材料科学与工程基础期末复习知识点

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1、材料科学与工程基础期末复习知识点第二章物质结构基础名词解释：取向力、诱导力、色散力、费米能级、置换固溶体、间隙固溶体、肖脱基缺陷、弗仑克尔缺陷、 稳态扩散、 扩散通量、 同素异构转变、 结构弛豫、 自由度、 泡利不相容原理、洪特规则原子中电子的空间位置和能量1、电子的统计形态法描述四个量子数n,第一量子数n: 决定体系的能量l,第二量子数l: 决定体系角动量和电子几率分布的空间对称性ml,第三量子数ml: 决定体系角动量在磁场方向的分量ms,第四量子数ms：决定电子自旋的方向+l/2， -l/22、电子分布遵从的基本原理：（ 1）泡利不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子，

2、即同一原子中，最多只能有两个电子处于同样能量状态的轨道上，且自旋方向必定相反。n=1时最多容纳 2 个电子n=2时最多容纳 8 个电子主量子数为 n 的壳层中最多容纳 2n2 个电子。（ 2）能量最低原理：原子核外的电子是按能级高低而分层分布，在同一电子层中电子的能级依 s、 p、 d、 f 的次序增大。（ 3）洪特规则：简并轨道（相同能量的轨道）上分布的电子尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。结合方式基本结合：离子键、金属键、共价键-化学键合派生结合：分子间作用力、氢键-物理键合基本结合：1. 离子键合离子键：原子核释放最外层电子变成的正离子与接收其放出电子而变成的负离子相互之间的吸引作用

3、（库仑引力）所形成的一种结合。典型的离子化合物有NaCl、 MgCl2 等。特点：电子束缚在离子中；正负离子吸引，达到静电平衡，电场引力无方向性和饱和性-产生密堆积，取决于正负离子的电荷数和正负离子的相对大小。构成三维整体 - 晶体结构；在溶液中离解成离子。2.共价键合共价键：两个原子共享最外层电子的键合。典型的例子有H2、O2、 F2、 SiC 等。特点：1两个原子共享最外层电子对；两原子相应轨道上的电子各有一个，自旋方向必须相反；有饱和性和方向性，电子云最大重叠，一共价键仅两个电子。3. 金属键合金属键： 金属原子通过游离电子用库仑引力将原子结合到一起的键合。即各原子都贡献出其价电子而变成

4、外层为八电子的金属正离子，所贡献出来的价电子为所有金属原子（正离子）所共用，金属晶体的结合力就是价电子集体（自由电子气）与金属正离子间的静电引力。特点：由正离子排列成有序晶格；各原子最外层电子释放，在晶格中随机、自由、无规则运动，无方向性； 原子最外层有空轨道或未配对电子，既容易得到电子，又容易失去电子；价电子不是紧密结合在离子芯上，键能低，具有范性形变4.混合键合在某些化合物中， 存在着既有离子键合又有共价键合，即介于离子键和共价键之间的混合键。如氯化氢。电负性：元素的原子在化合物中把电子引向自己的能力，（表示吸引电子的能力）同一周期左右电负性增高同一族上下电负性降低电负性对化学键的影响:同

5、种原子间无影响异种原子相互作用时:两元素电负性相差较大:非金属 非金属成极性共价键电负性相差很大:金属 非金属成离子键派生结合物理键合的作用力也是库仑引力， 但在键合过程中不存在电子的交换， 是电子在其原子或分子中的分布受到外界条件的影响产生分布不均匀而引起原子或分子的极性结合。物理键合的大小直接影响物质的许多物理性质，如熔点、沸点、溶解度、表面吸附等。包括分子间作用力、氢键等。1、分子间作用力分子（或电中性原子）间的结合力，又称范氏力。特点：无方向性和饱和性；键能最小。按原因和特性可分为：取向力；诱导力；色散力分子间作用力A. 取向力：极性分子永久偶极间静电相互作用B. 诱导力：被诱导的偶极

6、与永久偶极间作用C. 色散力：电中性原子与非极性分子的瞬时偶极间的作用2、氢键质子给予体（如H）与强电负性原子X（如 O、N、F、Cl ）结合再与另一强电负性原子Y（质子接受体）形成键的键合方式。特点a. 有方向性，饱和性。b. 分为分子内氢键和分子间氢键两种。2c. 键能一般为几到十几千卡/ 摩。形成氢键必须满足的条件(1) 分子中必须含氢(2) 另一个元素必须是电负性很强的非金属元素 (F 、 O、 N)。各种键型的比较一般说来，化学键（离子，共价，金属）最强，氢键次之，分子键最弱。（后两者属于物理键）2-4多原子体系电子的相互作用和稳定性杂化轨道和分子轨道理论A、杂化轨道理论杂化：在一个

7、原子中不同原子轨道的线性组合称为原子轨道的杂化。杂化轨道：杂化后的原子轨道。杂化轨道理论： 原子在化合中， 受其他原子的作用，原来的状态发生改变，从而使能量相似、轨道类型不同的原子轨道重新组合成新的杂化轨道，在组合过程中， 轨道的数目不变，轨道在空间的分布方向和分布情况发生改变，轨道的能量状态也改变。杂化的本质：量子力学态叠加原理，一种数学方法，而不是物理过程。杂化：能级相近的单中心原子轨道的线形组合。杂化的目的：更有利于成键。杂化的动力：受周围原子的影响。杂化的规律：轨道数目守恒，空间取向改变；杂化轨道能与周围原子形成更强的 键，或安排孤对电子，而不会以空的杂化轨道存在。等性杂化轨道和不等性

