金属学与热处理.ppt

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1、第一章材料的结构材料的成分不同其性能也不同。对同一成分的材料也可通过改变内部结构和组织状态的方法，改变其性能，这促进了人们对材料内部结构的研究。组成材料的原子的结构决定了原子的结合方式，按结合方式可将固体材料分为金属、陶瓷和聚合物。根据其原子排列情况，又可将材料分为晶体与非品体两大类。本章首先介绍材料的晶体结构。1.1.1化学键组成物质整体的质点(原子、分子或离子)间的相互作用力叫化学键。由于质点相互作用时，其吸引和排斥情况的不同，形成了不同类型的化学控，主要有共价健、离子键和金属链。1.共价键原子之间不产生电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合，形成共价键。金刚石、单质硅

2、、SiC等属于共价键。共价键具有方向性，故共价键材料是脆性的。具有很好的绝缘性。2.离子键大部分盐类、碱类和金属氧化物在固态下是不能导电的。熔融时可以导电。这类化合物为离子化合物。当两种电负性相差大的原子(如碱金属元素与卤族元素的原子)相互靠近时，其中电负性小的原子失去电子，成为正离子，电负性大的原子获得电子成为负离子，两种离子靠静电引力结合在一起形成离子键。在NaCl晶体中，离子型晶体中，正、负离子间有很强的电的吸引力，所以有较高熔点，故离子镁材料是脆性的。故固态时导电性很差。3.金属键金属原子的结构特点是外层电子少，容易失去。当金属原子相互靠近时，其外层的价电子脱离原子成为

3、自由电子．为整个金属所共有，它们在整个金属内部运动，形成电子气。这种由金属正离子和自由电子之间互相作用而结合称为金属键。金属键无方向性和饱和性，故金属有良好的延展性，良好的导电性。因此金属具有正的电阻温度系数，更好的导热性，金属不透明，具有金属光泽。4.范德瓦尔键许多物质其分子具有永久极性。分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间，以微弱静电力相吸引，使之结合在一起，称为范德瓦尔键也叫分子键。1.2.1工程材料的键性金属材料的结合主要是金属键，陶瓷材料的结合键主要是离子键与共价键。高分子材料的链状分子间的结合是范德瓦尔键而链

4、内是共价键。1.2晶体学基础1.2.1晶体与非晶体原子排列可分为三个等级，即无序排列v，短程有序和长程有序。物质的质点（分子、原子或离子）在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质叫晶体。非晶体在整体上是无序的。晶体与非晶体中原子排列方式不同，导致性能上出现较大差异。晶体具有一定的熔点，非晶体则没有。晶体的某些物理性能和力学性能在不同的方向上具有不同的数值成为各项异性。1.2.2空间点阵便于研究晶体中原于、分子或离子的排列情况，近似地将晶体看成是无错排的理想晶体，忽略其物质性，抽象为规则排列于空间的无数几何点。这些点代表原子(分子或离子)的中心，也可是彼此等同的原子群或分子

5、群的中心，各点的周围环境相同。这种点的空间排列称为空间点阵，简称点阵，从点阵中取出一个仍能保持点阵特征的最基本单元叫晶胞，如图1-6所示。将阵点用一系列平行直线连接起来，构成一空间格架叫晶格。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。晶胞的尺寸和形状可用点阵参数来描述，它包括晶胞的各边长度和各边之间的夹角。根据以上原则，可将晶体划分为7个晶系。用数学分析法证明晶体的空间点阵只有14种，故这14种空间点阵叫做布拉菲点阵，分属7个晶系，空间点阵虽然只

6、可能有14种，但晶体结构则是无限多的。如图1-9所示。1.2.3晶向指数与晶面指数常常涉及到晶体中某些原子在空间排列的方向（晶向）；和某些原子构成的空间平面(晶面)．为区分不同的晶向和晶面，需采用一个统一的标号来标定它们，这种标号叫晶向指数与晶面指数。1．晶向指数的标定(1)以晶格中某结点为原点，取点阵常数为三坐标轴的单位长度，建立右旋坐标系，定出欲求晶向上任意两个点的坐标。(2)“末”点坐标减去“始”点坐标，得到沿该坐标系备轴方向移动的点阵参数的数目。(3)将这三个值化成一组互质整数，加上一个方括号即为所求的晶向指数[uvw]，如有某一数为负值，则将负号标注在该数字上方。2．

7、晶面指数的标定(1)建立如前所述的参考坐标系，但原点应位于待定晶面之外，以避免出现零截距。(2)找出待定晶面在三轴的截距，如果该晶面与某轴平行，则截距为无穷大。(3)取截距的倒数，将其化为一组互质的整数，加圆括号．得到晶面指数(hkl)。3．晶面族与晶向族在晶体中有些晶面原子排列情况相同，面间距也相等，只是空间位向不同，属于同一晶面族用｛hkl｝表示。晶向族用〈uvw〉表示，代表原子排列相同，空间位向不同的所有晶向。4．六方系晶面及晶向指数标定坐标系使用了四轴，四轴制中，晶面指数的标定同前，