1、金属的晶体结构.ppt

2 阐述金属材料的化学成分、微观组织结构与宏观力学性能三者之间的关系和变化规律的科学。通过本课程的学习,达到能够运用金属学、热处理原理和金属材料的基本理论知识,认识与分析学习本专业课程中所遇到的有关问题; 掌握和运用金属材料及热处理知识,能合理而经济地选用金属材料和提出合理的热处理工艺方案等。 3 ? ——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4 第一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) 5 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。 6 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。 7 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 、? = 10-1nm)= 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。 8 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。 9 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。 10 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