《材料科學與工程基礎》教案

1、四 川 大 學 教 案(詳細講授教案)【首頁】課程名稱材料科學與工程基礎授課專業(yè)高分子材料與工程年級11級課程編號30000230課程類型必修課校級公共課（ ）；基礎或?qū)I(yè)基礎課（）；專業(yè)課（ ）選修課限選課（ ）；任選課（ ）授課方式課堂講授（）；實踐課（ ）考核方式考試（）；考查（ ）課程教學總學時數(shù)48學 分 數(shù)3學時分配課堂講授 48學時； 實踐課 學時（注：實驗單獨設課）教材名稱材料科學與工程基礎作 者顧宜、趙長生出版社及出版時間化工出版社 2011指定參考書Fundamentals of Materials Science and Engineering (5th Editor)

2、影印版化工出版社2002授課教師顧宜、趙長生等職 稱教授單 位高分子學院授課時間2013.22013.7注：表中（ ）選項請打“”四 川 大 學 教 案(詳細講授教案)【理、工科】周 次第 3 周， 第 3 次課備 注章 節(jié)名 稱第二章 材料結構基礎（2.5 節(jié)）要點圖2-47、48作圖，難點圖2-49 （例題）例題2-2作圖，難點圖2-50圖2-51要點圖2-52簡單立方完全適用，面心立方和體心立方受限硬球模型要點參數(shù)及計算，難點圖2-55或4，4，4；6，0，6（面心立方和體心立方可側(cè)重詳講一個，另一個做作業(yè)）例題2-4Fig. 3.29圖2-57Fig. 3.28圖2-56表2-16Fi

3、g. 3.30要點難點，間隙數(shù)和位置，圖2-59要注意的難點表2-17計算，難點Tab.3.3; 3.4表2-14注意與2.3.4.4節(jié)和3.4.1.2節(jié)可能有重復表2-18要點一維有序二維有序授 課方 式理論課（）；實踐課（ ）；實習（ ）教 學時 數(shù)3教學目的及要求學習描述材料晶體（有序）結構的主要參數(shù)，包括晶面及其指數(shù)，面心立方、體心立方、密排六方三種典型晶體結構的主要參數(shù)的計算和表示方法；晶體材料的晶面間距測定方法和液晶的結構特點。教 學 內(nèi) 容 提 要時 間分 配第三講4. 晶向指數(shù)和晶面指數(shù)（1）（2）（3） 晶面指數(shù)（密勒指數(shù)）晶面：晶體內(nèi)的陣點（組成的）平面。（影響材料的性能和

4、行為）將晶體所有的陣點劃分成平行等距的一組平面，可用一等同的晶面表示（晶面組）晶面指數(shù)：又叫密勒指數(shù)用（h k l）表示。是晶面在三個晶軸上的截距倒數(shù)之比。截距用晶格常數(shù)a，b，c 的倍數(shù)r，s，t表示即：1/r : 1/s : 1/t = h : k : l選離原點；晶面與晶軸平行，截距為，該指數(shù)為零；截負端，上加橫線。 截距越大、指數(shù)越小。 Example Problem 3.8（4） 晶面族：某晶面的晶面指數(shù)乘以-1后所表示的一組晶面仍與其平行。晶面族用h k l 表示 ，代表原子排列相同（晶面方位不同）的所有晶面。對立方晶體： A111包括（1 1 1），（1 1 1），（1 1 1）

5、，（1 1 1）B110包括（110），（1 1 0），（101），（101），（011），（0 1 1）C100包括（1 0 0），（0 1 0），（0 0 1），（可通過對稱性聯(lián)系起來，晶面性質(zhì)是等同的）5晶面間距：晶面組中最鄰近的兩個晶面間的距離叫晶面間距dhkl,晶面指數(shù)低，面上具有較高的原子密度，間距大、作用力弱 a立方晶體中 d hkl = h2+k2+l2 a為點陣常數(shù) x射線衍射分析，布拉格定律測定晶面間距：n= 2 d sin = MHP （光程差）n=1，2，3，為衍射級數(shù)；為波長；為衍射角2-5-3、晶體的結構 （按晶體中原子間鍵合的方式分）1） 金屬晶體：金屬鍵；無方向

6、性；原子呈圓球狀密堆積。大多為下面三種結構：（1）面心立方（fcc）配位數(shù)： 12 （同層6個、上、下兩層各為3個，按密排層）晶胞中的原子數(shù)：4 =81/ 8（角）+ 61/ 2（面）最近的原子間距：d（= a/2 = 2R）點陣常數(shù)：a （= 4R/2 ）致密度：APF=晶胞內(nèi)原子總體積/晶胞體積=0.74先排成最密排層，層間堆垛方式為ABCABC.，即第四層重疊在第一層位置，余類推(2) 密排六方 (hcp)配位數(shù)： 12 （同層6個、上、兩層各為3個）晶胞中的原子數(shù)：6 =121/ 6（邊角）+ 21/ 2（面）+ 3（內(nèi)）最近的原子間距：d（=a2/ 3 + c2/ 4 ）點陣常數(shù)：a