8、杂化轨道：杂化轨道中，参与杂化的s、p、d 等成分相等，称为等性杂化轨道；如果不相等，称为不等性杂化轨道。B、分子轨道理论（ 1）分子中每个电子是在由各个原子核和其余电子组成的势场中运动，它的运动状态可用分子轨道 描述。（ 2）分子轨道 可近似地用能量相似的原子轨道组合得到。原子轨道通过线性组合成分子轨道时，轨道数不变，轨道能量改变。（ 3）分子中的电子根据泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则增填在分子轨道上。组合成分子轨道的条件1）能量相近2）轨道最大重叠3）对称性匹配能量低于原子轨道- 成键轨道能量高于原子轨道- 反键轨道能量等于原子轨道- 非键轨道1、 轨道和 键 - “头碰头”相对于

9、分子中键轴呈圆柱形对称的分子轨道称为 轨道。由两个相同或不相同的原子轨道沿轨道对称轴方向相互重叠而形成的共价键，叫做 键。 键是原子轨道沿轴方向重叠而形成的，具有较大的重叠程度，因此 键比较稳定。 键能围绕对称轴旋转，而不影响键的强度以及键跟键之间的角度（键角）。2、轨道和键 -“肩并肩”成键原子的未杂化p 轨道，通过平行、侧面重叠而形成的共价键，叫做 键。3 键是由两个p 轨道从侧面重叠而形成的，重叠程度比 键小，所以 键不如 键稳定。当形成 键的两个原子以核间轴为轴作相对旋转时，会减少p 轨道的重叠程度，最后导致 键的断裂。3、 轨道和 键 - “面对面”具有两个通过分子轴对称节面的分子轨

10、道称为 轨道。凡是一个原子的d 轨道与另一个原子相匹配的d 轨道（例如dxy 与 dxy）以“面对面”的方式重叠（通过键轴有两个节面），所成的键就称为 键。 轨道不能由s 或 p 原子轨道组成。费米能级费米能级是金属在绝对零度时电子的最高填充能级。金属内的电子因泡利不相容原理故而不能每一个电子都在最低的能级， 因此便一个一个依序往高能级填直到最后一个填进的那个能级即所谓费米能级。T=0K（基态）时，最高的被电子充满的能级能量为EF， EF 以下能级全满，以上能级全空。T0K 时，某些电子受到激发，移到费米能级以上的能级，达到平衡的分布。固体中的能带能级分裂： n 个同种原子接近时，相同的原子能

11、级分裂成n 个能量不同的能级（分子轨道）。能带：由许多聚集在一起的原子的许多分子轨道组成的近乎连续的能级带。带宽： 能带中最高能级与最低能级的能量差。其与原子数目无关，仅取决于原子间距，间距小，带宽大。价带：价电子能级展宽成的能带。( 可满可不满 )满带：添满电子的价带。空带：价电子能级以上的空能级展宽成的能带。导带： 0K 时最低的可接受被激发电子的空带。禁带：两分离能带间的能量间隔，又称为能隙(Eg)能带理论是研究固体中电子运动规律的一种近似理论。固体由原子组成，原子又包括原子实和最外层电子， 它们均处于不断的运动状态中。为使问题简化， 首先假定固体中的原子实固定不动， 并按一定规律作周期

12、性排列，然后进一步认为每个电子都是在固定的原子实周期势场及其他电子的平均势场中运动，这就把整个问题简化成单电子问题。能带理论就属这种单电子近似理论能带理论的应用- 导体、绝缘体、半导体导体具有很好的导电性， 能带分为两种类型， 一种是价带没有填满， 因此在很小的外电场作用下最高的被填充能级 （费米能级） 上的电子就能跃迁到相邻的空能级上， 从而其下层能级上的电子又能跃迁到上一层， 从而形成定向电流。 另一种是价带和导带重叠， 没有能隙，因而在外电场作用下电子能填入导带。半导体具有一定的导电性，其能带分为三种类型：（ 1） Eg非常小，热激活就足以使价带中费米能级上的电子跃迁到导带底部，同时在价

13、带中留下“电子空穴” 。在外电场作用下，导带中的电子和价带中的电子空穴都可以向相邻的能级迁移，形成导电，此类为本征半导体。（ 2） Eg比较小，在基体中有少量的高价杂质，在能隙中存在着由高价杂质元素产生4的新能级。热激活中电子从杂质能级跃迁到导带底部，从而形成导电电流，此称为N型半导体。（ 3） Eg比较小，在基体中有少量的低价杂质，在价带附近形成掺杂的能级，热激活使价带中费米能级上的电子跃迁到杂质能级，从而在价带中留下电子空穴， 在外电场作用下，通过价带中的电子空穴的迁移产生电流，这类半导体称为P型半导体。绝缘体的各外层轨道都被电子充满， 使晶体中相应的能带填满， 而且能带与能带之间的能隙较

