金属晶体结构教案.doc

金属工艺学教案一、 课题：第一节 金属的晶体结构二、 课型：新授三、教学内容：1.晶体与非晶体2.金属的晶体结构3.实际金属的晶体结构四、教学目的：掌握晶体结构及其对材料的物理化学性能、力学性能及工艺性能的影响，为后续课程的学习做好理论知识的准备。五、教学重点：常见的金属晶格类型六、教学难点：实际晶体结构中的晶体缺陷七、教学过程：（一）、课程导入 回顾前一章所学知识。提出问题：金属材料的使用性能包括哪些？其中什么是力学性能？什么是物理性能？什么是化学性能？金属材料的性能与金属的化学成分和内部组织结构有着密切的联系。即使是同一种金属材料，由于加工工艺不同也将使金属材料具有不同的内部结构，从而是金属材料具有不同的性能。（二）、新课1.晶体与非晶体固态物质按其原子（或分子）聚集状态可分为晶体和非晶体两大类。晶体：晶体是指组成微粒（原子、离子或分子）呈规则排列的物质。非晶体：非晶体是指其组成微粒无规则堆积在一起的物质。（如松香、玻璃、沥青） 晶体的特点：a.原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列； b.具有一定的熔点，如铁的熔点为1538，铜的熔点为1083 c.晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各向异性； d4.在一定条件下有规则的几何外形非晶体的特点：a.原子在三维空间呈不规则的排列。 b.没有固定熔点，随着温度的升高将逐渐变软，最终 变为有明显流动性的液体。如塑料、玻璃、沥青等。c.各个方向上的原子聚集密集大致相同，即具有各向同性。晶体与非晶体的本质区别在于原子三维空间内排列是否规则。2晶体结构的基本知识为了便于表明晶体内部原子排列的规律，把每个原子看成是固定不动的刚性小球，并用一些几何线条将晶格中各原子的中心连接起来，构成一个空间格架，各原子的中心就处在格架的几个结点上，这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。由于晶体中原子有规则排列且有周期性的特点，为了便于讨论 通常只从晶格中，选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞 在晶体学中，通常取晶胞角上某一结点作为原点，沿其三条棱边作三个坐标轴X、Y、Z，并称之为晶轴，而且规定坐标原点的前、右、上方为轴的正方向，反之为反方向，并以（晶格常数）棱边长度和棱面夹角来表示晶胞的形状和大小 。整个晶格就是有许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的。3. 常见金属的晶格类型 a.体心立方晶格：体心立方晶格的晶胞是立方体，立方体的八个顶角和中心各有一个原子，晶胞中实际含有的原子数为2个。 具有体心立方晶格的金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、等30余种金属。 b.面心立方晶格：面心立方晶格的晶胞是立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子，晶胞中实际含有的原子数为4个。 具有面心立方晶格的金属：-Fe、Ni、Al、Cu、Au、Agc.密排六方晶格：密排六方晶格的晶胞是六方柱体，在六方柱体的十二个顶角和上下底面中心各有一个原子，另外在上下面之间还有三个原子，晶胞中实际含有原子数为6个。 具有密排六方晶格的金属：Mg、Cd、Zn、Be、-Ti4.金属的实际晶体结构晶格位向完全一致的晶体叫做单晶体。实际使用的金属材料，由于受结晶条件和其它因素的限制，其内部结构都是由许多尺寸很小，各自结晶方位都不同的小单晶体组合在一起的多晶体构成。 由多晶粒构成的晶体称为多晶体。多晶体材料内部以晶界分开的、晶体学位向相同的晶体称为晶粒。两晶粒之间的交界处称为晶界 5. 晶体缺陷 实际晶体中存在的晶体缺陷，按缺陷几何特征可分为三种： 点缺陷、线缺陷、面缺。 a点缺陷：点缺陷是晶体中成点状的缺陷，即在三维空间上的尺寸都很小的晶体缺陷。 在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原子所占据，这种空着的位置称为空位。 同时又可能在个别空隙处出现多余的原子，这种不占有正常的晶格位置，而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。 b线缺陷：线缺陷是指在三维空间的两个方向上尺寸都很小的晶体缺陷。 晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象，称为位错。其特征是在一个方向上的尺寸很长，而另两个方向的尺寸很短。位错的主要类型有刃型位错和螺旋位错。 由于错位的存在，造成金属晶格畸变，并对金属的性能，如强度、塑性、疲劳及原子扩散、相变过程等都将产生重要影响。 c面缺陷：面缺陷是指二维尺度都很大，在第三个方向上的尺寸却很小，呈面状分布的缺陷。 在晶界处，由于原子呈不规则排列，使晶格处于畸变状态，它在常温下对金属的塑性变形起阻碍作用，从而使金属材料的强度和硬度都有所提高。（三）、课后作业 教材第31页，第一题中的17题；第二题中的13题八、板书设计第二章 金属学基础知识第一节 金属的晶体结构