材料科學(xué)課件與試題
篇一：材料科學(xué)基礎(chǔ)課件(山大)
材料科學(xué)基礎(chǔ)
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(chǔ)課。
2 學(xué)習(xí)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(jié)構(gòu)、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)在社會與社會發(fā)展中的地位
① 社會需求是材料發(fā)展的巨大動力
信息與材料：信息獲取（傳感器：化合物）－信息傳遞（光纖：無機、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）。
② 能源與材料：貯氫材料（鈦錳及稀土類合金）、太陽能電池材料（硅、合金、化合物）、核能用材料（鋯合金等）。
③ 航空航天材料：發(fā)動機（高溫合金，金屬基復(fù)合材料，陶瓷與陶瓷基復(fù)合材料）、汽輪機部件（纖維增強金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料）、火箭噴嘴（難熔金屬）等。
④ 人與材料：金屬、無機、高分子及其復(fù)合材料。
（3）材料的四大家族
① 金屬材料：綜合性能等。
② 陶瓷材料：高溫、穩(wěn)定性能等。
③ 高分子材料；耐腐蝕等特殊性能。
④ 復(fù)合材料：1＋1大于2。
3 內(nèi)容安排
（1）內(nèi)容核心：材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、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(guī)律。
（2）內(nèi)容結(jié)構(gòu)
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)時安排
總學(xué)時：114 （周一3，4；周三1，2；周五1，2）
實 驗：12
4 學(xué)習(xí)方法
提綱挈領(lǐng)、記好筆記、及時復(fù)習(xí)。
5 教材與參考書
教材
劉智恩.材料科學(xué)基礎(chǔ).西北工業(yè)大學(xué)出版社.2000年8月第一版
參考書
石德柯.材料科學(xué)基礎(chǔ).機械工業(yè)出版社.1999年5月第一版
趙 品.材料科學(xué)基礎(chǔ)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(yù)習(xí)名詞：金屬鍵、晶體、空間點陣、晶體結(jié)構(gòu)、晶胞
第一章 材料中的原子排列
第一節(jié) 原子的結(jié)合方式
1 原子結(jié)構(gòu)
2 原子結(jié)合鍵
（1）離子鍵與離子晶體
原子結(jié)合：電子轉(zhuǎn)移，結(jié)合力大，無方向性和飽和性；
離子晶體；硬度高，脆性大，熔點高、導(dǎo)電性差。如氧化物陶瓷。
（2）共價鍵與原子晶體
原子結(jié)合：電子共用，結(jié)合力大，有方向性和飽和性；
原子晶體：強度高、硬度高（金剛石）、熔點高、脆性大、導(dǎo)電性差。如高分子材料。
（3）金屬鍵與金屬晶體
原子結(jié)合：電子逸出共有，結(jié)合力較大，無方向性和飽和性； 金屬晶體：導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性好，熔點較高。如金屬。
金屬鍵：依靠正離子與構(gòu)成電子氣的自由電子之間的靜電引力而使諸原子結(jié)合到一起的方式。
（3）分子鍵與分子晶體
原子結(jié)合：電子云偏移，結(jié)合力很小，無方向性和飽和性。
分子晶體：熔點低，硬度低。如高分子材料。
氫鍵：（離子結(jié)合）X-H---Y（氫鍵結(jié)合），有方向性，如O-H—O
（4）混合鍵。如復(fù)合材料。
3 結(jié)合鍵分類
（1）一次鍵 （化學(xué)鍵）：金屬鍵、共價鍵、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(nèi)的周期性規(guī)則排列。長程有序，各向異性。
（2）非晶體：――――――――――不規(guī)則排列。長程無序，各向同性。
第二節(jié) 原子的規(guī)則排列
一 晶體學(xué)基礎(chǔ)
1 空間點陣與晶體結(jié)構(gòu)
（1）空間點陣：由幾何點做周期性的規(guī)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：
空間點陣中的點－陣點。它是純粹的幾何點，各點周圍環(huán)境相同。 描述晶體中原子排列規(guī)律的空間格架稱之為晶格。
空間點陣中最小的幾何單元稱之為晶胞。
（2）晶體結(jié)構(gòu)：原子、離子或原子團(tuán)按照空間點陣的實際排列。
特征：a 可能存在局部缺陷； b 可有無限多種。
2 晶胞 圖1－6
（1）――－：構(gòu)成空間點陣的最基本單元。
（2）選取原則：
a 能夠充
分反映空間點陣的對稱性；
b 相等的棱和角的數(shù)目最多；
c 具有盡可能多的直角；
d 體積最小。
（3）形狀和大小
有三個棱邊的長度a,b,c及其夾角α,β,γ表示。
（4）晶胞中點的位置表示（坐標(biāo)法）。
3 布拉菲點陣 圖1－7 14種點陣分屬7個晶系。
4 晶向指數(shù)與晶面指數(shù)
晶向：空間點陣中各陣點列的方向。
晶面：通過空間點陣中任意一組陣點的平面。
國際上通用米勒指數(shù)標(biāo)定晶向和晶面。
（1）晶向指數(shù)的標(biāo)定
a 建立坐標(biāo)系。確定原點（陣點）、坐標(biāo)軸和度量單位（棱邊）。 b 求坐標(biāo)。u’,v’,w’。
c 化整數(shù)。 u,v,w.
