材料科学与工程基础知识点(打印版)英汉双语版

时间：2025-04-20

材料科学与工程基础知识,金属,热处理,加工

Fundamentals of Materials Science and Engineering

材料科学与工程基础知识点复习

第一章绪论

一、学习目的：

材料科学家或工程技术人员经常遇到的问题是设计问题，而设计问题主要涉及机械、民用、化学和电。而这些领域都要涉及到选择材料问题。

如何选择材料是非常重要的，选材包含两方面一个是满足性能要求，另一方面是成本低，即所谓―合理选材‖。

材料的性能与其成分和内部的组织结构密切相关，材料的组织结构与加工过程有关。本课程的目的就在于掌握加工过程和材料的组织结构以及性能之间的关系。为今后进行材料设计和合理选材打下理论基础。二、本章主要内容

1、简介材料的发展史 4、先进材料 2、材料科学与工程的含义和内容 5、现代材料的需求 3、材料的分类

三、重要术语和概念

metal: 金属 Processing: 加工过程 Thermal behavior: 热性能 ceramic: 陶瓷 Structure: 组织结构 Magnetic properties: 磁性能 polymer: 聚合物 Properties: 性质 Optical properties: 光性能 Composites: 复合材料 Performance: 使用性能 Deteriorative characteristics: 老Semiconductors: 半导体 Mechanical properties: 力学性能化特性 Biomaterials: 生物材料 Electrical properties: 电性能

第二章原子结构与化学键

一、学习目的

我们在自然界中观察到各种现象，归根结底是物质的不同表现形式，也就是说物质构成了世界。自然界中所有物体均由化学元素及其化合物所组成，同样，各种固体材料也都是由一种或多种元素的原子结合而成的。学习物质的原子结构和化学键合，是认识和研究各类材料在结构与性能方面所表现出来的个性和共性的基础，也是正确认识和理解材料的性能的重要依据。二、本章主要内容

ι=0（S轨道），球形，ι=1（P轨道），哑铃形，ι=2（d轨道），1、原子结构模型

花瓣形；ι=0，1，2，3 ,（n-1）. 玻尔模型：

磁量子数（m）：描述电子绕核运动的角动量在空间给定方向1913年，年轻的丹麦物理学家玻尔在总结当时最新的物理学

上的分量是量子化的;m±=0, ±1, ±2, , ±ι。发现（普朗克黑体辐射和量子概念、爱因斯坦光子论、卢瑟福原

自旋量子数（ms）：电子在绕核高速运动同时，还有自身旋转子带核模型等）的基础上建立了氢原子核外电子运动模型，提出了原子结构理论上的三点假设（1）任意轨道上绕核运动，而是

在一些符合一定量子化条件的轨道上运动；（2）电子轨离核越远，原子所含的能量越高，电子尽可能处在离核最近的轨道上；（3）只有电子从较高能级跃迁到较低能级时，原子才会以光子形式释放能量。玻而尔理论解释了原子发光现象但无法解释精细结构和多原子、分子或固体的光谱，存在局限性。

量子力学模型：

量子力学是建立在微观世界的量子性和微粒运动统计性基本特征上，在量子力学处理氢原子核外电子的理论模型中，最基本的方程叫做薛定谔方程，是由奥地利科学家薛定谔

（E.Schrödinger 1887-1961）在1926年提出来的。薛定谔方程是一个二阶偏微分方程，它的自变量是核外电子的坐标（直角坐标x，y，z或者极坐标r，θ ，），它的因变量是电子波的振幅（ψ）。给定电子在符合原子核外稳定存在的必要、合理的条件时，薛定谔方程得到的每一个解就是核外电子的一个定态，它具有一定的能量（），具有一个电子波的振幅随坐标改变的的函数关系式ψ=f(x,y,z)，称为振幅方程或波动方程。

为了得到电子运动状态合理的解，必须引用只能取某些整数值的三个参数，称它们为量子数，这三个量子数可取的数值及它们的关系如下：

主量子数：n=1,2,3,4 ；角量子数：l=0,1,2 ,(n-1)；磁量子数：m=0,±1,±2,±3 , l。

2.描述有关电子能量的量子力学法则

四个量子数主量子数（n）：用来描述原子中电子出现几率最大区域离原子核的远近，是决定电子能量高低的主要因素。n=1，2，3，4 ；在光谱上用K，L，M，N，O，P表示。

角量子数（ι）:角量子数是描述原子轨道形状的物理量，

运动，顺时针和逆时针两个方向：ms=±

原子核外电子的排布和能量状态：

Pauli不相容原理：在同一个原子中没有四个量子数完全相同的电子。

能量最低原理：电子在原子中所处的状态，总是尽可能分布到能量最低的轨道上。

Hund规则：电子分布到能量相同的等价轨道上时，总是尽先以自旋相同的方向，单独占据能量相同的轨道。

3.原子间的相互作用

原子（或离子）之间的相互的吸引能，排斥能和总作用能随其原子间距离变化而变化。