14、大，电子需要很大的能量才能从价带跃迁至导带，因此导电性很差。2-5固体中的原子有序结晶与晶体1、结晶特性? 晶体：原子 ( 团 ) 沿三维空间呈周期性长程有序排列的固体物质( 金属、大多陶瓷及一些聚合物 ) 。?非晶体：原子 ( 团 ) 无周期性长程有序排列的物质( 包括气体、液体和部分固体) 。? 结晶：形成晶体的过程。晶体的性质 具有确定的熔点 能自发形成规则的多面体外形 稳定性（晶体的化学成分处于热力学的能量最低状态） 各向异性（不同的方向具有不同的物理性质） 均匀性（晶体各部分的宏观性质相同）晶体是一种均匀而各向异性的结构稳定性固体1、晶体的对称元素2、点阵? 点阵：晶体结构的微观特征

15、。? 某种结构单元（基元）在三维空间作周期性规则排列。? 基元：原子、分子、离子或原子团( 组成、位形、取向均同 )3、晶胞、晶系和空间点阵型式晶胞：代表晶体内部结构的基本重复单位。晶胞一定是一个平行六面体，但三条边的长度不一定相等，也不一定互相垂直。晶胞的基本要素：A. 大小和形状B.各原子坐标位置晶轴上晶胞三个边的长度a ，b， c 和其夹角， ，称为晶格常数。4、晶向指数和晶面指数A、晶向指数晶向：原点出发通过某点的射线（或通过若干结点的直线方向）。晶向指数：晶胞各轴上投影的最低整数（可以是负值）。u v w表示晶向，其中u v w即晶向指数。一个晶向代表了一系列相互平行的阵点构成的直线

16、。晶体中同一晶向的阵点直线系列称为晶列。 u v w 表示晶向族，代表原子密度相同的所有晶向（与对称性相联系的原子排列相同但空间位向不同） 。B、晶面指数5晶面：晶体内的阵点（组成的）平面。晶面组：晶体所有阵点被划成平行等距的一组晶面。C、晶面族某晶面的晶面指数乘以-1 后所表示的一组晶面仍与其平行，共为一晶面组，也用(h k l)表示。晶面族用 h k l 表示 , 代表原子排列相同（晶面方位不同）的所有晶面，即同一晶体结构中相互平行的晶面以及空间方位虽不同但原子排列情况相同的晶面都属于同一晶面族。5、晶面间距? 晶面组中最近两晶面间的距离叫晶面间距。? 晶面指数低，面上具有较高的原子密度，

17、间距大、作用力弱。?使用 X- 射线衍射结果，通过布拉格定律，可测定晶面间距：n= 2dsin= MHP( 光程差 )n = 1， 2， 3，为衍射级数；为波长；为衍射角掌握如何在晶胞中画出晶向、晶面，或给定晶向或晶面，写出晶向指数或晶面指数。金属在固态时一般都是晶体。以金属键结合，且无方向性。金属结构配位数高，结构紧密，原子呈圆球状密堆积。常见的金属结构有：体心立方、面心立方、密排六方体心立方bcc 、面心立方fcc 和密排立方hcp 各自的点阵常数、最近的原子间距、晶胞中的原子数、配位数、致密度各是多少？（p52 表 2-15 ）体心立方和面心立方的四面体间隙和八面体间隙位置、数量、大小。

18、（P54 表 2-16 ）2、离子晶体由离子键结合， 无方向性和饱和性。正离子周围配位多个负离子，离子的堆积受邻近质点异号电荷及化学量比限制。堆积形式决定于正负离子的电荷数和相对大小。硬度高、强度大、熔沸点高、膨胀系数小由于电子少，多为绝缘体；不易吸收可见光，多为无色透明3、共价晶体由共价键结合，存在方向性和饱和性。配位数和方向受限制（配位须成键）多由非金属元素组成(IV-VIA族 )N族元素共价晶体的配位数为（8-N ）。强度高、硬度高、脆性大、熔点高、沸点高、挥发性低、结构比较稳定、导电能力较差。4、分子晶体组元为分子；以范氏力和氢键结合。若仅有范氏力： 无方向性、 饱和性， 趋于密堆。

19、常还受分子非球性及永久偶极相互作用影响。有氢键时：有方向性、饱和性，堆积密度低。5、多晶型：一化合物有两种以上的晶型6、液晶热致液晶：因温度变化（热）导致液晶相出现的物质纯化合物或均匀混合物。溶致液晶：在一定溶剂作用下，出现液晶相的物质。固溶体置换固溶体：晶体中的一种原子（离子）被其他原子（离子）替换后所形成的固溶体。6影响置换固溶体的因素： 离子大小、 键的性质或极化的影响、 晶体结构型和晶胞的大小、电价的影响。间隙固溶体： 若所加的原子比较小， 它们能进入晶格的间隙位置内， 形成的固溶体称间隙型固溶体。晶体结构缺陷按照缺陷区相对晶体的大小，晶体缺陷可分为：点缺陷、线缺陷、面缺陷、提缺陷。点

