材料化学复习资料讲解.doc

《材料化学复习资料讲解.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料化学复习资料讲解.doc（15页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、材料化学复习课和习题课考试题型1、填空题（20分，每个0.5分） 10个2、名词解释(20分，每个3分) 7个3、简答题(30分，每个6分) 5个4、计算题（30分） 2个 需要掌握的基本内容1、材料的定义和材料科学或材料化学的研究内容2、晶体的对称要素3、化学键,晶体结构和空间点阵4、晶体的缺陷(点缺陷),缺陷反应方程式的写法(判断其合理性),固溶式的写法,晶体理论密度的计算5、固溶体的类型,(置换固溶体和间隙固溶体,有限固溶体和无限固溶体)6、晶体生长的方法,(熔体生长法和溶液生长法)7、多孔材料分类和孔结构的测量方法.颗粒粒径的测量方法8、材料的电性能, 热性能和光性能9、能带理论和半导

2、体,超导体,快离子导体,铁电,压电材料,储氢材料,形状记忆合金材料,敏感陶瓷材料10、复合材料的组成和特征,材料复合的原则。名词解释1、相：在一个系统中，成分、结构相同，性能一致的均匀的组成部分叫做相。 2、费米能级：绝对零度时电子占据的最高能级。 3、晶胞：构成晶格的最基本的几何单元。 4、有色金属：金属通常分为黑色金属与有色金属，黑色金属是铁、铬、锰金属及其合金，且以铁金属与铁合金为主。除铁、铬、锰以为的金属称为有色金属。 5、极化：指事物在一定条件下发生两极分化，使其性质相对于原来状态有所偏离的现象。如分子极化(偶极矩增大)、光之极化(偏振)、电极极化等。 6、杂质半导体（非本征半导体）

3、：通过惨杂杂质，使电子结构发生变化而制备的半导体。 7、禁带：半导体和绝缘体中，满带与导带之间还隔有一段空隙，称为禁带。 8、配位数：指晶体结构中，与任一原子最邻近并且距离相等的原子数。 9、烧结：粉末或压坯在低于主要组分熔点温度下加热，使颗粒间产生连接，以提高制品性能的方法。 10、成型：借助外力、工具或模具，将原材料或坯料(半成品)加工成具有一定形状和尺寸并具有一定组织结构和力学性能的坯体或制品的过程。 11、空间点阵：质点的中心位置称为晶格的结点，由这些结点构成的空间总体称为空间点阵。 12、本征半导体：在半导体中，禁带不太宽，热能足以使满带中的电子被激发越过禁带而进入导带，从而在满带中

4、留下空穴，而在导带中增加了自由电子，他们都能导电，并且由于温度越高，电子激发到空带的机会越大，导电率越高。这类半导体属于本征半导体。13、超导材料(超导临界电流密度)：在适当的温度、磁场强度和电流密度下，具有超导电性的材料。 14、自发极化：在一定温度范围内、单位晶胞内正负电荷中心不重合，形成偶极矩，呈现象极性。这种在无外电场作用下存在的极化现象称为自发极化。 15、居里温度：铁电体存在一临界温度，高于此温度，则铁电性消失。该温度称为居里温度。16、热容：1摩尔物质升高1K所需要的热量。17、热膨胀系数：指温度变化1K时材料尺度的变化量。18、热导率:表征物质热传导性能的物理量。19、熔点：即

5、在一定压力下，纯物质的固态和液态呈平衡时的温度。（晶体开始融化时的温度叫做熔点）20、Seeback 效应(第一热电效应)：指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质之间的电压差的热电现象。21、压电性（压电效应）：对BaTiO3之类的铁电材料施加压力，导致极化发生改变，从而在样品两侧产生小电压，这一现象称为压电性或压电效应。22、铁电性或热释电材料：外电场作用下电介质产生极化，而某些材料在除去外电场后仍能保持部分极化状态，这种现象称为铁电性。问答及填空题一、材料的定义和分类 1、材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。 2、材料是“具有一定性能的物质, 可以用

6、来制成一些机器、器件、结构和产品”。 3、材料是可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质。 4、人类社会所能够接受的经济地制造有用器件的物质 。 5、材料化学研究的内容：合成与制备、性能、结构、效能与功能(服役性能)。 6、结构和性能的关系： 材料化学的主要目的是从分子水平到宏观尺度认识结构与性能的相互关系,在合成和加工材料的过程中有意识的控制材料的组成和结构,获得具有预期性能的材料。二、晶体的宏观特征： 1.规则的几何外形 2.晶面角守恒 3.有固定的熔点4. 物理性质的各向异性5. 晶体中的微粒是按照一定方式重复排列的。三、晶体的宏观对称性元素：晶体中只存在有 8 种独立的对称元素， 分别

