《金属的晶体结构》PPT课件

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1、《材料科学基础》21世纪全国高等院校材料类创新性应用人才培养规划教材主讲：王延来电话：15124750239E-mail:wangyanlai1978@163.com北京大学出版社第一章金属的晶体结构1.1金属键与金属特性1.2晶体学基础1.3实际金属的晶体结构学习目标：1掌握晶体和金属晶体的基本特征2了解布拉菲点阵，掌握典型金属结构特点和表征方法3掌握实际金属点缺陷、线缺陷、面缺陷形成特点1.1金属键和金属特性1.1.1材料的键合方式各种材料是由各种不同的元素组成，由不同的原子、离子或分子结合而成。结合键原子、离子或分子之

2、间的结合力。结合键分为：离子键共价健金属键分子键一、离子键正电性元素原子失去最外层价电子变成正离子，负电性元素原子获得电子变成负离子。正离子和负离子由静电引力相互吸引，形成稳定的离子键。NaCl、MgO、Al2O3等由离子键组成。离子键示意图氧化镁结构离子键特点：结合力很大。离子晶体的硬度高，强度大，热膨胀系统小，但脆性大。离子键中很难产生可以自由运动的电子，离子晶体都是良好的绝缘体。离子外层电子被束缚，可见光的能量一般不足以使其受激发，因而不吸收可见光，典型的离子晶体是无色透明的。二、共价键处于周期表中间位置的三、四、五价

3、元素原子之间或与邻近元素原子形成分子或晶体时，以共用价电子形成稳定的电子满壳层的方式实现结合。由共用价电子对产生的结合键叫共价键。共价键示意图金刚石为共价晶体。由碳原子组成，构成正四面体：一个碳原子在中心，另外4个碳原子在4个顶角上。硅、锗、锡等元素也可构成共价晶体。属于共价晶体的有SiC、Si3N4、BN等化合物。共价键特点：结合力很大。共价晶体强度高、硬度高、脆性大、熔点高、沸点高和挥发性低。金刚石结构三、分子键甲烷分子在固态能相互结合成为晶体。结合过程中没有电子的得失、共有或公有化。靠范特瓦尔斯力结合起来，这种结合键叫

4、分子键。分子键示意图甲烷结构在含氢的物质，特别是含氢的聚合物中，氢原子外唯一的电子形成共用电子对被其他原子共有，氢原子端裸露出带正电的氢原子核，与邻近分子的负电荷相互吸引形成氢键。氢健是一种较强的、有方向性的范德瓦尔斯键。尼龙66的结构分子键特点：范德瓦尔斯力很弱，由分子键结合的固体材料熔点低、硬度也很低。因无自由电子，材料有良好的绝缘性。四、金属键周期表中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子丢失价电子成为正离子。被丢失的价电子为全体原子所公有，叫自由电子，在正离子之间自由运动，形成电子气。正离子在三维空间规则分布。正离子和电子气之间产生

5、强烈的静电吸引力，使全部离子结合起来。这种结合力叫金属键。金属键示意图钼的结构1.1.2金属的特性一、延展性金属键没有方向性和饱和性，金属受力时，两层正离子之间比较容易滑动，在滑动中自由电子的流动性能帮助克服势能障碍，正离子与自由电子仍保持金属键的结合，不需要破坏金属键，只是改变了键的方向，所以，金属能经受变形而不断裂，具有良好的延展性。二、导电性金属晶体中，金属阳离子构成了晶格点阵，并形成均匀的电场，自由电子在整个金属中自由运动，它们的运动遵循经典力学气体分子的运动规律。没有外加电场的时候，金属中的自由电子沿各个方向运动的

6、概率相同，故不产生电流，当对金属施加外加电场时，自由电子会向电场的反方向运动，也就形成了定向移动，产生了电流，从而使金属显示良好的导电性。三、正的电阻温度系数金属中，金属正离子在晶格处做热振动。金属导电时，自由电子做定向运动过程中，与金属正离子发生不断的碰撞，阻碍自由电子继续加速，从而形成电阻。温度升高，金属正离子的振动幅度增大，使自由电子运动发生碰撞阻碍的概率增加，从而使电阻升高。因而，金属材料具有正的电阻温度系数。四、导热性金属中的原子都是牢固在晶格处，原子之间有一定距离，原子只能在其晶格处做微小的振动，不像气体分子那样

7、靠分子之间的碰撞来传递热量。但是在金属中存在大量的自由电子，受热时，自由电子运动加快，通过碰撞可以很快将热传到金属各处，使金属显示出良好的导热性。五、金属光泽金属中的自由电子几乎可以吸收说有波长的可见光能量，而被激发到较高的能级，当它跳回到原来的能级时，就把吸收的可见光能量重新辐射出来。自由电子的这种随即吸收、放光性能，使光线无法穿透金属，因而金属不透明，具有金属光泽。1.2晶体学基础固态物质晶体非晶体气态物质液态物质物质晶体结构的基本特征：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序性。晶体非晶体组成物质

8、微粒规则排列组成物质微粒无规则排列固定熔点无固定熔点单晶体具有各向异性各向同性晶体与非晶体的区别单晶体ABC单晶体与多晶体晶体又分为单晶体和多晶体：晶体几何学：研究晶体外表的几何形状及它们之间的规律性。晶体学是很多学科的基础，又是很多学科的边缘和交叉，它包含了广泛的内容：晶体结构学：研究晶