20、缺陷包括空位和间隙原子，如果只形成空位而不形成等量的间隙原子，这样形成的缺陷称为肖脱基缺陷。如果同时形成等量的空位和间隙原子，则所形成的缺陷称为弗仑克尔缺陷。线缺陷（位错） ：棱位错（刃位错）和螺旋位错。柏格斯矢量： 为了表明位错存在时，晶体一侧的质点相对另一侧质点的位移，用一个柏格斯矢量 b 表示。它是指该位错的单位滑移距离。刃位错的方向和柏格斯矢量相互垂直，其滑移运动方向与柏格斯矢量平行；螺旋位错的方向与柏格斯矢量相互逆向平行，其滑移运动方向与柏格斯矢量方向垂直。位错的滑移和爬移：位错的滑移是沿着滑移面的移动。位错的爬移是位错线垂直滑移面的移动，只有刃位错才会出现爬移。面缺陷：晶界、亚晶界

21、扩散稳态扩散：扩散物质的浓度分布不随时间变化，称为稳态扩散。稳态扩散用Fick第一定律描述。 Jx =-DC/ x。扩散通量：单位时间内通过垂直于给定方向的单位面积的净原子数称为扩散通量。根据 Fick 第一定律，物质迁移方向与浓度梯度的方向相反。稳态扩散中通量正比于浓度梯度和扩散系数。固体中的转变1、同素异构转变： 改变温度或压力等条件，可使固体从一种晶体结构变为另一种晶体结构，这种现象称为同素异构转变。2、结构弛豫：在外界因素影响下，一个偏离了原来平衡态或亚稳态的体系回复到原来状态的过程。相图自由度：在相平衡系统中可以独立改变的变量（如温度、压力或组分的浓度等） ，称为自由度。相律：一般情

22、况下，只考虑温度和压力对系统的平衡状态的影响，则相律可以表示为：F=C-P+2。凝聚系统的相律表示为：F=C-P+1。杠杆法则的使用。匀晶：固态、液态均能完全互溶，认识匀晶相图。共晶：液态无限互溶，固态有限互溶或完全不溶，且发生共晶反应。认识共晶相图。给出一张相图能认识重要的点、线、相区，会根据杠杆法则计算两相区的比例。固体物质的表面结构7润湿过程可分三类：沾湿、浸湿、铺展。沾湿是指液体与固体从不接触到接触，变液气界面和固气界面为固液界面的过程。此过程中体系自由能降低值（- G）为： - G=SG +LG -SL=Wa（粘附功）（Wa 0 为天然过程）浸润是指固体浸入液体中的过程，此过程的实质

23、是固气界面为固液界面所替代。SG -SL=Wi（Wi 0 为天然过程 ）铺展：以固液界面替代气固界面的同时还扩展了气液界面。此过程自由能降低值（ - G）为：- G=SG -LG -SL =S（ S 0 说明液体可以在固体表面上自动展开。）同一体系：Wa Wi S液体表面张力的影响：沾湿：LG越大，有利（ Wa=A+lg ）浸湿：LG无影响 (Wi=A0)铺展：LG越小，有利（ S=A- lg ）接触角与润湿方程：SG -SL =LG cos接触角的判定： 90 ：润湿 ；90： 不润湿第三章材料组成与结构名词解释电子化合物、电子浓度、间隙化合物、铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体、马氏体

24、、再结晶、胶凝材料、构造、构象、构型、内聚能、内聚能密度、热塑性、热固性、残余应力、形变织构、分子取向、晶粒取向金属材料的组成和结构金属最常见的的三种晶体结构：体心立方、面心立方、密排六方。体心立方 结构具有较高强度、硬度和熔点但塑性和韧性差；面心立方 具有良好塑性和韧性，密堆六方 强度低，塑性和韧性差。合金的相结构：正常价化合物：金属元素和周期表中A、 A、 A 族是一些元素形成的化合物，组元之间原子价符合化学上的化合价的规律，把这类化合物称为正常价化合物。电子化合物： 可以用一定分子式表示，但组元间不符合化学价的规律，而是按照一定的电子浓度比值形成一定晶格类型的化合物。电子浓度是指化合物中

25、的价电子数与原子数之比，即电子浓度=价电子数 / 原子数。间隙化合物： 当过渡金属与原子半径很小的非金属形成稳定性较高的化合物，其组元之间原子半径之比大于0.59 时，就形成具有复杂晶格的间隙化合物。铁碳合金1. 铁碳合金的基本组织(1)铁素体（ F）碳溶解在铁中的固溶体，C%0.02%（727），硬度和强度低，但塑性和韧性好。(2) 奥氏体（ A） 碳溶解在 铁中的固溶体， C% 2%（1148 ）塑性和可锻性好，无磁性。8(3) 渗碳体（ Fe3C）铁和碳以化合物形态出现的碳化铁, 熔点高。(4) 珠光体（ P） 铁素体和渗碳体二者组成的混合物，(5) 莱氏体（ Le） 奥氏体和渗碳体的共

26、晶混合物（机械混合）；(6) 马氏体 钢和铁从高温奥氏体状态急冷（淬火） ，得到碳在 铁中的过饱和固溶体。硬度很高。铁碳合金相图掌握： 10 个特征点（ A,C,D,E,F,G, K,P,S,Q），10 条特征线 (HJB,AC,CD,AE,ECF,ES,GS,GP,PSK,PQ) ，4个单相区 ( 液相区、奥氏体相区、铁素体相区、渗碳体相区) ，5个两相区（ L+A、 L+Fe3C、 F+A,A+ Fe 3C， + Fe 3C）分类名称碳含量（ Wc， %）室温组织工业纯铁工业纯铁 0.02F亚共析钢0.02-0.77F+P非合金钢共析钢0.77P过共析钢0.772.06P+Fe3C亚共晶白

