材料的结构组织与性能ppt课件.ppt

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1、材料的结构组织与性能（二）材料学院物质世界的尺度世界是物质的世界基本属性:空间和时间物质世界空间的描述:物质的尺度地球太阳系银河系宇宙（上百亿个银河系）还在膨胀原子（人头发宽度的百万分之一）原子核（原子尺寸的万分之一）材料结构与组织研究的尺度基本数据1nm=10-3mm=10-6mm=10-9m（1纳米是1米的10亿分之一）1Å=10-10m=10-1nm（用来度量原子尺寸）金相显微镜分辨极限2×10-7m电子显微镜分辨极限3×10-9m金属的键结构金属的原子结构特征是最外层电子少，易于脱落，而形成自由电子（freeelectron）自由电子可以在

2、金属中移动而形成所谓的电子云（cloudofelectrons）。电子云带有负电，另一方面失去电子的金属原子带有正电而成为阳离子，因此，电子云和阳离子之间所作用的引力和离子相互间及电子相互间的斥力之间形成平衡而发生结合。这种结合叫做金属键（metallicbond）。金属晶体因为有自由电子的存在，其导电性、导热性好，并且结合力的方向性小，原子会尽量高密度排列，富于延展性，强度的变化范围大。⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕.................

3、.自由电子金属阳离子金属的晶体结构一晶体结构的基本概念金属在固态下通常都是晶体。晶体指其内部原子（分子或离子）在三维空间作有规则的周期性重复排列的物体。晶体结构（crystalstructure）金属的许多特性都与晶体中原子（分子或离子）的排列方式有关，因此分析金属的晶体结构是研究金属材料的一个重要方面。晶体的钢球模型为了便于研究和描述晶体内原子（分子或离子）的排列规律，通常把原子（分子或离子）视为刚性小球，并把不停地热振动的原子（分子或离子）看成在其平衡位置上静止不动，且处在振动中心，即如图2.1(a)所示。阵点（latticepoint）把晶体

4、中的原子（分子或离子）抽象为规则排列于空间的几何点。晶格（crystallinelattice）用一系列平行直线将阵点连接起来，形成一个三维的空间格架，如图2.1(b)所示。晶胞（unitcell）从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元来研究晶体结构，这个最小的几何单元称为，如图2.1(c)所示。晶格常数（latticeconstant）为了描述单位晶胞的大小和形状，以单位晶胞角上的某一阵点为原点，以该单位晶胞上过原点的三个棱边为三个坐标轴X、Y、Z（称为晶轴），则单位晶胞的大小和形状就由这三条棱边的长度a、b、c描述，称为晶格常数。轴

5、间夹角通常α、β和γ分别表示Y-Z轴、Z-X轴和X-Y轴之间的夹角α、β、γ。晶格常数（a、b、c）和轴间夹角（α、β、γ）是描述晶体结构的6个参数(a)原子钢球模型(b)晶格(c)晶胞圖2.1晶體中的原子排列示意圖晶系与布拉菲晶格自然界中的晶体有成千上万种，它们的晶体结构各不相同。根据单位晶胞中上述六个参数（a、b、c、α、β、γ）将晶体进行分类，分类时只考虑a、b、c是否相等，α、β、γ是否相等以及它们是否呈直角等方面的特征，而不涉及单位晶胞内原子的具体排列情况，这样就将晶体划分成七种类型即七个晶系（crystalsystem），所有的晶体均可

6、归纳在这七个晶系中。布拉菲（A.Bravais）1948年根据“每个阵点具有相同的周围环境”的要求，用数学分析方法证明晶体中的阵点排列方式只有14种，这14种晶格就叫做布拉菲（Bravais）晶格，它们分别属于七个晶系，它们的单位晶胞如图2.2所示。立方晶系六方晶系正方晶系菱方晶系斜方晶系单斜晶系三斜晶系典型的金属晶体结构在金属晶体中，金属键使原子（分子或离子）的排列趋于尽可能地紧密，构成高度对称性的简单晶体结构。最常见的金属晶体结构有三种类型，即面心立方结构（face-centeredcubic，简写为“fcc”）、体心立方结构（body-cen

7、teredcubic，简写为“bcc”）和密排六方结构（hexagonalclosed-packed，简写为“hcp”），前两种属于立方晶系，后一种属于六方晶系。除了少数例外，绝大多数金属属于这三种结构。(1)面心立方结构面心立方结构的单位晶胞如图所示，除单位晶胞的八个角上各有一个原子外，在各个面的中心还有一个原子。具有面心立方晶格的金属有γ-Fe，Al，Cu，Ni，Au，Ag，β-Co，Pb等。(2)体心立方结构体心立方结构的单位晶胞如图所示，除单位晶胞的八个角上各有一个原子外，在中心还有一个原子。具有体心立方晶格的金属有α-Fe，Cr，W，V，

8、β-Ti，Mo等。(3)密排六方结构密排六方结构的单位晶胞如图所示，在六方单位晶胞的十二个角上以及上下底面的中心各有一个原