华中科技大学陶瓷学第一章PPT.ppt

CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.1原子间的结合力,结合键：原子（离子或分子）间的作用力。,根据结合键可将材料分为金属、无机材料和高分子材料；金刚石和石墨，具有不同的键合方式，性质不一；金属、半导体和绝缘体材料原子结合情况不同，导致具有不同的能带结构，有着截然不同的导电性,材料的许多性能在很大程度上取决于原子结合键,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.1原子间的结合力,化学键,物理键,依靠外层电子转移或形成电子对形成稳定的电子结构，使原子相互结合起来；结合力较强，或称主价键、一次键；包括离子键、共价键、金属键。,依靠原子之间的偶极吸引力结合而成；结合力较弱，或称二次键；包括范德华键和氢键。,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.1原子间的结合力,金属键（Metallicbonding）,共价键（covalentbonding）,离子键（Ionicbonding）,化学键（Chemicalbonding）,范德华键（VanderWaalsbonding）,主价键primaryinteratomicbonds,氢键（Hydrogen-bonding)，介于化学键和范德华健之间,物理键（physicalbonding),CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.1原子间的结合力,电子转移,不稳定,稳定,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.1原子间的结合力,离子键：正离子与负离子静电引力吸引，形成离子键。,成键微粒：正、负离子,相互作用：静电作用（静电引力和斥力）,成键过程：正负离子接近到某一定距离时，吸引和排斥达到平衡，就形成了离子键。特点：结合力大,1.1.1化学键,晶体高强度、高硬度，脆热膨胀系数小，良好的绝缘体,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.1原子间的结合力,1.1.1化学键,H和原子形成HCl过程中，能否形成离子键？为什么？,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.1原子间的结合力,共价键：原子之间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。,成键微粒：原子,相互作用：共用电子对,成键元素：同种或不同种非金属元素,特点：,结合力大：共价晶体如陶瓷、Si，高强度、高硬度，脆，熔点高；饱和性、方向性：有方向性，不允许改变原子之间的相对位置，材料不具有塑性，坚硬；如金刚石是材料中的最坚硬的物质之一。,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.1原子间的结合力,金属键：金属中的自由电子和金属正离子相互作用构成金属键。,特点：电子共有化，正离子与电子云,金属原子失去价电子具有稳定电子结构，形成阳离子，金属阳离子在空间规则排列；电子是非局域性的，可以在各个正离子之间自由运动，形成自由电子，即“电子云”；金属正离子与自由电子之间产生静电引力。,当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时，不至于使金属键破坏，这就使金属具有良好延展性，并且，由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电和导热性能。,1.1.1化学键,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.1原子间的结合力,范德华键：又称分子键，主要指分子或原子团具有极性，存在于中性的原子或分子之间的结合力。,氢键：含氢物质中，H与其它原子形成共价键，共有电子偏离H，H与另外一原子吸引，形成附加键。,特点：结合力小，易变形，熔点低，硬度低，如Ar,特点：有方向性，结合力较强，比离子键、共价键小，如H2O,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.1原子间的结合力,陶瓷材料的化学键？,1.1.1化学键,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.1原子间的结合力,1.1.1化学键,陶瓷化合物的结合键,常出现离子键与共价键混合的情况,金属正离子与非金属离子组成的化合物通常不是纯粹的离子化合物，性质不能只用离子键来解释,离子键的比例取决于组成元素的电负性差，电负性相差越大，离子键比例越高,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.1原子间的结合力,1.1.1化学键,电负性,电负性综合考虑了电离能和电子亲合能，首先由莱纳斯鲍林于1932年提出。它以一组数值的相对大小定量地表示出元素原子在化合物中对键合电子的吸引能力（键合电子：原子中用于形成化学键的电子），称为相对电负性，简称电负性。元素电负性数值越大，原子在形成化学键时对成键电子的吸引力越强（稀有气体除外）,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.2晶体结构,1.2.1晶体结构,材料科学研究中关注的几个重要内容,金属材料的性能是由其组织结构决定的。金属的组织结构就是其内部原子的排列方式。,非晶体结构,晶体结构,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.2.1晶体结构,晶格、晶胞、晶体常数,晶胞,有序的结构,晶格：为了便于理解和描述晶体中原子排列的规律，可以近似地将晶体中每一个原子看成是一个点，并将各点用假想的线连接起来，就得到一个空间骨架，简称晶格。晶胞：即晶格中最小的几何单元。,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.2.1晶体结构,晶格、晶胞、晶体常数,晶胞的选取原则,充分选取的平行六面体应与宏观晶体具有同样的对称性；平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；当平行六面体的棱角存在直角时，直角的数目应最多；在满足上条件，晶胞应具有最小的体积。,晶格常数,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，并以棱边长度a、b、c和棱面夹角.来表示晶胞的形状和大小。,对称最好棱角最多直角最多体积最小,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.2.1晶体结构,布拉菲点阵,根据6个点阵参数间的相互关系，可将全部空间点阵归属于7种类型，即7个晶系。布拉维（BravaisA）用数学方法推导出能够反映空间点阵全部特征的单位平面六面体只有14种，称布拉菲点阵。,简单立方,面心立方,体心立方,简单四方,体心四方,简单正交,底心正交,面心正交,体心正交,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.2.1晶体结构,布拉菲点阵,简单单斜,底心单斜,简单六方,简单四方,简单三斜,CompanyLogo,第一章陶瓷的晶体结构,1.2.1晶体结构,晶胞中的原子数,其他常见金属晶体结构,在晶胞不同位置的原子由不同数目的晶胞分享：顶角原子1/8棱上原子1/4面上原子1/2晶胞内部1,CompanyLogo