固体材料结构的有关概念

1、第第1 1章章 机械工程材料的结构机械工程材料的结构The Structure of The Structure of Mechanical Engineering Mechanical Engineering MaterialsMaterials l材料的性能主要决定于其材料的性能主要决定于其化学组成和结构化学组成和结构。所谓。所谓“结结构构”系指材料中原子的排列位置和空间分布，从微观到系指材料中原子的排列位置和空间分布，从微观到宏观，其大致可分为三个层次：一是组成材料的单个原宏观，其大致可分为三个层次：一是组成材料的单个原子结构和原子结合键，二是材料中原子的空间排列，三子结构和原子结合键，

2、二是材料中原子的空间排列，三是材料的微观与宏观组织结构。固体材料的结构若为规是材料的微观与宏观组织结构。固体材料的结构若为规则排列则是晶态，若为不规则排列则是非晶态。在绝大则排列则是晶态，若为不规则排列则是非晶态。在绝大多数情况下，晶态结构并不是十分完整的，即在其规则多数情况下，晶态结构并不是十分完整的，即在其规则排列中，局部存在着各种缺陷。因此研究机械工程材料排列中，局部存在着各种缺陷。因此研究机械工程材料的结构，对于生产、加工，使用现有材料和发展新型材的结构，对于生产、加工，使用现有材料和发展新型材料均具有重要的意义。料均具有重要的意义。 l1. 1. 熟悉三种典型金属晶体结构的特点，立方

3、晶熟悉三种典型金属晶体结构的特点，立方晶胞中晶面、晶向的表示方法，实际金属中晶体缺胞中晶面、晶向的表示方法，实际金属中晶体缺陷的种类、主要形式及其对材料性能的影响；陷的种类、主要形式及其对材料性能的影响；l2. 2. 掌握金属合金相结构的基本类型、性能特点掌握金属合金相结构的基本类型、性能特点及其在合金中的地位与作用；及其在合金中的地位与作用；l3. 3. 了解聚合物与陶瓷材料的结构特点；了解聚合物与陶瓷材料的结构特点；l4. 4. 建立建立“相相”、“组织组织”的概念。的概念。 l1. 1. 本章本章学习的重点学习的重点是有关金属材料的晶体结是有关金属材料的晶体结构特点，它包括：构特点，它包

4、括：（1 1） 牢记有关晶体结构的基本概念；牢记有关晶体结构的基本概念；（2 2）熟知纯质材料中三种理想的典型晶体结构特点，以及晶体）熟知纯质材料中三种理想的典型晶体结构特点，以及晶体缺陷的类型、主要形式、对材料性能的影响；缺陷的类型、主要形式、对材料性能的影响； （3 3）明确立方晶系中晶面与晶向指数的表示方法（以掌握）明确立方晶系中晶面与晶向指数的表示方法（以掌握“简简单指数单指数”为主）；为主）；（4 4）掌握合金相结构的基本类型、分类、总的性能特点及其在）掌握合金相结构的基本类型、分类、总的性能特点及其在合金中的地位与作用。合金中的地位与作用。 l2. 2. 教学难点：教学难点： 应密

5、切联系贯穿本课程的应密切联系贯穿本课程的“纲纲”，加深理解学习本，加深理解学习本章内容的重要性；章内容的重要性；l2. 2. 在学习过程中，应密切联系材料的结构与宏观性能在学习过程中，应密切联系材料的结构与宏观性能之间的关系，加深理解学习材料结构的重要性；之间的关系，加深理解学习材料结构的重要性；l3. 3. 在各节内容的学习上，应注意其前提条件，这样便在各节内容的学习上，应注意其前提条件，这样便于把握各节之间的相互关系；于把握各节之间的相互关系；l4. 4. 在本章内容安排上，遵循从微观在本章内容安排上，遵循从微观宏观，理论宏观，理论实实际，纯质材料际，纯质材料一般工程材料这一规律，在学习中

6、应予一般工程材料这一规律，在学习中应予以注意。以注意。 第第1 1章章 机械工程材料的结构机械工程材料的结构The Structure of Mechanical Engineering The Structure of Mechanical Engineering MaterialsMaterials1.1 固体材料结构的有关概念固体材料结构的有关概念Concepts about solid materials structure 1.2 固体材料的晶体结构固体材料的晶体结构Crystal structure of solid materials1.3 一般工程材料的结构特点一般工程材料的结

