§2晶体结构.ppt

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1、《工程材料》西南大学工程技术学院张建军主编§2金属的晶体结构与结晶材料的性能取决于材料的化学成分和其内部微观的组织结构。物质有气态、固态、液态。由液态转变为固态的过程称为凝固。§2.1纯金属的典型晶体结构材料的结构是指材料原子的空间组合、分布与排列情况。三种物态：①固体---晶体和非晶体；②液体；③气体。§2.1.2晶体的基本知识原子（离子）的刚球模型原子中心位置固态物质晶体非晶体——规则排列——无规排列聚集分为原子（离子或分子）在三维空间有规则的周期性重复排列的物质称为晶体，如天然金刚石、水晶、氯化钠等。原子（离子或分子）在空间无规则排列的物质则称为非晶体，如松香、石腊、

2、玻璃等。晶体金刚石、NaCl、冰等。液体非晶体：蜂蜡、玻璃等。一.晶体与非晶体1)熔点晶体：规则排列不规则排列突变—有确定的熔点非晶体：不规则排列不规则排列渐变—无确定的熔点2)各向异性晶体——各向异性非晶体——各向同性特点：许多物质的晶体与非晶体间在一定的条件下可以互相转变。如金属液体在高速冷却下可得到非晶态金属。有些物体是晶体与无定形体的混合物，例如某些塑料。单晶体铁弹性模量E的差异晶体非晶体晶体非晶体时间温度晶体和非晶体熔化曲线熔点固态液态液体1.空间点阵：把构成固体的基本质点看成空间的几何点，这些点的空间排列阵容即为空间点阵。2.晶格：用一些假想线条将点阵中的质点连

3、结起来所构成的空间格架称为晶格。4.晶格常数：晶胞各边的尺寸a、b、c称晶格常数，其大小以表示；其棱边夹角用α、β、γ表示。3.晶胞：晶格中能够完全反映晶格特征的最小几何单元。二.晶格、晶胞和晶格常数5．晶系根据晶格常数和棱夹角关系对所有晶体分析，可把它们的空间点阵分为14种类型，14种点阵归属7种晶系。6．晶格尺寸和原子半径1）晶格尺寸晶格尺寸用晶格常数表示。立方晶格中a=b=c，用一个常数a表示即可。2)原子半径原子在某种晶格中的原子半径，等于晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子的中心之间距离的一半。XYZabc2r2raa6．晶格尺寸和原子半径7．晶胞原子数8．配

4、位数和致密度1）配位数晶格中与任一个原子最邻近、等距离的原子数目。2）致密度把原子看成刚性小球，原子所占体积与晶胞体积之比。指一个晶胞中所含的原子数目。图1—1为原子间的吸引力（吸引）和排斥力（排斥）及它们的合力（总）与原子距离的关系。合力（总）为零时，原子距离为a0吸引力（吸引）和排斥力（排斥）平衡，原子间相互作用的势能最小0，即原子间的结合能。§2.1.2金属的晶体结构一、金属的特性和金属键1、原子间的结合能若改变上述平衡都需要做功，引起能量的升高。物质的原子（离子或分子）之间通过某种相互作用，使原子稳定结合在一起的力称为结合键。结合键对物质的性能有极大影

5、响。结合键的基本类型有离子键、共价键、金属键和分子键。金属离子与自由电子之间的相互作用，使许多金属离子互相结合在一起，这样形成的化学键即是金属键。金属键使固态金属具有优良的导电、导热性并能塑性变形。原子间通过共用电子对相互吸引所形成的化学键，例如金刚石、SiC等结构。2、原子结合键的类型1）金属键2）共价键阴阳离子间通过静电作用所形成的化学键。如NaCl晶体内Na+与Cl-之间的结合键。上述离子键、共价键和金属键的分子或晶体内部原子之间有强烈的吸引作用，结合键较强。4）分子键和氢键（1）分子键原子或分子由其内部电荷分布不均匀产生偶极矩而引起的短程静电引力形成的结合键，又称范

6、德瓦尔斯键。（2）氢键氢原子与电负性很大的原子结合后，核外电子偏移，因而能和另一个电负性大原子半径小的原子产生静电引力而形成的结合键。键的能量约在10千卡/摩尔以下，键的能量比例大致如下：3）离子键范氏键：氢键：共价键=1：10：100。离子键结合能最高。3、工程材料的键性1）金属材料主要是金属键。周期表中过渡族及4A列的一些元素结合键为金属键和共价键混合型。一些金属间化合物则为金属键与离子键混合型，例如Fe5Zn21、Al9CO3等。2）陶瓷材料工程陶瓷以离子键和共价键为主要结合键。3）高分子材料高聚物分子链上主价键为共价键，分子间结合键（次价键）为范氏键。二.常见金属晶

7、体的结构体心立方晶格面心立方晶格密排立方晶格1、体心立方晶格体心立方晶格中：①原子半径②原子数个；③配位数等于8；④致密度属这类晶格的金属有α-Fe、δ-Fe、Cr、Mo、W、V、Nb等。体心立方晶格的晶胞如图所示。XYZabc2r2raa2、面心立方晶格面心立方晶格的晶胞如图所示。面心立方晶胞中：①原子半径为；②原子数为；③配位数为12；④致密度为0.74。属这类晶格的金属有：γ-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au、Rh等。3、密排六方晶格密排立方晶胞中：①晶格常数用a、c表示。理想密排时，两者比值c/a≈1.6