第2章晶体结构与结晶.ppt

机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶晶体结构与结晶晶体结构与结晶第第2章章机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶本章介绍金属材料的结构与组织，本章介绍金属材料的结构与组织，包括纯金属的晶体结构、晶体缺陷和包括纯金属的晶体结构、晶体缺陷和铸锭组织。铸锭组织。重点是晶体的概念及特点；金属重点是晶体的概念及特点；金属晶体的基本类型。晶体的基本类型。内容简介内容简介机械工程材料机械工程材料机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶物质由原子组成。原子的物质由原子组成。原子的结合方式和排列方式决定了结合方式和排列方式决定了物质的性能。物质的性能。原子、离子、分子之间的原子、离子、分子之间的结合力称为结合键。它们的结合力称为结合键。它们的具体组合状态称为结构。具体组合状态称为结构。材料的结构材料的结构机械工程材料机械工程材料C60机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶金属在固态下通常都是晶体，所以研究金金属在固态下通常都是晶体，所以研究金属首先应该从了解晶体结构开始。属首先应该从了解晶体结构开始。2.1 2.1 金属的晶体结构金属的晶体结构什么是晶体、非晶体什么是晶体、非晶体晶体的抽象晶体的抽象(晶格、晶胞、晶向、晶格常数晶格、晶胞、晶向、晶格常数)晶体结构的定量描述（晶面指数、晶向指数）晶体结构的定量描述（晶面指数、晶向指数）机械工程材料机械工程材料机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶晶体：晶体：材料的原子（离子或分子）在三维空间呈规材料的原子（离子或分子）在三维空间呈规则，周期性排列，长程有序。则，周期性排列，长程有序。非晶体：非晶体：材料的原子（离子、分子）无规则堆积，材料的原子（离子、分子）无规则堆积，和液体相似，亦称为和液体相似，亦称为“过冷液体过冷液体”或或“无定形体无定形体”。1.晶体的概念晶体的概念机械工程材料机械工程材料金属的结构金属的结构晶态晶态非晶态非晶态SiO2的结构的结构机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶晶体：晶体：（1 1）结构有序；）结构有序；（2 2）物理性质表现为各向异性；）物理性质表现为各向异性；（3 3）有固定的熔点。）有固定的熔点。非晶体：非晶体：（1 1）结构无序；）结构无序；（2 2）物理性质表现为各向同性；）物理性质表现为各向同性；（3 3）没有固定熔点。）没有固定熔点。晶体和非晶体的区别晶体和非晶体的区别机械工程材料机械工程材料熔点熔点晶体晶体非晶体非晶体时间时间温温度度晶体和非晶体的熔化曲线晶体和非晶体的熔化曲线机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶固态金属的特性：固态金属的特性：2.固态金属的特性和金属键固态金属的特性和金属键机械工程材料机械工程材料取决于取决于金属键金属键的结合性质的结合性质不透明、有光泽不透明、有光泽有延展性有延展性良好的导电性和导热性良好的导电性和导热性正的电阻温度系数正的电阻温度系数机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶金属键：金属中的自由金属键：金属中的自由电子和金属正离子相互电子和金属正离子相互作用所构成。作用所构成。金属键的基本特点是电金属键的基本特点是电子的共有化。子的共有化。金属键金属键机械工程材料机械工程材料机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶离子键键合的基本特离子键键合的基本特点是以离子而不是以点是以离子而不是以原子为结合单元。原子为结合单元。在离子晶体中很难产在离子晶体中很难产生自由运动的电子。生自由运动的电子。离子键离子键机械工程材料机械工程材料机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶每个离子周围有每个离子周围有6个最近邻的异性离子个最近邻的异性离子离子晶体的硬度高、但脆性也大离子晶体的硬度高、但脆性也大离子晶体离子晶体机械工程材料机械工程材料NaCl的晶体结构的晶体结构机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶两个或多个电负性相两个或多个电负性相差不大的原子间通过差不大的原子间通过共用电子对而形成的共用电子对而形成的化学键。化学键。共价键共价键基本特点是核外电子云达到最大的重叠，形成基本特点是核外电子云达到最大的重叠，形成“共用电子对共用电子对”，有确定的方位，且配位数较小，有确定的方位，且配位数较小机械工程材料机械工程材料机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶共价晶体共价晶体机械工程材料机械工程材料金刚石晶体结构金刚石晶体结构 硅氧四面体硅氧四面体机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶高分子晶体高分子晶体机械工程材料机械工程材料 线型高聚物线型高聚物 体型高聚物体型高聚物具有一定规则、相互平行排列的长分子链结具有一定规则、相互平行排列的长分子链结构，表现出一定的结晶性的高聚物构，表现出一定的结晶性的高聚物机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶晶体结构：晶体结构：晶体中晶体中原子原子（离子或分子）（离子或分子）规则排列的方规则排列的方式，即式，即晶体中晶体中原子排列的具原子排列的具体情况体情况。