(化学)金属与合金的晶体结构

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1、第一章：金属与合金的晶体结构2021/7/131金属学与热处理原理第一章：金属的晶体结构§1—1金属原子间的结合§1—2金属的晶体结构§1—3实际金属的晶体结构2021/7/132金属学与热处理原理§1—1金属原子间的结合一、金属的一般特性和金属键1、 特性结构特点：原子结构，核外电子数，最外层电子数，次外层电子数性能特点：良好的导电性、导热性、塑性（延展性），具有金属光泽，不透明，正的电阻温度系数。2、 原因这主要是与金属原子内部的自身结构和原子间的结合方式有关。2021/7/133金属学与热处理原理二、金属键——电子云当大量金属原子结合在一

2、起，构成金属晶体时，金属原子失去外层电子变成正离子；失去的外层电子成为自由电子，为整个金属所共有，构成电子云，金属正离子在其平衡位置作高频率的热振动；金属离子和自由电子之间的引力与离子间和电子间的斥力相平衡，从而构成稳定的金属晶体。这种结合方式称之为金属键。2021/7/134金属学与热处理原理金属离子与自由电子之间存在着较强的作用力——金属键e-+++++++++++++e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-2021/7/135金属学与热处理原理金属特性的金属键理论解释(1)自由电子在电场的作用下定向运动形成电流，从而显示出良好的导电性。

3、(2)随着温度升高，正离子振动的振幅要加大，对自由电子通过的阻碍作用也加大，因而，金属的电阻是随温度的升高而增加的，即具有正的电阻温度系数。(3)自由电子的运动和正离子的振动可以传递热能，因而使金属具有较好的导热性。2021/7/136金属学与热处理原理⑷当金属发生塑性变形后，正离子与自由离子间所能保持金属键的结合，使金属显示出良好的塑性。⑸自由电子能吸收可见光的能量，故金属具有不透明性。吸收能量后跳到较高能级的电子，当它重新跳回到原来低能级时，就把所吸收的可见光的能量以电磁波的形式辐射出来，在宏观上就表示为金属的光泽。2021/7/137金属学

4、与热处理原理三、结合力与结合能上一级排斥力吸引力结合力结合能排斥能吸引能ABEABBA00dcd0原子间距d原子间距d2021/7/138金属学与热处理原理一、晶体与非晶体区别：规则排列与非规则排列内部质点按一定的几何规律呈周期性规则排列的物质称为晶体。晶体有固定的熔点（如铁为1538℃，铜为1083℃，铝为660℃）；一般具有规则的外形；在不同的方向上具有不同的性能，即表现出晶体的各向异性。晶体分类和材料的结晶倾向性：金属键——金属晶体共价键——原子晶体离子键——离子晶体范德华力——分子晶体§1—2金属的晶体结构上一级晶体与非晶体在一定条件下可

5、互相转化。2021/7/139金属学与热处理原理二、晶体结构与空间点阵原子堆垛模型：真实、立体感强空间点阵：原子用节点表示，用空间网格表示原子间的关系，形成周期性排列的空间几何图形——晶格晶胞：从晶格中取出一个可以代表原子空间排列情况的最小几何结构单元。晶格常数：a，b，c；α、β、γ2021/7/1310金属学与热处理原理晶胞选取应满足下列条件：(1)晶胞几何形状充分反映点阵对称性；(2)平行六面体内相等的棱和角数目最多；(3)当棱间呈直角时，直角数目应最多；(4)满足上述条件，晶胞体积应最小。2021/7/1311金属学与热处理原理14种点阵

6、分属7个晶系。典型晶体结构2021/7/1312金属学与热处理原理上一级1、体心立方晶格(图)（BCC—Body-CenteredCube）a=b=cα=β=γ=90°晶胞中实际原子数为:具有体心立方晶格的金属有：α-Fe、Cr、W、Mo、V等。三、三种典型的金属晶体结构体心立方BCC（A2型）2021/7/1313金属学与热处理原理2、 面心立方晶格(图)（FCC—Face-CenteredCube）a=b=cα=β=γ=90°晶胞中原子数为：具有面心立方晶格的金属有：γ-Fe、Al、Cu、Au、Ag、Pb、Ni等。上一级面心立方FCC（A1型

7、）2021/7/1314金属学与热处理原理3、密排六方晶格(图)a=b≠cα=β=90°γ=120°密排六方晶格中原子数为：具有密排六方晶格的金属有：Mg、Zn、Be、Cd、Zr等。上一级（c）密排六方HCP（A3型）（HCP—HexagonalClose-Packed）2021/7/1315金属学与热处理原理a、晶体结构的致密度致密度：是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之比。体心立方的致密度上一级2021/7/1316金属学与热处理原理面心立方与密排六方的致密度计算同体心立方，但数值均为0.74。致密度数值越大，则原子排列越紧密。为何面心立方和

8、密排六方的致密度一样？均为密排特征！上一级2021/7/1317金属学与热处理原理b、配位数的概念配位数是指晶体结构中，与任一原于最近邻