材料科学基础教程

*,第一章 金属的结构,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一章 材料的结构,本章提要,结合键与材料的性质,晶体学的基本概念,纯金属的晶体结构,合金的晶体结构,1,第一章 材料的结构第一节 材料的结合方式,1.1.1,化学键,化学键,组成物质的质点的相互作用力。,共价键,共用电子对,有饱和性与方向性。,共价晶体,高熔点，高强度，较好绝缘性。,2,2.,离子键,得失电子形成,没有方向性和饱和性,离子晶体,高熔点，高硬度，导电（熔融）,3,3.,金属键,原子共用自由电子形成,无饱和性和方向性。,金属晶体,原子排列密度高，能变形，导电，导热。,4,金属原子结构的特点,外层电子少，易失去。,有自由电子。,金属离子与自由电子形成键。,金属键无方向性,有良好的塑性,有固溶能力,5,4.,范德瓦尔键,分子间静电引力形成，分子键,聚合物链间,没有方向性和饱和性,分子晶体,如冰、干冰等,熔点低，硬度小,6,1.1.2,工程材料的键性,图,1-4,7,第二节 晶体学基础,1.2.1,晶体与非晶体,晶体,：物质的质点在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质。,长程有序,晶体的特性,：,各向异性、固定的熔点、产生电子衍射等。,8,Al,原子的微观排列,9,单晶体的各向异性,10,1.2.2,空间点阵,1.,点阵、阵点与晶格,空间点阵,：将理想晶体抽象为无数相同的质点（原子等的中心），其在空间的排列称为空间点阵，简称点阵。,阵点,：点阵中的单个质点。,晶格,：将阵点用一系列平行的直线连接起来构成的空间格架。,11,2.,晶胞,晶胞,：构成点阵的最基本单元。,晶胞选择的依据,：,反映点阵的规律,反映点阵对称性。,平衡六面体内各角与棱尽量相等。,棱之间尽量为直角。,晶胞体积最小。,12,3.,晶胞参数：,晶格常数、,晶轴间角,、,、,4.,七个晶系与十四种,Bravis,点阵,13,14,1.2.3,晶向指数与晶面指数,基本概念,晶面,：,晶体中由一系列原子组成的平面。,晶向,：,任意两个原子之间连线所指的方向。,晶向指数与晶面指数,：,标明晶面与晶向空间方位排列的统一方法。,15,试写出以下晶向指数,uvw,16,晶向族,平行且同向的晶向指数相同。,方向相反晶向的指数为相反数。,用,代表所有原子排列相同但空间位向不同的晶向，称,晶向族,。,17,正交系常用晶向指数,18,2.,晶面指数,三步法确定晶面指数,（,hkl,）,取坐标,求截距,求倒数、化整,19,试写出以下晶面指数（,hkl,）,20,晶面族,平行晶面的指数相同,指数互为相反数时，晶面法线反向,用,hkl,代表空间位向不同，但原子排列情况完全相同的晶面，称为,晶面族,。,21,立方系常用晶面指数,22,111,四面体,D,A,B,C,23,3.,六方晶系的晶面指数与晶向指数,四轴坐标,晶面指数,同于立方系方法,晶向指数,转换法,u=1/3,（,2U-V,）,v=1/3,（,2V-U,）,t= -(,u+v,）,w=W,24,六方系常用晶面与晶向,25,4.,晶带与晶带定理,晶带,：由与某一晶向直线平行及所有相交于该晶向直线的,所有晶面,构成的,集合,。该直线称为该晶体带轴。,晶带定理,：,在立方晶系中，若晶面（,hkl,）的晶带轴是,uvw,，则必有,hu+kv+lw,=0,反之亦然。,26,5.,晶面间距,27,课后练习,在立方晶胞中画出：,四个,111,晶面和六个,110,晶面,八个,晶向和,12,个,晶向,上述对应的晶面与晶向之间有什么特殊位置关系？,写出与六方晶系中的,101,，,111,及,001,对应的四轴指数,-,-,-,28,第三节 材料的晶体结构,1.3.1,典型金属的晶体结构,体心立方、面心立方、密排六方结构,B.C.C. F.C.C. H.C.P.,29,晶胞中的原子数,原子半径,配位数,致密度,原子堆垛方式,晶体结构中的间隙,30,1.,晶胞中的原子数,31,2.,原子半径,32,3.,配位数,配位数：一个原子周围最近邻并且等距离的原子的个数。,FCC,CPH,33,4.,致密度,晶胞中原子所占的体积,体心立方,面心立方,密排六方,34,5.,原子堆垛,单击看动画,体心立方的原子堆垛,密排面,110,35,36,密排六方与面心立方的原子堆垛,密排面原子排列特点,密排面,111,，（,0001,）,原子形成密集堆积的堆积位置可以是,A, B,或者,C,37,面心立方晶胞中的密堆积面,38,面心立方与密排六方堆垛的差异,39,密排六方的原子堆垛,40,面心立方的原子堆垛,41,6.,晶体结构中的间隙,体心立方结构的间隙,42,面心立方结构的间隙,43,密排六方结构的间隙,44,7.,多晶型性,多晶型性及多晶型转变：,一种材料,具有几种不同晶体结构的性质,称多晶型性。,当改变温度或压力时，晶体从一种结构转变为另一种结构，称,多晶型转变,。,意义：,热处理的工艺基础,通过改变结构而改变性能,多晶型转变的体积变化,45,纯铁的多晶型转变及体积变化,46,