d 加[ ]。[uvw]。
說明：
a 指數(shù)意義：代表相互平行、方向一致的`所有晶向。
b 負(fù)值：標(biāo)于數(shù)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(shù)字相同，但排列順序不同或正負(fù)號不同的晶向?qū)儆谕痪蜃濉?/p>
（2）晶面指數(shù)的標(biāo)定
a 建立坐標(biāo)系：確定原點（非陣點）、坐標(biāo)軸和度量單位。b 量截距：x,y,z。
c 取倒數(shù)：h’,k’,l’。
d 化整數(shù)：h,k,k。
e 加圓括號：(hkl)。
說明：
a 指數(shù)意義：代表一組平行的晶面；
b 0的意義：面與對應(yīng)的軸平行；
c 平行晶面：指數(shù)相同，或數(shù)字相同但正負(fù)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(shù)和晶面指數(shù)
a 六方系指數(shù)標(biāo)定的特殊性：四軸坐標(biāo)系（等價晶面不具有等價指數(shù)）。b 晶面指數(shù)的標(biāo)定
標(biāo)法與立方系相同(四個截距)；用四個數(shù)字(hkil)表示；i=-(h+k)。c 晶向指數(shù)的標(biāo)定
標(biāo)法與立方系相同(四個坐標(biāo))；用四個數(shù)字(uvtw)表示；t=-(u+w)。 依次平移法：適合于已知指數(shù)畫晶向（末點）。
坐標(biāo)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(shù)表示；晶帶面//晶帶軸；hu+kv+lw=0
c 晶帶定律
凡滿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，相鄰兩個平行晶面之間的距離。
b 計算公式（簡單立方）：
d=a/(h2+k2+l2)1/2
注意：只適用于簡單晶胞；對于面心立方hkl不全為偶、奇數(shù)、體心立方h+k+l=奇數(shù)時，d(hkl)=d/2。
二 典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征
篇二：同濟大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題1
材料科學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題1（顧書英）
1． 原子結(jié)構(gòu)、原子鍵合、高分子鏈結(jié)構(gòu)
（1） 簡述原子間結(jié)合鍵的種類及各自的特點，并結(jié)合具體材料或物質(zhì)闡述鍵合
特點與性能特點之間的相關(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的相對關(guān)系。a、b、
c分別代表哪類材料？
（3） 簡述高分子鏈近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)的概念及其所包括的內(nèi)容。
（4） 從分子鏈結(jié)構(gòu)特點，說明熱塑性和熱固性高分子材料受熱后的表現(xiàn)。
篇三：同濟821材料科學(xué)基礎(chǔ)
一.簡答題（每題10分）
1.簡述共價鍵，離子鍵和金屬鍵對材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。
2.請畫出面心立方，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(xì)說明。
4.不同缺陷對材料結(jié)構(gòu)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.相變過程過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冷度需求不同的原因。
7.刃型位錯和螺型位錯的異同點，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(dǎo)布拉格方程，及說明其在X衍射分析和電子選取衍射分析的應(yīng)用。
9.紅外吸收光譜的產(chǎn)生條件和特點，以及在材料研究中的應(yīng)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，如何運用熱分析區(qū)分脫水，氧化，結(jié)晶，熔化，玻璃化轉(zhuǎn)變？
3.金屬材料，無機材料，高分子材料各自的弱點，舉一類材料說明如何改善其弱點？
4.舉例說明材料組成，工藝，結(jié)構(gòu)，性能的關(guān)系。
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