第三章+金属材料ppt课件.ppt

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1、第三章金属材料引言化学元素中，80％为金属元素，占有非常重要的地位传统的金属材料：铁、铝、铜、铅、锌等新型金属材料：钛、铟、钒、钴、钽、锆等——电子技术、原子能、宇航科技等领域金属材料的功能：非晶态、形状记忆、高塑性、耐高温、超导、半导、强磁性、高储氢能力等研究金属晶体中化学键的本质和金属晶体的性质是当前材料研究的重大课题重点1.金属键-能带理论2.金属单质结构-密堆积,A1,A2,A3型结构3.合金-定义,结构及性能了解1.金属性质2.金属材料-铝合金,钢铁,金属玻璃,形状记忆合金难点金属单质结构:密堆积,A1,A2,A3金属材料的特性与金属键金属特性1、

2、不透明，有光泽2、良导体（电、热）3、延展性（拉伸为丝，碾成薄片）金属键金属晶体中原子高配位、密堆积排列，没有方向性和饱和性非共价键非离子键金属单质原子间电负性相同，合金电负性相近，难以形成离子键非分子间力和氢键原子结合力强金属键参加共用的原子多——所有原子电子离域范围大——三维空间自由运动能量下降，形成强键原子化热——金属键的强弱1mol金属由固态变为气态所需的能量特殊的离域共价键金属键金属键理论自由电子理论能带理论自由电子理论电子气电子在金属中自由运动，受到均匀恒定的势场作用，类似于理想气体，价电子无相互作用电子在金属中的自由运动——金属的热、电传导性自

3、由电子吸收多种波长的光，发生跃迁，并马上释放——金属具有不透明，金属光泽性自由电子的胶合作用——延展性，可塑性能带理论自由电子理论存在的问题：电子所处势场实际是不均匀的——电子与带正电的离子相互吸引，电子与离子距离不同，所受势能大小不同非完全自由电子模型（1）电子所处势场是非均匀的，是有一定周期性的，电子在一个周期性变化的势场中运动。电子除做直线运动外，还要在正电荷附近做轻微的振动运动的电子相当于一个德布罗意平面波，电子波在金属晶体中运动受布拉格方程（nλ＝2dsinθ）限制。当满足布拉格方程时，电子波将被晶面反射，不能通过晶格，使得原有的能级发生断裂，产生

4、各种能带。空带导带满带易吸收光发生跃迁——金属光泽，电场作用下容易产生电子流——导电E金属的能带——良导体禁带导体半导体绝缘体≥5eV导体、半导体、绝缘体的能带导带禁带≤3eV分子轨道理论金属形成多原子离域键时，N个原子轨道线性组合而成N个分子轨道，可以容纳2N个电子多原子轨道线性组合Na1S22S22P63S1导带3s2p2s1s3s2p2s1sMg1S22S22P63S23p金属单质结构金属单质结构的近似模型—等径圆球密堆积金属单质由金属原子按周期组成，金属原子可以看作是半径相等的圆球组成，并且这些圆球的排列是密堆积的密置列沿直线方向伸展的等径圆球密堆积

5、的一种排列方式直线点阵密置层沿二维空间伸展的等径圆球密堆积的唯一的一种排列方式六方点阵密置双层由两个密置层组成的最密堆积称为密置双层为保持最紧密堆积，第二层球的投影位置应落在第一层中三个球所围成的空隙中心上，即上下两个层接触并平行的错开六方点阵密置双层A层B层两种间隙三个A层原子与1个B层原子，组成正四面体间隙四面体间隙三个A层原子与3个B层原子，组成正八面体间隙八面体间隙密堆积的三种典型型式A1型：立方最紧密堆积A3型：六方最紧密堆积A2型：体心立方密堆积立方最紧密堆积A1型密堆积面心立方FCC点阵形式晶胞内原子数8×1/8+6×1/2=4密置层（111）

6、面晶胞配位数N原子周围最近邻的原子12四面体间隙数8八面体间隙数41+12×1/4=4密置层重复方式从（111）方向看ABCABCA密置方式：ABCABC空间占有率晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比晶胞体积V=a3原子体积原子半径a原子数目4空间占有率=74.05%六方最紧密堆积A3型密堆积简单六方点阵形式晶胞内原子数12×1/6+2×1/2+3=6密置层（001）面晶胞晶体结构密排六方HCP配位数N原子周围最近邻的原子12四面体间隙数122+6×2×1/3+2×3=12八面体间隙数62×3=6密置层重复方式密置方式：ABABABA空间占有率空间占有率=74.

7、05%aac体心立方密堆积A2型密堆积点阵形式晶胞内原子数8×1/8+1=2晶胞体心立方配位数N原子周围最近邻的原子8四面体间隙数124×1/2×6=12八面体间隙数66×1/2+12×1/4=6空间占有率晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比晶胞体积V=a3原子体积原子半径原子数目2空间占有率=68.02%a金属元素中，A1,A2,A3结构的有58种金属元素中，A1,A2,A3结构的有58种a.s,p层电子数较少，易为A2型密排－Na，3s1——A2b.s,p层电子数较多，易为A1型密排：Al，3s13p2——A1c.s,p层电子数居中，易为A3型密排，Mg，3

8、s2——A3Backbackbackbackback