第一章（一）內容及習題
引言金屬由於其效能的多樣性，而被人們廣泛的應用。金屬的效能由其成分、結構所決定。成分、結構、效能之間的關係，以及它們的變化規律，構成了本課程的基礎。
金屬（或非金屬）在固態通常是晶體，故金屬的結構通常被稱為金屬的晶體結構。第一章介紹的是學習和研究晶體結構所需要掌握的一些基本知識――晶體學基礎。
本節課要求
1 要求掌握「晶體與非晶體、晶體結構與空間點陣、晶胞與原胞、晶系、布拉菲點陣、點陣常數」概念，理解布拉菲點陣的唯一性。
2 看完第一節，並完成習題1～3。
第一章（二）內容及習題
引言晶體的特徵在於構成晶體的原子的排列呈現三維週期結構。在材料中，金屬與陶瓷通常是晶體，即使高分子或生物材料也有相應的晶體狀態。所以，對材料學家來說，了解和掌握晶體結構的基本概念是十分重要的。
19世紀出現了布拉菲的空間點陣學說，當時它僅是乙個合理的猜想，其正確性到2023年才被勞厄等人的x射線衍射實驗所證實。以後，大量的研究探明了成千上萬的晶體結構，肯定了晶體的週期性質。現在用高分辯電子顯微鏡和掃瞄隧道顯微鏡等已能直接顯示原子的週期排列影象。
空間點陣體現了晶體的平移對稱性，即：點陣經平移後，可以獲得完全的重複。晶胞是構成空間點陣的較小體積單元，通常為乙個小的平行六面體。
晶胞全面反映了點陣（晶體結構）的平移對稱性或週期性。如果知道了晶胞的大小和形狀，並且知道了晶胞內各陣點的座標，也就確定了晶體結構。
在研究晶體結構時，並不需要了解晶胞（或晶體）內各陣點的座標，只需要了解陣點之間的相對位置，即陣點之間的幾何關係，晶面指數和晶向指數就反映了點陣中陣點之間的幾何關係。
本節課要求
1 掌握晶面指數、晶向指數的概念及其確定，掌握晶面與晶向平行或垂直，理解晶面族，晶向族。
2 看完第二節，並完成習題4～6。
第一章（三）內容及習題
引言在研究晶體結構時，並不需要了解晶胞（或晶體）內各陣點的座標，只需要了解陣點之間的相對位置，即陣點之間的幾何關係，晶面指數和晶向指數就反映了點陣中陣點之間的幾何關係。
晶面指數表示的是一組平行的晶面，每個晶面的原子（陣點）排列情況都是相同的，晶面與晶面之間的距離都為d，稱為晶面間距。晶向指數表示的是一組平行的方向。
在對六方晶系的晶面、晶向指數進行操作時，要注意：若已知指數要求作圖，則先要將四指數換算成三指數，再以三指數進行作圖；若由圖求指數，則先要在圖中讀出三指數，然後再換算成四指數。
絕大多數金屬具有簡單的結構，用a1（麵心立方）、a2（體心立方）和a3（密排六方）結構。若將原子或點陣看成是硬的小球，則可以用硬球的堆積來反映相應的結構。
本節課要求
1 掌握麵心立方、體心立方、密排六方晶胞結構，掌握原子數、配位數、緊密係數、間隙的概念，理解和定性分析間隙種類，間隙大小（定性），間隙位置
2學習第三節，並完成習題7～8。
第一章（四）內容及習題
引言絕大多數金屬具有簡單的結構，用a1（麵心立方）、a2（體心立方）和a3（密排六方）表示。若將原子或點陣看成是硬的小球，則可以用硬球的堆積來反映晶體的結構。如：
麵心立方，就可以看成是由（100）晶面順序堆積而成的，也可以看成是由（110）晶面或（111）晶面順序堆積而成的。同樣，其它的結構也都可以看出是由某一晶面順序堆積而成的。由此，可以了解和分析晶體的結構
本節課要求
1 掌握麵心立方和密排六方的堆垛方式，及其它們之間的差異；理解堆垛層錯的概念。
2 學習第四節，並完成習題9、10、11。
第一章要求掌握的內容
第一節晶體與非晶體，晶體結構與空間點陣，晶胞與原胞，晶系，布拉菲點陣，點陣常數。
第二節晶面指數、晶向指數的確定，晶面族，晶向族，晶帶軸，晶面與晶向平行或垂直。
第三節麵心立方、體心立方、密排六方晶胞結構，原子數，配位數，緊密係數，間隙種類，間隙大小（定性），間隙位置，