27、口铁2.064.3P+Ld+Fe3C白口铸铁共晶白口铁4.3Ld过共白口铁4.36.67Ld+Fe3C掌握各种非合金钢和白口铸铁的相图，了解在不同温度下的组织结构。掌握共晶转变、共析转变和包晶转变。非合金钢和铸铁的区别是有没有莱氏体组织。9非晶态合金TTT 曲线（ Time,Temperature,Transition ） :TTT 曲线右侧是结晶态区，左侧是非晶态区。非晶态合金主要特点：高硬度和强度，延伸率低但不脆，很好的软磁性和优越耐腐蚀性。金属的再结晶再结晶：是指当变形金属加热到较高温度， 原子的活动能力增大， 其显微组织会发生明显的变化，由破碎的晶粒变成完整的晶粒；由拉长的晶粒变成等轴

28、晶粒。这个过程也是一个新晶粒的成核和长大的过程， 同时使加工硬化与残余应力也完全消除。这个过程称为再结晶。影响再结晶后晶粒大小的因素：再结晶温度越高，保温时间越长， 再结晶的晶粒越粗大。变形度 10%，细晶粒。无机非金属材料的组成与结构ZnS、钙钛矿、尖晶石晶体、单晶硅等的晶体结构。掌握其晶体构型、原子在晶格中的排列、原子配位数等。硅酸盐的结构基础是 SiO44-四面体，排列方式有：岛状、环状、链状、层状、架状。掌握每种排列方式的桥氧的数目。玻璃态的物质具有以下通性：（ 1）各项同性（ 2）热力学介稳性（ 3）状态转化的渐变性（ 4）性质变化的连续性与可逆性胶凝材料：凡能在物理、化学作用下，从

29、浆体变成坚硬固体，并能胶结其他物料，具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。无机胶凝材料： 水硬性胶凝材料能在空气中硬化， 也可以在水中硬化。 气硬性胶凝材料不能在水中硬化，只能在气体介质中硬化。陶瓷的显微组织结构包括：晶相、玻璃相、气相。碳的同素异构体：石墨、金刚石、富勒烯高分子材料的组成与结构根据主链上原子的类型，高分子链可以分成以下五类：碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子、无机高分子、梯形和双螺旋形高分子。高分子的近程结构构造是指链中原子的种类和排列，取代基和端基的种类，单体单元的排列顺序，支链的类型和长度等等。构型是指某原子的取代基在空间的排列。高分子链结构单元的键合方式1、 均聚

30、物结构单元键接顺序：头头连接、头尾连接、尾尾连接。2、 共聚物的序列结构：无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。高分子链的构型101、根据旋光异构单元的位置分为：全同立构、间同立构、无规立构。2、几何异构：顺反交替、顺反无序、全顺、全反。高分子链的远程结构构象： 在分子内旋转的作用下，大分子链具有很大的柔曲性，可采取各种可能的形态，每种形态所对应原子及键的空间排列称为构象。影响高分子链柔性的主要因素高分子的聚集态结构高分子分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力包括取向力、诱导力和色散力。内聚能是指 1mol 分子聚集在一起的总能量，它等于使 1mol 的液体蒸发或1mol 的固体升

31、华，使原来聚集在一起的分子分开到彼此不再相互作用的距离时所需要的总能量。U= H 气化-RT。内聚能密度是单位体积的内聚能。内聚能密度在290Jcm-3以下时，分子间作用力较小，分子链比较柔顺，容易变形，具有较好的弹性，通常作橡胶；内聚能密度在-3300-400 J cm之间者，分子链刚性大，可以用作塑料；内聚能密度高于400 J cm-3 的高分子具有较高的结晶性和强度，一般作纤维。分子取向：高分子链或链段朝着一定的方向占优势排列的现象。晶粒取向：晶粒的某晶轴或某晶面朝着某个特定的方向或与某个特定的方向成一个恒定的夹角或平行于某个特定的平面占优势排列的现象。聚合物分子链主要有两种结晶构象：平

32、面锯齿形和螺旋形。聚合物结晶形态有：片晶、球晶、串晶等。热塑性：受热时会软化，冷却时变硬，再受热又会软化，这种软化- 变硬可以反复进行的性能称为热塑性。热固性：受热时会软化，冷却后变硬，再受热则不会再软化的性能称为热固性。形变织构：多晶体材料由塑性变形导致的各晶粒呈择优取向的组织。聚合物共混材料高分子相容剂理想的相容剂是含有两种聚合物链段的共聚物，或含极性、非极性基团的共聚物。如 PP 和PE共混，以乙丙橡胶作为相容剂； SBS嵌段共聚物。反应性相容剂：如环氧基可与聚氨酯、尼龙、聚酯等高分子链上的基团HO-、 H2N-、 HOOC-等发生反应，从而改善聚合物的相容性。复合材料复合材料由连续基体

33、相和分散增强相及界面相所构成。1. 复合材料的组成复合材料由基体和增强材料两组元所组成。 从相结构上看， 复合材料包括基体相、 增强相和界面相。.复合材料的特性a. 可设计性b. 构件复合与成型一次性完成，整体性好c. 性能分散性大，性能对工艺工程及工艺参数甚至一些偶然性因素都十分敏感，难以精确控制结构和性能11d. 复合效应（多种复合效应）复合材料的性能特点? 比强度、比模量大? 破坏安全性高? 耐疲劳性好? 阻尼减震性好? 耐烧蚀性能好复合材料的界面结构? i) 非单分子层，其组成、结构形态、形貌十分复杂，形式多样。界面区至少包括：基体表面层、增强体表面层、基体/ 增强体界面层三个部分。?

