01
晶体结构
Crystal Structure
知识点群
晶体的宏观对称元素及其组合，点群的推导，微观空间对称元素及其组合，空间群的推导，倒易点阵，等效点系，密堆积理论和元素的晶体结构。
教学内容
- 群论基础及其有关的基本概念
- 14 种 Bravais 点阵及其与点阵平移群的对应关系
- 230 种空间群的推导
- 倒易点阵
- 化合物分类和晶体结构类型
作业及考核课后作业 0 次
| 课程名称 | 晶体缺陷 Crystal Defects | 课程代码 | — |
|---|---|---|---|
| 学分 | 3 | 总学时 | 48 |
| 课程性质 | 材料科学与工程学科研究生核心课 | 授课语言 | 中文 |
| 开课院系 | 材料科学与工程学院 | 授课学期 | 秋季学期 |
| 课程负责人 | 陈科 | 授课教师 | 陈科 |
| 先修课程 | 材料科学基础、材料表征 | 后续课程 | — |
| 课程简介 | 晶体内原子排列的周期性是物质世界结构本质的一个重要方面，而晶体缺陷的存在又使得材料性能表现出多种变化。了解缺陷的形成及其变化规律，对于材料的设计、加工控制和失效分析具有重要意义。本课程围绕点、线、面（包括表面）、体四类典型的微观缺陷形式，从回顾晶体学基础知识（对称群、晶体空间点阵、晶体衍射效应等）入手，阐述缺陷的特征分类、形成、运动规律和对材料性能的影响，结合缺陷的表征和典型应用，以期学习如何趋利避害，加深对材料“结构—组织—性能”关系的理解和灵活运用。 | ||
| 教学目标 | 深化学生在晶体学、晶体缺陷方面的基础理论知识；针对一些典型的点、线、和面晶体缺陷（如空位、间隙原子、位错、界面、晶界及晶粒取向、孪晶等）的结构特征和运动方式，懂得如何合理地运用现代先进的实验技术（如 TEM、SEM、EBSD、谱学等）进行分析表征，以及如何通过加工和处理对缺陷加以控制从而优化材料的性能。培养学生把所学理论知识运用于实践的能力。 | ||
课程目标
课程目标
- 1深化晶体学与晶体缺陷的基础理论：对称群、空间点阵、倒易点阵与衍射效应。
- 2掌握点、线、面（含表面）缺陷的结构特征、形成规律与运动方式。
- 3能合理运用 TEM、SEM、EBSD、谱学等现代实验技术分析表征缺陷。
- 4理解缺陷对材料光学、电学、力学性能的影响，学会通过加工和处理控制缺陷、优化性能。
- 5培养把理论知识运用于材料设计、加工控制与失效分析实践的能力。
教学内容与进度安排
5 个教学环节
02
点缺陷
Point Defects
知识点群
点缺陷的类型，对材料性能的影响，及其含量的控制方法。
教学内容
- 点缺陷的基本热力学关系
- 点缺陷的平衡浓度
- 空位浓度的测量
- 晶体结构中点缺陷的组态
- 辐照损伤与回复
- 合金中的点缺陷
- 点缺陷的谱学和高分辨表征
- 点缺陷对材料性能（光学、电学、力学）的影响
作业及考核课后作业 1 次
03
位错
Dislocations
知识点群
位错的主要类型及其特性，位错对材料性能的影响，位错的增殖和湮灭及其含量的控制方法。
教学内容
- 晶体中位错的基本类型
- 位错的伯格斯矢量和回路
- 位错应力场和能量
- 位错的增殖与运动
- 位错的表征
- 位错对材料性能的影响
作业及考核课后作业 1 次
04
面缺陷
Planar Defects & Interfaces
知识点群
面缺陷的主要类型，重点讲解单相中的界面——晶界的结构，以及异质界面，包括共格析出相的特征，这些面缺陷对材料性能的影响，和产生、表征及其控制方法。
教学内容
- 晶界的空间几何特点
- 界面取向的表达方式
- 重合位置点阵
- 多晶体取向差的表征与统计
- 堆垛层错、孪晶界
- 异质界面、外延
- 材料中的共格析出
- 界面和析出相的高分辨表征
- 界面和析出对材料性能的影响和控制
作业及考核课后作业 1 次
05
表面
Surfaces
知识点群
材料表面、二维结晶学的基本概念。理解理想表面、清洁表面和实际表面的结构特点，原子排列状态，吸附和弛豫现象。
教学内容
- 表面结构与晶体学表达方法
- 表面张力与表面能，平衡态表面形状
- 表面电子结构
- 表面吸附、弛豫和扩散
- 表面分析方法
- 表面工程
作业及考核课后作业 1 次
教学进度
8 周进度
| 周次 | 学时 | 内容 |
|---|---|---|
| 1 | 6 | 晶体结构（绪论、晶体的对称性） |
| 2 | 6 | 点缺陷 |
| 3 | 6 | 点缺陷、位错 |
| 4 | 6 | 位错 |
| 5 | 6 | 面缺陷和析出 |
| 6 | 6 | 面缺陷和析出 |
| 7 | 6 | 面缺陷和析出、表面 |
| 8 | 6 | 表面 |
考核方式
作业与考试安排
每章授课结束后布置一次课后作业；全部授课结束后安排一次卷面综合考试。
READING / 延伸阅读
教材与参考资料
- Theory of DislocationsJ. P. Hirth, J. Lothe · McGraw-Hill · 1967
- 近代晶体学张克从 · 科学出版社 · 2011
- 现代晶体学：对称性和结构晶体学方法魏因施泰因 · 中国科学技术大学出版社 · 2011
- 晶体缺陷林栋梁 · 上海交通大学出版社 · 1996
- 分析电子显微学导论戎咏华 · 高等教育出版社 · 2006
- 材料评价的高分辨电子显微方法进藤大辅 · 冶金工业出版社 · 2002
- Introduction to Dislocations (4th ed.)D. Hull, D. J. Bacon · Pergamon Press · 2001
- Elementary Dislocation TheoryJ. Weertman, J. R. Weertman · Oxford University Press · 1992
- Phase Transformations in Metals and Alloys (3rd ed.)D. A. Porter, K. E. Easterling, M. Y. Sherif · CRC Press · 2009
- Physical Metallurgy Principles (3rd ed.)R. Abbaschian, R. E. Reed-Hill · CL-Engineering · 1991
- Recrystallization and Related Annealing Phenomena (2nd ed.)F. J. Humphreys, M. Hatherly · Pergamon · 2004
- Electron Backscatter Diffraction in Materials Science (2nd ed.)A. J. Schwartz, M. Kumar, B. L. Adams, D. P. Field · Springer · 2009
- 材料织构分析原理与检测技术毛卫民、杨平、陈冷 · 冶金工业出版社 · 2008