第二章金属与合金的晶体结构优秀课件.ppt
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1、第二章金属与合金的晶体结构第1页,本讲稿共32页第一节金属的晶体结构一、一、晶体与非晶体晶体与非晶体1 1、晶体、晶体l l凡原子按一定规律排列的固态物质,称为凡原子按一定规律排列的固态物质,称为晶体晶体。(如如:金刚石、石墨和一切固态金属及其合金金刚石、石墨和一切固态金属及其合金)1 1)原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列。)原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列。2 2)有有固定的熔点固定的熔点如铁的熔点如铁的熔点15381538,铜的熔点,铜的熔点10831083。3 3)晶体的性能随着原子的排列方位而改变,即单晶体具有)晶体的性能随着原子的排列方位而改变,即单晶体具有各向异性各向异
2、性。2 2、非晶体及其特性、非晶体及其特性 (如如:塑料、玻璃、沥青塑料、玻璃、沥青)l l内部质点无规则的堆积在一起的物质称为非晶体。内部质点无规则的堆积在一起的物质称为非晶体。l l与与晶晶体体相相反反,没没有有固固定定的的熔熔点点;表表现现出出各各向向同同性性。晶晶体体与与非非晶晶体在一定条件下可互相转化体在一定条件下可互相转化。第2页,本讲稿共32页非晶体非晶体:蜂蜡、玻璃蜂蜡、玻璃 等。等。晶体晶体金刚石、金刚石、NaClNaCl、冰、冰 等。等。第3页,本讲稿共32页l原子(离子)的刚球模型第4页,本讲稿共32页二、晶体结构的基本知识二、晶体结构的基本知识1 1、晶格、晶格 假假设
3、设原原子子为为刚刚性性小小球球,利利用用假假想想的的几几何何线线条条连连接接起起来来构构成成一一个个空空间间格格架架,这这种种抽抽象象的的,用用于于描描述述原原子子在在晶晶体体中中排排列列形形式式的的几几何何空间格架就叫空间格架就叫晶格晶格晶格晶格。l l晶格中的每个点称为晶格中的每个点称为结点结点。晶格中各种不同方位的原子面称为。晶格中各种不同方位的原子面称为晶面晶面。2 2、晶胞、晶胞 组组成成晶晶格格的的最最基基本本几几何何单单元元称称为为晶晶胞胞。实实际际上上整整个个晶晶格格就就是是由由许许多多大大小小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的
4、。3 3、晶格常数、晶格常数 晶晶胞胞的的各各棱棱边边长长为为a a、b b、c c和和棱棱边边夹夹角角、。其其中中,棱棱边边长长度称为度称为晶格常数晶格常数。第5页,本讲稿共32页XYZabc晶格常数晶格常数a,b,c 第6页,本讲稿共32页三、金属特性和金属键三、金属特性和金属键1 1、金属特性、金属特性l l在在化学化学中,金属的特性表现在它与非金属元素发生化学反应并失去价电子;中,金属的特性表现在它与非金属元素发生化学反应并失去价电子;l l在在工工程程技技术术中中,金金属属特特性性表表现现在在他他具具有有金金属属光光泽泽,一一定定塑塑性性、良良好好的的导导电电性性与与导导热热性性以以
5、及及正正的的电电阻阻温温度度系系数数良良好好的的导导电电性性、导导热热性性、塑塑性性,具具有有金金属属光光泽泽,不不透透明明,正正的的电电阻阻温温度度系系数数。这这主主要要是是与金属原子的内部结构以及原子间的结合方式有关与金属原子的内部结构以及原子间的结合方式有关。2 2、金属键、金属键l l金金属属晶晶体体就就是是依依靠靠各各正正离离子子与与共共有有化化自自由由电电子子间间相相互互吸吸引引而而结结合合的方式称为的方式称为金属键金属键。第7页,本讲稿共32页金属键模型示意图第8页,本讲稿共32页l l金属特性的金属键理论解释金属特性的金属键理论解释(1 1)因为金属是金属键结合而成的,自由电子
6、在一定电位差下运动,就构成金属良好的导电性因为金属是金属键结合而成的,自由电子在一定电位差下运动,就构成金属良好的导电性 。(2 2)而这种运动又为金属所独有,同时已能传递热能,所以金属具有良好的导热性。而这种运动又为金属所独有,同时已能传递热能,所以金属具有良好的导热性。(3 3)当当金金属属原原子子相相对对位位移移时时,正正离离子子和和自自由由电电子子仍仍然然保保持持结结合合,因因而而金金属属可可变变形形而而不不破破坏坏,具有塑性。具有塑性。(4 4)金金属属中中的的自自由由电电子子容容易易吸吸收收可可见见光光而而被被激激发发到到较较高高的的能能级级,当当他他跳跳回回原原来来能能级级时时把
