【知識精講】23廣工835材料科學基礎考研知識

01.原子間的鍵合

金屬鍵；離子鍵、主價健；共價健

物理健：次價鍵

氫健：介於化學健和範德華力之間

1.金屬鍵(金屬鍵)

典型全屬原子結構：最外層電子數很少，即價電子極易掙脫原子核之束縛而成為自由電子，形成電子雲。

金屬中自由電子與金屬正離子之間構成鍵合稱為金屬鍵

特點：電子共有化，既無飽和性又無方向性，形成低能量密堆結構性質：良好導電、導熱效能，延展性好

2.離子鍵(lonic tondingl

多數鹽類、鹼類和金屬氧化物

實質：

金屬原子帶正電的正離子

非金屬原子帶負電的負離子

存在靜電引力，離於鍵

特點：以離子而不是以原子為結合單元，要求正負離子相間排列，且無方向性，無飽和性

性質：熔點和硬度均較高，良好電絕緣體

3.共價鍵

亞金屬（C、Si、 Sn、Ge），聚合物和無機非金屬材料

實質：由二個或多個電負性差不大的原子間透過共用電子對而成

極性鍵：共用電子對偏於某成鍵原子

非極性鍵：位於兩成鍵原子中間

特點：飽和性，配位數較小，方向性（s電子除外）

性質：熔點高、質硬脆、導電能力差

4.範德華力

近鄰原子相互作用→電荷位移→偶極子→範德華力

包括：靜電力、誘導力和色散力

屬物理鍵，系次價鍵，不如化學鍵強大，但能很大程度改變材料性質

5.、氫鍵

極性分子鍵 存在於HF、H，0、 NH中，在高分子中佔重要地位，氫原子中唯一的電子被其它原子所共有（共價鍵結合），裸露原子核將與近鄰分子的負端相互吸引——氫橋

介於化學鍵與物理鍵之間，具有飽和性

02.金屬及合金的回覆與再結晶

1。當壓力加工溫度高於再結晶溫度，金屬會發生動態再結晶，此時再結晶軟化與加工硬度過程同時進行。（對）

2.試述影響冷變形金屬加熱退火組織的因素及其影響規律。（9分）（參考202頁到203頁）

（1） 當變形量很小時，晶格畸變小，不足以引起再結晶。

（2） 當變形量達到2%-10%，只有部分晶粒變形，變形不均勻，再結晶晶粒大小相差懸殊，易相吞併長大，再結晶後晶粒特別粗大，這個變形度升為臨界變形度。

（3） 當大於臨界變形度後，隨著變形量的增加，再結晶時形核量大而均勻，使再結晶後晶粒細小而均勻，達到一定變形量後晶粒度基本不變。

（4） 再結晶退火溫度

（5） 原始晶粒尺寸

（6） 合金元素及雜質

3。與退火態相比，金屬經嚴重冷變形後的導電效能較好，導熱效能較差。（錯）

4。將嚴重冷變形金屬加工至再結晶溫度以上保溫足夠時間時，其變形組織會被無畸變的組織所代替，即發生了再結晶。（對）

5。試述影響嚴重冷變形金屬加熱再結晶溫度以上的溫度退後後的晶粒大小的因素及其影響規律。（9分）

6。再結晶是指將嚴重冷變形金屬加熱至其再結晶溫度以上保溫足夠時間時，其變形組織會被無畸變的組織所代替的過程。（對）

7。動態再結晶是指材料高於其再結晶溫度的某一溫度下進行的、同時存在加工硬化與在結晶軟化的過程。（對）

8。試述變形程度對冷變形金屬再結晶退火後的組織和效能的影響。

9。試述嚴重冷變形金屬的再結晶過程以及影響再結晶晶粒大小的因素。（9分）

再結晶過程：再結晶包括成核與長大兩個過程，再結晶的形核，隨變形量的不同有不同的形核機制。（參考199也擴充套件）。影響因素同2012年。

10.試述動態再結晶過程及當此過程結束後並冷卻至室溫後的顯微組織的影響因素。（9分）

答：動態再結晶也是形核和長大的過程，同時還進行著變形。

冷卻至室溫後的組織：①穩定階段動態再結晶呈等軸狀，晶粒內部包含著被位錯糾纏所包含的亞晶粒②動態再結晶晶界遷移速度較慢，這是由於邊形變、邊發生再結晶造成的，動態再結晶晶粒比靜態要細些③如果將動態再結晶組織迅速冷卻下來，就可以獲得比冷變形加再結晶退火要高的強度和硬度。

