第一章 工程材料中的原子排列 原子键合.pptVIP

第一章 工程材料中的原子排列 内容： 1 结合键 2 晶体结构 3 晶体缺陷     * * 第一章 工程材料中的原子排列 工程材料 金属材料：黑色金属：钢、铸铁。 有色金属：铜、铝、镁、钛。 陶瓷材料：普通陶瓷、 特种陶瓷、金属陶瓷。 高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维。 复合材料：金属 - 陶瓷 - 高分子复合而成。 工程材料性能各不相同，原因？ 1）原子间的结合方式不同（结合键）； 2）原子排列规律不同（晶体结构）； 3）晶体中的缺陷。 1.1 原子键合 化学键：金属键、 共价键、 离子键 物理键：分子键、 氢键 结合键（结合力）：原子（离子或分子）之间的相互作用力。 1.1 原子键合 1 原子结构 电负性：原子得失电子的能力。原子得到电子的能力越大，电负性越大；原子失去电子的能力越大，电负性越小。金属易失去电子，电负性小；非金属性易得到电子，电负性大。 原子电负性的大小决定了不同原子之间所形成的化学键。 ? 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning? ? 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning? 1.1 原子键合 ? 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning? 1.1.1.1 金属键 金属原子的结构特点： 最外层电子少，一般为1～2个，最多不超过四个，容易失去。 金属键：自由电子和金属正离子之间相互吸引所构成键。 金属键的基本特点：电子的共有化。无饱和性和方向性。 电子云 利用金属键可以解释金属材料的各种特征： （1）良好延展性：当金属受力变形，原子之间的相互位置发生改变时，金属正离子始终被包围在电子云中，金属键不被破坏。 （2）良好的导电性：在电场作用下，自由电子沿电场方向作定向运动，形成电流。 （3）良好的导热性：在热的作用下，正离子震荡加剧并传递热量。 （4）金属不透明：金属中的自由电子可以吸收可见光的能量，被激发、跃迁到较高能级。 （5）金属光泽：当电子跳回到原来能级时，将所吸收的能量重新辐射出来。 通过金属键结合的材料：金、银、铜、铁、铝、镁、钛等所有金属（除灰锡外）。 1.1.1.2 共价键??? 两个同类原子(C、Si）或电负性相差不大（Si、O)的原子相互接近时，原子之间不会产生电子的转移，此时原子间通过共用电子对产生的力结合，形成共价键。 ? 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning? 以硅为例：一个硅原子有4个价电子数，即有四个未成对电子，与其周围4个硅原子结合并共享最外层电子，从而使每个硅原子最外层获得8个电子。一个硅原子通过4个共价键与4个临近原子结合。 1.1.1.2 共价键 共价键的形成要点：原子在结合前，必须含有未成对的价电子，且得失电子的能力相近（SiO2)。 一个氧原子和两个硅原子结合。 ??共价键的特性： 1）饱和性：两个相邻原子间只能共用一对电子（一个原子的共价键数，一般为其未成对的价电子数，最多不超过8－N( N为未成对电子数））。 2）方向性：在共价晶体中，原子以一定的角度相邻接，各键之间有确定的方位。 1.1.1.2 共价键 ? 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning? 硅晶体 ??共价键的特性： 2）方向性：在共价晶体中，原子以一定的角度相邻接，各键之间有确定的方位。 1.1.1.2 共价键 ? 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning? 硅晶体 常见的共价键材料有：金刚石、单质硅以及SiC、SiO2等陶瓷材料。 该类材料的特性： （1）共价键的结合力很大，所以共价键材料具有强度高、硬度大、熔点高、脆性大、结构稳定等特点。 （2）导电性差：为使电子运动产生电流，必须破坏共价键，需加高温、高压，因此共价键材料具有很好的绝缘性。 金刚石中碳原子间的共价键非常牢固，金刚石是世界上最坚硬的固体。 1.1.1.3 离子键 在元素周期表中，当相隔较远的一正电性元素原子和一负电性元素原子接触时，前者将失去最外层电子变成正离子，后者获得电子变成负离子。正离子和负离子由于静电引力结合在一起形成稳定的离子键。 ? 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning?