工程材料---材料的结构

1、第二章第二章 材材 料料 的的 结结 构构第一节第一节 材料的结合方式材料的结合方式一、固体材料中的结合键一、固体材料中的结合键 (1)、离子键 当正电性金属与负电性金属原子形成化合物时，通过外层电子的重新分布和正负离子间的静电作用而相互结合，该结合键为离子键存在电子得失2、结合键分类1、结合键：组成物质质点(原子、分子或离子)间的结合在一起的作用力.(2)、共价键 原子间借助共用电子对所产生的力而相互结合，该结合方式称为共价键形成共用电子对. (3)、金属键 金属正离子与自由电子间的静电作用使金属原子结合起来形成金属整体，该结合方式称为金属键。 (4)、分子键 存在于中性原子或分子间的结合力

2、称为分子键，也称为范德华力。Ar、He、N2 (5)、氢键 氢键是一种特殊的分子间作用力。 当两种负电性大而原子半径较小的原子与氢原子结合时氢原子与一种原子之间形成共价键，与另一种原子形成氢键。F-HF 其本质是静电吸引力，具有饱和性和方向性。结合方式结合方式结合力结合力饱和性饱和性方向性方向性 性能性能离子键离子键 R+X- 较强无硬度高强度高共价键共价键共用电子对(价电子)最强有硬度高强度高熔点高金属键金属键R+和电子云次较强无硬度、强度较高分子键分子键范氏力(分子偶极矩间力)最弱无熔点低强度低 氢氢 键键 强的范氏力较弱有方向性二、工程材料的键性二、工程材料的键性常常是以某一种键型为主的

3、几种键型的混合结合1、金属材料金属键为主2、陶瓷材料离子键为主3、高分子材料共价键、分子键为主4、复合材料3种键型共存一、材料的组织与特征一、材料的组织与特征1、组织及其三个层次：宏观：20微观： 金相显微镜、 电子显微镜 原子结构；结合键；原子的排列方式；显微组织 第二节第二节 晶体学的基本概念晶体学的基本概念 2、显微组织 金相显微组织电子显微组织 晶体晶体 材料中的原子、离子、分子等在三维空间呈规则，周期性排列。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。 非晶体非晶体 原子无规则堆积，也称为 “过冷液体” 。液体液体二、晶体学

4、的基本概念二、晶体学的基本概念原子（离子）的刚球模型原子（离子）的刚球模型原子中心位置原子中心位置晶体结构晶体结构 1、晶格 2、晶胞 3、晶格常数 a 、b 、 c ；、 4、原子半径r: 原子排列最密方向相邻两个原子间距的一半 5、晶胞原子数：n 6、致密度 K=晶胞中原子所占V/晶胞总V晶胞晶胞点阵（晶格）模型点阵（晶格）模型晶胞晶胞XYZabc晶格常数晶格常数a，b，c、 XYZabc晶面晶面通过原子中心的平面晶向晶向通过原子中心的直线所指的方向XYZabc7、晶面与晶向（1）晶面指数的确定 1)建立坐标系-选取坐标原点O，过原点O建立坐标轴x,y, z, 以晶胞点阵矢量的长度作为坐标

5、轴的长度单位。 2)求得待定晶面在三个晶轴上的截距，若该晶面与某轴平行，则在此轴上截距为无穷大；若该晶面与某轴负方向相截，则在此轴上截距为一负值； 3)取各截距的倒数； 4)将三倒数化为互质的整数比，并加上圆括号，即表示该晶面的指数，记为( h k l ); 如果为负截距,()h k l100(100) (010) (001) (100) (010) (001)5)晶面族h k l : 1)建立坐标系-选取坐标系原点O，过原点O的晶轴为坐标轴x,y, z, 以晶胞点阵矢量的长度作为坐标轴的长度单位。 2)过原点O作一直线OP，使其平行于待定晶向。 3)在直线OP上选取距原点O最近的一个阵点P，

6、确定P点的3个坐标值。 4)将这3个坐标值化为最小整数u，v，w，加以方括号，u v w即为待定晶向的晶向指数。 如果为负值,（1）晶向指数的确定uv w立方晶格中的晶向5)晶向族: 100100010001100 010 001第三节第三节 金属的晶体结构金属的晶体结构一、常见纯金属晶格类型一、常见纯金属晶格类型 （一）体心立方晶格（bcc） (Body-centred Cubic Structure ) （二）面心立方晶格（fcc) (Face-centred Cubic Structure ) （三）密排六方晶格（hcp) (Close-packed Hexagonal Structur

7、e )（一）、体心立方晶格体心立方晶胞原子数: 2 个原子原子半径 ：致密度:举例:-Fe、Cr、Mo、W、V等。 ar4368. 04334233aaK（二）面心立方晶格（二）面心立方晶格面心立方晶胞原子数: 4个原子原子半径 ：致密度:举例:-Fe、 Al、Cu、Ni、Pb等。等。ar4274. 04234433aaK（三）、密排六方晶格密排六方晶格晶胞原子数： 6个原子致密度K=0.74属于这种晶格的金属有Be、Mg、 Zn、Cd等。 bcc fcc hcp晶格常数 a, 90 a, 90 a,c; 120,90 C/a=1.633r34 a24 a12 an246K.S 举例 W,Mo

8、,Cr Au,Ag,Cu Be,Mg,Zn三类晶格汇总比较二、金属单晶体的各向异性二、金属单晶体的各向异性、单晶体晶体内部的晶格位向完全一致，称之为单晶体。晶格取向一致的晶体。 单晶体制取方法： 单晶材料的制备关键使是避免多余晶核的形成，保证唯一晶核的长大. 按照单晶材料原子的来源，可以分为液相法、气相法和固相法，其中液相法应用较多，如单晶硅的制备。 、性能特点各向异性、产生原因-原子排列密度差异三、实际金属晶体结构与晶体缺陷三、实际金属晶体结构与晶体缺陷 (一一)晶体结构晶体结构 、多晶体 、晶粒-外形不规则的颗粒状单晶 （晶粒与亚晶粒） 、晶界-晶粒与晶粒间的交界面 （晶界与亚晶界） 、多

9、晶体的各向同性2）点缺陷对材料性能的影响1） 空位、间隙原子、置换原子当晶格中某些原子由于某种原因，（如热振动等）脱离其晶格结点而转移到晶格间隙这样就形成了点缺陷、点缺陷（二）晶体缺陷（二）晶体缺陷 、线缺陷（位错） 三种位错：刃型、螺型、混合型 位错密度 实际金属中位错分布：三维网状 位错的主要特点： 引起晶格畸变 产生应力场 受力时易运动和增殖/L V 、面缺陷（晶界和亚晶界） 原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如前面讲的晶界和亚晶界是晶体中典型的面缺陷。特点：缺陷多，畸变大，杂质富集强度、硬度高，熔点低，耐蚀性差 小结：小结： 以上实际金属中点、线、面缺陷的存在，严重地破坏了金属晶体的完整性，从而大大地影响着金属材料的各项性能。小结1.固体中