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第一章晶体学基础1.空间点阵：晶体中原子或分子的空间规则排列。2.晶胞：点阵中取出的一个反映点阵对称性的代表性基本单元(通常取最小平行六面体)。晶胞描述：晶轴X、Y、Z；点阵常数a、b、c；晶轴夹角α、β、γ晶胞的原子3.晶系-7个：按晶胞外形即棱边长度之间的关系和晶轴夹角情况归类，每一类别即一个晶系。4.布拉菲点阵-14个14种布拉菲点阵的晶胞：1-简单三斜;2-简单单斜;3-底心单斜;4-简单正交;5-底心正交;6-体心正交;7-面心正交;8-简单六方;9-菱形(三角);10-简单四方;11-体心四方;12-简单立方;13-体心立方;14-面心立方5、晶向指数和晶面指数晶向指数晶向指数：确定晶向的一组数[uvw]，表示所有相互平行、方向一致的晶向。晶向族：晶体中因对称关系而等同的各晶向的归并，表为uvw。晶面指数(hkl)晶面指数：确定晶面方位的一组数，代表一组相互平行的晶面晶面族：具等同条件，而空间位向不同的各组晶面的归并{hkl}晶带晶带：由所有相交于某一晶向直线或平行于此直线的晶面构成晶带轴：汇聚晶带晶向的直线晶面间距晶面间距：相邻两个平行晶面之间的距离6.晶体的对称性所有对称要素归纳：回转对称轴：1、2、3、4、6对称面：m（2）对称中心：1（z）回转-反演轴：3、4、6第三章晶体结构1.晶体中的键型化学键（一次键或基本键）种类：典型的化学键有三种：离子键、共价键、金属键、分子键(范氏键)、氢键2.金属晶体金属键合特点：形成高度对称、紧密排列的晶体结构。堆积特征：面心立方和密排六方中，每个原子和最近邻的原子间都相切；体心立方中，体心原子与顶角八原子相切，八个顶角原子互不相切密排面：原子密排程度最高的晶面。是密排六方的{0001}和面心立方的{111}密排面上原子排列方式：ABAB…(或ACAC…)的顺序堆垛，是密排六方；ABCABC…的顺序堆垛，是面心立方。晶格类型fcc(A1)bcc(A2)hcp(A3)间隙类型正四面体正八面体四面体扁八面体四面体正八面体间隙个数84126126原子半径rAa42a432a间隙半径rB423a422a435a432a426a212a3.共价晶体共价键合特点：方向性，饱和性，致密度低4.离子晶体（一）离子堆积与鲍林规则离子键合特性：不具方向性，离子晶体结构：负离子规则地在空间密堆积；正离子有规律地分布在空隙中堆积条件：负离子之间不重叠，但又与中心的正离子相接触。堆积形式：堆积形式（配位数等）由离子具有的电荷数（正离子倾向于由尽可能多的负离子包围它）和离子的相对大小（(rC)与(rA)之比）决定负离子配位多面体：以正离子为中心，将周围最近邻配置的各负离子的中心连起来形成的多面体正离子配位数：配置于正离子周围的负离子数三者之间关系：表1-9正、负离子半径比，正离子配位数和配位多面体形之间的关系rC/rA正离子配位数配位多面体类型举例0-0.1552线性CO20.155-0.2253三角形B2O30.225-0.4144四面体SiO20.414-0.7326八面体TiO20.732-1.08立方体CsCl形成晶体结构的泡林规则：五条5.固溶体：置换固溶体，填隙固溶体，缺位固溶体置换固溶体（1）置换固溶体：溶质原子位于晶格点阵位置的固溶体。（2）影响置换固溶体溶解度的因素a原子尺寸因素原子尺寸差越小，越易形成置换固溶体，且溶解度越大。△r=(rA-rB)/rA当△r15%时，有利于大量互溶。b晶体结构因素结构相同，溶解度大，有可能形成无限固溶体。c电负性因素电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大。d电子浓度因素电子浓度e/a越大，溶解度越小。e/a有一极限值，与溶剂晶体结构有关。一价面心立方金属为1.36，一价体心立方金属为1.48。（上述四个因素并非相互独立，其统一的理论的是金属与合金的电子理论。）间隙固溶体（1）影响因素：原子半径和溶剂结构。