第2章晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶.ppt

1、,機(jī)械工程材料,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,第 2 章,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,本章介紹金屬材料的結(jié)構(gòu)與組織，包括純金屬的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷和鑄錠組織。 重點(diǎn)是晶體的概念及特點(diǎn)；金屬晶體的基本類型。,內(nèi)容簡(jiǎn)介,機(jī)械工程材料,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,物質(zhì)由原子組成。原子的結(jié)合方式和排列方式?jīng)Q定了物質(zhì)的性能。 原子、離子、分子之間的結(jié)合力稱為結(jié)合鍵。它們的具體組合狀態(tài)稱為結(jié)構(gòu)。,材料的結(jié)構(gòu),機(jī)械工程材料,C60,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,金屬在固態(tài)下通常都是晶體，所以研究金屬首先應(yīng)該從了解晶體結(jié)構(gòu)開始。,2.1 金屬的晶體結(jié)構(gòu),什么是晶體、非晶體 晶體的抽象(晶格、晶胞、晶向、晶格常數(shù)) 晶體結(jié)構(gòu)的定量描述（晶面指數(shù)、

2、晶向指數(shù)）,機(jī)械工程材料,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,晶體：材料的原子（離子或分子）在三維空間呈規(guī)則，周期性排列，長(zhǎng)程有序。 非晶體：材料的原子（離子、分子）無(wú)規(guī)則堆積，和液體相似，亦稱為“過(guò)冷液體”或“無(wú)定形體”。,1.晶體的概念,機(jī)械工程材料,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,晶體： （1）結(jié)構(gòu)有序； （2）物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性； （3）有固定的熔點(diǎn)。 非晶體： （1）結(jié)構(gòu)無(wú)序； （2）物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性； （3）沒(méi)有固定熔點(diǎn)。,晶體和非晶體的區(qū)別,機(jī)械工程材料,熔點(diǎn),晶體,非晶體,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,固態(tài)金屬的特性：,2.固態(tài)金屬的特性和金屬鍵,機(jī)械工程材料,取決于金屬鍵的結(jié)合性質(zhì),不透明、有光澤 有延展性 良好的

3、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性 正的電阻溫度系數(shù),晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,金屬鍵：金屬中的自由電子和金屬正離子相互作用所構(gòu)成。 金屬鍵的基本特點(diǎn)是電子的共有化。,金屬鍵,機(jī)械工程材料,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,離子鍵鍵合的基本特點(diǎn)是以離子而不是以原子為結(jié)合單元。 在離子晶體中很難產(chǎn)生自由運(yùn)動(dòng)的電子。,離子鍵,機(jī)械工程材料,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,每個(gè)離子周圍有6個(gè)最近鄰的異性離子 離子晶體的硬度高、但脆性也大,離子晶體,機(jī)械工程材料,NaCl的晶體結(jié)構(gòu),晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,兩個(gè)或多個(gè)電負(fù)性相差不大的原子間通過(guò)共用電子對(duì)而形成的化學(xué)鍵。,共價(jià)鍵,基本特點(diǎn)是核外電子云達(dá)到最大的重疊，形成“共用電子對(duì)”，有確定的方位，且配位數(shù)較小,機(jī)械工程材料

4、,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,共價(jià)晶體,機(jī)械工程材料,金剛石晶體結(jié)構(gòu) 硅氧四面體,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,高分子晶體,機(jī)械工程材料,線型高聚物 體型高聚物,具有一定規(guī)則、相互平行排列的長(zhǎng)分子鏈結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出一定的結(jié)晶性的高聚物,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,晶體結(jié)構(gòu)：晶體中原子（離子或分子）規(guī)則排列的方式，即晶體中原子排列的具體情況。,金屬的晶體結(jié)構(gòu),機(jī)械工程材料,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,金屬的晶體結(jié)構(gòu),陣點(diǎn)：將晶體結(jié)構(gòu)中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)抽象為規(guī)則排列于空間的幾何點(diǎn)，稱之為陣點(diǎn)。 空間點(diǎn)陣：陣點(diǎn)在三維空間規(guī)則排列的陣列稱為空間點(diǎn)陣，簡(jiǎn)稱點(diǎn)陣。 晶胞：點(diǎn)陣具有代表性的組成單元。將晶胞作三維的重復(fù)堆砌就構(gòu)成了空間點(diǎn)陣。,機(jī)械工程材料,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

5、,理想晶體的晶體學(xué)抽象,空間規(guī)則排列的原子剛球模型晶格（剛球抽象為晶格結(jié)點(diǎn)，構(gòu)成空間格架）晶胞（具有周期性的最小組成單元）,機(jī)械工程材料,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,同一空間點(diǎn)陣可因選取方式不同而得到不相同的晶胞。 晶胞的選取應(yīng)反映出：點(diǎn)陣的對(duì)稱性最高、直角最多、晶胞體積最小。,晶胞的選取原則,機(jī)械工程材料,晶胞是指能代表晶格原子排列規(guī)律的最小幾何單元,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,晶胞的描述,用晶胞的三條棱邊長(zhǎng)a、b、c和三條棱邊之間的夾角、等6個(gè)參數(shù)來(lái)描述其幾何特征。 其中a、b、c 為晶格常數(shù) 單位為（1110-8cm） 金屬的晶格常數(shù)一般為: 110-10 m710-10 m。,機(jī)械工程材料,X,Y,Z,a,b,c,晶格常數(shù) a，b，c,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,晶胞的描述,不同元素組成的金屬晶體因晶格形式及晶格常數(shù)的不同,表現(xiàn)出不同的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。 金屬的晶體結(jié)構(gòu)可用X射線結(jié)構(gòu)分析技術(shù)進(jìn)行測(cè)定。,機(jī)械工程材料,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,14種布拉菲點(diǎn)陣,根據(jù)6個(gè)點(diǎn)陣參數(shù)間的相互關(guān)系，可將全部空間點(diǎn)陣歸屬于7種類型，即7個(gè)晶系。 按照“每個(gè)陣點(diǎn)的周圍環(huán)境相同”的要求，布拉菲（Bravais A）用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出能夠反映空間點(diǎn)陣全部特征的單位平面六面體只有14種，稱布拉菲點(diǎn)陣。,機(jī)械工程材料,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,14種布拉菲點(diǎn)陣,機(jī)械工程材料,三斜晶系：簡(jiǎn)單三斜,單斜晶系：,晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