材料科学课件与试题

篇一：材料科学基础课件(山大)

材料科学基础

上课班级：金属材料00级

主讲教师： 吕 宇 鹏

绪 论

1 课程性质：技术基础课。

2 学习材料科学的重要性

（1）材料科学

研究材料的成分、组织结构、加工工艺与性能之间关系的科学。（四要素关系如

2）材料科学在社会与社会发展中的地位

① 社会需求是材料发展的巨大动力

信息与材料：信息获取（传感器：化合物）－信息传递（光纤：无机、有机材料）－信息贮存（金属与合金）－信息显示（用于液晶显示的非晶硅、有机液晶材料）－信息处理（处理器芯片硅－锗）。

② 能源与材料：贮氢材料（钛锰及稀土类合金）、太阳能电池材料（硅、合金、化合物）、核能用材料（锆合金等）。

③ 航空航天材料：发动机（高温合金，金属基复合材料，陶瓷与陶瓷基复合材料）、汽轮机部件（纤维增强金属基复合材料、陶瓷基复合材料）、火箭喷嘴（难熔金属）等。

④ 人与材料：金属、无机、高分子及其复合材料。

（3）材料的四大家族

① 金属材料：综合性能等。

② 陶瓷材料：高温、稳定性能等。

③ 高分子材料；耐腐蚀等特殊性能。

④ 复合材料：1＋1大于2。

3 内容安排

（1）内容核心：材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系及其在各种条件下的变化规律。

（2）内容结构

材料学原理（1－8章）―相变原理（9章）―工程与功能材料学（10－11章）

（3）学时安排

总学时：114 （周一3，4；周三1，2；周五1，2）

实 验：12

4 学习方法

提纲挈领、记好笔记、及时复习。

5 教材与参考书

教材

刘智恩.材料科学基础.西北工业大学出版社.2000年8月第一版

参考书

石德柯.材料科学基础.机械工业出版社.1999年5月第一版

赵 品.材料科学基础教程.哈尔滨工业大学出版社.2002年三月第二版 殷景华.功能材料概率.哈尔滨工业大学出版社.1999年8月第一版

预习名词：金属键、晶体、空间点阵、晶体结构、晶胞

第一章 材料中的原子排列

第一节 原子的结合方式

1 原子结构

2 原子结合键

（1）离子键与离子晶体

原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；

离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如氧化物陶瓷。

（2）共价键与原子晶体

原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；

原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。如高分子材料。

（3）金属键与金属晶体

原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性； 金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。如金属。

金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。

（3）分子键与分子晶体

原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。

分子晶体：熔点低，硬度低。如高分子材料。

氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O

（4）混合键。如复合材料。

3 结合键分类

（1）一次键 （化学键）：金属键、共价键、离子键。

（2）二次键 （物理键）：分子键和氢键。

4 原子的排列方式

（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。长程有序，各向异性。

（2）非晶体：――――――――――不规则排列。长程无序，各向同性。

第二节 原子的规则排列

一 晶体学基础

1 空间点阵与晶体结构

（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。图1-5 特征：a 原子的理想排列；b 有14种。

其中：

空间点阵中的点－阵点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。 描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。

空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。

（2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。

特征：a 可能存在局部缺陷； b 可有无限多种。

2 晶胞 图1－6

（1）――－：构成空间点阵的最基本单元。

（2）选取原则：

a 能够充

分反映空间点阵的对称性；

b 相等的棱和角的数目最多；

c 具有尽可能多的直角；

d 体积最小。

（3）形状和大小

有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。

（4）晶胞中点的位置表示（坐标法）。

3 布拉菲点阵 图1－7 14种点阵分属7个晶系。

4 晶向指数与晶面指数

晶向：空间点阵中各阵点列的方向。

晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。

国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。

（1）晶向指数的标定

a 建立坐标系。确定原点（阵点）、坐标轴和度量单位（棱边）。 b 求坐标。u’,v’,w’。

c 化整数。 u,v,w.

d 加[ ]。[uvw]。

说明：

a 指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。

b 负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。

c 晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向。用表示，数字相同，但排列顺序不同或正负号不同的晶向属于同一晶向族。

