材料学纲要课件.ppt

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1、本章所涉及到的内容是材料结构和组成的普遍原理。该原理是认识和研究各类材料在结构与性能方面所表现出来的个性和共性的基础。第二章材料学纲要（基础）2-1-1物质的组成、状态及材料结构2-1-2物质的原子结构2-1-3原子之间相互作用和结合2-1-4多原子体系中电子的相互作用与稳定性2-1-5固体中的原子有序2-1-6固体中的原子无序2-1-7固体中的转变2-1-8固体物质的表面结构2-1材料的成分与组织结构2-1-1物质的组成、状态及材料结构物质物体场等离子态塑态气态液态固态引力场电磁场核力场1、物质的组成和状态自然界中所有的物体都是由化学元素及其化合物组成的，即由原子和分

2、子组成的。其它场表2-1-1地球大气的组分组分原子(分子)量体积百分数（）N228.0178.0O232.0021.0Ar39.950.93CO244.010.03Ne20.181.810-3CH416.047.410-4He4.005.210-4CO28.01110-4H22.02510-4H2O18.02变量表2-1-2海水的大致成分元素原子百分数（）H66.4O33Cl0.33Na0.28Mg0.034S0.017Ca610-3K610-3C5.410-3Br510-4表2-1-3地壳的大致成分元素原子百分数（）重量百分数（）O60.44

3、9.6Si20.527.3Al6.28.3Na2.52.7H21Fe1.94.8Ca1.93.4Mg1.81.9K1.42.6Ti0.30.62、材料结构的涵义材料的内部结构可随化学成分和外界条件的变化而改变，从而改变材料的性能。例子含碳量在0.25%以下的低碳钢，通常具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度较低含碳量在0.6-1.4%范围的高碳钢，其强度和硬度较高，而塑性和韧性较差因此，了解材料成分、结构与性能之间的关系以及材料加工、处理和使用过程中结构的变化规律是非常重要的。（a）静止锭型浇铸（b）某种纯金属铸锭组织材料结构的涵义是广泛的，从宏观到微观。材料结构宏观组织结

4、构显微组织结构原子或分子排列结构原子中的电子结构宏观组织结构是指人们用肉眼或放大镜所能观察到的晶粒或相的集合状态。纯金属经静止的金属型浇铸（a）和冷却后，得到一个铸锭，然后将其剖开和磨平，再用一定的酸溶液进行浸蚀，可显示出如图（b）所示的宏观组织结构。浇包金属液体锭模细晶区柱状晶区纯铁的显微组织（4%硝酸酒精浸蚀，×250）显微组织结构是借助光学显微镜和电子显微镜观察到的晶粒或相的集合状态，其尺度约为10-7-10-8m。金属内部晶界示意图上图是工业纯铁的显微组织，图中每一多边形是一颗晶粒。晶粒之间的交界面称为晶界。由两颗以上晶粒所组成的材料称为多晶体材料。实际上显微镜

5、下所看到的晶粒只是其截面。比显微组织结构相比更细的层次是原子（或分子）排列结构。对晶体来说，其原子排列结构称为晶体结构，尺度约为10-10m。原子中的电子结构是指原子中电子的分布规律。这种结构的尺度更小，约为10-13m。当众多的原子聚合成固体时，必须考虑众多原子的电子之间的相互作用，这会对材料的物理性能产生重要的影响。因此电子结构应分为两部分进行研究：孤立原子的电子结构和固体中原子聚合体的电子结构。固体材料都是由一种或多种元素的原子结合而成。元素以单原子态孤立存在时称为该元素的自由原子。关于原子结构目前有多种假设模型，其中最有名的是玻尔模型，该模型认为原子中心有原子核

6、，核外有快速运动的电子围绕着。如右图所示原子结构模型2-1-2物质的原子结构（自学）1、量子力学的几个基本概念（1）微观粒子的波粒两象性1905年爱因斯坦（A.Einstein）提出光子理论，认为电磁辐射是由光子组成。（2）海森堡测不准原理海森堡（Heisenberg）提出：同时确定位置和动量，原则上是不可能的，若将其中一个量测量到任何的准确程度，则对另一个量的测量准确度就会相应降低。（3）薛定谔方程由于电子具有波动性，谈论电子在某一瞬时的准确位置就没有意义。我们只能讨论电子出现在某一位置的几率（可能性），因为电子有可能出现在各个位置，只是出现不同位置的几率不同。为此，

7、人们往往用连续分布的“电子云”代替轨道来表示单个电子出现在各处的几率，电子云密度最大的地方就是电子出现几率最大的地方。2、原子核结构自由原子由带正电荷的原子核和带负电荷的电子集团组成，在一定条件下原子核仅由质子和中子组成。质子的质量约为1.673×10-27kg，中子是1.675×10-27kg，质子和中子的质量约为电子的1800倍。电子的质量是9.11×10-30kg，原子的半径约为10-10m数量级。而原子核很小，其半径不超过10-14m。一个质子具有正电荷e=1.672×10-19C。该值与电子电荷相等，但符号相反。3、原子核外电子