金属学第二章 金属的晶体结构..ppt

2 ? ——钨W ? ——汞 Hg ? ——铬 Cr ? ——锇 Os ? ——锂 Li ? ——铝 Al ? ——铁 Fe ? 、导电性最好的金属——银 Ag ? ——钙 Ca 金属之最 3第二章金属的晶体结构体心立方结构 body-centered cubic (bcc) 面心立方结构 face-centered cubic ( fcc ) 4 金属材料的化学成分不同,其性能也不同。对于同一种成分的金属材料,通过不同的加工处理工艺,改变材料内部的组织结构,也可以使性能发生极大的变化。可见,除化学成分外,金属的内部结构和组织状态也是决定金属材料性能的重要因素。金属和合金在固态下通常都是晶体,要了解金属及合金的内部结构,首先应了解晶体的结构,其中包括: ?晶体中原子是如何相互作用并结合起来的; ?原子的排列方式和分布规律; ?各种晶体结构的特点及差异等。 5 金属的传统定义: 良好导电性、导热性、延展性(塑性)和金属光泽的物质。但锑延展性不好; 铈和镨导电性还不如非金属(如石墨)。由性能确定,不具有共性,没揭示金属与非金属的本质区别。 金属严格定义: 具有正的电阻温度系数的物质,非金属的电阻都随温度升高而下降。由原子结构和原子间的结合方式确定。 6 金属的最外层电子数很少( 1~3),外层电子与原子核的结合力弱,容易脱离原子核的束缚而变成自由电子;原子成为正离子,将这些元素称为正电性元素。过渡族金属元素的核外电子先填充次外层再填充最外层电子,很容易失去,化合价可变。结合力特强,表现为熔点、强度高。 1、金属原子的结构特点原子(10 -10m、? = 10 -1 nm)= 带正电的原子核(质子+中子) ( 10 -14m) + 带负电的按能级排布核外电子(最外层与次外层为价电子) 。非金属外层电子数较多,最多 7个,最少 4个,易获得电子,原子成为负离子,故非金属元素又称为负电性元素。可见原子外层参与结合的电子数决定着结合键的本质,对化学性能、强度等特性有重要影响。 7 2、金属键处于聚集状态的金属原子将价电子贡献出来,为整个原子集体所共有,形成电子云。贡献出价电子的原子,变成正离子,沉浸于电子云中,依靠运动于其间的公有化自由电子的静电作用而结合—形成金属键—没有饱和性和方向性。……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………中性原子正离子电子云用金属键的特点解释金属特性导电性—自由电子在电场作用下定向移动形成电流; 导热性—自由电子的运动和正离子振动; 正电阻温度系数—正离子或原子的振幅随温度的升高增大,阻碍自由电子的定向运动, 使电阻升高; 金属光泽—电子跃迁吸收或放出可见光; 延展性—无饱和性和方向性。 8 延展性?物体在外力作用下能延伸成细丝而不断裂的性质叫延性;在外力(锤击或滚轧)作用能碾成薄片而不破裂的性质叫展性。?例如最细的白金丝直径不过 1/5000mm ,纯净的金属铂有高度的可塑性,可以冷轧制成厚度为 的箔。延展性最好金属的是金。有人将 28 克金延伸至 65 公里长。最薄的金箔只有 1/10000mm 厚,一两黄金,压成金箔可覆盖两个篮球场。金属的延展性可以由金属的结构得到解释。当金属受到外力作用时,金属内原子层之间容易作相对位移,金属发生形变而不易断裂,因此,金属具有良好的变形性。但也有少数金属,如锑、铋、锰等,性质较脆,没有延展性。 9 共价键相邻原子共用其外部价电子,形成稳定的电子壳层。金刚石中的碳原子间即为共价键。离子键正电性元素与负电性元素相遇时,电子一失一得,各自成为正、负离子,正、负离子间靠静电作用结合而成。 NaCL 10 3、结合力与结合能(双原子作用模型图解) 原子间结合力是由自由电子与金属正离子间的引力(长程力),以及正离子间、电子间的排斥力(短程力)合成的。当两原子间距较大,引力>斥力,两原子自动靠近;当两原子自动靠近,使电子层发生重叠时,斥力↑↑;直到两原子间距为 d 0时,引力= 斥力。任何对平衡位置 d 0的偏离,都将受到一个力的作用,促使其回到平衡位置。原子间最大结合力不是出现在平衡位置 d 0而是在 d c位置,最大结合力与金属的理论抗拉强度相对应。结合能是吸引能和排斥能的代数和。当原子处于平衡距离 d 0时,其结合能达到最低值,此时原子的势能最低、最稳定。任何对 d 0的偏离, 都会使原子