（2）溶解度：一般都很小，只能形成有限固溶体。固溶体的结构（1）晶格畸变。（2）偏聚与有序：完全无序、偏聚、部分有序、完全有序。6.中间相：是由金属与金属，或金属与类金属元素之间形成的化合物，也称为金属间化合物。正常价化合物（1）形成：电负性差起主要作用，符合原子价规则。（2）键型：随电负性差的减小，分别形成离子键、共价键、金属键。（3）组成：AB或AB2。电子化合物（电子相）（1）形成：电子浓度起主要作用，不符合原子价规则。（2）键型：金属键（金属－金属）。（3）组成：电子浓度对应晶体结构，可用化学式表示，可形成以化合物为基的固溶体。间隙化合物（1）形成：尺寸因素起主要作用。（2）结构简单间隙化合物（间隙相）：金属原子呈现新结构，非金属原子位于其间隙，结构简单。复杂间隙化合物：主要是铁、钴、铬、锰的化合物，结构复杂。（3）组成：可用化学式表示，可形成固溶体，复杂间隙化合物的金属元素可被置换。第四章非晶态与半晶态1.非晶态固体：具有短程有序而长程无序的结构2．玻璃氧化物玻璃结构：由离子多面体（四面体或三角体）所构成，重复没有规律性。一个氧最多同两个形成网络的正离子(M)，如B、Si、P等连接，正离子的配位数是3～4。氧多面体顶角不规则方向相连，通过“氧桥”搭成向三度空间发展的无规则连续网络。如果玻璃中有R+(Na+、K+等)和R++(Ca++、Mg++等)网络改变离子氧化物，网络中桥氧被切断而出现非桥氧，R+、R++位于被切断的桥氧离子附近的网络外间隙中，也具有一定配位数。玻璃的无规则网络结构：随玻璃的不同组成和网络被切断的不同程度而异，可以是三维骨架，也可以是二维层状结构或一维链状结构，甚至是大小不等的环状结构，也可能多种不同结构共存。近程范围可以有一定程度的规则区域，反映了玻璃内部结构近程有序，远程无序的特点。3.聚合物聚合物一般是高分子化合物，由数量巨大的原子组成的大分子构成。大分子是由一种或多种小分子通过主价键逐个连接而成的链状或网状分子。根据聚合物的热行为，聚合物分为热塑性聚合物（TP）以及热固性聚合物（TS）两类第五章相图1相律（1）相律：热力学平衡条件下，系统的组元数、相数和自由度数之间的关系。（2）表达式：f=c-p+2;压力一定时，f=c-p+1。（3）应用可确定系统中可能存在的最多平衡相数。如单元系2个，二元系3个。可以解释纯金属与二元合金的结晶差别。纯金属结晶恒温进行，二元合金变温进行。2相图的表示与建立（1）状态与成分表示法状态表示：温度－成分坐标系。坐标系中的点－表象点。成分表示：质量分数或摩尔分数。（2）相图的建立方法：实验法和计算法。过程：配制合金－测冷却曲线－确定转变温度－填入坐标－绘出曲线。相图结构：两点、两线、三区。3杠杆定律4.二元相图相图分析（相图三要素）（1）点：纯组元熔点；最大溶解度点；共晶点（是亚共晶、过共晶成分分界点）等。（2）线：结晶开始、结束线；溶解度曲线；共晶线等。（3）区：3个单相区；3个两相区；1个三相区。5三元相图三元相图的主要特点（1）是立体图形，主要由曲面构成；（2）可发生四相平衡转变；（3）一、二、三相区为一空间。成分三角形中特殊的点和线（1）三个顶点：代表三个纯组元；（2）三个边上的点：二元系合金的成分点；（3）平行于某条边的直线：其上合金所含由此边对应顶点所代表的组元的含量一定。（4）通过某一顶点的直线：其上合金所含由另两个顶点所代表的两组元的比值恒定。平衡转变的类型（1）共晶转变：L0Tαa+βb+γc;（2）包晶转变：L0＋αa+βbTγc;（1）包共晶转变：L0＋αaTβb+γc;还有偏共晶、共析、包析、包共析转变等。5共线法则与杠杆定律（1）共线法则：在一定温度下，三元合金两相平衡时，合金的成分点和两个平衡相的成分点必然位于成分三角形的同一条直线上。（由相率可知，此时系统有一个自由度，表示一个相的成分可以独立改变，另一相的成分随之改变。）（2）杠杆定律：用法与二元相同。两条推论（1）给定合金在一定温度下处于两相平衡时，若其中一个相的成分给定，另一个相的成分点必然位于已知成分点连线的延长线上。