3.1金属结构与物性

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1、第三章金属材料3.1金属的结构与物性3.2合金结构3.3金属材料3.1金属的结构与物性3.1.1金属键3.1.2金属的晶体结构3.1.3金属的物理性质＊＊3.1.1金属键不属于哪一个原子的公有化电子与离子之间的库仑相互作用称为金属键这种公有化的电子运动自由，能够导电，所以金属是良导体由于电子的公有，金属键没有方向性，这样正离子之间改变相对位置并不会破坏电子与正离子间的结合力，可以经受较大的塑性变形。为了增加晶体的稳定性，即降低体系的内能，金属中原子排列都尽可能的紧密，倾向于有更多的近邻原子。正离子电子正离子电子①由正离子排列成有序晶格；②各原子最(及次)外层

2、电子释放，在晶格中随机、自由、无规则运动，无方向性；价电子不是紧密结合在离子芯上，键能低、具有范性形变。金属键合(MetallicBonding)的特点：3金属键的强度可用金属的原子化热（即气化热，是指1mol金属变成气态原子需吸收的能量）衡量。原子化热小，这种金属的熔点较低，硬度较小，键的强度也小；反之则相反。自由电子理论金属原子对其价电子的束缚较弱，部分价电子易脱离金属原子而成为自由电子，价电子类似于理想气体分子，没有相互作用，在金属晶体中受一恒定势场的作用，可以在晶格中自由运动，但不能超出表面，如同自由的价电子为许多原子共有。固体具有大量分子、原子或离

3、子有规则排列的点阵结构。电子受到周期性势场的作用，除了直线运动外，在正电荷附近还要作轻微的振动。a能带理论能带的形成(energyband)孤立原子的外层电子可能取的能量状态（能级）完全相同，但当原子彼此靠近时，外层电子就不再仅受原来所属原子的作用，还要受到其他原子的作用，这使电子的能量发生微小变化。原子结合成晶体时，原子最外层的价电子受束缚最弱，它同时受到原来所属原子和其他原子的共同作用，已很难区分究竟属于哪个原子。原子间距减小时，孤立原子的每个能级将演化成由密集能级组成的准连续能带。量子力学计算表明，固体中若有N个原子，由于各原子间的相互作用，对应于原来

4、孤立原子的每一个能级,变成了N条靠得很近的能级,称为能带。其中每个能级可被两个自旋相反的电子所占有，故每个能带最多可容纳2N个电子。能带的宽度记作E，数量级为E～eV。一般规律：2.点阵间距越小，能带越宽，E越大。3.两个能带有可能重叠。1.越是外层电子，能带越宽，E越大。固体中的一个电子只能处在某个能带中的某一能级上。共有化程度越高的电子，其相应能带也越宽。允许电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。被电子占满的允许带称为满带；每一个能级上都没有电子的能带称为空带；能带中有电子但未充满的称为导带。E满带空带导带

5、禁带固体的导电性能由其能带结构决定。对一价金属，价带是未满带，故能导电。对二价金属，价带是满带，但禁带宽度为零，价带与较高的空带相交叠，重叠部分叫重带。由于重带的存在，满带中的电子可跃入空带，使空带中有了电子，满带中有了空穴变成导带，因而也能导电。3s3s3p钠晶体的3s带镁晶体的能带金属Li的能带图绝缘体价带和空带之间的能级差大于5eV，由于绝缘体的禁带宽度较大，一般的激发条件下，满带中的电子不能跃入空带，即不能形成导带。这就是绝缘体不能导电的原因。半导体的禁带宽度较小，满带中的电子只需较小能量（一般小于3eV）就能激发到空带中，使空带中有了电子，满带中有

6、了空穴，都能参加导电。绝缘体和半导体的能带结构相似，价带为满带，价带与空带间存在禁带。导体,半导体和绝缘体的能带示意图(1)金属晶体中所有原子，能级相同的价层原子轨道，分别组合成等数目的一组分子轨道,原子轨道中电子，按填充规则填入分子轨道；(2)每组分子轨道构成一个能带。分子轨道充满电子的称满带；未充满电子的则称导带；由空的原子轨道组合成的分子轨道称空带;(3)导带因有空轨道，电子可跃迁，所以可导电；满带中的电子不可导电;(4)导体能导电，是因为存在导带或满带与空带能级重叠，电子由满带易跃迁至空带。绝缘体不导电是因为满带与空带能级差大（≥5ev），半导体导电

7、是因为满带与空带能级差适中(≤3ev)。能带理论：3.1.2金属单质的结构金属单质结构的近似模型－等径圆球密堆积等径圆球最密堆积方式有两种取许多直径相同的硬圆球，把它们相互接触排列成一条直线（所有的球心准确地在一条直线上），形成了一个等径圆球密置列。将许多互相平行的等径圆球密置在一个平面上最紧密地相互靠拢，就形成了一个等径圆球密置层。它是沿二维空间伸展的等径圆球密堆积唯一的一种排列方式。C(A)(密排六方)AABBC(面心立方)先排成最密排层，层间堆垛方式为ABCABC..即第四层重叠在第一层位置，余类推ABCABCABC(1)面心立方晶胞，A1型。立方最紧

8、密堆积（ccp——cubicclosestpacki