金属的晶体结构.ppt

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1、2021/7/211第一章金属与合金的晶体结构2021/7/212金属材料的化学成分不同，其性能也不同。对于同一种成分的金属材料，通过不同的加工处理工艺，改变材料内部的组织结构，也可以使性能发生极大的变化。可见，除化学成分外，金属的内部结构和组织状态也是决定金属材料性能的重要因素。金属和合金在固态下通常都是晶体，要了解金属及合金的内部结构，首先应了解晶体的结构，其中包括：晶体中原子是如何相互作用并结合起来的；原子的排列方式和分布规律；各种晶体结构的特点及差异等。2021/7/213金属的传统定义：良好导电性、导热性、延展性（塑性）和金属光泽的物

2、质。但锑延展性不好；铈和镨导电性还不如非金属（如石墨）。由性能确定，不具有共性，没揭示金属与非金属的本质区别。1.1金属严格定义：具有正的电阻温度系数的物质，非金属的电阻都随温度升高而下降。由原子结构和原子间的结合方式确定。2021/7/214金属的最外层电子数很少（1～3），外层电子与原子核的结合力弱，容易脱离原子核的束缚而变成自由电子；原子成为正离子，将这些元素称为正电性元素。过渡族金属元素的核外电子先填充次外层再填充最外层电子，很容易失去，化合价可变。结合力特强，表现为熔点、强度高。1、金属原子的结构特点原子(10-10m、Å=10-1n

3、m)=带正电的原子核(质子+中子)（10-14m）+带负电的按能级排布核外电子(最外层与次外层为价电子)。非金属外层电子数较多，最多7个，最少4个，易获得电子，原子成为负离子，故非金属元素又称为负电性元素。可见原子外层参与结合的电子数决定着结合键的本质，对化学性能、强度等特性有重要影响。2021/7/2152、金属键处于集聚状态的金属原子将价电子贡献出来，为整个原子集体所共有，形成电子云。贡献出价电子的原子，变成正离子，沉浸于电子云中，依靠运动于其间的公有化自由电子的静电作用而结合—形成金属键—没有饱和性和方向性。………………………………………

4、……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………中性原子正离子电子云用金属键的特点解释金属特性导电性—自由电子在电场作用下定向移动形成电流；导热性—自由电子的运动和正离子振动；正电阻温度系数—正离子或原子的振幅随温度的升高增大，可阻碍电子通过，使电阻升高；金属光泽—电子跃迁吸收或放出可见光；延展性—无饱和性和方向性。2021/7/216共价键相邻原子共用其外部价电子，形成稳定的电子满壳层

5、。金刚石中的碳原子间即为共价键。离子键正电性元素与负电性元素相遇时，电子一失一得，各自成为正、负离子，正、负离子间靠静电作用结合而成。NaCl2021/7/2173、结合力与结合能（双原子作用模型图解）原子间结合力是由自由电子与金属正离子间的引力（长程力），以及正离子间、电子间的排斥力（短程力）合成的。当两原子间距较大，引力＞斥力，两原子自动靠近；当两原子自动靠近，使电子层发生重叠时，斥力↑↑；直到两原子间距为d0时，引力＝斥力。任何对平衡位置d0的偏离，都将受到一个力的作用，促使其回到平衡位置。原子间最大结合力不是出现在平衡位置d0而是在dc

6、位置，最大结合力与金属的理论抗拉强度相对应。结合能是吸引能和排斥能的代数和。当原子处于平衡距离d0时，其结合能达到最低值，此时原子的势能最低、最稳定。任何对d0的偏离，都会使原子势能增加，使原子处于不稳定状态，原子就有力图回到低能状态，即恢复到平衡距离的倾向。2021/7/2181.2金属的晶体结构1、晶体的特性:天然晶体(宝石)→规则外型金属一般无规则外型晶体→原子在三维空间按照一定的规律周期性的重复排列。具有固定的熔点、各向异性。不同方向上的性能，表现出差异，称为各向异性。非晶体→内部原子杂乱无章，至多有局部或短程规则排列。无固定熔点、各向

7、同性。一定条件晶体←→非晶体，玻璃高温长时间保温，非晶体→晶态玻璃；液态金属急快冷却(冷速107℃／s)，可形成非晶态金属。性能发生显著变化。用双原子模型解释形成晶体的原因：★原子之间保持一定的平衡距离；★原子周围要保持尽可能多的近邻原子。2021/7/219晶体结构：指晶体中原子（或离子、分子、原子集团）的具体排列情况，也就是晶体中的质点（也叫基元，可以是原子、离子、分子或者原子集团）在三维空间中有规律的周期性重复排列方式。原子堆垛模型：假定晶体中的物质质点都是固定的刚球，晶体由刚球堆垛而成。优点：直观、立体感强；缺点：很难看清内部原子排列的

8、规律和特点。2、晶体结构与空间点阵2021/7/2110阵点有规则地周期性重复排列所形成的空间几何图形。人为地将阵点用直线连接起来形成空间格子，称空间