无机材料科学基础第四章非晶态结构与性质思维导图

第4章 非晶态结构与性质

一、名词解释 1．熔体与玻璃体：

熔体即具有高熔点的物质的液体。 熔体快速冷却形成玻璃体。 2．聚合与解聚：

聚合：各种低聚物相互作用形成高聚物 解聚：高聚物分化成各种低聚物 3．晶子学说与无规则网络学说：

晶子学说（有序、对称、具有周期性的网络结构）： 1硅酸盐玻璃中含有无数的晶子 2晶子的互相组成取决于玻璃的化学组成

3晶子不同于一般微晶，而是带有晶体变形的有序区域，在晶子中心质点排列较有规律，远离中心则变形程度增大 4晶子分散于无定形物质中，两者没有明显界面

无规则网络学说（无序不对称不具有周期性的网络结构） 1形成玻璃态的物质与晶体结构相类似，形成三维的空间网格结构 2这种网络是离子多面体通过氧桥相连进而向三维空间规则 4．网络形成体与网络变性体：

网络形成体：能够单独形成玻璃的氧化物 网络变性体：不能单独形成玻璃的氧化物 5．桥氧与非桥氧：

桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧 非桥氧：玻璃网络中只与一个成网多面体相连的氧

二、填空与选择

1.玻璃的通性为：各向同性、介稳性、由熔融态向玻璃态转化是可逆与渐变的，无固定熔点、

由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度的变化

第4章 非晶态结构与性质

一、名词解释 1．熔体与玻璃体：

熔体即具有高熔点的物质的液体。 熔体快速冷却形成玻璃体。 2．聚合与解聚：

聚合：各种低聚物相互作用形成高聚物 解聚：高聚物分化成各种低聚物 3．晶子学说与无规则网络学说：

晶子学说（有序、对称、具有周期性的网络结构）： 1硅酸盐玻璃中含有无数的晶子 2晶子的互相组成取决于玻璃的化学组成

3晶子不同于一般微晶，而是带有晶体变形的有序区域，在晶子中心质点排列较有规律，远离中心则变形程度增大 4晶子分散于无定形物质中，两者没有明显界面

无规则网络学说（无序不对称不具有周期性的网络结构） 1形成玻璃态的物质与晶体结构相类似，形成三维的空间网格结构 2这种网络是离子多面体通过氧桥相连进而向三维空间规则 4．网络形成体与网络变性体：

网络形成体：能够单独形成玻璃的氧化物 网络变性体：不能单独形成玻璃的氧化物 5．桥氧与非桥氧：

桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧 非桥氧：玻璃网络中只与一个成网多面体相连的氧

二、填空与选择

1.玻璃的通性为：各向同性、介稳性、由熔融态向玻璃态转化是可逆与渐变的，无固定熔点、

由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度的变化

第四章 材料的性能 materials property性能决定用途。 本章对材料的力学性能、热性能、 电学、磁学、光学性能以及耐腐蚀 性，复合材料及纳米材料的性能进 行阐述。

4-1 固体材料的力学性能 Mechanical Properties of Solid Materials结构件：力学性能为主 非结构件：力学性能为 辅，但必不可少

mechanical property of materials stress and strain Elastic deformation Modulus Viscoelasticity permanent deformation Strength Fracture

4-1-1 材料的力学状态mechanical states of matrials 1.金属的力学状态A 晶态结构， B 较高的弹性模量 和强度， C 受力开始为弹性 形变，接着一段 塑性形变，然后 断裂， 总变形能很大， D 具有较高的熔点。

某些金属合金 A 呈非晶态合金， B 具有很高的硬度和强度， C 延伸率很低而并不脆。 D 温度升高到玻璃化转变温度以上，粘度明显降低， 发生晶化而失去非晶态结构。

2. 无机非金属的力学状态A 玻璃相熔

一、名词解释（20分）：

1. 不一致熔融化合物，连线规则

答： 不一致熔化合物是一种不稳定的化合物，加热到一定温度会发生分解，分解产物是一种液相和一种固相，液相和固相的组成与化合物组成都不相同。（2.5分）

连线规则：将一界线（或其延长线）与相应的连线（或其延长线）相交，其交点是该界线上的温度最高点。（2.5分） 2. 非本征扩散，稳定扩散 非本征扩散：受固溶引入的杂质离子的电价和浓度等外界因素所控制的扩散。或由不等价杂质离子取代造成晶格空位，由此而引起的质点迁移。（2.5）

