变能加大，将会在界面上引入位错网络来降低弹性应变能，变成半共格界面。新相长大到更大尺寸时，共格关系使总界面能的减少不足以补偿维持共格所引起的弹性能，新相和母相间就失去共格关系。