料科学基础知识大纲

料科学基础知识大纲，内容有晶体结构、晶体结构缺陷、非晶态结构与性质、相平衡和相图、表面结构与性质、材料中的相变等。

材料科学基础

• 第一章材料引言
  • 材料的类型
    • 金属材料
    • 无机非金属材料
    • 高分子材料（聚合物）
    • 复合材料
• 第二章晶体结构
  • 结晶学基础
    • 结晶学基础
      • 空间点阵
        • 晶胞
        • 布拉菲点阵
        • 晶体结构
      • 结晶学指数
        • 晶面指数
        • 晶向指数
        • 晶面族、晶向族
  • 晶体中质点的结合力和结合能
    • 晶体中键的类型
    • 结合能
    • 晶格能
  • 晶体中质点的堆积
    • 六方最紧密堆积、面心立方最紧密堆积
    • 内在因素：质点的相对大小、配位数和配位多面体、离子极化
    • 外在因素：同质多晶和类质同晶、同质多晶转变
  • 无机化合物结构
    • AX型
      • NaCl型：常见碱土金属氧化物和过渡金属的2价氧化物
      • 立方ZnS型（闪锌矿）：Be,Cd,Hg等的硫化物、硒化物和碲化物以及CuCl及a-SiC
      • 六方ZnS（纤锌矿）：热释电性，声电效应
      • CsCl型
    • AX2型
      • 萤石（CaF2）:反萤石
      • 金红石（TiO2）
      • CdI2型
    • A2X3型
      • 刚玉结构、C型稀土化合物
    • ABO3型
      • 钛铁矿型：铌酸锂晶体电光效应
      • 钙钛矿型：BaTiO3的铁电效应（自发极化）
    • ABO4型
      • 白钨矿型（PbWO4）：PbMoO4声光效应
    • AB2O4型
      • 尖晶石结构与亚铁磁性
    • 鲍林规则
  • 硅酸盐晶体结构
    • 岛状
      • 硅氧比1:4，镁橄榄石，镁铝石榴石
    • 组群状
      • 双四面体2:7
      • 三节环，四节环，六节环（1:3） 绿宝石，堇青石
    • 链状
      • 单链（1:3）透辉石
      • 双链（4:11）透闪石
    • 层状
      • 平面层（4:10）滑石，高岭石、蒙脱石、白云母
    • 架状
      • 骨架（1:2）石英，钾长石，方钠石
• 第三章晶体结构缺陷
  • 晶体结构缺陷的类型
    • 按几何形态分类
      • 点缺陷、线缺陷、面缺陷
    • 按缺陷产生的原因分类
      • 热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、电荷缺陷、辐照缺陷
  • 点缺陷
    • 杂质（组成）缺陷反应方程式
    • 热缺陷反应方程式：肖特基缺陷，弗伦克尔缺陷
    • 点缺陷包括热缺陷、组成缺陷、非化学计量缺陷、色心
  • 固溶体
    • 置换固溶体
      • 原子或离子尺寸的影响、晶体结构类型、离子类型和键性、电价因素
    • 间隙固溶体
      • 杂质质点大小、晶体（基质）结构、电价因素
    • 形成固溶体候对晶体性质的影响：稳定晶格，阻止晶型转变的发生、活化晶格、固溶强化、对材料物理性质的影响
  • 非化学计量化合物
    • 阳离子空位导致的阴离子过剩（P型）
    • 阴离子间隙导致的阴离子过剩（P型）
    • 阴离子空位导致的阳离子过剩（N型）
    • 阳离子间隙导致的阳离子过剩（N型）
• 第四章非晶态结构与性质
  • 熔体的结构
    • 硅酸盐熔体结构-聚合物理论
  • 熔体的性质
    • 粘度：流体抵抗流动的量度
      • 料性：玻璃随温度变化时粘度的变化速率
      • 影响因素：温度、化学组成
    • 表面张力：由于排列在表面层的质点受力不均衡引起的
      • 影响因素：组成、温度
  • 玻璃的形成
    • 玻璃的通性：各向同性、介稳性、无固定熔点、连续性
    • 动力学条件：晶核生成速率与晶生长速率的极大值所处的温度相差越大越不易析晶而形成玻璃
    • 结晶化学条件：聚合阴离子团大小和排列方式、键强、键型
  • 玻璃的结构
    • 晶子学说
    • 无规则网络学说