稳定扩散：若扩散物质在扩散层dx内各处的浓度不随时间而变化，即dc/dt=0。这种扩散称稳定扩散。（2.5分） 3. 非均匀成核, 一级相变

非均匀成核：是指借助于表面、界面、微粒裂纹器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过程 一级相变：体系由一相变为另一相时，如两相的化学势相等但化学势的一级偏微商(一级导数)不相等的称为一级相变。（2.5） 4. 晶粒生长，二次再结晶

晶粒生长：平衡晶粒尺寸在不改变其分布的情况下，连续增大的过程。（2.5分） 二次再结晶：是少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大的过程。（2.5分） 5. 一致熔融化合物，三角形规则

答：一致熔融化合物是一

第 2 章 结晶结构

一、名词解释

1．晶体：晶体是内部质点在三维空间内周期性重复排列，具有格子构造的固体 2．空间点阵与晶胞：

空间点阵是几何点在三维空间内周期性的重复排列 晶胞：反应晶体周期性和对称性的最小单元

3．配位数与配位多面体：

化合物中中心原子周围的配位原子个数

成配位关系的原子或离子连线所构成的几何多面体 4．离子极化：

在离子化合物中，正、负离子的电子云分布在对方离子的电场作用下，发生变形的现象 5．同质多晶与类质同晶：

同一物质在不同的热力学条件下具有不同的晶体结构

化学成分相类似物质的在相同的热力学条件下具有相同的晶体结构 6．正尖晶石与反尖晶石：

正尖晶石是指2价阳离子全部填充于四面体空隙中，3价阳离子全部填充于八面体空隙中。

反尖晶石是指2价阳离子全部填充于八面体空隙中，3价阳离子一半填充于八面体空隙中，一半填充于四面体空隙。 二、填空与选择

1．晶体的基本性质有五种：对称性 ， 异相性 ， 均一性 ， 自限性 和 稳定性（最小内能性） 。

2．空间点阵是由 C 在空间作有规律的重复排列。 （ A 原子 B离子 C几何点 D分子）

3．在等大球体的最紧密堆积中有 面心立方密堆积 和 六方密堆积 二

第一章 晶 体 结 构 基 础

1-1 定义下述术语，并注意它们之间的联系和区别： 晶系；点群；空间群；平移群；空间点阵

1-2 简述晶体的均一性、各向异性、对称性三者的相互关系。 1-3 列表说明七个晶系的对称特点及晶体定向规则。

1-4 四方晶系晶体a＝b，c＝1/2a。一晶面在X、Y．Z轴上的截距分别为2a, 3b和6c。给出该晶面的密勒指数。

1-5 在立方晶系中画出下列晶面：a）（001）b）（110）c）（111） 1-6 在上题所画的晶面上分别标明下列晶向：a(210) b(111) c(101) 1-7 立方晶系组成{111}单形的各晶面构成一个八面体，请给出所有这些晶面的密勒指数。

1-8 试在完整的六方晶系晶胞上画出（1012）晶面的交线及〔1120〕〔2113〕晶向，并列出{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数。 1-9 a≠b≠c α=β=γ=90℃的晶体属什么晶系？