（2）晶面指数的标定

a 建立坐标系：确定原点（非阵点）、坐标轴和度量单位。b 量截距：x,y,z。

c 取倒数：h’,k’,l’。

d 化整数：h,k,k。

e 加圆括号：(hkl)。

说明：

a 指数意义：代表一组平行的晶面；

b 0的意义：面与对应的轴平行；

c 平行晶面：指数相同，或数字相同但正负号相反；

d 晶面族：晶体中具有相同条件（原子排列和晶面间距完全相同），空间位向不同的各组晶面。用{hkl}表示。

e 若晶面与晶向同面，则hu+kv+lw=0;

f 若晶面与晶向垂直，则u=h, k=v, w=l。

（3）六方系晶向指数和晶面指数

a 六方系指数标定的特殊性：四轴坐标系（等价晶面不具有等价指数）。b 晶面指数的标定

标法与立方系相同(四个截距)；用四个数字(hkil)表示；i=-(h+k)。c 晶向指数的标定

标法与立方系相同(四个坐标)；用四个数字(uvtw)表示；t=-(u+w)。 依次平移法：适合于已知指数画晶向（末点）。

坐标换算法：[UVW]~[uvtw]

u=(2U-V)/3, v=(2V-U)/3, t=-(U+V)/3, w=W。

（4）晶带

a ――：平行于某一晶向直线所有晶面的组合。

晶带轴 晶带面

b 性质：晶带用晶带轴的晶向指数表示；晶带面//晶带轴；hu+kv+lw=0

c 晶带定律

凡满足上式的晶面都属于以[uvw]为晶带轴的晶带。推论：

(a) 由两晶面(h1k1l1) (h2k2l2)求其晶带轴[uvw]：

u=k1l2-k2l1; v=l1h2-l2h1; w=h1k2-h2k1。

(b) 由两晶向[u1v1w1][u2v2w2]求其决定的晶面(hkl)。

H=v1w1-v2w2; k=w1u2-w2u1; l=u1v2-u2v1。

（5）晶面间距

a ――：一组平行晶面中，相邻两个平行晶面之间的距离。

b 计算公式（简单立方）：

d=a/(h2+k2+l2)1/2

注意：只适用于简单晶胞；对于面心立方hkl不全为偶、奇数、体心立方h+k+l=奇数时，d(hkl)=d/2。

二 典型晶体结构及其几何特征

篇二：同济大学材料科学基础习题1

材料科学基础习题1（顾书英）

1． 原子结构、原子键合、高分子链结构

（1） 简述原子间结合键的种类及各自的特点，并结合具体材料或物质阐述键合

特点与性能特点之间的相关性。

（2） 图示金属、离子晶体和高分子材料势能与原子间距曲线的相对关系。a、b、

c分别代表哪类材料？

（3） 简述高分子链近程结构和远程结构的概念及其所包括的`内容。

（4） 从分子链结构特点，说明热塑性和热固性高分子材料受热后的表现。

篇三：同济821材料科学基础

一.简答题（每题10分）

1.简述共价键，离子键和金属键对材料结构和性能的影响。

2.请画出面心立方，体心立方和密排六方三种排列方式的图，计算致密度。

3.晶体的基本性质，举例详细说明。

4.不同缺陷对材料结构和性能的影响，用哪种方法可以研究晶体缺陷？

5.高分子的柔顺性，影响高分子柔顺性的因素。

6.相变过程过冷度对形核功和临界晶核半径的影响及原因，均匀形核和非均匀形核对过冷度需求不同的原因。

7.刃型位错和螺型位错的异同点，什么情况下滑移位错和孪晶可以成为塑性形变的主要方式。

8.推导布拉格方程，及说明其在X衍射分析和电子选取衍射分析的应用。

9.红外吸收光谱的产生条件和特点，以及在材料研究中的应用。

二.分析题（每题15分）

1.电子轰击样品可以产生哪些物理信号，其中哪些可以用于分析样品表面形貌特征？相衬度是如何产生的？为什么电子显微镜的分辨能力比光学显微镜高？

2.热分析及其种类，如何运用热分析区分脱水，氧化，结晶，熔化，玻璃化转变？

3.金属材料，无机材料，高分子材料各自的弱点，举一类材料说明如何改善其弱点？

4.举例说明材料组成，工艺，结构，性能的关系。