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1、第一章第一章材料科学基础电子讲义材料科学基础电子讲义本讲稿第一页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构 1.1 材料的结合方式 1.2 晶体学基础 1.3 材料的晶体结构 广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第二页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构 第一节 材料的结合方式 1.结合键结合键2.2.工程材料的键性工程材料的键性工程材料的键性工程材料的键性 1.1.结合键的概念结合键的概念结合键的概念结合键的概念 2.2.结合键的分类结合键的分类结合键的分类结合键的分类广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第三页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料
2、的结构 第一节 材料的结合方式 由于质点相互作用时，其吸引力与排斥力的情况由于质点相互作用时，其吸引力与排斥力的情况不同，形成了不同类型的结合键。使材料产生不不同，形成了不同类型的结合键。使材料产生不同的结合方式，从而形成了不同类型的固体材料；同的结合方式，从而形成了不同类型的固体材料；如：金属材料、陶瓷材料、聚合物材料等。如：金属材料、陶瓷材料、聚合物材料等。物质内部质点之间的结合力叫结合键物质内部质点之间的结合力叫结合键1 1 1 1）.结合键的概念结合键的概念结合键的概念结合键的概念广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第四页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构 第一节
3、 材料的结合方式 2 2）.结合键的分类结合键的分类结合键的分类结合键的分类 化化 学学 键键 离离子子键键共共价价键键金金属属键键分分子子键键氢氢键键 物物 理理 键键 广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第五页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构 第一节 材料的结合方式 2 2）共价键）共价键两个相同的原子或性质相差不大的原子相互两个相同的原子或性质相差不大的原子相互接近时，它们的原子间不会有电子的转移，接近时，它们的原子间不会有电子的转移，而形成共用电子对来产生力的结合，这种结而形成共用电子对来产生力的结合，这种结合方式叫共价键合方式叫共价键具有方向性；共价键材料呈脆
4、具有方向性；共价键材料呈脆性，具有很好的绝缘性性，具有很好的绝缘性共价键的特点共价键的特点广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第六页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构 第一节 材料的结合方式 1 1）离子键）离子键在离子化合物中，由于正、负离子间的静在离子化合物中，由于正、负离子间的静电作用而形成的化学键叫离子键电作用而形成的化学键叫离子键没有方向性；没有饱和性；由没有方向性；没有饱和性；由于正负离子间有很强烈的电的于正负离子间有很强烈的电的引力，致使离子化合物具有较引力，致使离子化合物具有较高的熔点和沸点；离子键材料高的熔点和沸点；离子键材料是脆性的；固体离子材料导电是
5、脆性的；固体离子材料导电性很差。性很差。离子键的特点离子键的特点广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第七页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构 第一节 材料的结合方式 3 3）金属键）金属键金属正离子与自由电子之间的相互作用使金属原子结合金属正离子与自由电子之间的相互作用使金属原子结合起来形成金属晶体，这种结合方式叫做金属键起来形成金属晶体，这种结合方式叫做金属键无方向性；无饱和性；金属键中有大量的自由电子和金属无方向性；无饱和性；金属键中有大量的自由电子和金属正离子、正离子的振动随温度升高而加大，阻碍电子通过、正离子、正离子的振动随温度升高而加大，阻碍电子通过、正离子与电
6、子都传递能量、电子吸收可见光使能量升高并正离子与电子都传递能量、电子吸收可见光使能量升高并发生跃迁等。发生跃迁等。金属键的特点金属键的特点广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第八页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构 第一节 材料的结合方式 4）分子键一个分子的正电荷和另一个分子的负电荷之间以微弱静电力相结合，这种结合叫做分子键（也叫范德瓦尔键）。结合键能很低，使其熔点低；但变形能力强，所以其塑性、韧性好，硬度低。其特点是广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第九页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构 第一节 材料的结合方式 2.2.工程材料的键性工程材料