a≠b≠c α≠β≠γ≠90℃的晶体属什么晶系？ 你能否据此确定这二种晶体的布拉维点阵？

1-10 下图示正交面心格子中去掉上下底心后的结点排列情况。以图中的形状在三维空间无限重复，能否形成一空间点阵？为什么？

材料结构与性能

第四章 表面结构与性质

一、选择题

1、对于实际晶体和玻璃体，处于物体表面的质点，其境遇和内部是不同的，表面的质点处于（ ）的能阶，所以导致材料呈现一系列特殊的性质。

A: 较高 B: 较低

C: 相同 D: A或C

2、由于固相的三维周期性在固体表面处突然中断，表面上原子产生的相对于正常位置的上、下位移，称为（ ）。

A: 表面收缩 B: 表面弛豫

C: 表面滑移 D: 表面扩张

3、重构表面是指表面原子层在水平方向上的周期性与体内（ ），垂直方向的层间距与体内（ ）。

A: 不同；相同 B: 相同；相同

C: 相同；不同 D: 不同；不同

4、固体的表面能与表面张力在数值上不相等，一般说来，同一种物质，其固体的表面能（ ）液体的表面能。

A: 小于 B: 大于

C: 小于等于

第二章 晶体结构与晶体中的缺陷

§2-1 典型结构类型一、金刚石结构金刚石晶体结构为立方晶系Fd3m,立方面心格子，碳原子位 于所有立方面心的结点和1/2的8个小立方体中心，a0=0.356nm 每个碳周围都有4个碳，碳原子之间形成共价键。

(001)面投影图 晶胞图 性质：硬度最高，导热性极好，半导体性能。 应用：高硬度切割材料、磨料、钻头；集成电路中的散热片；高温半导 体材料。 2 类似材料:Si、Ge、灰Sn和立方BN。

晶体结构中可能出现的微观对称要素类型 名称 国际符号

平移轴 平移格子 P、C、I、F 轴对称 要素 面对称 要素 对称轴 倒转轴 螺旋轴 对称面 像移面 1(=平移格子)、2、3、4、6 1 (=对称中心)、 (=m)、=(3+ )、 、 (=3+m) 2 1 4 6 321、31、32、41、42、43、61、62、63、64、65

m a、b、c、n、d

二、石墨结构

C原子的四个外层电子，在层内 形成三个共价键，多余的一个 电子可以在层内部移动，类似 于金属中的自由电子

结构： 立方晶系AB型， P63/mmc,a0=0.146nm, c0=0.670nm,每个碳周围都有3个 碳，碳原子成层排列。层内的碳原子之 间为

第六章答案

6-1略。

6-2什么是吉布斯相律？它有什么实际意义？

解：相律是吉布斯根据热力学原理得出的相平衡基本定律，又称吉布斯相律，用于描述达到相平衡时系统中自由度数与组分数和相数之间的关系。一般形式的数学表达式为F＝C－P＋2。其中F为自由度数，C为组分数，P为相数，2代表温度和压力两个变量。应用相率可以很方便地确定平衡体系的自由度数。

6-3固体硫有两种晶型，即单斜硫、斜方硫，因此，硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题？

解：有问题，根据相律，F=C-P+2=1-P+2=3-P，系统平衡时，F=0，则P=3，硫系统只能是三相平衡系统。

图6-1 图6-2

6-4如图6-1是钙长石（CaAl2Si2O）的单元系统相图，请根据相图回解：（1）六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少？（2）三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的？你是如何判断出来的？（3）正交晶型是热力学稳定态？还是介稳态？

解：（1）六方钙长石熔点约1300℃（B点），正钙长石熔点约1180℃（C点），三斜钙长石的熔点约为1750℃（A点）。

（2）三斜与六方晶型的转变是可逆的。因为六方晶型加热到转变温度会转变

第六章 相平衡和相图

6-1名词解释

相组元数 独立组元数 自由度 相图 相平衡 凝聚系统 介稳平衡 无变量点 可逆多晶转变 不可逆多晶转变 一级变体间转变 二级变体间转变 一致熔融化合物 不一致熔融化合物 共熔界线 转熔界线 连线规则 切线规则 低共熔点（ 三升点） 单转熔点（双升点） 双转熔点（双降点） 液相独立析晶

6-2什么是吉布斯相律？它有什么实际意义？

6-3固体硫有两种晶型，即单斜硫、斜方硫，因此，硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题？

图6-1 图6-2

6-4如图6-1是钙长石（CaAl2Si2O）的单元系统相图，请根据相图回答：（1）六方、正交和三斜钙长石的熔点各是多少？（2）三斜和六方晶型的转变是可逆的还是不可逆的？你是如何判断出来的？（3）正交晶型是热力学稳定态？还是介稳态？

6-5图6-2是具有多晶转变的某物质的相图，其中DEF线是熔体的蒸发曲线。 KE是晶型 I的升华曲线；GF是晶型I