7、把吸吸收收的的可见光又重新辐射出来,因而金属不透明,有光泽。可见光又重新辐射出来,因而金属不透明,有光泽。(5 5)金金属属中中正正离离子子是是以以某某一一固固定定位位置置为为中中心心作作热热振振动动,对对自自由由电电子子的的流流动动有有阻阻碍碍作作用用,就就是是金金属属具具有有电阻的原因电阻的原因 。(6 6)随随着着温温度度的的升升高高,正正离离子子振振动动的的振振幅幅要要加加大大,对对自自由由电电子子通通过过的的阻阻碍碍作作用用也也加加大大,因因而金属的电阻是随温度升高而增大,即具有正的电阻温度系数。而金属的电阻是随温度升高而增大,即具有正的电阻温度系数。第9页,本讲稿共32页1 1 1
8、 1、体心立方晶格、体心立方晶格、体心立方晶格、体心立方晶格 bcc bcc bcc bcc-Fe-Fe、W W、V V、Mo Mo 等等四、常见金属晶格类型第10页,本讲稿共32页体心立方体心立方体心立方体心立方晶胞晶胞晶胞晶胞晶格常数:晶格常数:a=b=ca=b=c;=90=90 晶胞原子数:晶胞原子数:2 2原子半径:原子半径:致密度:致密度:0.680.68致密度致密度=Va/Vc=Va/Vc,其中,其中Vc:Vc:晶胞体积晶胞体积a a3 3Va:Va:原子总体积原子总体积2 2 4 4 r r3 3/3/3XYZabc2r2raa第11页,本讲稿共32页2 2 2 2、面心立方晶格
9、、面心立方晶格、面心立方晶格、面心立方晶格 fcc fcc fcc fcc-Fe-Fe、CuCu、NiNi、AlAl、AuAu、Ag Ag 等等第12页,本讲稿共32页面心立方面心立方面心立方面心立方晶胞晶胞晶胞晶胞晶格常数:晶格常数:a=b=ca=b=c;=90=90 晶胞原子数:晶胞原子数:4 4原子半径:原子半径:致密度:致密度:0.740.74XYZabc密排方向密排方向第13页,本讲稿共32页3 3 3 3、密排六方晶格、密排六方晶格、密排六方晶格、密排六方晶格 hcp hcp hcp hcpC C(石墨)、(石墨)、MgMg、Zn Zn 等等晶格常数晶格常数底面边长底面边长a a底
10、面间距底面间距c c侧面间角侧面间角120120 侧面与底面夹角侧面与底面夹角9090 晶胞原子数:晶胞原子数:6 6原子半径:原子半径:a/2a/2致密度:致密度:0.740.74第14页,本讲稿共32页五、晶体结构致密度五、晶体结构致密度l l致密度致密度:是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之比。:是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之比。1、体心立方的致密度第15页,本讲稿共32页2、面心立方与密排六方的致密度、面心立方与密排六方的致密度l l 计算同体心立方,均为计算同体心立方,均为0.740.74。l l在在晶晶体体中中,致致密密度度越越大大,原原子子排排列列就就越越紧紧密密。所所以以
11、,当当 铁铁 在在 冷冷 却却 时时,由由 于于 晶晶 格格 致致 密密 度度 较较 大大(0.740.74)的的面面心心立立方方晶晶格格r-Fer-Fe转转变变为为晶晶格格致致密密度度较较小小(0.680.68)的的体体心心立立方方晶晶格格-Fe-Fe,就就会会发发生生体体积膨胀而引起应力和变形。积膨胀而引起应力和变形。第16页,本讲稿共32页六、金属晶体中的晶面和晶向六、金属晶体中的晶面和晶向六、金属晶体中的晶面和晶向六、金属晶体中的晶面和晶向XYZabc在金属晶体中各原子组成的平面,称为晶面。通过两个以上原子中心连线直线所指方向称为晶向。XYZabc第17页,本讲稿共32页立方晶格中不同
12、方向的晶面与晶面指数立方晶格中不同方向的晶面与晶面指数立方晶格中不同方向的晶面与晶面指数立方晶格中不同方向的晶面与晶面指数第18页,本讲稿共32页 具具具具有有有有一一一一定定定定晶晶晶晶格格格格类类类类型型型型金金金金属属属属,在在在在晶晶晶晶体体体体的的的的各各各各个个个个晶晶晶晶面面面面与与与与晶晶晶晶向向向向上上上上原原原原子子子子排排排排列列列列紧紧紧紧密密密密程程程程度度度度是是是是不不不不同同同同的的的的,原原原原子子子子间间间间相相相相互互互互作作作作用用用用也也也也就就就就不不不不同同同同,因因因因而而而而使使使使晶晶晶晶体体体体在在在在不不不不同同同同方方方方向向向向上上上
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