7、的键性 1）工程材料2）工程材料的键性的键性 工程上应用的材料主要有金属材料、无机非工程上应用的材料主要有金属材料、无机非金属材料（陶瓷）、有机高分子材料（塑料）金属材料（陶瓷）、有机高分子材料（塑料）及复合材料等。及复合材料等。金属材料：金属键、共价键金属材料：金属键、共价键陶瓷材料：离子键、共价键陶瓷材料：离子键、共价键高分子材料：共价键、分子键高分子材料：共价键、分子键本节内容完本节内容完广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第十页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 1.2.1 1.2.1 晶体与非晶体晶体与非晶体1.2.2 1.2.2 空间点阵空间
8、点阵1.2.3 1.2.3 晶向指数与晶面指数晶向指数与晶面指数广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第十一页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 1.2.1 1.2.1 晶体与非晶体晶体与非晶体1.1.晶体：晶体：原子（或分子）在空间按一定几何规律作原子（或分子）在空间按一定几何规律作周期性排列而形成的固体物质叫晶体周期性排列而形成的固体物质叫晶体2.2.晶体的特性：晶体的特性：（1 1）金属晶体具有确定的熔点金属晶体具有确定的熔点T TTmTmt t（2)2)金属晶体具有各向异性金属晶体具有各向异性（3 3）金属晶体内部质点的排列金属晶体内部质点的排列
9、具有规律性（长程有序）具有规律性（长程有序）3.3.晶体与非晶体的本质区别：晶体与非晶体的本质区别：广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第十二页，共五十四页1.2.2 1.2.2 空间点阵空间点阵材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 1.空间点阵（晶格）2.晶胞把晶体内部的质点抽象成几何点，每个点都代表晶体内质点的中心位置，这些点形成一个空间阵列，这些由晶体内部质点形成的空间阵列叫空间点阵。通过晶体内部质点的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。这种格架称为晶格广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第十三页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构
10、第二节 晶体学基础 2.晶胞abcxyz能反映该晶格特征的最小组成单元称为晶胞。2）.晶胞参数：棱边长度：a、b、c或x、y、z棱边夹角：、1）.晶胞的概念广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第十四页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 3）.晶胞的选取原则晶胞几何形状充分反应点阵对称性；平行六面体内相等的棱和角数目最多；当棱间呈直角时，直角的数目应最多满足上述条件，晶胞的体积应最小。2.晶胞法国晶体学家布拉菲（A.Brnvais）于1948年根据“每个阵点环境相同”的原则用数学分析方法证明所有的晶体分属于三大晶族、七大晶系、十四种空间点阵。这七大晶系及其
11、晶胞特征如下：广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第十五页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 （1）三斜晶系：abc,90o（2）单斜晶系：abc,=90o（3）正交晶系：abc,=90o（4）三角晶系；a=b=c:=90o（5）六角晶系：a=bc,=90o,=120o（6）四方晶系 a=bc,=90o（7）立方晶系：a=b=c,=90o七大晶系及其晶胞特征2.晶胞广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第十六页，共五十四页材材料料科科学学基基础础茂茂名名学学院院第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 P广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第十七页，共五十