7、为： 任何宏观晶体所具有的对称性都是这 8 种基本对称元素的组合。四、7大晶系：立方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系、三斜晶系、三方晶系、四方晶系。五、14种布拉维格子：1、14种布拉维格子： (1)立方格子 3 个：简单、体心、面心 (2)四方格子 2 个：简单、体心 (3)正交格子 4 个：简单、体心、底心、面心 (4)单斜格子 2 个：简单、底心 (5)三斜格子 1 个：简单 (6)六方格子1个：简单 (7)菱方格子1个：简单2、 划分布拉维格子(平行六面体)的四条原则：空间点阵的对称性、直角关系、体积应该最小、棱间交角接近于直角。六、金属的晶体结构：面心立方、体心立方、密排立方。七、

8、晶胞常数： 晶胞常数指的是晶胞三条棱的棱长 a、b、c。如果我们把原子视作半径为 R 的刚性圆球，则由简单的几何分析不难得出金属晶体的晶胞常数与金属元素原子半径之间的关系：（1）面心立方结构： （2）体心立方结构: (3) 简单六方结构：八、配位数 (CN)： 1、配位数定义为晶体结构中任一原子周围存在的最近邻且与该原子等距离的原子的数量，通常用符号“CN”表示。 2、面心立方结构 (A1) 和简单六方结构 (A3) 中原子的配位数均为12，而体心立方结构中原子的配位数则为8。 3、单质晶体：原子的配位数不会大于 12。(最紧密堆积的结构中原子配位数为 12) 。九、费米能级： 1、在 0K

9、时，电子气处于基态，费米能级内所有状态被电子占据，费米能级外所有状态均未被电子占据。当温度 T 0 K 时，某些电子将受到热激发。由于费米能级内状态已填满，电子的热激发只能从费米能级内的状态移到费米能级外能量较高的状态。 2、费米能级是绝对零度时电子占据的最高能级。 能带中所有可利用能级并不一定都被占据,在绝对零度时填充能级和未填充能级的交界面所处的能级叫做费米能级。十、说明下列符号的含义：VNa，VCl，.(VNaVCl)，CaK，CaCa，Cai。 1、钠离子空位，带一个单位负电荷； 2、氯离子空位，带一个单位正电荷； 3、最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心； 4、Ca2+占据K

10、.位置，带一个单位正电荷； 5、Ca原子位于Ca原子位置上； 6、Ca2+处于晶格间隙位置。十一、按缺陷形成的原因分类： 1、点缺陷：热缺陷（Frankel缺陷、Schottky缺陷）、杂质缺陷、电荷缺陷（非化学计量结构缺陷）。 2、点缺陷的分类（按几何位置及成分分类）： （1）填隙原子 (间隙原子)：质点进入间隙位置成为填隙原子。 （2）空位 ： 正常结点位置没有被质点占据，称为空位。 （3）杂质原子：杂质原子进入晶格（结晶过程中混入或加入，一般不大于1，）。 3、固溶体：间隙位置间隙杂质原子（间隙固溶体）、正常结点取代（置换）杂质原子（置换固溶体）。十二、两种典型的热缺陷： 1、肖特基缺陷

11、：特点-晶体体积增大,晶体密度减小。 （1）金属晶体： Schottky 缺陷就是金属离子空位 （2）离子晶体：由于局部电中性的要求，离子晶体中的 Schottky缺陷只能是等量的正离子空位和负离子空位成对出现。 2、佛伦克尔缺陷：特点-空位和间隙成对产生，晶体密度不变。 （1）金属晶体：Frenkel 缺陷为金属离子空位和位于间隙中的金属离子 （2）离子晶体: 由于离子晶体中负离子的半径往往比正离子大得多，离子晶体中的 Frenkel 缺陷一般都是等量的正离子空位和间隙正离子。十三、固溶体的分类： (1) 按溶质原子在溶剂晶格中的位置划分：间隙型固溶体、置换型固溶体。 特点：形成间隙型固溶体

12、体积基本不变或略有膨胀；形成置换型固溶体后体积应比基质大。 (2) 按溶质原子在溶剂晶体中的溶解度分类：连续型固溶体、有限型固溶体 特点：对于有限型固溶体，溶质在有限范围内溶解度随温度升高而增加。十四、晶体生长技术： 1、熔体生长法 将欲生长晶体的原料熔化，然后让熔体达到一定的过冷而形成单晶。 2、溶液生长法 通过控制合适的降温速度，使溶液处于亚稳态并维持适宜的过饱和度，从而结晶。 3、熔体生长法的结晶驱动力是什么?，在晶体生长过程中起主要作用的是什么? 4、溶液生长法的结晶驱动力是什么?在晶体生长过程中起主要作用的是什么?所以熔体生长法比溶液生长法快。十五、多孔材料的分类： 1、d2nm 微