34、ii)具有一定厚度的界面相（层），其组成、结构、性能随厚度方向变化而变化，具有“梯度”材料性能特征。?iii)界面的比表面积或界面相的体积分数很大（尤其是纳米复合材料），界面效应显著。这是复合材料复合效应产生的根源。?iv)界面缺陷形式多样（包括残余应力），对复合材料性能影响十分敏感。界面上力的传递与残余应力残余应力：在复合材料未受外力时，界面上仍存在应力或应力分布，即残余应力。残余应力的来源： 增强相与基体相热膨胀系数不匹配。 相与相之间的弹性系数不匹配，相内的应力分布不均。 成型过程中， 由高温 - 室温、 化学和物理变化引起的各组元体积收缩的不同，如：基体固化、聚集态转变、晶相转变等。

35、层合板中铺层方向不同带来的层间残余应力( 层合板的翘曲) 。 流变过程中，组元间的塑性变形差异引起的流变残余应力。复合材料界面的破坏机制破坏的来源：基体内、增强体内和界面层上均存在微裂纹、气孔及内应力， 在力场或外界环境（如介质、水）下，微裂纹和缺陷按本身的规律发展，并消散能量。破坏形式i) 基体断裂ii) 纤维断裂iii) 纤维脱粘iv) 纤维拔出 ( 摩擦功 )v) 裂纹扩展与偏转复合材料的破坏机制则是上述5 种基本破坏形式的组合与综合体现的结果。复合材料的界面理论A 浸润理论：解释了增强体表面粗化、表面积增加有利于提高与基体树脂界面结合力的事实。B 化学键理论： 成功之处： 在偶联剂应用

36、于玻璃纤维复合材料中得到很好应用，也被界面研究的实验所证实。复合材料的界面处理（ 1）玻纤的表面处理有机硅烷类偶联剂有机酸氯化铬络合物偶联剂12偶联剂的作用：在两相界面形成化学键，大幅度提高界面粘接强度改善了界面对应力的传递效果提供了一个可塑界面层，可部分消除界面残余应力提供了一个防水层，保护了界面，阻止了脱粘和腐蚀的发生（ 2）碳纤维的表面处理碳纤维氧化处理后：能改善碳纤维表面与基体的浸润性、相容性能在表面形成许多活性官能团，这些官能团能与树脂基体形成化学键合非氧化处理，主要用于 C/C 复合、 CMC、 MMC复合体系第四章材料的性能名词解释：工程应力、真实应力、蠕变、应力松弛、 比例极限

37、 、弹性极限、弹性比功、滑移、孪生、 韧脆转变温度、热导率、电导率、腐蚀、疲劳寿命、疲劳寿命曲线、磨损、咬合磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、微动磨损、氧指数材料的力学性能1、金属等晶体材料的模量取决于原子间的作用力，温度升高，原子间距增大，原子间的结合力减小，因此，金属材料的弹性模量随温度升高而降低。对于单晶体而言，呈线性变化，对于多晶体， 只有在低温下具有线性规律， 温度较高时由于晶界的粘滞性， 弹性模量会迅速下降。2、无机非金属材料也存在玻璃化转变温度Tg。在 Tg 以上，当温度升高时，陶瓷的弹性模量略有降低，但由于晶态的存在，降低不明显；达到玻璃相的熔点时，模量降低；温度继续升高，达到晶相的熔

38、点，变成熔融状态。3、非晶态高聚物的力学状态：玻璃态、高弹态、粘流态。结晶高聚物的结晶一般是不完整的，因此存在非晶部分，有玻璃化转变。随着温度的升高，低结晶度的高聚物是否会出现高弹态要看晶区的熔点Tm和非晶区的粘流温度Tf 的高低。若 Tm Tf ，则在 Tm与 Tf 之间将出现高弹态。若Tm Tf ，则当晶区开始熔融时，非晶区已经粘流了，则高聚物不出现高弹态。4、应力和应变应力：单位面积上的内力，其值与外加的力相等。应变：受到外力不惯性移动时，几何形状和尺寸的变化。简单拉伸：工程应力=F / A0单位 MPa，工程应变( ) = (l l0 ) /l 0 =l /l 0真实应力T：T =F

39、/ AT真实应力：若面积为受力后的真实面积，则应力称为真实应力。真实应变：真 = ln(l/l0)工程应力， 也叫名义应力。若面积为材料受力前的初始面积，则应力称为名义应力，也叫工程应力。工程应力小于真实应力T简单剪切：切应变：=tan ，切应力：s( )= F / A0均匀压缩：压缩应变V = (0) /0 =V/ V0V - VV扭转：切应变=tg= d 0 / (2l 0 )100%135、弹性形变弹性形变的力学特点: 小形变、可回复。Hooke 定律 E正弹性模量E 切弹性模量G 体积弹性模量K 0 (V V0)泊松比为缩短应变与伸长应变的比值， =- e y /e x转化关系E=3G