12、四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 1.2.3 1.2.3 晶向指数与晶面指数晶向指数与晶面指数一一.晶面指数晶面指数 1 1、晶面、晶面通过晶体中原子中心的平面叫做晶面通过晶体中原子中心的平面叫做晶面2 2、确定晶面指数的方法、确定晶面指数的方法1 1）、设定一空间坐标系）、设定一空间坐标系,原点在欲定晶面外原点在欲定晶面外,并使晶面在三条坐标轴上有截距或无穷大并使晶面在三条坐标轴上有截距或无穷大2 2）以晶格常数为长度单位）以晶格常数为长度单位,写出欲定晶面写出欲定晶面 在三条坐标轴上的截距在三条坐标轴上的截距:a:a、b b、c c；广东石油化工学院广东石油
13、化工学院本讲稿第十八页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 一一.晶面指数晶面指数 3 3）截距取倒数：）截距取倒数：1/a1/a、1/b1/b、1/c1/c；2 2、确定晶面指数的方法、确定晶面指数的方法4 4）将截距的倒数化为最小的整数：）将截距的倒数化为最小的整数：5 5）将上述三个最小整数写在园括号（）内：）将上述三个最小整数写在园括号（）内：即为预求晶面的晶面指数，例如。即为预求晶面的晶面指数，例如。如图所示的红色晶面，其截距为如图所示的红色晶面，其截距为1 1，1/21/2，1/21/2；则其晶面指数为；则其晶面指数为（122122）广东石油化工
14、学院广东石油化工学院本讲稿第十九页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 晶面晶面1晶面晶面1（100）晶面晶面2（010）晶面晶面3（001）晶面晶面4（101）晶面晶面5（011）晶面晶面6（110）晶面晶面7（111）一一.晶面指数晶面指数 2 2、确定晶面指数的方法、确定晶面指数的方法广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第二十页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 3.3.晶面族：在立方晶系中晶面族：在立方晶系中,由于原子的排列具有高度由于原子的排列具有高度的对称性的对称性,往往存在有许多原子排列完全相同但在往往存
15、在有许多原子排列完全相同但在空间位向不同空间位向不同(即不平行即不平行)的晶面的晶面,这些晶面的总称为这些晶面的总称为晶面族晶面族,用大括号表示用大括号表示,即即h k l h k l。(100)(100)晶面的截距可以为负数晶面的截距可以为负数,在指数上加负号在指数上加负号,如如 。100100110110111111(100)(100)、(010)(010)、(001)(001)(110)(110)、(101)(101)、(011)(011)、(110)(110)、(101)(101)、(011)(011)(111)(111)、(111)(111)、(111)(111)、（、（111111
16、）一一.晶面指数晶面指数 广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第二十一页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 100100(100)(100)(010)(010)(001)(001)110110(110)(110)、(101)(101)、(011)(011)、(110)(110)、(101)(101)、(011)(011)广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第二十二页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 二二.晶向指数晶向指数 1 1、晶向、晶向通过原子中心的直线为原子列，通过原子中心的直线为原子列，其所代表的方向叫做
17、晶向。其所代表的方向叫做晶向。2 2、确定晶向指数的方法、确定晶向指数的方法4 4）将化好的整数记在方括号内，就得到了晶向指数。）将化好的整数记在方括号内，就得到了晶向指数。1 1）设定一空间坐标系）设定一空间坐标系,原点在欲定晶向的一结点上原点在欲定晶向的一结点上2 2）写出该晶向上另一结点的空间坐标值）写出该晶向上另一结点的空间坐标值3 3）将坐标值按比例化为最小整数）将坐标值按比例化为最小整数广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第二十三页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 abcdefgh1,1,11,1,11,1,01,1,0求如图所示的晶向指数
18、 晶向ag的晶向指数为111晶向ac的晶向指数为110广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第二十四页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 3.晶向族原子排列情况相同而在空间位向不同(即不平行)的晶向统称为晶向族,用尖括号表示,即。+001=100+010abcdefgh！在立方晶系中,一个晶面指数与一个晶向指数数值和符号相同时,则该晶面与该晶向互相垂直,如(111)与 111垂直。广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第二十五页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 4.4.晶带晶带相交于某一晶向直线或平行于此直线的晶相交