（2）若两个平衡相的成分点已知，合金的成分点必然位于两个已知成分点的连线上。重心定律在一定温度下，三元合金三相平衡时，合金的成分点为三个平衡相的成分点组成的三角形的质量重心。（由相率可知，此时系统有一个自由度，温度一定时，三个平衡相的成分是确定的。）【平衡相含量的计算】：所计算相的成分点、合金成分点和二者连线的延长线与对边的交点组成一个杠杆。合金成分点为支点。计算方法同杠杆定律。第六章点缺陷和线缺陷1.晶体缺陷：实际晶体中与理想点阵结构发生偏差的区域。包括点缺陷、线缺陷、面缺陷2.点缺陷肖脱基空位－离位原子进入其它空位或迁移至晶界或表面。弗兰克尔空位－离位原子进入晶体间隙。（1）间隙原子：位于晶体点阵间隙的原子。（2）置换原子：位于晶体点阵位置的异类原子。3线缺陷（位错和向错）位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。位错的基本类型（1）刃型位错：正刃型位错；负刃型位错（2）螺型位错：左螺型位错；右螺型位错。（3）混合位错位错的性质（1）形状：不一定是直线，位错及其畸变区是一条管道。（2）是已滑移区和未滑移区的边界。（3）不能中断于晶体内部。可在表面露头，或终止于晶界和相界，或与其它位错相交，或自行封闭成环。柏氏矢量b位错的运动（1）位错的易动性。（2）位错运动的方式a滑移：位错沿着滑移面的移动。刃型位错的滑移：具有唯一的滑移面螺型位错的滑移：具有多个滑移面。位错环的滑移：注重柏氏矢量的应用。b攀移：刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动。机制：原子面下端原子的扩散――位错随半原子面的上下移动而上下运动。分类：正攀移（原子面上移、空位加入）/负攀移（原子面下移、原子加入）。应力的作用：（半原子面侧）压应力有利于正攀移，拉应力有利于负攀移。（3）作用在位错上的力（单位距离上）滑移：F=τb；攀移：F=σb。位错的应变能与线张力（1）单位长度位错的应变能：W=αGb2。（α＝0.5~1.0,螺位错取下限，刃位错取上限。）（2）位错是不平衡的缺陷。（商增不能抵销应变能的增加。）（3）位错的线张力：T=αGb2。（4）保持位错弯曲所需的切应力：τ＝Gb/2r。位错的应力场及其与其它缺陷的作用（1）应力场螺位错：τ＝Gb/2πr。（只有切应力分量。）刃位错：晶体中：滑移面以上受压应力，滑移面以下受拉应力。滑移面：只有切应力。（2）位错与位错的交互作用f=τb，f=－σb（刃位错）。同号相互排斥，异号相互吸引。（达到能量最低状态。）（3）位错与溶质原子的相互作用间隙原子聚集于位错中心，使体系处于低能态。科氏气团：溶质原子在位错线附近偏聚的现象。（4）位错与空位的交互作用导致位错攀移。位错的增殖、塞积与交割（1）位错的增殖：F-R源。（2）位错的塞积分布：逐步分散。位错受力：切应力作用在位错上的力、位错间的排斥力、障碍物的阻力。（3）位错的交割位错交割后结果：按照对方位错柏氏矢量（变化方向和大小）。割阶：位错交割后的台阶不位于它原来的滑移面上。位错反应条件：几何条件：∑b前=∑b后；反应前后位错的柏氏矢量之和相等。能量条件：∑b2前∑b2后;反应后位错的总能量小于反应前位错的总能量。实际晶体中的位错（1）全位错：通常把柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为全位错或单位位错。（实际晶体中的典型全位错如表1－7所示）（2）不全位错：柏氏矢量小于点阵矢量的位错。（实际晶体中的典型不全位错如表1－7所示）①肖克莱和弗兰克不全位错。肖克莱不全位错的形成：原子运动导致局部错排，错排区与完整晶格区的边界线即为肖克莱不全位错。（结合位错反应理解。可为刃型、螺型或混合型位错。）弗兰克不全位错的形成：在完整晶体中局部抽出或插入一层原子所形成。（只能攀移，不能滑移。）②堆垛层错与扩展位错堆垛层错：晶体中原子堆垛次序中出现的层状错排。扩展位错：一对不全位错及中间夹的层错称之。