原子结构与键合一、决定材料性质最为本质的内在因素：组成材料各元素原子结构：原子原子间相互作用，相互结合：键合原子或分子在空间的排列：晶体结构原子集合体的形貌特征：显微组织二、原子是化学变化中的最小微粒。

原子结构直接影响原子间的结合方式。

三、键的形成：在凝聚状态下，原子间距离十分接近，便产生了原子间的作用力，使原子结合在一起，就形成了键。

键分为一次键和二次键：一次键——结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。

二次键——结合力较弱，包括范德华键和氢键。

混合键——对于大多数晶体而言，它们的键并不单纯属于上述五种中的某一种，而具有某种综合性。

换言之，许多晶体存在混合键。

四、范德华力、氢键和共价键的对比五、石墨（共价键、金属键和范德瓦尔斯力的混合键）1. C原子的三个价电子组成sp2杂化轨道，分别与最近邻的三个C原子形成三个共价键，在同一平面内互成120°，使碳原子形成六角平面网状结构。

2. 第四个价电子未参与杂化，自由的在整个层内活动，具有金属键的特点。

（石墨是一种良导体，可做电极等）3. 层与层之间以范德瓦尔斯力结合。

（结合力弱，所以石墨质地疏松，在层与层之间可插入其它物质，制成石墨插层化合物）。

六、晶体、准晶，非晶体晶体中原子的排列是有序的，即原子按某种特定方式在三维空间内呈周期性规则重复排列，有固定的熔点。

而非晶体内部原子的排列是无序的。

准晶体，亦称为“准晶”，是一种介于晶体和非晶体之间的固体。

准晶体具有与晶体相似的长程有序的原子排列；但是准晶体不具备晶体的平移对称性。

七、弥散强化弥散强化——指一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段。

是指用不溶于基体金属的超细第二相(强化相)强化的金属材料。

第二相一般为高熔点的氧化物或碳化物、氮化物，其强化作用可保持到较高温度，既可显著提高合金强度和硬度，又可使塑性和韧性下降不大，并且颗粒越细小，越呈弥散均匀分布，强化效果越好。

第二章晶体结构1.晶体的基本概念:晶体(Crystal)就是原子（或离子、分子、原子集团）在三维空间呈有规律、周期性、重复排列的固体。

2、晶界：晶粒之间的交界面。

晶粒越细小，晶界面积越大。

3、非晶体的基本概念:非晶体不具有上述特征。

在非晶体中原子（或分子、离子）无规则地堆积在一起。

4、晶体学(crystallography)的基本知识空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。

阵点：空间点阵中的点。

它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。

晶格：描述晶体中原子排列规律的空间格子。

晶胞：空间点阵中具有代表性的基本单元。

同一空间点阵可因选取方式不同而得到不相同的晶胞。

晶格常数: 为了描述晶胞的形状和大小，通常采用交于一点的三条棱边的边长及棱间夹角等六个点阵系数来表达。

晶系，晶面与晶向，晶带轴，间隙5、晶面，晶向6、fcc和hcp都是密排结构，而bcc则是比较“开放”的结构；fcc和hcp金属中的八面体间隙大于四面体间隙，故这些金属中的间隙元素的原子必位于八面体间隙；fcc和hcp晶体中的八面体间隙远大于bcc中的八面体或四面体间隙,因而间隙原子在fcc和hcp中的溶解度往往比在bcc中的大得多；题：分别写出立方晶系中{110}和{100}晶面族包括的晶面7.①原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半②晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。

③配位数：指晶体结构中，与任一原子最近邻且等距离的原子数目。

④致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。

8、单位面积晶面上的原子数称晶面原子密度。

单位长度晶向上的原子数称晶向原子密度。

原子密度最大的晶面或晶向称密排面或密排方向。

9、在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面为{110}；原子密度最大的晶向为<111>。

在面心立方晶格中, 密排面为{111}, 密排方向为<110>6 44 61 3体心立方致密度：0.68 面心立方0.74 密排六方0.74第三章晶体缺陷1、缺陷的含义：通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。

理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。

实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。

2、分类方式：几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷等形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等3、点缺陷：缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。

包括：空位，间隙质点，错位原子或离子，外来原子或离子（杂质质点），双空位等复合体。

点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。

4线缺陷：指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。

如各种位错。

线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。

5、面缺陷：又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。

如晶界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。

面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。

6、体缺陷：在三维方向上尺寸都比较大的缺陷。

例如，固体中包藏的杂质、沉淀和空洞等。

7、点缺陷平衡浓度：通过热力学分析，在绝对零度以上的任何温度，晶体中最稳定的状态是含有一定浓度的点缺陷的状态，这个浓度称为该温度下晶体中点缺陷的平衡浓度。

经热力学推导：C = n/N = Aexp（－U/kT）C与T、U之间呈指数关系。

T上升、C升高。

8、位错的基本类型刃型位错，螺型位错，混合位错9、位错的运动位错的运动有两种基本形式：滑移和攀移在一定的切应力的作用下，位错在滑移面上受到垂至于位错线的作用力。

当此力足够大，足以克服位错运动时受到的阻力时，位错便可以沿着滑移面移动，这种沿着滑移面移动的位错运动称为滑移。

刃型位错的位错线还可以沿着垂直于滑移面的方向移动，刃型位错的这种运动称为攀移。

10、螺型位错：在滑移时，螺型位错的滑移方向与位错线垂直，也与柏氏矢量垂直。

对于螺型位错，位错线与柏氏矢量平行，故它的滑移不限于单一的滑移面上。

对于螺型位错，由于所有包含位错线的晶面都可成为其滑移面，因此，当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。