19、于某一晶向直线或平行于此直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴。面构成一个晶带，此直线称为晶带轴。两个不平行的晶面（两个不平行的晶面（h h1 1k k1 1l l1 1）、（）、（h h2 2k k2 2l l2 2）的晶带）的晶带轴轴uvwuvw可以用下式求出：可以用下式求出：u=k k1 1l l2 2k k2 2l l1 1v=l l1 1h h2 2l l2 2h h1 1w=h h1 1k k2 2h h2 2k k1 1例如晶面（例如晶面（acgeacge）与晶面）与晶面（cghdcghd）的晶带轴为）的晶带轴为001001abcdefgh广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿
20、第二十六页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 立方晶系立方晶系某晶面（某晶面（hklhkl）以）以uvwuvw为晶带轴必有为晶带轴必有4.4.晶带晶带hu+kv+lwhu+kv+lw0 0反之亦成立反之亦成立例如立方晶系中，晶面（例如立方晶系中，晶面（100100）以晶向）以晶向001001为为晶带轴，则有下式成立：晶带轴，则有下式成立：hu+kv+lw=10+00+01=0同样，晶面（同样，晶面（100100）也可以）也可以晶向晶向010010为晶带轴。为晶带轴。hu+kv+lw=10+01+00=0广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第二十七页，共五
21、十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构第二节 晶体学基础 5.5.晶面间距晶面间距晶面之间的距离称为晶面间距晶面之间的距离称为晶面间距六方系+=2222222)()(341clakkhhdhkl立方系+=222lkhadhkl正交系+=)()()(1222clbkahdhkl如图所示立方晶系中，晶面（如图所示立方晶系中，晶面（100100）之间的距离）之间的距离a a低指数晶面的面间距大，高指数晶面的面间距小。低指数晶面的面间距大，高指数晶面的面间距小。本节内容完本节内容完本节内容完本节内容完如体心立方晶系中，（如体心立方晶系中，（100100）晶面、（）晶面、（200200）晶面。
22、）晶面。广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第二十八页，共五十四页第三节第三节材料的晶体结构材料的晶体结构第一章第一章金属晶体结构金属晶体结构一一.典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构v v体心立方晶格（胞）体心立方晶格（胞）体心立方晶格（胞）体心立方晶格（胞）(A2(A2(A2(A2或或bccbccbccbcc晶格晶格晶格晶格)v面心立方晶格（胞）面心立方晶格（胞）面心立方晶格（胞）面心立方晶格（胞）(A1(A1(A1(A1或或fccfccfccfcc晶格晶格晶格晶格)v v密排六方晶格（胞）密排六方晶格（胞）密排六方晶格（胞）密排六方晶格（胞）(A3(A3(A3(A3或或或或hcphcp
23、hcphcp晶格晶格晶格晶格)广东石油化工学院广东石油化工学院材材料料科科学学基基础础本讲稿第二十九页，共五十四页第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章第一章金属晶体结构金属晶体结构1.1.1.1.体心立方晶格（胞）体心立方晶格（胞）体心立方晶格（胞）体心立方晶格（胞）(A2(A2(A2(A2或或或或bccbccbccbcc晶格晶格晶格晶格)a1.1.1.1.体心立方晶胞原子如何排列？体心立方晶胞原子如何排列？体心立方晶胞原子如何排列？体心立方晶胞原子如何排列？1.2.1.2.1.2.1.2.晶格常数：晶格常数：a=b=c=90a=b=c=90a=b=c=90a=b=c=901.3
24、.1.3.晶胞原子数：晶胞原子数：晶胞原子数：晶胞原子数：1/8*8+1=21/8*8+1=21/8*8+1=21/8*8+1=2个个个个1.4.1.4.1.4.1.4.原子半径原子半径原子半径原子半径1.5.1.5.1.5.1.5.致密度致密度致密度致密度1.6.1.6.1.6.1.6.配位数配位数配位数配位数8 8 8 8个个个个钼钼钼钼(Mo)(Mo)(Mo)(Mo)、钨、钨、钨、钨(W)(W)(W)(W)、钒、钒、钒、钒(V)(V)(V)(V)、-铁铁铁铁(-Fe)(-Fe)(-Fe)(-Fe)广东石油化工学院广东石油化工学院材材料料科科学学基基础础本讲稿第三十页，共五十四页a1.7.