40、/1+G/3KK=E/3(1-2 )E=2G(1+ )E=3K(1-2 )金属的模量值主要取决于A 晶体中原子的本性、电子结构B 原子的结合力、C 晶格类型以及晶格常数等。D 合金元素降低弹性模量。陶瓷材料具有较高模量、原因A原子键合的特点陶瓷材料模量较高的原因是由其原子键合的特点决定的。陶瓷材料原子键主要有离子键、共价键、 以及离子键和共价键的混合键。离子键的原子静电作用力大， 因此实际可动滑移系较少，因此模量较高。共价键有方向性，它使晶体拥有较高的抗畸变和阻碍位错运动能力，使共价键陶瓷具有比金属高得多的硬度和模量。B构成材料相的种类，分布、比例及气孔率有关。高分子材料低模量蠕变：在一定温度

41、、一定压力下，材料的形变随时间的延长而减小的现象。应力松弛：在温度、应变恒定的条件下，材料的内应力随时间延长而减小的现象。比例极限：弹性变形时应力与应变严格成正比关系的上限应力。弹性极限：最大弹性变形时的应力值。弹性比功：又称弹性应变能密度。材料吸收变形功而又不发生永久变形的能力6、永久变形：大形变、不可逆永久变形包括两种基体类型：塑性流动（晶质材料）和粘性流动（非晶质材料）材料的塑性变形的方式包括滑移和孪生。滑移：滑移是材料在切应力作用下，沿着一定的晶面和一定的晶向进行的切变过程。孪生：孪生是发生在金属晶体内部局部区域的一个均匀切变过程。7、强度、断裂及断裂韧性韧脆转变温度： 当温度降低到一

42、定值时，材料的冲击吸收功急剧降低，表明了材料由韧性状态向脆性状态转变，该温度称为韧脆转变温度。脆性断裂宏观特征；A断裂前无明显的塑性变形（永久变形），吸收的能量很少，B 裂纹的扩展速度往往很快，几近音速。C 脆性断裂无明显的征兆可寻，断裂是突然发生的。D 脆性断裂的宏观断口往往呈结晶状或颗粒状Griffith（格列菲斯理论）A 脆性材料发生断裂所需的能量在材料中的分布是不均匀的，B 当名义应力还很低时， 局部应力集中已经达到很高的数值，从而使裂纹快速扩展， 并导14致脆性断裂。C 裂纹尖端局部区域的材料强度可以达到其理论强度值。D 倘若应力集中超过材料的理论强度值，则裂纹扩展，引起材料的断裂。

43、格列菲斯公式f =.E.s / (4a.a0 )1/2=c = 2Es / (. a)1/2断裂的应力准则断裂的能量准则则有：=8a0 /3 a0它表明=3 a，即相当于3 倍原子间距的尺寸，是弹性裂纹有效曲率半径的下限0脆性断裂的位错理论Griffith公式：c = 2Es / (. a)1/2考虑永久变形功的影响：c = 2E (s +p ) / (. a)1/2p 为永久变形功，psc = 2E p / (. a)1/2延性断裂：延性断裂的过程可概括为：微孔成核、微孔长大和微孔聚合三步。影响脆性韧性转变的微观结构因素（ 1）晶格类型的影响（ 2）成分的影响（ 3）晶粒大小的影响（ 4）第

44、二相粒子的影响断裂韧性临界应力强度因子Kc =c (. a)1/2 = (2 E p ) 1/2表示材料阻止裂纹扩展的能力，是材料抵抗脆性断裂的韧性指标。KC的单位是 Nm 3/2应力强度因子K=(. a)1/2无限宽薄板断裂韧性K IC =c( . a) 1/2一般情况下： K= Yc(. a)1/2IC8、硬度布氏硬度优点：数值统一， 分散性小而重复性好。 能较好地反映出较大范围内材料各组成相的综合平均性能。对有较大晶粒或组成相的材料仍能适用。缺点：零件表面不允许有较大压痕。试样过薄以及要求大量快速检测、弹性变形较大时受到限制。洛氏硬度优点：检测上限高于布氏硬度；压痕小，不损伤零件的表面。

45、操作迅速，直接读数，效率很高。适用于大量生产中的工序控制和成品检测。缺点：压痕小可使所测数据缺乏代表性。不同标尺的洛氏硬度值是不可比的。维氏硬度优点：针对布氏硬度和洛氏硬度两方面的缺点而设计的；负荷可以任意选择；测量范围较宽， 软硬材料都可测试， 特别是能更好地测定薄件或薄层的硬度； 压痕为正方形， 对角线长度易于测量，精度高。15缺点：效率比洛氏法低。三种硬度的对比实验法压头符号数值表示示例布氏淬火钢球或硬HBS 、 HBW 120HBS10/1000/30：压头为直径10mm质合金球的淬火钢球， 在 1000kgf 载荷作用下，保持 30s ，布氏硬度为120.如果载荷作用的时间没有标明，