第四節麵心立方和密排六方的堆垛方式，堆垛層錯
第二章主要內容
第二節波爾理論和波動力學理論對原子核外電子的運動軌道的描述。波粒兩相性的基本方程。
第三節五種結合鍵的特點
第四節結合鍵與晶體結構
第五節合金，合金系，合金相結構分類
第六節影響相結構因素，
第七節固溶體，置換固溶體，間隙固溶體，有限固溶體，無限固溶體，有序固溶體，無序固溶體，端部固溶體，中間固溶體
第八節離子化合物的結構型別和特點
第九節矽酸鹽結構的一般特點
第二章第一次內容及習題
提示 我們可以從不同的學科側面來觀察材料的結構問題。在第一章中，從晶體學的側面分析了材料的結構，也就是分析了原子的排列（或堆垛）方式、及其規律性。在分析的過程中，不涉及到單個原子的種類和性質。
實際上，原子的排列（或堆垛）是依賴於原子之間的鍵合而實現的，而不同的鍵合方式是由原子的核外電子分布及其性質所決定的。這是從化學的側面來分析材料的結構，也是第二章的內容。
本節課的要求
1 掌握波爾理論和波動力學理論對原子核外電子的運動軌道的描述。掌握波粒兩相性的基本方程。掌握離子鍵、共價鍵、金屬鍵、分子鍵和氫鍵的概念，理解結合鍵與電子分布的關係，理解形成離子鍵、共價鍵、金屬鍵、分子鍵和氫鍵時鍵合作用力的**
2學習完第二章的第
一、二、三節，完成習題1～3。
第二章第二次內容及習題
提示 原子的排列（或堆垛）是依賴於原子之間的鍵合而實現的，不同的鍵合方式是由原子的核外電子分布及其性質所決定的。
乙個自由、孤立的原子，其電子的實際分布區域是從靠近原子核起一直分布到無限遠。由於電子的能級是確定的，根據測不准，其位置是在空間中散布的。通常以電子出現大機率的區域範圍作為原子的半徑。
電子的具體分布遵循如下原則：泡利不相容原理、能量最低原理、洪德定則。
對於多電子的原子，它的化學鍵中真正起作用的是外殼層電子。但是，過渡、稀土與錒系元素的內殼電子也可能起作用。
本節課的要求
1 掌握結合鍵與晶體結構的關係，掌握合金、合金系、合金相結構的概念，掌握固溶體、化合物的概念和結構特點。
2學習完第二章的第
三、四、五節，完成習題4～6。
第二章第三次內容及習題
提示金屬從結構的角度可以分為純金屬、固溶體和化合物。其中，純金屬由乙個組元組成，固溶體和化合物由二個或二個以上的組元組成。固溶體的結構與乙個組元（溶劑）的結構相同，化合物的結構與組元的結構都不相同。
若固溶體的溶劑為化合物，則這類固溶體稱為第二類固溶體，也稱為中間固溶體，它的本質是化合物。
本節課的要求
1掌握影響相結構因素，掌握原子半徑、負電性、價電子濃度的概念，掌握置換固溶體、間隙固溶體、有限固溶體、無限固溶體、有序固溶體、無序固溶體、端部固溶體、中間固溶體的概念，理解不同固溶體的結構差異。
2學習完第二章的第
六、七節，完成習題7～10，課後完成習題11。
第二章第四次內容及習題
提示 陶瓷材料是以各種粘土為主要原料，成形後經高溫燒製而成的製品。它是人類制得的第一類經化學變化而成的產品，它的出現比金屬材料早得多。
陶瓷材料的特點是熔點高、硬度高、化學穩定性高，因此具有耐高溫、耐磨損、耐氧化和腐蝕，以及質量輕、彈性模量大、強度高等優良效能。
組成陶瓷材料的基本相為：晶相、玻璃相（非晶相）和氣相（氣孔）。其中，晶相是最主要的組成相。
陶瓷材料是以離子鍵、共價鍵以及離子鍵和共價鍵的混合鍵結合在一起的。
離子化合物和矽酸鹽是兩種重要的陶瓷材料。
本節課的要求
1理解離子化合物的結構型別和特點，理解矽酸鹽結構的一般特點
2學習完第二章的第
八、九節，完成習題12、13。
第三章內容和習題(一)
提示： 晶格的週期性，也稱為平移對稱性。所謂平移對稱性，就是晶格中的點陣經過平移後，可以獲得完全的重複。
本節課的要求
