材料的结构与性能.ppt

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1、第一章材料的结构与凝固本章目录1.1金属的晶体结构1.1.1晶体结构的基本概念1.1.2三种常见的金属晶体结构1.1.3常见金属晶体结构的特征1.1.4晶面、晶向及晶体的各向异性1.1.5实际金属的晶体结构1.2合金的晶体结构1.2.1合金概述1.2.2固态合金的相结构1.3非金属材料的结构1.3.1高分子材料的结构1.3.2陶瓷材料的结构C60物质由原子组成。原子的结合方式和排列方式决定了物质的性能。原子、离子、分子之间的结合力称为结合键。它们的具体组合状态称为结构。一、晶体结构的基本概念金属的结构晶

2、态非晶态SiO2的结构1、晶体与非晶体(晶体结构是指晶体内部原子规则排列的方式)晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。2、晶格与晶胞⑴晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。直线的交点（原子中心）称结点。由结点形成的空间点的阵列称空间点阵⑵晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。⑷晶系：根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。立方晶系：a

3、=b=c，===90六方晶系：a1=a2=a3c，==90，=120立方六方四方菱方正交单斜三斜⑶晶格常数：晶胞个边的尺寸a、b、c。各棱间的夹角用、、表示。⑸原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。⑹晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。⑺配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。⑻致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。二、金属的晶体结构1、纯金属的晶体结构金属原子是通过正离子与自由电子的相互作用而结合的，称为金属键。金属原子趋向于紧密排列。价电子云

4、正离子金属键示意图具有良好的导热性、导电性、延展性及金属光泽。常见纯金属的晶格类型有体心立方(bcc)、面心立方(fcc)和密排六方(hcp)晶格。⑴体心立方晶格体心立方晶格体心立方晶格的参数体心立方晶格原子个数：2配位数：8致密度：0.68常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等晶格常数：a(a=b=c)原子半径：⑵面心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格的参数a42r=：原子半径原子个数：4配位数：12致密度：0.74常见金属：-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等晶格常数：a面心立方晶格⑶密排

5、六方晶格密排六方晶格的参数a21r=：原子半径原子个数：6配位数：12致密度：0.74常见金属：Mg、Zn、Be、Cd等晶格常数：底面边长a和高c，c/a=1.633密排六方晶格3.晶格的晶面和晶向（1）晶面指数及晶向指数（2）晶面及晶向的原子密度1）晶面指数及晶向指数晶体中各种方位上的原子面叫晶面；各种方向上的原子列叫晶向。在研究金属晶体结构的细节及其性能时，往往需要分析它们的各种晶面和晶向中原子分布的特点，因此有必要给各种晶面和晶向定出一定的符号，以表示出它们在晶体中的方位或方向。晶面的这种符号叫“

6、晶面指数”，晶向的符号叫“晶向指数”。2)确定晶面指数的步骤如下：（1）设晶格中某一原子为原点，通过该点平行于晶胞的三棱边作OX、OY、OZ三个坐标轴，以晶格常数a、b、c分别作为相应的三个坐标轴上的量度单位，求出所需确定的晶面在三坐标轴上的截距（见图1.2-6）。（2）将所得三截距之值变为倒数；（3）再将这三个倒数按比例化为最小整数，并加上一圆括号，即为晶面指数。晶面指数的一般形式用（hkl）表示。晶向指数的确定方法是：（1）以格中某一原子为原点，通过该点平行于晶胞的三棱边作OX、OY、OZ三个坐标轴

7、，通过坐标原点引一直线，使其平行于所求的晶向；（2）求出该直线上任意一点的三个坐标来；（3）将三个坐标值按比例化为最小整数，加一方括号，即为所求的晶面指数，其一般形式为[uvw]。三种常见晶格的晶面原子密度和晶向原子密度(1)单位面积晶面上的原子数称晶面原子密度。(2)单位长度晶向上的原子数称晶向原子密度。三种常见晶格的密排面和密排方向(1)原子密度最大的晶面称密排面(2)原子密度最大的晶向称密排方向。密排面数量密排方向数量体心立方晶格{110}6<111>4面心立方晶格{111}4<110>6密排六方

8、晶格六方底面1底面对角线3三种常见晶格的密排面和密排方向六方底面底面对角线密排六方晶格面心立方晶格体心立方晶格体心立方(110)面面心立方(111)面密排六方底面面心立方晶格与密排六方晶格密排面的堆垛顺序密排六方晶格的堆垛顺序为ABABAB…面心立方晶格的堆垛顺序为ABCABCABC…面心立方晶格的原子堆垛2、实际金属的晶体结构变形金属晶粒尺寸约1~100m，铸造金属可达几mm。纯铁组织晶粒示意图⑴单晶体与多晶体单晶体：其内部晶格方位完全