如果交滑移后的位错再转回原滑移面平行的滑移面上继续运动，称双交滑移。

11、第四章固体材料中原子的扩散1、扩散的分类扩散(diffusion): 在一个相内因分子或原子的热激活运动导致成分混合或均匀化的分子动力学过程。

（1）根据有无浓度变化自扩散：原子经由自己元素的晶体点阵而迁移的扩散。

(如金属的晶粒长大：无浓度变化。

)互扩散：原子通过进入对方元素晶体点阵而导致的扩散。

（有浓度变化）（2）根据扩散方向下坡扩散：原子由高浓度处向低浓度处进行的扩散。

上坡扩散：原子由低浓度处向高浓度处进行的扩散。

（3）根据是否出现新相原子扩散：扩散过程中不出现新相。

反应扩散：由之导致形成一种新相的扩散。

2、固态扩散的条件：（1）温度足够高；（2）时间足够长；（3）扩散原子能固溶；（4）具有驱动力：具有化学位梯度。

3、菲克第一定律：当固体中存在着成分差异时，原子将从浓度高处向浓度低处扩散，扩散中原子的通量与质量浓度梯度成正比。

稳态扩散J: 扩散通量(mass flux), kg/(m2s)D: 扩散系数(diffusivity), m2/s: 质量浓度，kg/m3: 浓度梯度菲克第二定律：在扩散过程中某点的浓度随时间的变化率与浓度分布曲线在该点的二阶导数成正比。

4、上坡扩散：物质从低浓度区向高浓度区扩散，扩散的结果提高了浓度梯度，这种扩散称为“上坡扩散”。

从热力学分析可知，扩散的驱动力并不是浓度梯度，而应是化学势梯度，由此不仅能解释通常的扩散现象，也能解释“上坡扩散”等反常现象。

决定组元扩散的基本因素是化学势梯度，不管是上坡扩散还是下坡扩散，其结果总是导致扩散组元化学势梯度的减小，直至化学势梯度为零。

5、可能的扩散机制1、易位：两个质点直接换位2、环形扩散：同种质点的环状迁移3、准间隙扩散：从间隙位到正常位，正常位质点到间隙4、间隙扩散：质点从一个间隙到另一个间隙5、空位扩散：质点从正常位置移到空位6、影响扩散的因素：1、温度2、固溶体类型3、晶体结构4、晶体缺陷5、应力作用6、化学成分7、多种扩散的含义体积扩散(Db): (晶格扩散，本征扩散)界面扩散(Dg): 晶界扩散－－液相少时主要相界扩散－－液相多时主要表面扩散(DS)8、反应扩散：通过扩散而形成新相的现象称为反应扩散，也称为相变扩散。

反应扩散包括两个过程：一是扩散过程；一是界面上达到一定浓度即发生相变的反应过程。

反应扩散取决于两个因素：反应速度：若由反应控制，则反应扩散层厚度与时间呈直线关系原子扩散速度：若由原子扩散控制，则反应扩散厚度与时间呈抛物线关系。

反应扩散的特点：二元系扩散层中不存在两相共存区，且在相界面的浓度是突变的；三元系扩散层中不存在三相共存区因为扩散的驱动力是化学位梯度；而多相共存的条件为化学位相等。

9、烧结烧结过程如下：将压实的粉末加热到高温，在初期，相互接触的颗粒开始逐渐形成颈的连接烧结初期主要是表面扩散，后期主要是晶界扩散。

烧结速率主要取决于两个因素：②末原材料的颗粒粗细；②原子的扩散速率，这决定于温度。

第五章相平衡相图原理1、相图是表示材料成分、温度、压力及其状态之间关系的几何图形，故相图又被称之为状态图2、相平衡：相与相之间的转变称为相变。

若多相体系的各相中每种物质的浓度不随时间而变，或者说多相体系中各相的相对量不随时间而变，则体系达到相平衡。

相平衡是一个动态平衡。

3、由一种元素或化合物构成的晶体称为单组元晶体或纯晶体，该体系称为单元系。

从一种相到另一种相的转变称为相变。

由液相至固相的转变称为凝固；如凝固后的固体为晶体，称为结晶。

由不同固相之间的转变称为固态相变4、相变相变：指当外界条件如温度、压力等发生变化时，物相在某一特定条件下发生的突变。

相变表现为：从一种结构转变为另一种结构。

化学成分的不连续变化。

物质物理性能的突变。

5、气体，不论有多少种气体混合，只有一个气相液体，按其互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。

固体，一般有一种固体便有一个相。

两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）相图（phase diagram）表达多相体系的状态如何随温度、压力、组成等强度性质变化而变化的图形，称为相图。

6、热力学平衡条件：1。

热平衡条件2.压力平衡条件3.相平衡条件4.化学平衡条件7、自由度（degrees of freedom）确定平衡体系的状态所必须的独立强度变量的数目称为自由度，用字母 f 表示。

这些强度变量通常是压力、温度和浓度等。