第一部分材料的原子结构
1、原子结构与原子的电子结构；原子结构、原子排列对材料性能的影响。
原子排列对材料性能影响：
固体材料根据原子的排列可分为两大类：晶体与非晶体。（有无固定的熔点和体积突变）
晶体是指原子按一定的方式在三维空间作周期性规则重复排列所形成的固体，晶体材料一般结构有序，物理性能表现为各向异性，有固定的熔点
非晶体指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间周期性规则排列的固体。非晶体材料的原子或分子是无序排列的，物理性能表现为各项同性，没有固定的熔点导热率和热膨胀系数小，塑性变形大，组成的范围变化大。
各向异性：晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。（材料的性能与测量方向无关，称为各项同性）
2、材料中的结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。一次键：
离子键：离子键指正、负离子间通过静电作用形成的化学键。（无方向性和饱和性）共价键：由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。（有方向性和饱和性）
金属键：金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合。
本质：电子从一个原子向另外一个原子的转移或电子在原子间共用。
二次键：（不依靠电子的转移或共享，靠原子间的偶极吸引力结合）
范德瓦耳斯力：（又称分子间作用力）产生于分子或原子之间的静电相互作用。
氢键：与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的键，称为氢键。（X与Y可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键）
各结合键对材料性能的影响：物理性能与力学性能1.2——上交P4/西交——P25金属键：
金属材料的结合键主要是金属键。由于自由电子的存在，当金属受到外加电场作用时，其内部的自由电子将沿电场方向作定向运动，形成电子流，所以金属具有良好的导电性；金属除依靠正离子的振动传递热能外，自由电子的运动也能传递热能，所以金属的导热性好；随着金属温度的升高，正离子的热振动加剧，使自由电子的定向运动阻力增加，电阻升高，所以金属具有正的电阻温度系数；由于金属键既无方向性，又无饱和性，因而每个原子有可能与更多的原子结合，形成低能量的密堆结构，当金属受力变形而改变原子间的相互位置时不至于破坏金属键，这使得金属具有良好的延展性；自由电子可以吸收光的能量，因而金属不透明；而所吸收的能量在电子回复到原来状态时产生辐射，使金属具有光泽。
离子键：大多数盐类、碱类和金属化合物主要以离子键的方式结合，一般离子晶体中的正负离子静电引力较强，结合牢固，因此，其熔点和硬度均较高；由于离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此它们都是良好的电绝缘体，但在高温熔融状态下则呈现离子导电性。共价键：共价键在亚金属，聚合物和无机非金属材料中均占有重要地位，共价键的结合极为牢固，故共价晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点；由于共用电子对不能自由运动，共价结合形成的材料一般是绝缘体，导电能力差。
范德华力（范德瓦尔斯力）：普遍存在于各种分子之间，对物质的性质、熔点、沸点、溶解度等影响较大，它的键能比化学键小1~2个数量级；高分子材料的相对分子质量，其总的范德瓦耳斯力甚至超过化学键的键能，使得高分子往往没有气态，只有液态和固态；范德瓦耳斯力也能在很大程度上改变材料的性质。
氢键：氢键的键能介于化学键和范德瓦耳斯力之间，存在于分子内或分子间，氢键在高分子材料中很重要，纤维素、尼龙和蛋白质等分子有很强的氢键，并显示出非常特殊的结晶结构
和性能
比较金属键与共价键的异同：二者在结合形式上都是电子共用，结合力大，但二者电子共用的范围不同，共价键有方向性、有饱和性，金属键无方向性、无饱和性。
键-能曲线：西交——P23
定义：键能曲线表示了当作用于原子或离子上的力仅为引力或斥力时能量随位置的变化键能曲线可以用来估算键能、平均键长、弹性模量和线膨胀系数等；
施加应力、施加电磁场以及改变温度都可以改变键能曲线的形状；
键能曲线最低点处对应的水平距离Xo称为平均键长，最低点处（势阱处）的深度反映了键能的大小，势阱越深，则键能越大；势阱处两边曲线的陡峭程度反映了材料弹性模量的大小，曲线越陡，弹性模量越大；势阱处两边曲线越对称，势阱越深，则材料的线膨胀系数越小。
3、原子的堆垛和配位数的基本概念及对材料性能的影响。2.2——上交P38
配位数：指晶体结构中任一原子周围最邻近且等距的原子个数
原子堆垛的两种方式：原子的最密排面有两种堆垛方式，分别为ABABAB或ACACAC（这种方式构成了密排六方）和ABCABCABC或ACBACBACB（构成了面心立方）。这两种结构的堆垛方式虽有不同，但都是最紧密排列，都具有相同的配位数和致密度。
4、显微组织基本概念和对材料性能的影响。
显微组织：要用金相显微镜或电子显微镜才能观察到的内部组织。
单相组织：具有单一相的组织称为单向组织，即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。影响：
单相组织：晶粒尺寸：细化晶粒可以提高材料的强度改善材料的塑性和韧性。
晶粒形状：等轴晶趋于各向同性。柱状晶趋于各向异性。
多相组织：力学性能取决于各组成相相对量和各自性能。如果弥散相硬度明显高于基体相，则将显著地提高材料的强度，同时塑性韧性必将下降；如果第二相连续分布于晶界，则将对材料性能产生不利影响。
晶面族：晶体中晶面上的原子排列情况以及晶面间距完全相同但空间位向不同的各组晶面称为晶面族
晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向称为晶向族
第二部分材料的晶态结构
1、晶体与非晶体、晶体结构、空间点阵、晶格、晶胞、晶格常数、布拉菲点阵、晶面间距等基本概念。
晶体：原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。非晶体：原子没有长程的周期性规则排列，无固定的熔点，各向同性等。
晶体结构：晶体材料中原子按一定的对称周期性平移重复而形成的空间排列形式。可分为7大晶系、14种平移点阵、32种点群、230种空间群。（点阵+基元=晶体结构）
空间点阵：指几何点在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维阵列，每个阵点有完全相同的周围环境，是人为的对晶体结构的抽象。
晶格：为了表达空间点阵的几何规律，常人为地将阵点用一系列相互平行的直线连接起来形成空间格架，称之为晶格。
晶胞：构成晶格的最基本单元称为晶胞，它是能够代表晶格中原子排列特征的最小单元体。晶体结构与空间点阵的区别：晶体结构和空间点阵的关系可用“空间点阵+结构基元=晶体结构”来表示，空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的对称性和周期性，没有缺陷，由于各阵点的周围环境相同，故它只能有14种类型；而晶体结构则是指晶体中实际质点（原子、分子或离子）的具体排列情况，它们能组合成各种类型的排列，可以有缺陷，因此，实际存在的晶体结构是无限的。具有不同结构的晶体可以有相同的晶体结构，比如NaCl和金刚石；由同种物质构成的晶体可以有不同的空间点阵，比如金刚石与石墨。
晶格常数：晶胞的棱边长度（abc），表征晶体结构的一个基本参数。
晶系：除考虑晶胞外形外以棱边长度之间的关系和轴间夹角情况对晶体进行分类。（七大晶系：单斜晶系、三斜晶系、正交晶系、四方晶系、六方晶系、菱方晶系、立方晶系）布拉菲点阵：布拉菲根据“每个阵点的周围环境相同”的要求，用数学方法证明晶体中的空间点阵只有14种，并称为布拉菲点阵。