7、 ，c致密度：0.74最密排層間堆垛方式為ABAB, 即第三層重疊在第一層位置，余類推（3）體心立方 （bcc）配位數(shù)： 8 （心原子上下各為4個）晶胞中的原子數(shù)：2 =81/ 8（角）+ 1（心）最近的原子間距：d（=3 a / 2）點陣常數(shù)：a（= 4R/3 ）致密度：0.68 三種結構的晶體學特點（4）間隙：四面體間隙和八面體間隙 fcc中的間隙: 四面體間隙數(shù)：8, (每原子:8/4=2)間隙大?。ò霃剑? 3 a / 4 R = 0.225R 八面體間隙數(shù)： 1（體）+ 121/ 4（棱）=4 (4/ 4 = 1)間隙大小（半徑）= a / 2 R = 0.414Rbcc中的間隙:四

8、面體間隙數(shù)：1/ 2 46(面) = 12； (12/2 = 6 )間隙大小（半徑）= 5 a / 4 R = 0.291R八面體間隙數(shù)： 1/ 2 6（面）+ 121/ 4（棱） =6 (6/2 = 3)間隙大?。ò霃剑?a/2 R = 0.633R a/ 2 R = 0.154R Example Problem 3.3（放到第三章？）2) 離子晶體：離子鍵，無方向性。正離子周圍配位多個負離子，離子的堆積受鄰近質(zhì)點異號電荷及化學量比限制堆積形式?jīng)Q定于正負離子電子的電荷數(shù)和相對大小（等電荷時）正、負離子半徑比越大，配位（負離子）數(shù)越高 r+/r- 配位數(shù) 晶格類型 ZnS 0.2250.414

9、 4 面心立方三種典型形式 NaCl 0.414-0.732 6 面心立方 CSCl 0.732-1 8 簡單立方 （半徑比在交界處附近易偏差，RbCl (0.8)為6 .非硬球） Example Problem 3.4 3) 共價晶體：共價鍵；有方向性、飽和性，配位數(shù)和方向受限制（配位須成鍵）多由非金屬元素組成(A族)N族元素共價晶體的配位數(shù)為（8N）。4) 分子晶體: 組元為分子. 范氏力和氫鍵僅范氏力：無方向性、飽和性、趨于密堆 還受分子非球性及永久偶極相互作用影響有氫鍵：有方向性、飽和性，堆積密度更低。5）多晶型 多晶現(xiàn)象：一種化合物存在兩種以上的晶體結構型式 溫度、壓力等外界條件變化

10、時，可能使結構型式發(fā)生改變1） 改變連接方式（不改變配位）2） 改變配位3） 改變分子或離子的對稱性4) 改變鍵型 6）液晶：熔點 清亮點有些物質(zhì)：晶相 液晶相 液相 長程有序 （中介相） 短程有序 各向異性 各向同性液晶：可出現(xiàn)液晶相的物質(zhì)（1）液晶的狀態(tài)：幾何形狀各向異性較大的分子形成的晶體加熱時： 失去取向序 失去位置序 固態(tài)（塑性晶體） 位置有序 僅位置有序 固態(tài)晶體 液體 取向有序 各向同性 液態(tài)（液晶） 失去位置序 僅取向有序 失去取向序 質(zhì)心可長程移動 位置 失去 固態(tài) 失去有序 取向序 位置序固態(tài)晶體 液體取向 有序 （2）液晶的分類 從出現(xiàn)液晶相的條件分；A 熱致液晶：因溫度

11、變化（熱）導致液晶相出現(xiàn)的物質(zhì)典型分子，分子量200-500，軸比（長寬比）4-8B.溶致液晶：在一定溶劑作用下，出現(xiàn)液晶相的物質(zhì)。長棒分子的軸比：-15。 從分子排列的有序性分：A. 絲狀相（向列相）：分子具有長程取向有序，質(zhì)心無長程有序B. 螺旋狀相（膽甾相）：螺旋式改變?nèi)∠蚍较虻慕z狀相。C. 層狀相（近晶相）：除上兩種外的熱致液晶 分子有序性更高，更接近晶體，排列呈層狀結構。10分教學重點與難點要點：晶面的表示及其指數(shù)的計算晶面間距及測定、公式晶體結構與鍵合性質(zhì)的關系面心立方、體心立方、密排六方晶體的主要參數(shù)和計算方法（點陣常數(shù)、晶胞中原子數(shù)、致密度、密度、原子間距、配位數(shù)；間隙類型、數(shù)量和大?。╇x子晶體的配位數(shù)和晶格類型液晶的三種典型結構形式難點：（1）晶面指數(shù)的計算、作圖（2）晶面間距的計算 式2-45（3）金屬的三種晶體結構及參數(shù)、計算、作圖 表2-12、2-13（4）間隙的位置和數(shù)量，圖2-41（5）配位數(shù)與離子半徑比的關系及簡單計算 表2-14討論、練習、作業(yè)作業(yè)（習題和思考題）英文 3.48, 3.50, 3.57, 3.58, 3.61，3.62, 3.81中文 2-29，