第2章 材料的结构.ppt

1、第2章 材料的结构,工程材料的键性 1. 金属材料 2. 陶瓷材料 3. 高分子材料 晶体与非晶体 1. 晶体 2. 非晶体 3. 晶体与非晶体的转化,1. 晶格和晶胞 晶体示意图,金属的结构与性能,一、纯金属的晶体结构 （一）晶体的基本概念,（一）晶体的基本概念,2. 晶系,（一）晶体的基本概念,3. 晶格尺寸和原子半径 4. 晶胞原子数 5. 配位数和致密度,（二）常见金属的晶格类型（bcc）,1. 体心立方晶格,（二）常见金属的晶格类型（bcc）,1). 排列特征，如图 2). 晶格常数 abc；90 3). 原子半径 4). 晶胞所含原子数 2个 5). 配位数 8个 6). 致密度

2、0.68或68 7). 具有体心立方晶格的金属有： -Fe, -Ti, Cr, W, Mo, V, Nb等,（二）常见金属的晶格类型（fcc）,2. 面心立方晶格,（二）常见金属的晶格类型（fcc）,1). 排列特征，如上图 2). 晶格常数 abc；90 3). 原子半径 4). 晶胞所含原子数 4个 5). 配位数 12个 6). 致密度 0.74或74 7). 具有面心立方晶格的金属有： -Fe, Ni, Al, Cu, Pb, Au, Ag等,（二）常见金属的晶格类型（hcp）,3. 密排六方晶格,（二）常见金属的晶格类型（hcp）,1). 排列特征，如上图 2). 晶格常数 a1=

3、a2 = a3 = a c； =120 a / c=1.633 z 轴垂直于底面 3). 原子半径 r1/2a 4). 晶胞所含原子数 6个 5). 配位数 12个 6). 致密度 0.74或74 7). 具有密排六方晶格的金属有： Mg, Cd, Zn, Be, -Ti等,（三）立方晶系的晶面、晶向指数,晶体中各种方向上的原子面 称为晶面，各个方向上的原子列 称为晶向。为便于分析我们把这 些晶面、晶向用一定的符号来表 示，以示它们在晶体中的方位或 方向，我们将这类符号称为晶面 指数和晶向指数。,（三）立方晶系的晶面、晶向指数,1. 确定晶面指数的步骤： 1) 以晶格中某一原子为原点(注意不要

4、把原点 放在所求的晶面上)，以晶胞的三个棱边作三维 坐标的坐标轴，以相应的晶格常数为度量单位， 求出所求晶面在三个坐标轴上的截距。 2) 求三个截距值的倒数。 3) 将所得的数值化为最简整数，并用圆括号 “( )”括起，即为晶面指数。,（三）立方晶系的晶面、晶向指数,2. 晶向指数的确定方法按如下步骤进行。 1) 以晶胞中某原子为原点确定三维坐标系，通过原点作平行于所求晶向的直线。 2) 以相应的晶格常数为单位，求直线上任意一点的三个坐标值。 3) 将所求数值化为最简整数，加一方括号“ ”括起，即为晶向指数。 晶向指数的一般形式为hkl,（三）立方晶系的晶面、晶向指数,3. 晶面族，晶向族 要

5、注意的是晶体中每一个晶面(晶向)指数并非 仅指一个晶面(晶向)而是指一系列相平行的一组晶 面(晶向)。若原子排列完全相同但空间位向不同的 晶面(晶向) 我们通常统称为晶面(晶向)族。 晶面族用“ ”表示，晶向族用“”表示。 如：100晶面族，它包括(100)、(010)、(001)等 晶面；晶向族，它包括100、010、001 等晶向。 4. 晶面及晶向的原子密度 5. 晶体的各向异性,（四）多晶体结构,单晶体 晶粒 晶界 亚晶 亚晶界,（五）晶体的缺陷(点),1. 点缺陷,（五）晶体的缺陷(线),2. 线缺陷 位错密度 S/V(cm/cm3),（五）晶体的缺陷(面),3. 面缺陷 1) 晶界

6、 2) 亚晶界,二、合金的相结构,几个基本概念 合金：通过熔炼、烧结或其它方法，将两 种或两种以上的金属元素或金属与 非金属元素结合在一起所形成的具 有金属特性的物质称为合金 。 相：合金中具有同一化学成分、同一结 构和原子聚集状态，并以界面相分 开的、均匀的组成部分,组织：所谓组织是指用肉眼或显微镜观察到的不同 组成相的形状、尺寸、分布及各相之间的组 合状态。 固溶体：指以合金中某一组元为溶剂，在其晶格中 溶人其它组元原子(溶质)后形成的一种合金 相。 金属间化合物：合金中，当溶质含量超过固溶体的 固溶度时，将出现新相而新相的晶格结构不 同于任一组成元素，其成份在相图中位于组 元A、B为溶剂

7、的固溶体的最大固溶度之间， 称之为中间相。中间相的结合键主要为金属 键而具有金属性质，又称金属间化合物。,（一）固溶体,1. 固溶体的分类 置换固溶体(无限固溶体) 间隙固溶体(有限固溶体) 2. 固溶体的性能,（二）金属间化合物,1. 正常价化合物 该化合物符合一般化合物的原子价规律，成 分固定，可用化学式表示。 正常价化合物具有很高的硬度和脆性。在 合金中，当它在固溶体基体上合理分布时，将 会使合金得到强化，而起到强化相的作用。 如：Mg2Si、Mg2Sn、MnS等,（二）金属间化合物,2.电子化合物 服从电子浓度规律，即当合金的电子浓度 达到某一数值，便会形成具有某种晶格结构的 化合物相

8、。可见，形成这类化合物的主导因素 是合金的电子浓度，故称之为“电子化合物”。 电子浓度通常为3/2(21/14)，相，具有体 心立方晶格；21/13 ，相，具有复杂立方晶格； 7/4(21/12) ，相，具有密排六方晶格。 此类化合物硬度高、塑性差,一般为强化相,（二）金属间化合物,3. 间隙相与间隙化合物 过渡族金属可与H、B、C、N等原子半 径较小的非金属元素形成化合物。当金属(M) 与非金属(X)的原子半径的比值rX/rM0.59时，形成具有复杂晶体结构的间 隙化合物，称为具有复杂结构的间隙化合物。,间隙相中金属原子 总是排成面心立方或简 单六方结构非金属原子 一般位于间隙位置，如 图为VC结构 间隙化合物具有复 杂的晶体结构，像Cr、 Mn、Mo、Fe的碳化物 具有这样的结构，如图 示为Fe3C结构,本章小结,材料的性能（物理、化学及工艺性能） 材料的结合方式 常见金属的三种典型结构（bcc、fcc、hcp） 立方晶系的晶面、晶向指数确定 晶体的缺陷(点缺陷、线缺陷、面缺陷) 合金的相结构(