1 理解理想晶體與缺陷的概念，掌握缺陷的種類。掌握點缺陷的概念及其結構特點，理解空位形成的本質，理解點缺陷對晶體效能的影響。
2學習第三章的第
一、二節，完成習題1～3。
第三章內容和習題(二)
提示：點缺陷是一種熱力學平衡缺陷，也就是說，在一定的溫度下，點缺陷的數目是一定的。可以定性地進行分析：
從熱力學上來說，在一定的溫度下，隨點缺陷數目增加，晶體結構的畸變增加，導致系統自由能增加。另一方面，隨點缺陷數目增加，系統的熵值增加，導致系統的自由能下降。當增加的自由能與下降的自由能相等時，系統達到平衡。
顯然，這時所對應的點缺陷數目是一定的。所以，從平衡的角度來說，在一定的溫度下，點缺陷的數目是一定的。
點缺陷的存在，對晶體結構造成影響，從而對晶體的效能也會造成影響。這又是乙個結構與效能之間存在關係的例子。
位錯是晶體中最為常見的缺陷之一，它對晶體材料的各種性質都有程度不同的影響，很早就被人們關注和研究，有了比較成熟的理論和大量的實驗研究結果，是本章的重點。
本節課的要求
1 掌握空位的分類，掌握點缺陷的平衡濃度概念及其計算。掌握位錯的分類及其結構特點，掌握柏向量的物理意義及其求法。
2學習第三章的第三節，完成習題4～7。
第三章內容和習題（三）
提示：人們發現，經塑性變形的晶體的表面存在大量的台階，提出塑性變形是通過晶體的滑移來實現的，計算了晶體發生整體滑移所需的臨界分切應力，發現其值與實測值相差很大，由此提出設想：晶體可能是借助於位錯的運動，通過逐步滑移來實現塑性變形的。
經計算，位錯運動所需的臨界分切應力與實測值很接近，從而間接地證明了晶體中可能有位錯的存在，直至幾十年後，人們通過電子顯微鏡，才真正證明了位錯的存在。
位錯的提出，一方面解決了理論強度與實驗值的差異，同時也對塑性變形過程提出了見解：當乙個位錯在切應力的作用下滑移出晶體時，就在晶體的表面出現乙個台階，台階的寬度就是乙個柏向量。當有許多位錯滑移出晶體時，晶體就發生了巨集觀的塑性變形。
正、負刃型位錯的區別是多餘半原子面的位置，左、右螺型位錯的區別是螺旋方向的不同。位錯的本質是原子的畸變區，這一區域的橫截面僅有幾個原子的尺寸，區域的長度是非常多的原子尺寸，所以為線缺陷。由於位錯是原子的畸變區，所以，位錯的存在，導致了體系能量的公升高。
本節課的要求
1 進一步理解位錯的結構特點，進一步理解柏向量的求法，掌握位錯的應變能、線張力的概念及其表示方法，了解用位錯的應變能進行位錯運動趨勢分析的方法。
2 先完成上次的習題，再學習第三章的第
三、四、五節，其中的第四節從第15頁開始學習，15頁前的內容，有興趣的同學自己看。完成習題9～14。
第三章內容和習題(四)
材料科學基礎上覆習題庫
簡答題1.空間點陣與晶體點陣有何區別？晶體點陣也稱晶體結構，是指原子的具體排列 而空間點陣則是忽略了原子的體積，而把它們抽象為純幾何點。2.金屬的3種常見晶體結構中，不能作為一種空間點陣的是哪種結構？密排六方結構。3.原子半徑與晶體結構有關。當晶體結構的配位數降低時原子半徑如何變化？原子半徑發生收縮...
材料科學基礎 上 複習提綱
金屬學與熱處理 上 複習要點 第一章金屬的晶體結構 1 體心立方 麵心立方 密排六方三種晶格型別的晶胞中擁有的原子個數 致密度 配位數及典型金屬舉例。2 解釋麵心立方和密排六方晶格的致密度 配位數和晶胞中的原子個數都相同，均屬於最緊密排列的結構，但卻是兩種不同的晶格？用晶體中的原子堆垛方式解釋 3 ...
材料科學基礎習題一
1.名詞解釋 空間點陣，晶體結構，配位數，致密度 2.在立方晶系中畫出，晶面族所包括的晶面及 112 1 20 晶面。3.作圖表示出 2 1 10 晶向族所包括的晶向。確定 11 21 0001 晶面。4.繪圖說明麵心立方點陣可以表示為體心正方點陣。5.計算麵心立方結構的 111 110 100 晶...