7、构特点Structure characteristics of general engineering materials 1.1 1.1 固体材料结构的有关概念固体材料结构的有关概念 C Concepts about solid materials structureoncepts about solid materials structure l 1.1.1 1.1.1 晶体与非晶体晶体与非晶体（Crystals and non-Crystals and non-crystalscrystals）l按固体中原子排列的有序程度，而分为晶体结按固体中原子排列的有序程度，而分为晶体结构和非晶态结

8、构两种基本类型。构和非晶态结构两种基本类型。1.1 1.1 固体材料结构的有关概念固体材料结构的有关概念 C Concepts about solid materials structureoncepts about solid materials structure l1. 1. 晶体结构晶体结构长程有序长程有序 “ “长程有序长程有序”( (远程有序远程有序) )指的是原子在很大范围内均是按一定规则排指的是原子在很大范围内均是按一定规则排列列( (即原子在三维空间作有规则的周期性重复排列即原子在三维空间作有规则的周期性重复排列) )，具有长程有序，具有长程有序排列的材料即为排列的材料即为晶

9、体材料晶体材料。这种长程有序排列的特征就称之谓。这种长程有序排列的特征就称之谓晶晶体结构体结构。晶体材料的特点是。晶体材料的特点是: :（1 1）结构有序，物理性质表现为各向异性）结构有序，物理性质表现为各向异性; ;（2 2）具有固定的熔点）具有固定的熔点; ;（3 3）晶体的排列状态是由构成原子或分子的几何学形状和键的形式）晶体的排列状态是由构成原子或分子的几何学形状和键的形式决定的决定的; ;（4 4）一般当晶体的外形发生变化时，晶格类型并不改变。）一般当晶体的外形发生变化时，晶格类型并不改变。 1.1 1.1 固体材料结构的有关概念固体材料结构的有关概念 C Concepts abou

10、t solid materials structureoncepts about solid materials structure l2. 2. 非晶态结构非晶态结构短程有序短程有序( (近程有序近程有序) )l 所谓所谓“短程有序短程有序”，系指原子仅在很小的范围系指原子仅在很小的范围( (约几十个原子的尺度约几十个原子的尺度) )内呈一定的规则排列，而从大范围来看，则找不到规则排列的规律。若内呈一定的规则排列，而从大范围来看，则找不到规则排列的规律。若固体材料中仅存在短程有序，则称其为固体材料中仅存在短程有序，则称其为非晶体材料非晶体材料( (或无定形材料或无定形材料) )。这种这种短程

11、有序排列的特征，即称为短程有序排列的特征，即称为非晶态结构非晶态结构( (或无定形结构或无定形结构) )。非晶态结构被非晶态结构被认为是认为是“冻结了冻结了”的液态结构。即非晶体在整体上是无序的，但原子之的液态结构。即非晶体在整体上是无序的，但原子之间也是靠化学键结合在一起的，所以在有限的小范围内观察，还是有一间也是靠化学键结合在一起的，所以在有限的小范围内观察，还是有一定的规律性。定的规律性。非晶体材料的共同特点是非晶体材料的共同特点是: :l（1 1）结构无序，物理性质表现为各向同性）结构无序，物理性质表现为各向同性; ;l（2 2）无固定熔点）无固定熔点; ;l（3 3）导热性和热膨胀性

12、均小）导热性和热膨胀性均小; ;l（4 4）塑性形变大）塑性形变大; ;l（5 5）组成的变化范围大。）组成的变化范围大。1.1 1.1 固体材料结构的有关概念固体材料结构的有关概念 C Concepts about solid materials structureoncepts about solid materials structure l 从理论上分析，如果抑止晶化固态反应过程，从理论上分析，如果抑止晶化固态反应过程，则任何物质均能发生非晶态固化反应，而获得则任何物质均能发生非晶态固化反应，而获得非晶态材料非晶态材料。如纯金属液体在高速冷却（。如纯金属液体在高速冷却（V V冷速冷速1

13、0101010K/sK/s）下可得到非晶态金属。从已得到）下可得到非晶态金属。从已得到的结果看，的结果看，非晶态材料具有较高的强度、硬度非晶态材料具有较高的强度、硬度和抗蚀性能等。和抗蚀性能等。 1.1 1.1 固体材料结构的有关概念固体材料结构的有关概念 C Concepts about solid materials structureoncepts about solid materials structure 1.1 1.1 固体材料结构的有关概念固体材料结构的有关概念 C Concepts about solid materials structureoncepts about solid materials structure 1.1.2 1.1.2 晶体