46、则是默认的10 15s。洛氏120 度金刚石HRC、 HRB、 100HRA ：标尺 A 下测定的洛氏硬度为圆锥或淬火钢HRA100.球维氏金刚石的四方HV500HV30 ：在 30kgf载荷作用下，保角锥体持 10-15s ，测得的维氏硬度为500.一些材料的硬度陶瓷高硬度金属原子结构、成分使硬度变化大高分子低硬度决定于材料的固有本性化学键强，材料的硬度一般就高，共价键离子键 金属键 氢键 范氏键结构愈密，分子间作用力愈强的材料其硬度愈高，晶体类型、结晶与非晶低温 ,材料的硬度越高9、摩擦和磨损磨损机制包括：咬合磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、微动磨损。咬合磨损：咬合磨损是通过零件表面某些接触点在

47、高的局部压力下发生粘合，相互滑动时，粘着点又分开， 接触面上的材料磨屑被拉拽出来，这种过程反复进行很多次，便导致材料表面的损伤。磨料磨损： 磨料磨损是指硬的磨粒或凸出物与零件表面摩擦过程中，使材料表面发生磨耗的现象。腐蚀磨损： 腐蚀磨损是摩擦面和周围介质发生化学或电化学反应形成的腐蚀产物，在摩擦过程中被剥离出来而造成的磨损。微动磨损： 两接触表面间小幅度的相对切向运动称为微动，压紧的表面之间由于微动而发生的磨损称为微动磨损。10、疲劳疲劳寿命：在特定振动下，使材料破坏必需的周期数。疲劳寿命曲线：应力与失效周期次数的关系曲线，即S-N曲线。疲劳断裂过程三阶段：反复塑性变形导致局部应变局部化应变的

48、结果产生初始裂纹；裂纹扩展，最终发生失效、断裂。疲劳破坏过程的三个组成部分16裂纹萌生成核裂纹扩展最终断裂成核的条件缺陷、局部应力集中、其它杂质等。高分子材料宏观疲劳断裂过程：a （拉应力）出现银纹，经过一定的周期后，银纹的数量和密度达到一个极限值；b 银纹发展开始形成疲劳裂纹；c 裂纹扩展的尖端又形成新的银纹，这样裂纹尖端经过失稳，疲劳裂纹快速发展，疲劳断裂 立即发生。改善疲劳强度的方法（表面处理）(1) 机械处理，如喷丸（合金） 、冷滚压、研磨和抛光；(2) 热处理，如火焰和感应加热淬火；(3) 渗、镀处理，如氮化和电镀等。材料的热性能热传递三种方式：热传导、热辐射、热对流热传导基本的传递

49、方式A 自由电子（金属）B 晶格振动，离子和共价晶体（陶瓷）C 分子传导（高分子、小分子气体、液体）两平面稳态热流量（与时间无关）q =A(T 1 - T2)/d热导率：单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积上的热量= q/ (d T /d X)金属高自由电子无机非金属：中晶格热振动高分子很小， 0.1-0.4之间比热容与材料的组成和结构-1-1金属C P 1 KJ Kg K ，热容小，容易加热、容易冷却，自由电子的贡献很小。高分子-1-1，热容大C P 1.0 3.0 KJ Kg K热膨胀材料的体积或长度随温度升高而增大的现象原因：原子或分子的热运动晶体：原子在晶格内平衡位置附近振动，T

50、，振幅，原子平均间距非晶体：原子的振动和转变。高分子沿主链振动；链节、链段，转动；自由体积运动的空间17热稳定性与结构的关系k =Ae(- E/RT)聚合物的热稳定性是由化学键和分子间键的强度（键能） ，以及分子结构单元的化学惰性所决定的。（ 1）采用 Si 、 B 等高键能元素合成的元素高分子具有好的热稳定性；（ 2）分子主链中引入环状结构或采用 -O- 、-NH- 、 -CO-、 -SO2- 等桥接基团，聚合物的热稳定性提高。（ 3）梯形聚合物不但具有好的耐热性，而且具有高的热稳定性。氧指数：在规定的条件下， 试样在氧气和氮气的混合气流中维持稳定燃烧所需的氧气浓度：在规定的条件下， 试样在

51、氧气和氮气的混合气流中维持稳定燃烧所需的最低氧气浓度。高分子提高阻燃性的方法材料的电性能电导率：表征材料导电性的大小。-1-1单位： S m ,（ m）电导率 =J/E=nqv E =nq 影响离子电导率的因素：温度、晶体结构、离子性晶格缺陷的浓度。影响金属导电性的因素：温度、杂质、塑性形变。金属中的自由电子都能导电吗？金属中的自由电子要按照泡利不相容原理：一个能级最多只能有两个电子，而且自旋方向相反。它要从低能态逐渐填充到高能态，填到最高能态就叫费米能级。 0K 时，所有的自由电子都处在费米能级之下，在这种状态下它是不导电的，当升高温度，它获得了能量，就会从低能级跃迁到费米能级以上，这样的自由电子就具有了导电性。介质极化有三个类型：电子极化、离子极化、取向极化。介电常数：表征电介质在电场作用下极化程度的宏观物理量。介电损耗：电介质在交变电场作用下, 电能转变成热能而损耗tg= /介电损耗超导电性在一定低温下材料突然失去电阻的现象超导体的两种特性：完全导电性、完全抗磁性三个性能指标：超导转变温度Tc 、临界磁场Hc、 临界电流密度Jc材料的磁学性能磁化 :外磁场 , 各磁矩规则取向，宏观呈磁性磁化强度 : 外磁场，物质被磁化的程度M m V, 物理意义单位： A m-1方向：矢量和磁感应强度