固体材料结构的有关概念.ppt

1、第1章 机械工程材料的结构 The Structure of Mechanical Engineering Materials,【主要问题提示】Key questions and clues,1.晶体与非晶体材料的本质区别以及各自的特点是什麽？ 2.三种典型金属的晶体结构特点以及立方晶系中晶面、晶向指数的表示方法各是什么？ 3.何谓晶体缺陷？按其几何特征，它可分为几类？其主要形式（内容）及对性能的影响又各是什么？ 4.晶体材料的基本相结构可分为哪两大类，其类型、主要性能及在合金中的地位与作用分别是什么？ 5.试简述聚合物与无机材料的结构特点。 6.你能熟练地描绘纯铁的同素异构转变特性曲线吗？,

2、【学习重点与方法提示】Key points and learning methods,本章的教学重点：掌握纯金属晶体结构（理想与实际）的特点，立方晶系中晶面、晶向指数（低指数）表示方法；合金相结构的基本类型，性能特点及在合金中的地位与作用。 本章学习方法提示：注意加深对基本概念、术语的理解和记忆。应注重更加自主地学好本章内容，为此要抓好预习环节，积极培育独立思考问题的能力。如对于三种晶体结构的学习，在重点理解体心立方晶胞特点基础上，积极思考面心立方、密排六方晶胞特点；又如晶面、晶向指数的学习，在例题分析的同时引发思维，使之更好地克服学习难点。,【本章学习要求】 Requirement for

3、Studying,1. 熟悉三种典型金属晶体结构的特点，立方晶胞中晶面、晶向的表示方法，实际金属中晶体缺陷的种类、主要形式及其对材料性能的影响； 2. 掌握金属合金相结构的基本类型、性能特点及其在合金中的地位与作用； 3. 了解聚合物与陶瓷材料的结构特点； 4. 建立“相”、“组织”的概念。,第1章 机械工程材料的结构 The Structure of Mechanical Engineering Materials,1.1 固体材料结构的有关概念 Concepts about solid materials structure 1.2 固体材料的晶体结构 Crystal structure

4、of solid materials 1.3 一般工程材料的结构特点 Structure characteristics of common engineering materials 本章小结 Summary 阅读材料1 非晶态结构与非晶态材料 Amorphous Structures and Amorphous Materials,1.1 固体材料结构的有关概念 Concepts about solid materials structure,1.1.1 晶体与非晶体 1.晶体结构长程有序 2.非晶态结构短程有序 （近程有序) 1.1.2 晶体结构的基本概念,1.1.1 晶体与非晶体Cry

5、stals and non-crystals,材料一般是在固体状态下使用的。按固体中原子排列的有序程度，而分为晶体结构和非晶态结构两种基本类型。 晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。 非晶体是指原子呈无序排列的固体。 在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。,晶态,非晶态,晶体结构示意图,晶态,非晶态,1. 晶体结构长程有序,“长程有序”(远程有序)指的是原子在很大范围内均是按一定规则排列(即原子在三维空间作有规则的周期性重复排列)，具有长程有序排列的材料即为晶体材料。这种长程有序排列的特征（形式）就称之谓晶体结构。 晶体材料的特点是: （1）结构有序，物理性质表现为各向异

6、性; （2）具有固定的熔点; （3）晶体的排列状态是由构成原子或分子的几何学形状和键的形式决定的; （4）一般当晶体的外形发生变化时，晶格类型并不改变。,所谓“短程有序”，系指原子仅在很小的范围(约几十个原子的尺度)内呈一定的规则排列，而从大范围来看，则找不到规则排列的规律。 若固体材料中仅存在短程有序，则称其为非晶体材料(或无定形材料)。这种短程有序排列的特征，即称为非晶态结构(或无定形结构)。 非晶态结构被认为是“冻结了”的液态结构。即非晶体在整体上是无序的，但原子之间也是靠化学键结合在一起的，所以在有限的小范围内观察，还是有一定的规律性。 非晶体材料的共同特点是: （1）结构无序，物理性

7、质表现为各向同性; （2）无固定熔点; （3）导热性和热膨胀性均小; （4）塑性形变大; （5）组成的变化范围大。,2. 非晶态结构短程有序(近程有序),1.1.1 晶体与非晶体Crystals and non-crystals,从理论上分析，如果抑止晶化固态反应过程，则任何物质均能发生非晶态固化反应，而获得非晶态材料。如纯金属液体在高速冷却（V冷速1010K/s）下可得到非晶态金属。从已得到的结果看： 非晶态材料具有较高的强度、硬度和抗蚀性能等。,1.1.2 晶体结构的基本概念 Basic concepts about crystal structure,图1.1 纯铁的内部结构示意图,晶体

8、结构； 原子堆砌模型； 晶格； 晶胞； 晶格常数。 晶体中原子（离子或分子）规则排列的形式。 假想理想晶体中的原子都是固定不动的刚球堆砌而成。 假想的空间直线按一定规律把原子“点”连接起来，构成三维的空间构架。 从晶格中取出一最基本的、有代表性的几何单元。 表征晶胞特征的参数，三条棱边长度 。,1.1.2 晶体结构的基本概念 Basic concepts about crystal structure,原子半径(r) ；晶胞原子数（n）；配位数（C）；致密度（K）：K=nv/V 。 晶胞中相距最近的两个原子之间平衡距离的一半。 一个晶胞所包含的原子数目。 晶格中与任一原子最近邻且等距离的原子数目。 晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比 v一个原子体积，V晶胞体积，n晶胞原子数。,图1.1 纯铁的内部结构示意图,化学成分(成分) 组成材料各元素在材料中的浓度。 组织的概念 用肉眼或借助于不同放大倍数的显微镜