第一章的原子结合方式及性能介绍ppt课件.ppt

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1、第一章材料的原子结合方式及性能第1节固态物质的原子结合键第2节工程材料的分类第3节工程材料的性能第一节固态物质的原子结合键构成材料的基本单元?原子、分子或离子性能内部构造原子种类和数量原子的排列方式和空间分布成分组织结构一、晶体与非晶体（1）晶体固态下，原子或分子在空间上呈有序排列结构。几乎所有金属、大部分的陶瓷以及一些聚合物。特点：1）结构有序（排列紧密、高对称性）2）物理性质表现为各向异性3）有固定的熔点4）规则的几何外形长程有序（2）非晶体：原子无序排列特点：1）结构无序2）物理性质表现为各向同性3）没有固定的熔点

2、4）热导率和热膨胀性小5）塑性变形大6）组成的变化范围大玻璃体短程有序（3）晶体和非晶体间的相互转化两者在某些条件下可以相互转化。金属液体在高速冷却的条件下，可以得到非晶态金属（金属玻璃）。非晶态的玻璃经高温长时间加热又可形成晶体玻璃。硅表面原子排列碳表面原子排列非晶准晶二、原子间的结合力与结合能原子的结合能愈大，键的结合力愈强。三、原子间结合键的类型结合键离子键共价键金属键分子键©2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning™金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而

3、使诸原子结合到一起的方式。金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。如金属。金属键与金属晶体金属键示意图钼的结构金属离子与金属原子最外层的自由电子结合形成特点：在金属晶体中，价电子弥漫在整个体积内，所有的金属离子皆处于相同的环境之中，全部离子(或原子)均可被看成是具有一定体积的圆球，所以金属键无所谓饱和性和方向性。©2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning™当两个相同的原子或性质相差不大的原子相互接近时，它们的原子间不会有电子转移。此时相邻原子各提供一个电子形成共用电子对，以

4、达到稳定的电子结构共价键示意图金刚石结构共价键与原子晶体共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。如陶瓷材料。©2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning™©2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning™当正电性金属原子与负电性非金属原子形成化合物时，通过外层电子的重新分布和正、负离子间的静电作用而相互结合，从而形成离子晶体离子键示意图氯化钠结构离子键与离子晶体

5、离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体：硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如NaCl。©2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning™特点：在离子键结合中，由于离子的外层电子比较牢固地被束缚，可见光的能量一般不足以使其受激发，因而不吸收可见光，所以典型的离子晶体是无色透明的。分子键与分子晶体范德瓦尔力：外层电子稳定的原子或分子之间存在的一种微弱结合力分子键：分子与分子通过偶极之间的吸引力结合在一起的方式材料特点：弹性模量、强度、硬度、熔点均很低。结合

6、键种类结构特点热力学性能力学性能电学性能结合能/（kJ/mol）金属键无方向性熔点有高有低，导热性好，结晶温度范围宽硬度、强度有高有低，有塑性导电性良好113~660共价键方向性明显熔点高，热膨胀系数小强度高，硬度大绝缘体，熔体为非导体150~712离子键无方向性，或方向性不明显熔点高，热膨胀系数小强度高，硬度大，劈裂性良好绝缘体，熔体为导体586~1047范德瓦尔键（分子键）有方向性熔点低，热膨胀系数大强度、硬度低绝缘体，不导电＜42表1-1不同结合键能的比较由表可知，离子键结合能最高，共价键其次，金属键第三，范德瓦尔

7、键最弱。因此，具有不同结合键的材料的特性也有明显的差异。第二节工程材料的分类2、按结晶状态分：单晶体材料多晶体材料非晶体材料1、按用途分：建筑材料电工材料结构材料3、按物理性能分：半导体材料、磁性材料、激光材料、热电材料、压电材料、压敏材料、声电材料、光电材料等等本课程主要研究：用于机械结构和机械零件的机械工程材料。机械工程材料金属材料高分子材料陶瓷材料复合材料黑色金属有色金属铸铁碳钢合金钢铝合金铜合金其它有色金属塑料橡胶合成纤维传统陶瓷特种陶瓷金属基复合材料高分子基复合材料陶瓷基复合材料一、金属材料金属材料是最重要的工

8、程材料，包括金属和以金属为基的合金。最简单的金属材料是纯金属。工程应用的金属材料，原子间的结合键基本上为金属键，皆为金属晶体材料。工业上把金属和其合金分为两大部分：（1）黑色金属铁和以铁为基的合金(钢、铸铁和铁合金)；（2）有色金属黑色金属以外的所有金属及其合金。二、高分子材料高分子材料为有机合成材料，亦称聚合物。它