材料科学基础教程

1 第一章材料的结构 本章提要结合键与材料的性质晶体学的基本概念纯金属的晶体结构合金的晶体结构 2 第一章材料的结构第一节材料的结合方式 1 1 1化学键化学键 组成物质的质点的相互作用力 共价键共用电子对有饱和性与方向性 共价晶体高熔点 高强度 较好绝缘性 3 2 离子键得失电子形成没有方向性和饱和性离子晶体高熔点 高硬度 导电 熔融 4 3 金属键原子共用自由电子形成无饱和性和方向性 金属晶体原子排列密度高 能变形 导电 导热 5 金属原子结构的特点 外层电子少 易失去 有自由电子 金属离子与自由电子形成键 金属键无方向性有良好的塑性有固溶能力 6 4 范德瓦尔键分子间静电引力形成 分子键聚合物链间没有方向性和饱和性分子晶体如冰 干冰等熔点低 硬度小 7 1 1 2工程材料的键性 图1 4 8 第二节晶体学基础 1 2 1晶体与非晶体晶体 物质的质点在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质 长程有序晶体的特性 各向异性 固定的熔点 产生电子衍射等 9 Al原子的微观排列 10 单晶体的各向异性 11 1 2 2空间点阵 1 点阵 阵点与晶格空间点阵 将理想晶体抽象为无数相同的质点 原子等的中心 其在空间的排列称为空间点阵 简称点阵 阵点 点阵中的单个质点 晶格 将阵点用一系列平行的直线连接起来构成的空间格架 12 2 晶胞晶胞 构成点阵的最基本单元 晶胞选择的依据 反映点阵的规律反映点阵对称性 平衡六面体内各角与棱尽量相等 棱之间尽量为直角 晶胞体积最小 13 3 晶胞参数 晶格常数 晶轴间角 4 七个晶系与十四种Bravis点阵 14 15 1 2 3晶向指数与晶面指数 基本概念晶面 晶体中由一系列原子组成的平面 晶向 任意两个原子之间连线所指的方向 晶向指数与晶面指数 标明晶面与晶向空间方位排列的统一方法 16 试写出以下晶向指数 uvw 17 晶向族平行且同向的晶向指数相同 方向相反晶向的指数为相反数 用 代表所有原子排列相同但空间位向不同的晶向 称晶向族 18 正交系常用晶向指数 19 2 晶面指数 三步法确定晶面指数 hkl 取坐标求截距求倒数 化整 20 试写出以下晶面指数 hkl 21 晶面族平行晶面的指数相同指数互为相反数时 晶面法线反向用 hkl 代表空间位向不同 但原子排列情况完全相同的晶面 称为晶面族 22 立方系常用晶面指数 23 111 四面体 D A B C 24 3 六方晶系的晶面指数与晶向指数 四轴坐标 晶面指数同于立方系方法晶向指数转换法u 1 3 2U V v 1 3 2V U t u v w W 25 六方系常用晶面与晶向 26 4 晶带与晶带定理 晶带 由与某一晶向直线平行及所有相交于该晶向直线的所有晶面构成的集合 该直线称为该晶体带轴 晶带定理 在立方晶系中 若晶面 hkl 的晶带轴是 uvw 则必有hu kv lw 0反之亦然 27 5 晶面间距 28 课后练习 在立方晶胞中画出 四个 111 晶面和六个 110 晶面八个晶向和12个晶向上述对应的晶面与晶向之间有什么特殊位置关系 写出与六方晶系中的 101 111 及 001 对应的四轴指数 29 第三节材料的晶体结构 1 3 1典型金属的晶体结构体心立方 面心立方 密排六方结构B C C F C C H C P 30 晶胞中的原子数原子半径配位数致密度原子堆垛方式晶体结构中的间隙 31 1 晶胞中的原子数 32 2 原子半径 33 3 配位数 配位数 一个原子周围最近邻并且等距离的原子的个数 34 4 致密度 晶胞中原子所占的体积 体心立方面心立方密排六方 35 5 原子堆垛 单击看动画 体心立方的原子堆垛 密排面 110 36 37 密排六方与面心立方的原子堆垛 密排面原子排列特点 密排面 111 0001 原子形成密集堆积的堆积位置可以是A B或者C 38 面心立方晶胞中的密堆积面 39 面心立方与密排六方堆垛的差异 40 密排六方的原子堆垛 41 面心立方的原子堆垛 42 6 晶体结构中的间隙 体心立方结构的间隙 43 面心立方结构的间隙 44 密排六方结构的间隙 45 7 多晶型性 多晶型性及多晶型转变 一种材料具有几种不同晶体结构