材料科学部分的知识点.docx

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材料科学部分的知识点

第一章绪论〔略〕

第二章结晶学根底

2.1晶体及其根本性质

晶体的概念：

晶体的根本性质〔重点〕：

单晶体：

多晶体：

晶界：

2.2结晶化学根本原理

严密堆积原理

★立方密堆和六方密堆的堆积系数均为多少？

剩余的空隙占多少？

★如果构成某个晶体需要n个球体严密堆积，那么该晶胞中必然有多少个四面体空隙和多少个八面体空隙。

非等大球体怎样密堆？

配位数：

正负离子的配位数的关系

配位数与正负离子半径比的关系。

配位多面体：

离子半径：

离子间的平衡距离与两个相接触着的离子半径之间的关系？

离子极化：

对一种离子而言，自身被极化〔极化率〕和极化〔极化力〕周围的离子两者同时。

正离子极化力，负离子被极化力。

在离子电价一样的情况下，r－↑，越大。

电负性概念

两个元素电负性的差值越大，结合时离子键的成分越高。

2.3晶体构造的根本特征

在晶体构造中，有且仅有十四种布拉维格子。

三斜晶系（triclinic）不拉维格子的特点？

单斜晶系（monoclinic）不拉维格子的特点？

正交晶系（orthorhombic）不拉维格子的特点？

三〔六〕方晶系不拉维格子的特点？

四方晶系（tetragonal）不拉维格子的特点？

立方晶系（cubic）不拉维格子的特点？

第三章晶态构造

3.1典型的晶体构造

3.1.1AB型晶体

〔1〕氯化铯〔CsCl〕型构造

化学式CsCl，晶系，格子，Cl-离

子处于，Cs+离子处于

。

Cl-离子、Cs+离子的配位数均为。

Z=。

〔2〕NaCl型构造：

化学式NaCl，晶系，构造。

Cl-离子、

Na+离子的配位数均为。

Cl-离子按堆

积，Na+离子。

晶胞中分子

数Z=。

〔3〕闪锌矿〔β-ZnS〕型构造：

化学式ZnS，晶系，构造。

Zn2+、

S2-离子的配位数均为，S2-离子位于

点位，Zn2+离子位于。

〔4〕纤锌矿〔α-ZnS〕型构造

化学式ZnS，晶系，S2-离子按堆

积方式排列，Zn2+离子，

正、负离子的配位数均为。

Z=，该构造由Zn2+和S2-

离子各一套穿插而成。

3.1.2AX2型

〔1〕萤石（CaF2）型构造：

化学式CaF2，晶系，构造。

Ca2+离

子位于位置，F-离子

，正离子的配位数均为、负离子的配位数

为。

Z=。

萤石构造中八面体空隙全部没有填充，八个F-离

子之间形成一个立方体空洞〞，其为F-离子扩散提供

了条件。

〔2〕金红石〔TiO2〕型构造

化学式TiO2，晶系，格子，Ti4+离

子处于位置，中心的Ti4+离子

这个四方原始格子，O2-离子置。

正离子的配位数均为、负离子的配位数为。

Z=。

〔3〕碘化镉〔CdI2〕型构造

化学式CdI2，晶系，Cd2+离子占有位置，I-离子。

正离子的配位数为、负离子的配位数均为，Z=。

三层与三层之间是相连。

图CdI2晶体构造

3.1.3A2X3型晶体

刚玉〔α-Al2O3〕构造〔重点〕

刚玉晶体构造属晶系，α-Al2O3的构造可以看成O2-离子按堆积排列，即ABAB……二层重复型,而Al3+填充于的八面体空隙，使化学式成为Al2O3。

图刚玉晶体构造

由于只充填了的空隙，因此，Al3+离子的分布必须有一定的规律，图2.6给出了Al3+离子分布的三种形式。

Al3+离子在O2-离子的八面体空隙中，只有按A1D，A1E，A1F…这样的次序排列才满足A13+离子之间的距离最远的条件。

所以α-Al2O3晶体中O2-与Al3+的排列次序如下：

……

将上述12层排列看成一个单元，将其重复就构成了α-Al2O3晶体构造。

3.1.4ABO3型晶体------钙钛矿〔CaTiO3〕型构造：

化学式CaTiO3，复合氧化物构造〔A+B化合价为6或3即可）。