25、1.7.1.7.1.7.间隙半径间隙半径间隙半径间隙半径第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章第一章金属晶体结构金属晶体结构1.1.1.1.体心立方晶格（胞）体心立方晶格（胞）体心立方晶格（胞）体心立方晶格（胞）(A2(A2(A2(A2或或或或bccbccbccbcc晶格晶格晶格晶格)1).1).1).1).四面体间隙半径四面体间隙半径四面体间隙半径四面体间隙半径a aa ar r r r四四=0.29r=0.29r=0.29r=0.29r原子原子原子原子2).2).2).2).八面体间隙半径八面体间隙半径八面体间隙半径八面体间隙半径r r八八=0.15r=0.15r=0.15r=
26、0.15r原子原子原子原子a aa a广东石油化工学院广东石油化工学院材材料料科科学学基基础础本讲稿第三十一页，共五十四页第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章第一章金属晶体结构金属晶体结构2.2.2.2.面心立方晶格（胞）面心立方晶格（胞）(F.C.C.(F.C.C.(F.C.C.(F.C.C.晶格晶格)2.1.2.1.2.1.2.1.面心立方晶胞原子如何排列？面心立方晶胞原子如何排列？面心立方晶胞原子如何排列？面心立方晶胞原子如何排列？2.2.2.2.2.2.2.2.晶格常数：晶格常数：晶格常数：晶格常数：a=b=c=90a=b=c=90a=b=c=90a=b=c=902.3.
27、2.3.2.3.2.3.晶胞原子数：晶胞原子数：晶胞原子数：晶胞原子数：1/88+1/26=41/88+1/26=41/88+1/26=41/88+1/26=4个个个个2.4.2.4.2.4.2.4.原子半径原子半径原子半径原子半径2.5.2.5.2.5.2.5.致密度致密度2.6.2.6.2.6.2.6.配位数配位数配位数配位数12121212个个个个a铝铝(Al)、铜、铜(Cu)、镍、镍(Ni)、金、金(Au)、银、银(Ag)、-Fe等等广东石油化工学院广东石油化工学院材材料料科科学学基基础础本讲稿第三十二页，共五十四页第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章第一章金属晶体结构金
28、属晶体结构2.2.2.2.面心立方晶格（胞）面心立方晶格（胞）面心立方晶格（胞）面心立方晶格（胞）(F.C.C.(F.C.C.(F.C.C.(F.C.C.晶格晶格晶格晶格)2.7.2.7.2.7.2.7.间隙半径间隙半径间隙半径间隙半径1).1).1).1).四面体间隙半径四面体间隙半径四面体间隙半径四面体间隙半径r r r r四四=0.225r=0.225r=0.225r=0.225r原子原子2).2).八面体间隙半径八面体间隙半径八面体间隙半径八面体间隙半径r r r r八八=0.414r=0.414r原子原子原子原子！比较体心立方与面心比较体心立方与面心比较体心立方与面心比较体心立方与面
29、心立方晶胞的间隙半径的大立方晶胞的间隙半径的大立方晶胞的间隙半径的大立方晶胞的间隙半径的大小及应用。小及应用。小及应用。小及应用。广东石油化工学院广东石油化工学院材材料料科科学学基基础础本讲稿第三十三页，共五十四页第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章第一章金属晶体结构金属晶体结构3.3.3.3.密排六方晶格（胞）密排六方晶格（胞）(H.C.P.(H.C.P.晶格晶格)3.1.3.1.密排六方晶胞原子如何排列？密排六方晶胞原子如何排列？3.2.3.2.3.2.3.2.晶格常数：晶格常数：晶格常数：晶格常数：a=bc a=bc a=bc a=bc、3.3.3.3.3.3.3.3.晶胞
30、原子数：晶胞原子数：晶胞原子数：晶胞原子数：1/612+1/22+3=61/612+1/22+3=61/612+1/22+3=61/612+1/22+3=6个个个个3.4.3.4.3.4.3.4.原子半径原子半径原子半径原子半径3.5.3.5.3.5.3.5.致密度致密度致密度致密度3.6.3.6.配位数配位数配位数配位数12121212个个个个镁镁镁镁(Mg)(Mg)(Mg)(Mg)、镉、镉、镉、镉(Cd)(Cd)(Cd)(Cd)、锌、锌、锌、锌(Zn)(Zn)(Zn)(Zn)、铍、铍、铍、铍(Be)(Be)(Be)(Be)等等等等广东石油化工学院广东石油化工学院材材料料科科学学基基础础本讲
