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五:结合键与性能 材料结合键的类型及键能大小对某些性能有重要的影响: 1:物理性能 A:熔点与键能值对应关系良好(熔点的高低代表了材料稳定性的程度)共价.离子键的熔点高,二次键的低 B:密度与结合键的类型相关,(金属具有高的密度原因在于其高的原子质量和无方向性的结合趋于最紧密排列) 2:力学性能 弹性模量:应力与应变的比值,应力---应变曲线上弹性变形段的斜率,在拉伸变形时称为杨氏模量.反映发生单位变形时所需要的应力. 结合键能越大则弹性模量越大,原子之间距离的移动所需的外力越大 第三节:原子的排列方式 一:晶体与非晶体 晶体:原子按照某种特定的方式在三维空间内呈现周期性重复排列,具有各向异性 非晶体:内部原子排列无序,不存在长程周期排列.具有各向同性. q 二:原子排列的研究方法 材料研究中一般采用X射线或电子束来进行研究,其原理是光学中的干涉和衍射. 布拉格方程: 第四节:晶体材料的组织 材料的组织:各种晶粒的组合特征(各种晶粒的相 对量、尺寸大小形状及分布等) 多相组织：具有两相以上的晶体结构组织 强度σ=σ1 φ 1+σ2φ2 σ1 、σ2为两个相的强度值， φ 1、φ2为两个相的体积分数 第五节：材料的稳态与亚稳态 热力学条件：结构形成时必须沿着能量降低的方向进行，为 转变的推动力所在，热力学研究的是转变的方向问题 等温等容过程（亥姆霍兹自由能）A=U-TS 等温等压过程（吉布斯自由能）G=H-TS △A ＜0， △G＜0为自发过程 经典化学反应动力学方程式（Arhennius）：反应速度V与热力学温度之间的关系 V=Aexp（-Q/RT） 其中R为气体常数，Q为激活能。 材料制备和加工过程要实现从始态到终态的自发转变，原子首先必须达到激活态，始态能量与激活态能量的差值称为激活能。原子一旦越过激活能垒 就必 然能达到能量较低的终 态，所以激活能可以看 为过程的阻力，激活能 低，阻力小过程易于实现。 反应速度与激活能之间的关系 稳态结构：称为平衡态结构其能量为最低。 亚稳态结构：能量相对稳态较高的结构。 动力学条件：决定反应的速度，其实质是考虑反应的阻力。 实际体系存在的结构应考虑结构形成的热力学和动力学条件 * * 第一章 材料结构的基本知识 结构的四个层次 1：原子结构 2：原子结合键 3：材料中原子的排列 4：晶体材料的显微结构 第一节 原子结构(Atomic structure） 物质(Substance)是由原子（atom）组成，在材料科学中，最为关心的是原子的电子结构。 ※1原子的电子排列 一、物质的组成（Substance Construction） 物质由无数微粒（Particles）聚集而成 分子（Molecule）：单独存在,保存物质化学特性 原子（Atom）： 化学变化中最小微粒 1879年J.J Thomson 发现电子（electron),揭示了原子内部秘密 1911年 E.Rutherford提出原子结构有核模型 1913年 N.Bohr将 Bohr atomic model 描述原子中一个电子的空间和能量，可用四个量子数（quantum numbers）表示 核外电子的排布（electron configuration )规律 二、元素周期表（periodic Table of the Elements) 元素（Element）：具有相同核电荷的同一类原子总称，共116种，核电荷数是划分元素的依据 同位素（Isotope）：具有相同的质子数和不同中子数的同一元素的原子 元素有两种存在状态：游离态和化合态（Free State Combined Form) 7个横行（Horizontal rows)周期（period）按原子序数（Atomic Number)递增的顺序从左至右排列 18个纵行（column）16族（Group），7个主族、7个副族、1个Ⅷ族、1个零族（Inert Gases）最外层的电子数相同，按电子壳层数递增的顺序从上而下排列。 原子序数＝核电荷数 周期序数＝电子壳层数 主族序数＝最 外 层 电 子数 零族元素最外层电子数为8（氦为2） 第二节 原子间的键合 结合键(bond):指由原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小。 根据电子围绕原子的分布方式，可以将结合键分为五类，即离