  • 常见玻璃类型
    • 硅酸盐玻璃：X+Y=Z,X+1/2Y=R
    • 硼酸盐玻璃：硼反常现象
• 第五章表面结构与性质
  • 固体的表面及其结构
    • 固体的表面结构
      • 晶体的表面结构：NaCl晶体表面双电层
      • 粉体表面结构
      • 玻璃表面结构
  • 润湿与粘附
    • 接触角和Young方程
• 第六章相平衡和相图
  • 三元相图
    • 等含量规则、等比例规则、背向线规则、杠杆规则、重心规则
    • 分析相图的主要步骤：1、判断化合物的性质：组成点是否在初晶区内 2、划分副三角形 3、判断界线温度走向及性质 4、确定三无变量点的性质 5、分析冷却析晶过程
• 第七章基本动力学过程-扩散
  • 扩散动力学方程-菲克定律
    • 菲克第一定律
    • 菲克第二定律·
  • 菲克定律的应用
    • 稳态扩散
    • 非稳态扩散
  • 固体扩散机构与扩散系数
    • 易位扩散机制：原子的扩散通过相邻两原子直接对调位置而进行的
    • 间隙扩散机制：适用于间隙固溶体中间隙原子的扩散
    • 空位扩散机制：适用于置换型固溶体的扩散
  • 多元系统的扩散
    • 克肯达尔效应：由于多元系统中各组员扩散速率不同而引起的扩散偶原始界面向扩散速率快的一侧移动的现象。 （紫灾，如何消除紫灾）
  • 影响扩散系数的因素
    • 外在因素：温度、杂质（第三组元）、气氛、固溶体的类型
    • 内在因素：
      • 扩散物质性质（原子键力、晶体结构、扩散组元浓度）
      • 扩散介质结构
      • 位错、晶界、表面
• 第八章材料中的相变
  • 相变概述
    • 按物态变化分类：狭义相变、广义相变
    • 按热力学分类
      • 按转变方向分类：可逆相变、不可逆相变
      • 按化学位偏导数的连续性分类：一级相变、二级相变、三级相变
    • 按动力学分类
      • 根据相变过程中质点的迁移情况：扩散型相变、无扩散型相变
      • 根据结构变化及转变速度快慢分类：重构型相变、位移型相变
    • 按相变机理分类：成核-生长相变、连续型相变、有序-无序转变、马氏体相变
    • 其他分类：非均匀相变、均匀相变
  • 液相-固相的转变
    • 晶核生成速率（核化速率）
      • 均态核化速率
      • 非均态核化速率
    • 晶体生长速率
      • 析出晶体和熔体组成相同-界面控制的长大
      • 析出晶体和熔体组成不同-扩散控制的长大
    • 影响结晶速率的因素：界面情况、熔体结构、非化学计量、外加剂
  • 液相-液相的转变
    • 亚稳和不稳分解的比较
• 第九章材料制备中的固态反应
  • 固态反应概论：固态反应是固体直接参与并起化学变化，同时至少在固体内部或外部的一个过程中起控制作用的反应
  • 固态反应机理
    • 相界面上反应和离子扩散的关系
    • 相界面上化学反应机理：6个阶段
  • 固态反应动力学
    • 扩散动力学
      • 抛物线形速度方程
      • 杨德方程
      • 金斯特林格方程
    • 化学动力学范围：反应物通过产物层的扩散速度远大于接触面上的化学反应速率
  • 影响固态反应的因素
    • 反应物化学组成：少量矿化剂
    • 反应物颗粒及均匀性
    • 反应温度
    • 压力与气氛
    • 反应物活性
• 第十章烧结
  • 烧结过程及机理
    • 烧结初期、中期、后期的特征 烧结推动力
    • 烧结机理
      • 颗粒的黏附作用
      • 物质的传递：流动传质、扩散传质、气相传质、溶解沉淀
  • 再结晶和晶粒长大
    • 初次再结晶：推动力是基质塑性变形所增加的能量
    • 晶粒长大：推动力是晶界过剩的自由能
    • 二次再结晶：推动力是晶界过剩的自由能
  • 影响烧结的因素
    • 物料活性的影响
    • 添加物的影响
      • 与烧结物形成固溶体
      • 阻止晶型转变
      • 抑制晶粒长大
      • 产生液相
    • 气氛的影响
    • 压力的影响
• 第十一章腐蚀与氧化
  • 腐蚀：材料由于环境作用而引起的破坏和变质过程
• 第十二章疲劳与断裂
  • 疲劳：材料或构件在交变应力（应力）作用下发生的破坏