北科-材料科学基础各章重点总结汇总

北科-材料科学基础各章重点总结汇总

此资料为北科材料科学基础本科生各章重点总结

供报考北科材料人员使用。

目录

1. 第一章 晶体学............................................................................. 2

2. 第二章 固体材料中电子运动状态..............................................3

3. 第三章 晶体结构.............................................................................5

4. 第四章非晶态与半晶态... .................................................7

5. 第五章 相图....................................... .........................................8

6. 第六章点缺陷和线缺陷................... ..................... ....................11

7. 第七章面缺陷和体缺陷.................................................12

8. 第八章固态中原子扩散..............................................................14

9. 第九章 材料形变..................................................................16

10.第十章相变的基本原理.............................................17

11.第十一章 凝固...............................................................................18

12.第十二章 固态转变.......................................................................19

——歪 制作合成，望有用

北科-材料科学基础各章重点总结汇总

第一章 晶体学

总结

晶体学的研究对象是晶体，人们对晶体的认识是从天然晶体开始的。天然晶体具有规则外形和宏观对称性，最初人们认为只有规则外形的天然矿物才是晶体。直到20世纪初期发现了X射线在晶体中的衍射现象，间接地证明了晶体中的原子（分子）的规则周期排列，人们开始从微观更深的层次上来认识和研究晶体。

晶体学是一门边缘交叉科学，它涉及许多学科，如数学、物理学、化学和生物学等。同时，晶体学又是很多学科的基础，包含的内容比较广泛。一般可以将晶体学分成晶体生成学、晶体几何学、晶体结构学、晶体物理学和晶体化学等五个部分。

晶体在宏观上表现出各种特性。概括起来，晶体的基本特征包括：自限性、均匀性、各向异性、对称性和稳定性等。

晶体是由结构基元（可以是原子、分子或离子）在空间呈不随时间变化的规则的三维周期排列而成，这是晶体的本质特征。为了研究结构基元排列的规律，先撇开结构基元，从每个结构基元的等同点抽象出空间点阵，研究空间点阵的阵点排列规律性。不同种类的结构基元有可能具有相同的排列方式。因此晶体结构可视为—点阵＋结构基元。

研究空间点阵排列只需要研究它的最小单位—晶胞的特性就可以了，表述晶胞特性是晶胞的三个基矢长度和它们之间的夹角，称它们为点阵常数。点阵常数所受的限制是有点阵的对称性决定的。正因为这样，本章先介绍对称性的基础概念和对称操作和相应的变换。对称性是在描述物体变量的空间中物体经过某种变换后的不变性，是一种数学的规律性。在对称操作（变换）过程中保持空间至少有一个不动点的操作称为点对称操作，在变换过程中那些不懂的点、线和面称为对称元素。点对称变换包括：恒等操作或单位操作、旋转操作（对于晶体来说，旋转轴只能是1、2、3、4和6次轴）、平面反映或镜像反映、反演和旋转反演。

把对称元素（从低对称到高对称）引入点阵，根据它对点阵常数的限制，到七种晶系：三斜晶系、单斜晶系、正交晶系、四方晶系、立方晶系、六方晶系和菱方晶系。把平移对称加入，即在这七种单胞中的特殊位置加入阵点，导出14种布喇菲点阵。

在讨论有关晶体生长、形变、相变和性能等问题时，经常需要涉及晶体中原子的位置、晶向和晶面。国际上通用密勒指数表示晶体中不同方位的晶向和晶面。

倒易点阵是一种几何构图，倒易点阵方法是一种数学抽象方法。一个实在的晶体点阵经过一定的转化导出一套抽象的点阵，这个抽象点阵的每一个阵点和实在晶体点阵中的一个点阵平面有相对应的倒易关系,这个抽象的点阵就是倒易点阵，抽象的点阵的空间称为倒易空间。倒易点阵的衍射理论是一般的衍射理论，对任何一种衍射现象都适用。所以，它是了解射线在晶体中的衍射几何和诠释晶体射线衍射图谱的强有力工具。倒易点阵使我们更容易描述晶面的取向和晶面的面间距等问题。 点阵方向和点阵平面的方位以及它们之间的关系是三维空间的立体关系，用立体图形来表示是很不方便的，所以可用投影的办法把这些关系用平面图形表示出来。晶体投影的方法有多种，但广泛应用的是极射赤面投影。本章中介绍了标准投影图的制作方法和用计算机绘制标准图的原理。

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第二章 固体材料中电子运动状态

总 结

电子属于微观粒子，它具有波动性，其运动状态用波函数描述，后者在非相对论条件下通过求解薛定谔方程获得。

分析微观粒子的运动状态依靠量子力学理论。该理论将微观粒子的力学量算符化，为力学量算符建立本征方程，求解本征方程得到力学量的本征值与对应的本征波函数。微观粒子力学量的允许值限定于该力学量算符的本征值。微观粒子处于力学量的本征态时，其力学量的数值就是相应的本征值；将一般状态的波函数用本征波函数系线性展开，该状态下力学量取各本征值的几率正比于展开式中相应本征波函数项的展开系数的模的平方。量子力学以统计方式给出了微观粒子的力学量：包括其力学量的允许取值、和在任意给定状态下各允许取值出现的几率。

电子在空间运动，同时还进行自旋运动，相应地具有轨道角动量和自旋角动量。孤立原子中的电子的角动量是量子化的，分别用角量子数l、磁量子数m和自旋量子数mS表述。将原子中未满亚电子层上电子的角动量合成得到原子的角动量。原子角动量分为轨道角动量、自旋角动量和总角动量，分别用相应的量子数J、L、S来描述其量子化特征。各角动量及其z分量与相应的量子数之间的关系完全类似。

通过求解薛定谔方程得到孤立原子中的电子态，它可以用主量子数n、角量子数l、磁量子数m和自旋量子数mS这四个量子数组描述。电子的能量允许取值（电子能级）是量子化的。在多电子的原子中，能级的能量与这四个量子数都有关系。基态原子中，一个亚电子层中电子的排布遵循洪特法则。多电子体系的波函数满足交换反对称性，具体表现为体系中电子的排布遵循泡利不相容原理，同时，体系的能量包含与电子的相对自旋关系有关的交换能。

量子自由电子理论从平均势场出发，得出金属中自由电子的允许能量状态为准连续能级，电子的能量量子化、但在传统宏观金属材料中相邻能级能量差非常小。电子的允许状态点构成波矢空间中的简单立方点阵。自由电子体系允许的能态密度正比于电子能量的平方根。自由电子体系的费米能取决于自由电子的体积密度，自由电子的平均动能在0K下达到费米能的3/5，它们具有很高的平均速度。遵循费米－狄拉克分布律，排布在费米面附近能级上的一些自由电子随温度升高被激发到较高能级上，使得体系的平均能量升高，形成对金属热容的贡献。这部分电子在自由电子体系中只占很小比例。

在晶体周期势场中运动时，电子的能量在满足布拉格衍射条件而被晶体散射的特定波 …… 此处隐藏：3142字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……