金属的晶体结构金属的晶体结构机械工程材料机械工程材料机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶金属的晶体结构金属的晶体结构阵点：阵点：将晶体结构中每个质点抽象为规则排列将晶体结构中每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点于空间的几何点，称之为阵点。空间点阵：阵点在三维空间规则排列的阵列称空间点阵：阵点在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵为空间点阵，简称点阵。晶胞：点阵具有代表性的组成单元。晶胞：点阵具有代表性的组成单元。将晶胞作将晶胞作三维的重复堆砌就构成了空间点阵三维的重复堆砌就构成了空间点阵。机械工程材料机械工程材料机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶理想晶体的晶体学抽象理想晶体的晶体学抽象空间规则排列的原子空间规则排列的原子刚球模型刚球模型晶格（刚球晶格（刚球抽象为晶格结点，构成空间格架）抽象为晶格结点，构成空间格架）晶胞（具晶胞（具有周期性的最小组成单元）有周期性的最小组成单元）机械工程材料机械工程材料机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶同一空间点阵可因选取同一空间点阵可因选取方式不同而得到不相同方式不同而得到不相同的晶胞的晶胞。晶胞的选取应反映出：晶胞的选取应反映出：点阵的点阵的对称性最高、直对称性最高、直角最多、晶胞体积最小角最多、晶胞体积最小。晶胞的选取原则晶胞的选取原则机械工程材料机械工程材料晶胞是指能代表晶格原子排列规律的最小几何单元晶胞是指能代表晶格原子排列规律的最小几何单元机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶晶胞的描述晶胞的描述用晶胞的三条棱边长用晶胞的三条棱边长a、b、c和三条棱边之间的夹角和三条棱边之间的夹角、等等6个参数来描述其几个参数来描述其几何特征。何特征。其中其中a、b、c为晶格常数为晶格常数单位为单位为（1 1 1 11010-8-8cmcm）金属的晶格常数一般为金属的晶格常数一般为:110-10m710-10 m。机械工程材料机械工程材料XYZabc晶格常数晶格常数a，b，c 机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶晶胞的描述晶胞的描述不同元素组成的金属晶体因晶格形式及晶不同元素组成的金属晶体因晶格形式及晶格常数的不同格常数的不同,表现出不同的物理、化学和表现出不同的物理、化学和力学性能。力学性能。金属的晶体结构可用金属的晶体结构可用X X射线结构分析技术进射线结构分析技术进行测定。行测定。机械工程材料机械工程材料机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶1414种布拉菲点阵种布拉菲点阵根据根据6 6个点阵参数间的相互关系，可将全部个点阵参数间的相互关系，可将全部空间点阵归属于空间点阵归属于7 7种类型，即种类型，即7 7个晶系。个晶系。按照按照“每个阵点的周围环境相同每个阵点的周围环境相同”的要求，的要求，布拉菲（布拉菲（Bravais ABravais A）用数学方法推导出）用数学方法推导出能够反映空间点阵全部特征的单位平面六能够反映空间点阵全部特征的单位平面六面体只有面体只有1414种，称布拉菲点阵。种，称布拉菲点阵。机械工程材料机械工程材料机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶1414种布拉菲点阵种布拉菲点阵布拉菲点阵晶系布拉菲点阵晶系简单三斜三斜简单六方六方简单单斜底心单斜单斜简单菱方菱方简单正交底心正交体心正交面心正交正交简单四方体心四方四方简单立方体心立方面心立方立方机械工程材料机械工程材料机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍三斜晶系：三斜晶系：简单三斜简单三斜单斜晶系：单斜晶系：晶体结构与结晶晶体结构与结晶简单单斜简单单斜底心单斜底心单斜机械工程材料机械工程材料机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍晶体结构与结晶晶体结构与结晶正交晶系正交晶系简单正交简单正交底心正交底心正交体心正交体心正交面心正交面心正交机械工程材料机械工程材料机械工程材料机械工程材料晶体结构与结晶晶体结构与结晶主讲教师主讲教师马艳萍马艳萍菱方晶系：菱方晶系：简单菱方简单菱方六方晶系：六方晶系：简单六方简单六方晶体结构与结晶晶体结构与结晶机械工程材料机械工程材料