ch2-1-固体材料的结构ppt课件.ppt

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1、第二章固体材料的结构材料科学基础12.1基础知识物质。原子是由无数微粒（分子、原子、离子）按一定方式聚集而成的集合体。是由原子核(由带正电荷的质子和呈电中性的中子组成)和核外电子(带负电荷)构成。原子结构的特点：体积很小，质量大部分集中于原子核内，原子核的密度很大。2.1.1原子结构22.1.2能级图和原子的电子结构2.1.3周期表与周期性2.1.4晶体中的原子结合化学键：化学上把原子间强烈的相互作用金属键共价键离子键分子键和氢键化学键的分类3金属键金属原子结构的特点是外层电子较少，当金属原子互相靠近产生相互作用时，各金属原子都易失去最外层电子而成为正离子。这些脱离了

2、每个原子的电子为相互结合的集体原子所共有。成为自由的公有化的电子云(或称电子气)而在整个金属中运动，4金属键金属键：金属原子外层电子小，易失去——金属正离子金属原子相互靠近，外层价电子脱离——自由电子特点：电子共有化,没有饱和性和方向性。特性：(1)良好的导电、导热性；(2)不透明，具有金属光泽；(3)具有较高的强度和良好的延展性；(4)正的电阻温度系数。56共价键原子间不产生电子的转移，借共用电子对产生的力结合，如金刚石，单质硅，SiC特点：1.饱和性：电子必须由（8－N）个邻近原子共有；2.具有方向性：氧化硅四面体中硅氧键为109°3.脆性：外力作用，原子间发生相对

3、位移，键将被破坏4.绝缘性：金刚石的熔点高达3750℃7共价键的饱和性形成共价键的SiO2,蓝色圆圈代表Si的价电子，红色圆圈代表O的价电子8由共价键方向性特点决定了的SiO2四面体晶体结构每个共价键之间的夹角约为109°。9图2-11共价键材料在外力作用下可能发生键的破断。10离子键形成：1.电负性相差较大的原子相互靠近，电负性小的失电子，电负性大的得电子，形成正负离子。2.两种离子靠静电应力结合在一起特点：无方向性，电荷分布是球对称的。无饱和性，一个离子可同时和几个离子结合熔点较高，脆性，导电性差CaF211Cl和Na离子在引力和斥力作用下，相互保持r0的距离，即F

4、＝0，能量E为最小（如图1）的位置。每一个Cl（或Na）离子与其近邻的Na（或Cl）离子均保持这种最低的能量关系，从而，形成NaCl特有的晶体结构，如图2所示。图1Cl和Na离子保持r0的距离图2NaCl晶体12分子键（范德瓦耳斯)以若静电吸引的方式使分子或原子团连接在一起的。特点：除高分子外，键的结合不如化学键牢固，无饱和性，无方向性。氢键：分子间特殊作用力表达为：X—H—Y特点：具有饱和性和方向性，可存在于分子内或分子间。氢键主要存在于高分子材料内。13图2-13由分子或原子团的极化而形成的范得瓦尔键。在水中，氧得电子往往向远离氢的方向集中，形成的电荷差使水分子间呈

5、现微弱结合。1415结合能晶体中原子间的相互作用：吸引力——长程力，源于异性电荷间的库仑力排斥力同性电荷间的库仑力泡利不相容原理引起的（短程力）16不同类型结合键的特性结合键的多重性a）金属材料：主要是金属键，还有其他键如：共价键、离子键b）陶瓷材料：离子键，如Al2O3,MgO共价键，如Si3N4,SiCc）高分子材料：长链分子内部以共价键结合，链与链之间则为范德华力或氢键d）复合材料：三种或三种以上离子键能最高，共价键能次之，金属键能第三，范德瓦耳斯键最弱17表2-5不同结合键能及其材料的特性结合键种类键能（KJ/mol）熔点硬度导电性键的方向性离子键586—104

6、7高高固态不导电无共价键63—712高高不导电有金属键113—350有高有低有高有低良好无范德瓦尔键<42低低不导电有182.2金属及合金相的晶体结构金属在固态下一般都是晶体。决定晶体结构的内在因素是原子，离子，分子间键合的类型及键的强弱。金属晶体是以金属键结合，其晶体结构比较简单,常见的有:面心立方点阵A1或fcc立方晶系体心立方点阵A2或bcc立方晶系密排六方点阵A3或hcp六方晶系19描述晶胞从以下几个方面：晶胞中原子的排列方式(原子所处的位置)点阵参数(晶格常数和晶轴间夹角)晶胞中原子数原子半径R(原子的半径和点阵常数关系)配位数和致密度密排方向和密排面晶体结构

7、中间隙(大小和数量)原子的堆垛方式20三种典型金属晶体结构刚球模型体心立方面心立方密排六方21晶胞原子数246体心立方面心立方密排六方22原子半径与晶格常数体心立方面心立方密排六方23配位数和致密度配位数是指晶体结构中与任一原子最近邻并且等距离的原子数。面心立方原子配位数晶体结构体心立方面心立方密排六方N8121224致密度：原子排列的密集程度可以用刚球所占空间的体积百分数来表示，称为致密度。如以一个晶胞来计算，致密度K就等于晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比，即N——晶胞中原子数v——一个原子（刚性小球）体积V——晶胞体积晶体结构体心立方