金属材料概论第二章课件.ppt

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1、第一节结合键第二节晶体结构理论第三节晶体缺陷理论第二章材料的结构第一节结合键结合键—在固态状态下，原子聚集堆积在一起，其间距足够近，它们之间产生了相互作用力。五种基本类型按结合力性质区分1·离子晶体—离子键结合2·共价晶体—共价键结合3·金属晶体—金属键结合4·分子晶体—分子键结合5·氢键晶体—氢键结合一、晶体与非晶体第二节金属的晶体结构完整晶体：完全规则排列的固体（理想情况）近乎完整晶体：在规则排列的背景中尚存在微量的不规则性（实际情况）晶体：原子在三维空间中有规则的周期性重复排列的物质非晶体：原子是无规律、无次序地堆聚在一起。非晶体Al85Ni10Ce5晶体(2

2、11)Al3Ni(111)Al(101)Al11Ce3AlAl3NiAl11Ce3晶体非晶体537K573K629K室温加热急冷在一定条件下互相转化把沸腾的铁水以每秒钟100万摄氏度的速度快速冷却，会发生什么奇迹？专家称其为“非晶、纳米晶材料”一片薄得像玻璃纸一样的“铁片”和一根不到头发丝直径十分之一的“铁丝”这种“纳米铁纸”极薄，数据显示厚度只有几十个微米，可以像纸一样轻易地被撕开。不仅在外观上发生极大改变，在诸如电磁性和延展性等性能上也有质的飞跃晶格常数：晶胞三个棱边长度a、b、c（单位Å，大约1~7Å）和三个棱边夹角α、β、γ晶体结构：晶体中原子（或离子、分子

3、）在空间呈规则排列的方式晶胞晶格和晶体结构描述晶格：用来描述晶体中原子（离子或分子）排列规律的空间格架→空间点阵晶胞：从晶格中选取一个完全反映晶体特征的最小几何单元。二、晶体学基本概念(a)原子堆垛模型(c)(b)(b)晶格(c)晶胞(a)金属晶格特点：原子排列紧密，结构类型较少，较为简单，对称性高！三、金属晶体结构最常见的金属晶体结构三种类型:根据晶胞中三个基矢的长度a、b、c它们之间的夹角α、β、γ分成七大晶系体心立方结构bcc面心立方结构fcc密排六方结构hcp立方晶系六方晶系（一）体心立方晶格3·原子半径：晶格常数用a表示2·晶胞原子数：1·晶格常数特点：a

4、=b=c，===900原子半径:晶胞中原子密度最大方向上相邻两原子之间平衡距离的一半。4·致密度K：金属晶体中原子排列的紧密程度→可用晶胞中原子本身所占有的体积百分数表示体心立方点阵bac5·举例：-Fe(910℃以下的纯Fe)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V).n:一个晶胞中实际包含的原子数V—一个晶胞的体积V1—一个原子的体积∴体心立方晶格致密度：（二）面心立方晶胞5·举例:-Fe(912~1394℃的纯Fe)、Cu、Al、(Ni)1·晶格常数的特点：a=b=c，===9002·晶胞原子数：3·原子半径：4·致密度K:面心立方点阵（三）

5、密排六方晶格1·晶格常数的特点：a=bc,轴比c/a=1.633,==900,=12005·例如:铍(Be)、镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)2·晶胞原子数：3·典型密排六方晶格原子半径：r=a/24·致密度K:六角密排点阵acb第三节晶体缺陷理论晶体缺陷—金属材料中存在着一些原子偏离规则排列的不完整性区域。1·特征：三个方向上的尺寸都很小→原子尺寸2·形成原因：在一定温度下，在任何瞬间，晶体中总有某些原子具有很高的振动能量而不能保持在其平衡位置—形成点缺陷一、点缺陷3·类型:空位、置换原子、间隙原子①空位：根据统计规律，在某一温度下的某一瞬间，总有—些原

6、子的能量足够高，振幅足够大，可以克服周围原子对它的约束，从而脱离开原来平衡位置迁移到别处，在原位置上出现了空结点——即形成空位。脱离平衡位置原子大致有三个去处：迁移到晶体的表面上—肖脱基空位迁移到晶格的间隙中—弗兰克尔空位迁移到其他空位处—不产生新的空位，但使空位变换位置空位和填隙原子的产生(弗兰克尔缺陷)一个动态平衡过程→在不断产生空位—同时也存在间隙原子—空位的不断复合过程仅空位产生(肖特基缺陷)间隙原子扩散到晶体表面形成一层新的原子层而晶体内部仅出现空位，这种点缺陷称肖特基缺陷一个动态平衡过程→表面原子扩入间隙位置成为间隙原子，然后使肖特基缺陷又成为弗兰克尔缺

7、陷！②间隙原子就是位于晶格间隙之中的原子：间隙原子、杂质间隙原子特点：★在多数金属的密排晶格中，形成自间隙原子是非常困难的；★金属中存在的间隙原子主要是杂质间隙原子，且大多是原子半径很小的原子，如钢中的氢、氮、碳等。当间隙原子硬挤入很小的晶格间隙中后，都会造成严重的晶格畸变。间隙原子③置换原子：占据在原来基体原子平衡位置上的异类原子称为置换原子由于置换原子的大小与基体原子不可能完全相同，所以也会造成晶格畸变！晶体中的各种点缺陷1、空位2、同类原子的间隙原子3、异类原子的间隙原子4，5、置换原子4·作用：造成晶格畸变—使屈服强度升高、电阻增大、体积膨胀；加速金属中