11.試述以再結晶為目的的熱處理溫度對嚴重冷變形金屬再結晶過程及其再結晶晶粒大小的影響。（9分）

答：嚴重冷變形的金屬內部有許多纖維組織和形變織構，當溫度加熱到再結晶溫度時，新的無畸變等軸晶粒迅速在基體內產生並迅速在基體內產生並完全取代變形晶粒，當溫度進一步升高或延長保溫時間，晶粒會繼續長大變的粗大。

經冷塑形的金屬晶體加熱到再結晶溫度以上的某溫度熱處理時，將發生回覆再結晶，其再結晶溫度與變形程度有關，變形程度越大，再結晶溫度越低。（×）

12.試述冷變形程度對金屬再結晶過程及再結晶晶粒大小的影響。（同上）

答：嚴重冷變形的金屬內部有許多纖維組織和形變織構，當溫度加熱到再結晶溫度時，新的無畸變的等軸晶粒迅速在基體內產生，並完全取代變形晶粒，當溫度進一步升高或延長保溫時間，晶粒會繼續長大變的粗大。

①當變形量很小時，晶格畸變小，不足以引起再結晶。

②當變形量達到2%-10%，只有部分晶粒變形，變形不均勻，再結晶晶粒大小相差懸殊，易相吞併長大，再結晶後晶粒特別粗大，這個變形度升為臨界變形度。

③當大於臨界變形度後，隨著變形量的增加，再結晶時形核量大而均勻，使再結晶後晶粒細小而均勻，達到一定變形量後晶粒度基本不變。

03.固體結構

一、晶體學基礎

1空間點陣與晶體結構

（1） 空間點陣：由幾何點做週期性的規則排列所形成的三維陣列。

（2） 晶體結構：原子、離子或原子團按照空間點陣的實際排列。

特徵：a可能存在區域性缺陷；b可有無限多種。

（3）形狀和大小

有三個稜邊的長度a，b，c及其夾角a ，β ，γ表示。

（4） 晶胞中點的位置表示

3布拉菲點陣

14種點陣分屬7個晶系。

4晶向指數與晶面指數

晶向：空間點陣中各陣點列的方向。

晶面：透過空間點陣中任意-組陣點的平面。

國際上通用米勒指數標定晶向和晶面。

（1） 晶向指數的標定

a建立座標系。

b求座標。u‘，v’，w‘。

c化整數。u，v，w。

d加［ ］。［uvw］。

說明：

a指數意義：代表相互平行、方向一致的所有晶向。

b負值：標於數字上方，表示同一晶向的相反方向。

c晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不同的一組晶向。用表示，數字相同，但排列順序不同或正負號不同的晶向屬於同一晶向族。

（2）晶面指數的標定

a建立座標系：確定原點（非陣點）、座標軸和度量單位。

b量截距： x，y，z。

c取倒數： h’，k‘，I’。

d化整數： h，k，k。

e加圓括號： （hkl）。

說明：

a指數意義：代表一組平行的晶面；

b 0的意義：面與對應的軸平行；

c平行晶面：指數相同，或數字相同但正負號相反；

d晶面族：晶體中具有相同條件（原子排列和晶面間距完全相同），空間位向不同的各組晶面。用{hkl}表示。

e若晶面與晶向同面，則hu+kv+lw=0；

f若晶面與晶向垂直，則u=h， k=v， w=l。

（3）六方系晶向指數和晶面指數

a六方係指數標定的特殊性：四軸座標系（ 等價晶面不具有等價指數）。

b晶面指數的標定

標法與立方系相同（四個截距）；用四個數字（hkil）表示； i=-（h+k）。

（4）晶帶

a：平行於某一晶向直線所有晶面的組合。

b性質：晶帶用晶帶軸的晶向指數表示；晶帶面//晶帶軸；

晶帶定律：hu+kv+lw=0。

凡滿足上式的晶面都屬於以［uvw］為晶帶軸的晶帶。推論：

（a）由兩晶面（h1k1l1） （h2k2l2）求其晶帶軸［uvw］：

u=k1l2-k2h1； v= l1h2-l2h1； w=h1k2-h2k1。

（b）由兩晶向［u1v1w1］［ u2v2w2］求其決定的晶面（hkl）。

h=v1w1- v2w2； k=w1u2- w2u1； l= u1v2- u2v1

（5）晶面間距

a —— - -組平行晶面中，相鄰兩個平行晶面之間的距離。

b計算公式（簡單立方）：d=a/（h2+k2+l2）1/2

注意：只適用於簡單晶胞；對於面心立方hkl不全為偶、奇數，體心立方h+k+l=奇數時，d（nkl）=d/2。（因為有附加面）

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