材料科学基础 第三章 固体材料的结构 陶杰 主编 化学工业出版社.pptVIP

第二章 固体材料的结构 2.1 基础知识 物质 。 原子 2.1.2 能级图和原子的电子结构 2.1.3 周期表与周期性 2.1.4 晶体中的原子结合 金属键： 金属原子外层电子小，易失去——金属正离子 金属原子相互靠近，外层价电子脱离——自由电子 特点：电子共有化,没有方向性。 特性： (1)良好的导电、导热性； (2)不透明，具有金属光泽； (3)具有较高的强度和良好的延展性； (4)正的电阻温度系数。 共价键 原子间不产生电子的转移，借共用电子对产生的力结合，如金刚石，单质硅，SiC 特点： 1.饱和性：电子必须由（8－N）个邻近原子共有； 2.具有方向性：氧化硅四面体中硅氧键为109° 3. 脆性：外力作用，原子间发生相对位移，键将被 破坏 4.绝缘性：金刚石的熔点高达3750℃ 离子键 形成： 1.电负性相差较大的原子相互靠近，电负性小的失电子，电负性大的得电子，形成正负离子。 2.两种离子靠静电应力结合在一起 特点： 无方向性，电荷分布是球对称的。 无饱和性，一个离子可同时和几个离子结合 熔点较高，脆性，导电性差 Cl和Na离子在引力和斥力作用下，相互保持r0的距离，即F＝0，能量E为最小（如图1）的位置。每一个Cl（或Na）离子与其近邻的Na（或Cl）离子均保持这种最低的能量关系，从而，形成NaCl特有的晶体结构，如图2所示。 分子键（范德华力) 以若静电吸引的方式使分子或原子团连接在一起的。 特点：除高分子外，键的结合不如化学键牢固，无饱和性，无方向性。 结合能 晶体中原子间的相互作用： 吸引力——长程力，源于异性电荷间的库仑力 排斥力 不同类型结合键的特性 结合键的多重性 a）金属材料：主要是金属键，还有其他键如：共 价键、离子键 b）陶瓷材料：离子键，如Al2O3,MgO 共价键，如Si3N4,SiC c）高分子材料：长链分子内部以共价键结合，链与链之间则为范德华力或氢键 d）复合材料：三种或三种以上 2.2 金属及合金相的晶体结构 描述晶胞从以下几个方面： 晶胞中原子的排列方式 (原子所处的位置) 点阵参数 (晶格常数和晶轴间夹角) 晶胞中原子数 原子半径 R(原子的半径和点阵常数关系) 配位数和致密度 密排方向和密排面 晶体结构中间隙 (大小和数量) 原子的堆垛方式 三种典型金属晶体结构刚球模型 体心立方 面心立方 密排六方 晶胞原子数 原子半径与晶格常数 体心立方 面心立方 密排六方 配位数和致密度 配位数是指晶体结构中与任一原子最近邻并且等距离的原子数。 致密度是指晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比，用K表示，（对一个晶胞而言）。 面心立方密排面 面心立方结构的间隙 间隙有两种:四面体间隙和八面体间隙 八面体间隙: 位于晶胞体中心和每个棱边的中点，由 6 个面心原子所围成,大小rB=0.414R，rB为间隙半径，R为原子半径，间隙数量为4个。 面心立方四面体间隙 面心立方原子堆垛顺序 面心立方晶体的 ABCABC 顺序密堆结构 面心立方结构(特征） 晶胞中原子排列：在立方体的八个顶角和六个面的面心各有一个原子。 点阵参数: a=b=c；α=β=γ=90o 晶胞中原子数: n=8×1/8＋6×1/2=4 个 原子半径 R:原子半径---两个相互接触的原子中心距离 一半 配位数与致密度 配位数 CN=12 致密度 k=0.74 体心立方结构(特征） 体心立方晶格（间隙及堆垛方式） 间隙: 也是两种，为八面体和四面体间隙， 八面体间隙位于晶胞六面体每个面的中心和每个棱的中心由一个面上四个角和相邻两个晶胞体心共6个原围成，即数量为6。大小为rB=0.154R(在100) 或rB=0.633R(在110) 。 体心立方的间隙 四面体间隙由两个体心原子和两个顶角原子所围成大小rB=0.291R,有 12 个。 体心立方晶格原子堆垛顺序 体心立方晶格的 ABAB 密堆结构 体心立方晶格(特征） 原子排列:晶胞八个顶角和晶胞体心各有一个原子 点阵参数:a=b=c，α=β=γ=90o 晶胞中原子数:n=8×1/8＋1=2个 原子半径: 配位数和致密度: 配位数： CN=8