材料科学基础-第2章1_ppt课件

第二章 金属及合金相的晶体结构 2.1 金属中常见的晶体结构 2.2 密堆积结构中密排原子面的堆积方式 2.3 密堆积结构中的间隙 2.4 体心立方结构的间隙 2.5 同素异构性 2.6 金属晶体中原子大小材料的结合键各种工程材料是由各种不同的元素组成，由不同的原子、离子或分子结合而成。结合键 原子、离子或分子之间的结合力。结合键分为：离子键共价健金属键分子键一、离子键正电性元素原子失去最外层价电子变成正离子，负电性元素原子后者获得电子变成负离子。正离子和负离子由静电引力相互吸引，形成稳定的离子键。 NaCl、 MgO、 Al2O3等由离子键组成。离子键示意图 氧化镁结构离子键特点：结合力很大。离子晶体的硬度高，强度大，热膨胀系统小，但脆性大。离子键中很难产生可以自由运动的电子，离子晶体都是良好的绝缘体。离子外层电子被束缚，可见光的能量一般不足以使其受激发，因而不吸收可见光，典型的离子晶体是无色透明的。二、共价键处于周期表中间位置的三、四、五价元素原子之间或与邻近元素原子形成分子或晶体时，以共用价电子形成稳定的电子满壳层的方式实现结合。由共用价电子对产生的结合键叫共价键。共价键示意图金属由金属键结合，金属具有下列特性：1.良好的导电性和导热性。金属中存在大量自由电子，外加电场时电子可以定向地流动。金属的导热性很好。自由电子的活动性很强，金属离子振动作用导热。2.正的电阻温度系数。随温度升高电阻增大。3.不透明并呈现特有的金属光泽。 自由电子能吸收并随后辐射出大部分投射到表面的光能。4.良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。金属键没有方向性，受外力作用发生原子位置的相对移动时，结合键不会遭到破坏。四、分子键甲烷分子在固态能相互结合成为晶体。结合过程中没有电子的得失、共有或公有化。靠范特瓦尔斯力结合起来，这种结合键叫分子键。分子键示意图 甲烷结构在含氢的物质，特别是含氢的聚合物中，一个氢原子可同时和两个与电子亲合能力大的、半径较小的原子 (F、 O、 N)相结合 , 形成 氢键 。氢健是一种较强的、有方向性的范德瓦尔斯键。尼龙 66的结构分子键特点： 范德瓦尔斯力很弱，由分子键结合的固体材料熔点低、硬度也很低。因无自由电子，材料有良好的绝缘性。一、晶体结构的密堆积原理1、密堆积原理金属晶体 金属键离子晶体 离子键分子晶体 范德华力原子晶体 共价键混合型晶体 共价键和范德华力晶体分类：结合力无方向结合力无方向性和饱和性性和饱和性 有方向性和饱和性有方向性和饱和性密堆积原理：密堆积原理： 原子、离子、分子的 排布总是趋向于配位数高，空间利用率大的紧密堆积结构方式，最紧密的堆积往往是最稳定的结构。金属晶体离子晶体空间利用率空间利用率 (堆积系数堆积系数 )：空间利用率 n 晶胞内圆球的数目配位数配位数 :密堆积：密堆积： 有限的原子、离子或分子尽量占取较小的空间的堆积。一个球周围最邻近的圆球的数目。 等径圆球的堆积模型 不等径圆球的堆积模型单位体积空间中圆球所占体积百分数。2、等径球的密堆积面心立方最密堆积（ A1）六方最密堆积（ A3 ）体心立方密堆积（ A2 ）金刚石型堆积（ A4 ）堆积型式 A1和 A3 型堆积等径圆球沿一维方向排列的唯一一种排列方式。密置列：密置列：等径圆球沿二维方向伸展的唯一一种排列方式。可抽象成平面点阵。密置层：密置层：将第二层球坐落在第一层球一半的 空隙上，就得到密置双层的唯一一种排列方式。密置双层：密置双层：第三层球放在第二层球的空隙上有两种方式密置堆：密置堆：重复 ABC的堆积叫 A1堆积，重复单位 ABC。ABCAABA重复 AB的堆积叫 A3堆积，重复单位 AB。四个球围成的空隙叫 四面体 空隙。六个球围成的空隙叫 八面体空隙 。4个 四面体空隙3个 八面体空隙A1堆积：堆积： 抽出立方面心晶胞，又叫面心立方最密堆积(cubic closest packing)简写为 ccp 。晶胞内含有晶胞内含有 4个球。个球。分数坐标：分数坐标：AABCxyz密置层为密置层为 (111) 配位数：一套等同点，一套等同点，点阵型式：点阵型式：结构基元：结构基元： 1个球个球12立方面心立方面心CBA设：晶胞中球半径为 r，晶胞参数为 aa 与与 r的关系：的关系：空间利用率：空间利用率： 4raaA1堆积中 , 球数 : 八面体空隙 : 四面体空隙 =1:1:2 8个四面体空隙，6个八面体空隙。紫球周围：紫球分摊到：四面体空隙中，每个球占 1/4个空隙。八面体空隙中，每个球占 1/6个空隙。四面体空隙八面体空隙A1中 , 晶胞中有 4个球 , 4个八面体空隙 , 8个四面体空隙八面体空隙的坐标： 四面体空隙的坐标：空隙半径 在晶胞空隙中放入球的最大半径称为空隙半径。 四面体空隙半径 : r四 =0.225r原子 八面体空隙半径 : r八 =0.414r原子四面体空隙半径 八面体空隙半径抽出六方晶胞，又叫六方最密堆积 (hexagonal closest packing)简写为 hcp 。 A3堆积：堆积：晶胞内含有个球。分数坐标：x yzABA1200密置层为密置层为 (001)配位数： 12结构基元：个球结构基元：个球点阵型式：点阵型式：个球为二套等同点六方简单六方简单BAAABABA设：球半径： r， 晶胞参数： aa 与与 r的关系：的关系：空间利用率： 2rbcaa2rA3堆积中堆积中 , 球数球数 :八面体空隙八面体空隙 :四面体空隙四面体空隙 = 1:1:2晶胞内有晶胞内有 2个球，个球，八面体空隙的坐标：2个八面体空隙，个八面体空隙， 4个四面体空隙。个四面体空隙。四面体空隙的坐标：xyz（ 4）致密度 0.74 (74%) （ 5）空隙半径 四面体空隙半径 为 : r 四 =0.225r原子 八面体空隙半径 为 : r八 =0.414r原子 （ 6）配位数 12 体心立方密堆积 A2和金刚石型堆积 A4晶胞中含两个球，分数坐标：一套等同点，立方体心