31、稿第三十四页，共五十四页第一章 材料的结构3.7.3.7.3.7.3.7.间隙半径间隙半径间隙半径间隙半径3.3.3.3.密排六方晶格（胞）密排六方晶格（胞）密排六方晶格（胞）密排六方晶格（胞）(H.C.P.(H.C.P.(H.C.P.(H.C.P.晶格晶格晶格晶格)第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构1).1).1).1).四面体间隙半径四面体间隙半径r r四四=0.225r=0.225r原子原子原子原子2).2).2).2).八面体间隙半径八面体间隙半径八面体间隙半径八面体间隙半径r r r r八八八八=0.414r=0.414r=0.414r=0.414r原子原子广东石油化工学院
32、广东石油化工学院材材料料科科学学基基础础本讲稿第三十五页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第一章 材料的结构晶格晶格类型类型晶胞晶胞参数参数晶胞晶胞原子数原子数配位数配位数致密度致密度原子原子半径半径间隙间隙数数及及半径半径体心体心立方立方a b c a b c 2 28 80.680.68 0.29 r 0.29 r 1212个个 6 6个个 0.15 r0.15 r面心面心立方立方a b c a b c 4 412120.740.74 0.225 r 0.225 r 8 8个个 4 4个个 0.414 r 0.414 r密排密排六方六方a c a c 6 612120.740.74 0.
33、225 r 0.225 r 1212个个 6 6个个 0.414 r 0.414 r典型金属晶体结构及特征第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第三十六页，共五十四页材材料料科科学学基基础础体心立方、面心立方晶格主要晶面的原子排列和密度第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构体心立方晶格面心立方晶格晶面指数晶面原子排列示意图晶面原子密度(原子数/面积)晶面原子排列示意图晶面原子密度(原子数/面积)100110111aaaaaa广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第三十七页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第三节第三节纯金属的
34、晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构体心立方、面心立方晶格主要晶向的原子排列和密度体心立方晶格面心立方晶格晶向指数晶向原子排列示意图晶向原子密度晶向原子排列示意图晶向原子密度aa广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第三十八页，共五十四页材材料料科科学学基基础础密排六方原子堆垛顺序（ABAB）第二层原子排列情况第三层原子排列情况第一层原子排列情况第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构晶体中原子的堆垛方式广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第三十九页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第二层原子排列情况第三层原子排列情况第一层原子排列情况晶体中原子的堆垛方式密排六
35、方原子堆垛顺序（ABAB）第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第四十页，共五十四页材材料料科科学学基基础础第二层原子排列情况第三层原子排列情况第一层原子排列情况第四层原子排列情况晶体中原子的堆垛方式面心立方原子堆垛顺序（ABCABC）第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第四十一页，共五十四页材材料料科科学学基基础础晶体中原子的堆垛方式第二层原子排列情况第三层原子排列情况第一层原子排列情况第四层原子排列情况面心立方原子堆垛顺序（ABCABC）第三节第三节纯金属的晶体结构
36、纯金属的晶体结构第一章 材料的结构广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第四十二页，共五十四页材材料料科科学学基基础础二、合金相结构二、合金相结构1、合金由两种或两种以上金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯金属高许多；某些合金还具有特殊的电、磁、耐热、耐蚀等物理、化学性能。因此合金的应用比纯金属广泛得多2 2、合金的组成、合金的组成合金由组元组成合金由组元组成 元素元素组元组元 相相第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构合金特性广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第四十三页，共五十四页材材料料科科学学基基础础3