高温时，晶系，Z=。

600℃以下为正交晶系，Z=4。

Ca2+离子、O2-离子共同组成立方严密堆积。

Ti4+离子充填1/4的八面体空隙。

Ti4+离子的配位数为、Ca2+离子配位数为、O2-离子配位数为。

图CaTiO3晶体构造

3.1.5尖晶石MgAl2O4〔AB2O4〕型构造：

化学式MgAl2O4，立方晶系，〔A+B化合总价为8或4即可），Z=8。

O2-离子按立方严密堆积，Mg2+充填1/8的四面体空隙，Al3+离子充填于1/2的八面体空隙。

Mg2+离子配位数为4，Al3+离子配位数为6，O2-离子配位数为4。

单位晶胞中配位多面体的连接方式为：

八面体之间共棱相连，八面体与四面体之间共顶相连。

图尖晶石MgAl2O4〔AB2O4〕型构造

二价离子占据四面体空隙位置，而三价离子占据八面体空隙位置的尖晶石称为正尖晶石，γ-Al2O3的构造和尖晶石相似。

如果有一半的三价离子与二价离子互换位置，即有一半三价离子占据四面体空隙位置，二价离子和另一半三价离子占据八面体空隙位置，这种尖晶石构造称为反尖晶石，化学式可写作B（AB）O4。

反尖晶石是一类氧化物铁氧体磁性材料，磁铁矿Fe3O4〔Fe2+Fe23+O4〕就具有反尖晶石构造。

3.2典型硅酸盐构造

硅氧四面体中的Si-O键为离子键和共价键各占一半。

硅离子是一种高电价低配位的阳离子，因此，在硅酸盐晶体中，硅氧四面体之间如果相连，只能是共顶方式相连，而不可能以共棱、共面的方式相连，否那么构造极不稳定。

在硅酸盐晶体中，硅氧四面体的连接方式分为五种：

、、

、和。

3.2.1岛状构造

岛状构造是指构造中的以孤立状态存在。

硅氧四面体之间共用的氧。

硅氧四面体中的氧离子，一价与相连，一价与其相连。

正是这些金属阳离子配位多面体将硅氧四面体连接起来。

见镁橄榄石构造

图镁橄榄石晶体理想构造

镁橄榄石构造：

这类材料中主要有：

3.2.2组群状构造

两个、三个、四个、六个硅氧四面体，通过共用氧相连成硅氧四面体群，这些群体之间由按一定的配位形式把它们连接起来。

见绿宝石构造

图绿宝石的晶体构造

绿宝石构造：

这类材料中主要有：

3.2.3链状构造

硅氧四面体通过共用两个或三个阳离子相连，在一维方向延伸成链状，链可分成单链和双链。

图硅酸盐单链与双链

链与链之间是通过按一定的配位关系连接起来。

见以下图

从透辉石的〔001〕面投影〔B图〕看，链之间由离子相连，离子的配位数是，离子的配位数是。

图透辉石晶体构造〔单链〕

这类材料中主要有：

单链：

双链：

3.2.4层状构造

硅氧四面体通过三个共用氧在二维平面内延伸成一个硅氧四面体层。

共用氧被称为，不被共用的氧被称为。

自由氧将与硅氧层以外的阳离子相连。

见以下图

图硅氧四面体层构造

图层状构造硅酸盐中硅氧四面体层和铝氧或镁氧八面体层的连接方式

（A）1:

1型（B）2:

1型

在层状构造硅酸盐晶体中：

图高岭石的晶体构造

图4.8蒙脱石的晶体构造

这些层间阳离子M+或M2+容易被交换出来，因此蒙脱石的阳离子交换容量大。

另外蒙脱石的每三层之间结合力弱，很容易渗入水分子，使c轴晶胞参数出现随着渗入水量而变化的现象，因而被称作膨润土。

这类材料中主要有：

3.2.5架状构造

每个硅氧四面体的四个角顶，都与相邻的硅氧四面体共顶。

硅氧四面体排列成具有三维的“架〞。

图钾长石中[SiO4]四面体的连接方式

a〕曲轴链示意图b〕四元环

在长石构造中：

如何通过硅酸盐属分子式，判断其构造？

第4章熔体和玻璃体

4.1熔体的构造——聚合物理论

XRD结论？

图4.1气体、熔体、玻璃体和白硅石的XRD图

聚合物理论对熔体构造的描述：

Na2O—SiO2熔体聚合物形成：

当熔体组成不变时，随温度升高，低聚物数量。

当温度不变时，熔体组成的O/Si比（R）高，那么表示碱性氧化物含量较，分化作用增强，从而Onb，低聚物也。

聚合物的形成大致分为三个阶段：

聚合物理论要点:

4.2玻璃体

玻璃的通性？

玻璃形成的结晶化学条件？

晶子学说？

无规那么网络学说？

综述两种假说的优缺点。

第5章晶体化学

1、过冷度太小或过大，对成核和生长均不利。

只有在一定过冷度下才能有最大的IV和u。

2、IV和u两曲线重叠区，称析晶区，在此区域内，IV和u都有一个较大的数值，既有利成核，又有利生长。

3、两侧阴影区为亚稳区。

左侧△T太小，不可能自发成核，右侧△T太大，温度太低，粘度太大，质点难以移动无法形成晶相。

亚稳区为实际不能析晶区。

4、如果IV和u的极大值所处的温度范围很靠近，熔体就易析晶而不易形成玻璃。

反之，就不易析晶而易形成玻璃。

5、IV和u两曲线峰值大小及相对位置，都由系统本性所决定。

6、近代研究证实，如果冷却速率足够快，那么任何材料都可以形成玻璃。

第6章晶体缺陷及外表构造

6.1晶体缺陷

（1）、缺陷定义：

（2）、缺陷产生的原因：

（4）、根据偏离理想晶体的几何位置来分有哪三类，请举例：

7.1.1点缺陷

（1）热缺陷

概念：

热缺陷有哪两种根本形式？

特点是什么？

热缺陷浓度表示：

〔2〕杂质缺陷

概念：

种类？

特点？

存在的原因？

（3）非化学计量构造缺陷〔电荷缺陷〕

概念：

产生的原因？

7.1.2线缺陷

线缺陷包括：

7.1.3面缺陷

面缺陷包括：

7.1.4外表构造

〔1〕晶体的外表构造

以NaCl晶体为例阐述晶体外表层构造与内部不同。

正、负离子的极化能力愈强，双电层厚度愈，外表能愈，外表硬度愈。

外表层晶格畸变和离子变形，必将引起相邻的内层离子的变形和键力的变化，并向内层扩展，这种影响随着向晶体内部的深入而。

〔2〕粉体的外表构造

粉体是指微细的固体粒子集合体。

粒子的微细化使比外表积，外表构造的有序程度受到强烈扰乱并不断向颗粒深部扩展，最后使粉体外表构造趋于。

这种严重，有限。

讲解图1.1.15和图1.1.16。

〔3〕玻璃的外表构造

由于玻璃比一样组成的晶体具有更大的内能，外表力场的作用往往更为。

从熔体转化为玻璃体是一个连续的过程，但却伴随着外表成分的不断变化。

玻璃中各成分对外表自由焓的奉献，为了保持最小的外表能，各成分将按其对外表自由焓的奉献能力自发的，此外易挥发分在玻璃成型和退火过程中自外表。

故玻璃外表的化学成分和构造于内部。

〔4〕固体外表的几何构造

固体的实际外表通常不是平坦的，存在着无数、和凹凸不平的。

外表粗糙度的影响？

外表微裂纹？

第7章相平衡

请划分图7-1所示四个相图中的副三角形。

图7-1

图7-2为ABC三元系统相图，根据此相图：

〔l〕判断化合物K和D的性质；〔2〕标出各条界限上的温度下降方向并说明界限性质；〔3〕划分副三角形；〔4〕判断各无变量点的性质，并写出相平衡关系式。

图7-2

图7-3为生成2个一致熔融二元化合物的三元系统，据图答复以下问题：

〔l〕可将其划分为几个副三角形？

〔2〕标出图中各边界及相区界限上温度下降方向并说明界限性质。

〔3〕判断各无变量点的性质，并写出相平衡关系式。

图7-3

根据图7-4答复以下问题：

〔l〕判断化合物S的性质；〔2〕标出各条界限上的温度下降方向并说明界限性质；〔3〕划分副三角形；〔4〕指出各无变量点E、P、R、Q的性质，并写出其相平衡关系；

图7-4