[小学教育]第1章 金属的晶体结构.pptVIP

5-302 Dave Massy 第一节 原子结合键及特性 一、离子键 1、定义 由正、负离子间的库仑引力而形成。 2、特性 1）键能最高，结合力很大； 2）性能：强、硬度高、脆性较大。 3、典型材料： 陶瓷材料 二、共价键 1、定义 是由于相邻原子共用其外部价电子，形成稳定的电子满壳层结构而形成。 三、金属键 1、定义 贡献出价电子的原子成为正离子，与公有化的自由电子间产生静电作用而结合的方式。 四、范德瓦尔斯键 2、特性 键合较弱，在外力作用下键易断裂；可在很大程度上改变材料的性能；低熔点、高塑性。 3、典型材料： 高分子材料。 工程材料中只有一种结合键机制的材料很少，大多数工程材料是以金属键、共价键、离子键等混合方式结合的。 但金属材料以金属键为主，陶瓷材料以离子键为主，高分子材料以共价键为主。 一、晶体特性 1、晶体 1)定义：原子呈长程有序排列的物质。 2)特性：有固定的熔点；各向异性。 2、非晶体 1)定义：原子呈无序或短程有序排列的物质。 2）特性：无固定熔点；各向同性。 二、晶体结构与空间点阵 1、晶体结构 是指晶体中原子在三维空间有规律的周期性的具体排列方式。 2、晶格——将晶体的原子几何化成一点，用一系列平行直线连接起来，构成一空间格架叫晶格。 3、晶胞——从晶格中取出一个能保持点阵几何特征的基本单元叫晶胞。 三、典型的金属晶体结构 最典型、最常见的晶体结构有三种类型: 体心立方结构 bcc 面心立方结构 fcc 密排六方结构 hcp 1、体心立方结构(bcc) 2、面心立方结构(fcc) 具有这种晶体结构的金属有Al、Cu、Ni和γ-Fe等。 3、密排六方结构(hcp) 具有这种晶体结构的金属有Mg、Zn、Cd、Be等。  1、晶胞原子数 一个晶胞内所包含的原子数目。 2、原子半径 晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子之间距离的一半。 3、配位数 晶格中任一原子最邻近、等距离的原子数。 4、致密度（K） 是指晶胞中所含全部原子的体积总和与该晶胞体积之比： K = nv / V 式中，n —晶胞中的原子数； v —单个原子的体积； V —晶胞体积。 作用： 对晶体原子排列紧密程度进行定量比较。 bcc: K=0.68 fcc: K=0.74 hcp: K=0.74 1、晶面 在晶体中，由一系列原子所组成的平面。该平面通过晶体中原子的中心。 2、晶向： 原子在空间排列的方向称为晶向。该直线通过原子中心。 5、密排面和密排方向 是指晶格中原子最密集的的面或线。 七、多晶型性 （一）定义 原子的排列的不规则性和不完整性。 意义：对晶体材料的性能有很大影响；特别是对塑性变形、扩散、相变和强度等起着决定性作用。 （二）分类 点缺陷、线缺陷和面缺陷 4）运动 点缺陷并非固定不动，而是处在不断改变位置的运动状态。 ① 换位迁移； 5）晶格畸变 由于空位、间隙原子和置换原子的存在, 使其周围邻近原子也将偏离其平衡位置，造成晶格畸变。 2、线缺陷 —— 位错 1934年泰勒（G. I. Taylor）、奥朗依（M. Polanyi）和奥罗万（E. Orowan）三人几乎同时提出晶体中位错的概念： 50年代以后，用透射电镜直接观测到晶体中位错的存在、运动、增殖等。 3）位错密度：单位体积内所包含的位错线总长度。 ? = L/V (m-2) 如： 退火金属的位错密度为 1010~1012 m-2 冷塑性变形的金属的位错密度为 1015~1016 m-2 减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。 4）位错的作用 是一种极为重要的晶体缺陷，对金属强度、塑性变形、扩散和相变等有显著影响。 （1）促使塑性变形； 3）晶界——晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的交界面。 相邻晶粒取向差小于100,称小角度晶界 取向差大于100以上,称大角度晶界 5）晶界特性 （1）内吸附：杂质在晶界偏聚，降低强度。 （2）晶界原子扩散速度快，易氧化和腐蚀。 （3）晶粒有长大减少晶界总面积来降低晶界能的趋势。 （4）固态相变时优先在母相晶界上形核。 （5）常温下,晶界对位错运动起阻碍作用。 6）对材料性能的影响 原因： 无论那种点缺陷的存在，都