材料概论 教学配套课件 许并社 第2章 材料科学与工程纲要.pdfVIP

第2章 材料科学与工程纲要 2.1 材料的成分 2.2 材料的组织结构 2.3 材料成分与组织结构的检测 2.4 材料的合成与加工 2.5 材料的性质与使用性能 2.6 材料设计 2.7 结构材料的失效 2.1 材料的成分 材料的成分是指组成材料的元素种类及其含量，通常用质量分 数(w)表示，有时也用摩尔分数(x)表示。 图2-1 材料科学与工程的四要素 2.2 材料的组织结构 2.2.1 固体中的结合键与存在形式 2.2.2 原子间结合键与材料类型 2.2.3 固体材料的结构 2.2.1 固体中的结合键与存在形式 1.离子键和离子晶体 2.共价键和共价晶体 3.金属键和金属晶体 4.分子键和分子晶体 5.氢键和氢键晶体 2.2.2 原子间结合键与材料类型 1.金属材料 2.陶瓷材料 3.高分子材料 4.复合材料 表2-1 键型与材料物性的关系 2.2.3 固体材料的结构 1.固体的三种类型 2.晶体结构基础 3.晶体缺陷 1.固体的三种类型 固体可分为晶体(Crystal)、非晶体(Amorphous Body)和准晶体 (Quasi-crystal)三大类。 所谓晶体，是指原子或原子团、离子或分子以周期性重复方式 在三维空间有规则排列形成的固体。晶体的原子排列长程有 序，且有整齐规则的几何外形；晶体还有固定的熔点，在熔化 过程中，其温度始终保持不变；单晶体还有各向异性的特点。 非晶体是指内部质点在三维空间不呈周期性重复排列的固体， 具有近程有序排列，但不具有长程有序排列。非晶体外形为无 规则形状的固体，在熔解过程中，没有明确的熔点，随着温度 的升高，物质首先变软，然后逐渐由稠变稀，如玻璃 2.晶体结构基础 (1)空间点阵和晶胞 将晶体中的单个原子或若干个原子抽象成一 个几何点，它们在三维空间的周期性重复排列就形成了空间点阵 (Lattice) 。 (2)其他概念 图2-2 晶胞示意图 表2-2 七种基本晶系的晶格参数及点阵晶胞 表2-2 七种基本晶系的晶格参数及点阵晶胞 表2-3 三种典型晶体结构的特征参量 3.晶体缺陷 (1)点缺陷(Point Defects) 理想晶体中的一些原子被外界原子所代 替，或在晶格间隙中掺入原子，或留有原子空位，破坏了有规则 的周期性排列，引起质点间势场的畸变，造成晶体结构在原子位 置上的不完整，这种缺陷称为点缺陷。 (2)线缺陷(Line Defects) 实际晶体在结晶时受到杂质、温度变化 或振动产生的应力作用，或由于晶体受到打击、切削、研磨等机 械应力的作用，使晶体内部质点排列变形，原子行列间相互滑 移，而不再符合理想晶格的有序排列，形成两维尺度很小而第三 维尺度很大的缺陷，称为线缺陷，习惯上也称为位错。 (3)面缺陷(Surface Defects) 一块晶体常常被一些界面分隔成许多 较小的畴区，畴区内具有较高的原子排列完整性，畴区之间的界 面附近存在着较严重的原子错排。 图2-3 空位的形成 a)Frenkel机制 b)Schottky机制 图2-4 固溶体的两种类型 a) 间隙固溶体 b)置换固溶体 图2-5 位错示意图 a)刃型位错 b)螺型位错 图2-6 几种面缺陷的示意图 a)晶界 b)亚晶界 c) α-Fe和γ-Fe 中的共轭相界 d)孪晶界