工程材料第二章材料的结构

《工程材料第二章材料的结构》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、固体材料的性能主要取决于其化学成分、组织结构及加工工艺过程。所谓结构就是指物质内部原子在空间的分布及排列规律。金属晶体结构是决定性能的内在基本因素之一。第二章材料的结构§2.1结合键§2.2晶体结构理论§2.3晶体缺陷理论在固体状态下,原子聚集堆积在一起,其间距足够近,便产生相互作用力,即为原子间的结合力或结合键(简称为键)。主要有以下四种结合键:离子键、共价键、金属键、分子键§2.1结合键一、离子键离子晶体的硬度高、强度大、热膨胀系数小，但脆性大，具有很好的绝缘性。典型的离子晶体是无色透明的。§2.1结合键二、共价键共价键结合力很大，

2、共价晶体的强度、硬度高、脆性大，熔点、沸点高，挥发度低。§2.1结合键三、金属键（1）良好的导电性及导热性；（2）正的电阻温度系数；（3）良好的强度及塑性；（4）特有的金属光泽。§2.1结合键四、分子键分子晶体因其结合键能很低，所以其熔点很低，硬度也低。但其绝缘性良好。§2.1结合键与非金属相比，固态金属具有它独特的性能，如良好的导电性、导热性、延展性（塑性变形能力）和金属光泽。这些是金属的特性么？能否据此来区分金属与非金属呢？思考金属的特征答：不是。1.有的非金属也可能表现出上述某些特性：如：石墨能导电；金刚石导热；无机化合物的金属光

3、泽。2.各种金属晶体之间，这些特征的差别也很大：钚、锰的导电能力比银、铜相差近百倍锑、铬、钒等金属是一种“脆性”金属。因此，只根据以上的一些特性来区分金属和非金属是不够充分的。3.金属的特征：正的电阻温度系数。金属的特征金属材料以金属键方式结合，从而使金属材料具有以下特征：良好的导电、导热性自由电子定向运动（在电场作用下）导电、（在热场作用下）导热。正的电阻温度系数金属正离子随温度的升高，振幅增大，阻碍自由电子的定向运动，从而使电阻升高。不透明，有光泽自由电子容易吸收可见光，使金属不透明。自由电子吸收可见光后由低能轨道跳到高能轨道，当其

4、从高能轨道跳回低能轨道时，将吸收的可见光能量辐射出来，产生金属光泽。具有延展性金属键没有方向性和饱和性，所以当金属的两部分发生相对位移时，其结合键不会被破坏，从而具有延展性。金属的特征返回金属为何具有上述这些特性呢？§2.2晶体结构理论一、晶体与非晶体二、晶体结构液体-->固体（晶体或非晶体）--凝固液体-->晶体--结晶晶体液体结晶§2.2晶体结构理论一、晶体与非晶体§2.2晶体结构理论一、晶体与非晶体晶体：原子在三维空间中有规则地周期性重复排列的物质。非晶体：原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。也称为“过冷液体”—短程

5、有序。晶体的特点：①结构有序；②物理性质表现为各向异性；③有固定熔点；④一定条件下有规则的几何外形。晶体和非晶体在一定条件下可以互相转化，如玻璃经高温长时间加热能变成晶态玻璃；而通常是晶态的金属若从液态急冷也可获得非晶态金属。晶体的挪动flash动画微晶：快速凝固的晶态金属或合金的颗粒尺寸要小得多，仅为微米纳米级尺度，高强度高硬度；准晶：在晶体内部的原子长程有序，介于晶体和非晶体之间；液晶：二维长程有序。扩充知识返回§2.2晶体结构理论一、晶体与非晶体二、晶体结构（一）晶体学基本概念（二）典型金属的晶体结构§2.2晶体结构理论晶格、晶胞

6、和晶格常数——这些为晶体结构的抽象描述（原子的堆垛模型）空间规则排列的原子→刚球模型→晶格（刚球抽象为晶格结点，构成空间格架）→晶胞（具有周期性最小组成单元）→晶格常数（晶胞的棱边长度a、b、c）（一）晶体学基本概念§2.2晶体结构理论晶胞原子数一个晶胞内所含的原子数目。注意相邻晶胞的共有原子的计算方法。原子半径晶胞中最近邻的两个原子之间（平衡）距离的一半。致密度晶胞中原子本身所占的体积与晶胞体积之比。（一）晶体学基本概念§2.2晶体结构理论§2.2晶体结构理论（二）典型金属的晶体结构1.体心立方晶格（bcc晶格）2.面心立方晶格（fc

7、c晶格）3.密排六方晶格（hcp晶格）（二）典型金属的晶体结构1.体心立方晶格（bcc晶格）常见bcc晶格的金属有：a=b=c===90°8×1/8+1=2-Fe、Cr、Mo、W、V等30多种金属§2.2晶体结构理论晶格常数：原子半径：晶胞原子数：致密度：K=nV1/V=68%2.面心立方晶格（fcc晶格）常见fcc晶格的金属有：a=b=c===90°8×1/8+6×1/2=4-Fe、Cu、Ni、Al、Ag等20多种金属§2.2晶体结构理论（二）典型金属的晶体结构晶格常数：原子半径：晶胞原子数：致密度：K=nV1/V=7

8、4%钢的A状态、A不锈钢、耐磨钢的晶格也是fcc3.密排六方晶格（hcp晶格）常见hcp晶格的金属有：a=b≠cc/a=1.633==90°=120°r=a/2Zn、Mg、Be、Cd等金属§2.2晶体