13、孔（microporous） 2、2nmd50nm 宏孔（macroporous十六、多孔陶瓷材料的表征及评价： 1、密度(d)及气孔率(p) 2、气孔率(p)：气孔率会导致多孔材料的特殊性能，比如气体通过率和吸收率。 3、测试孔隙率方法-阿基米德排水法：设干重W1、 试样在液体中的重量W2、湿重W3，所以如下： W1:试样干重 W2:试样在水中的重量 W3:试样含饱和水时的重量。十七、气孔尺寸分布 1、多孔材料的气孔尺寸范围很宽，小到原子尺寸，大到毫米级。 2、孔径分布的测试方法： （1）氮气吸附脱附法：测试范围微孔-20nm气孔 （2）压汞法：测试范围20nm-1mm气孔 3、 颗粒尺寸分

14、布的实验测量方法：筛分法沉、降法、激光衍射法。十八、奥氏体、铁素体、马氏体、渗碳体 1、奥氏体：碳溶解在-Fe中的间隙固溶体；仍保持-Fe的面心立方晶格，晶界比较直，呈规则多边形；727时溶碳为c 0.77，1148时可溶碳2.11具有较高塑性。 2、马氏体：碳在-Fe中的过饱和固溶体；马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT），中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织；普遍具有较高强度和硬度。 3、铁素体：碳溶解于-Fe的体心立方晶格中形成的间隙固溶体；碳原子含量很少(仅0.02%)；强度和硬度低，塑性和韧性好，这时由于固溶强化的结果。 4、渗碳体：碳与铁形成的一种化合物Fe3C，一般含碳6.6

15、7；复杂的正交晶格，熔点1227；极高硬度（BHN600以上）的脆性化合物，塑性、韧性几乎为零。十九、铁电陶瓷、压电材料： 1、典型的铁电陶瓷BaTiO3：随温度变化，晶相结构发生改变；很高的介电常数，特别是在其居里点Tc（120）附近，可高达6000；损耗因子可高达0.010.02。 2、最有代表性的压电陶瓷材料钛锆酸铅（PZT）。二十、超导现象：同时满足电流、电压与磁场三个条件时才会出现超导现象。 1、临界温度（TC）超导体必须冷却至某一临界温度以下才能保持其超导性。 2、临界电流密度（JC）通过超导体的电流密度必须小于某一临界电流密度才能保持超导体的超导性。 3、临界磁场（HC）施加给超

16、导体的磁场必须小于某一临界磁场才能保持超导体的超导性。二十一、热敏电阻：热敏电阻是一种新型的半导体测温元件。按温度系数可分为：正温度系数热敏电阻（PTC）；负温度系数热敏电阻（NTC）；临界温度系数热敏电阻（CTR）。二十二、复合材料： 1、什么是复合材料：一般说法：由2种或2种以上不同材料组合在一起而形成的新材料。 2、复合材料的组成： （1）基体(Matrix):含量较大，连续分布的组成相 （2）增强相(Reinforcement Elements):含量较小，分散分布，一般起增强作用。 3、复合材料的特点： （1） 复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的一种

17、新型材料，组元之间存在着明显的界面； （2） 复合材料中各组元不但保持各自的固有特性，而且可最大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良特殊性能； （3）复合材料具有可设计性。可以根据使用条件要求进行设计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高工程结构的效能。 4、复合材料的复合原则：优势（优良特性）互补原则；性能（用途）先定原则；制备可能性、成本可行性原则。 5、金属基复合材料：目前用作金属基复合材料的基体金属有：铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、锌合金、铅、钛铝、镍铝金属间化合物等。增强纤维有碳纤维，硼纤维，碳化硅纤维，氧化铝纤维，金属丝。二十三、计算题

18、： 1、用ZrO2和0.25molCaO 制成固溶体，测得晶胞参数 a00.5153nm，密度为5.184g/cm3， ZrO2为萤石结构，问主要缺陷形式是何种？ 2 : 1 : 1 0.25 : 0.125 : 0.125 固溶分子式： Zr0.875Ca0.25O2 解：缺陷反应式： 1 : 1 : 1 0.25 : 0.25 : 0.25固溶分子式： Zr0.75Ca0.25O1.75 比较d与r，看谁与r接近即为所对应的缺陷类型。 2、FCC结构的镍原子半径为0.1243nm。试求镍的晶格参数和密度。 解：过程如下：3、 写出下列缺陷反应式： （1）MgCl2固溶在LiCl晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS)： （2）SrO固溶在Li2O晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS)： （3）Al2O3固溶在MgO晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS)： （4）YF3固溶在CaF2晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS)： （5）CaO固溶在ZrO2晶体中(产生负离子空位，生成置换型SS)：4、 投影图的画法： （1）根据CaF2晶胞图画出CaF2晶胞的投影图。 （2）根据金刚石的结构画出其晶胞投影图。