37、3、相、相合金中具有同一聚集状态、同一成分、合金中具有同一聚集状态、同一成分、性能均一，并以界面互相分开的组成部性能均一，并以界面互相分开的组成部分分4 4、相的结构、相的结构固溶体固溶体化合物化合物(中间相中间相)4.14.1、固溶体、固溶体在固态下，A组元溶于B组元中所形成的合金相，如果该合金相的晶格类型与A组元相同，则所生成的合金相叫固溶体，其中A组元叫溶质，B组元叫溶剂。第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第四十四页，共五十四页材材料料科科学学基基础础按溶质原子在溶剂晶格中的位置分按溶质原子在溶剂晶格中的位置分 无限固溶体
38、无限固溶体间隙固溶体间隙固溶体置换固溶体置换固溶体有限固溶体有限固溶体按溶质原子在溶剂中的溶解度分按溶质原子在溶剂中的溶解度分 4.1.1 4.1.1 固溶体的分类固溶体的分类按溶质原子在固溶体中分布规律分按溶质原子在固溶体中分布规律分 有序固溶体有序固溶体无序固溶体无序固溶体第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第四十五页，共五十四页材材料料科科学学基基础础A A、置换固溶体、置换固溶体溶质原子代换了溶剂晶格某些结点上的溶质原子代换了溶剂晶格某些结点上的原子所形成的固溶体原子所形成的固溶体p影响固溶度的因素影响固溶度的因素组元的晶
39、体结构类型组元的晶体结构类型置置换换原原子子溶溶剂剂晶晶格格x=(rx=(r剂剂r r质质)/r)/r剂剂原子尺寸因素原子尺寸因素x x(14(1415)15)时有利于增大溶解度时有利于增大溶解度电子浓度电子浓度两元素间的电负性相差越小，越易形成固溶体两元素间的电负性相差越小，越易形成固溶体电负性电负性电子浓度定义为合金中价电子数目与原子数目的比电子浓度定义为合金中价电子数目与原子数目的比值，电子浓度越高，则固溶度越小。值，电子浓度越高，则固溶度越小。固溶体固溶体第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第四十六页，共五十四页材材料料科
40、科学学基基础础一些原子半径小于一些原子半径小于0.1nm0.1nm的非金属元素如的非金属元素如H H、O O、N N、C C、B B等处于过渡族金属元素晶格的某些间隙中所等处于过渡族金属元素晶格的某些间隙中所形成的固溶体叫间隙固溶体形成的固溶体叫间隙固溶体B B、间隙固溶体、间隙固溶体间隙固溶体的固溶渡与溶剂的间隙形状等因素间隙固溶体的固溶渡与溶剂的间隙形状等因素有关。有关。第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构为什么低碳钢渗碳处理要在加热情况下进行？为什么低碳钢渗碳处理要在加热情况下进行？低碳钢晶体结构低碳钢晶体结构体心立方体心立方间隙多少，尺寸大小间隙多少，尺寸大小
41、面心立方面心立方间隙多少，尺寸大小间隙多少，尺寸大小广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第四十七页，共五十四页材材料料科科学学基基础础（1 1）固溶体中溶质原子分布规律：）固溶体中溶质原子分布规律：4.1.24.1.2、固溶体的微观不均匀性、固溶体的微观不均匀性合金固溶体从短程有序状态转变为完全有序状态，这合金固溶体从短程有序状态转变为完全有序状态，这一转变过程称为固溶体的有序化一转变过程称为固溶体的有序化有序固溶体又称超结构或超点阵有序固溶体又称超结构或超点阵第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构合金固溶体成分接近一定原子比时，缓冷到某一温度以下，合金固溶体成分接近
42、一定原子比时，缓冷到某一温度以下，（2 2）固溶体的有序化：）固溶体的有序化：无序分布、偏聚分布、短程有序分布无序分布、偏聚分布、短程有序分布广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第四十八页，共五十四页材材料料科科学学基基础础4.1.34.1.3、固溶体的性能、固溶体的性能通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化称为固溶强化固溶强化机理：随着溶质原子的溶入晶格发生畸变固溶强化机理：随着溶质原子的溶入晶格发生畸变 。晶格畸变增大位错运动的阻力，。晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。变形
43、变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第四十九页，共五十四页材材料料科科学学基基础础例如：纯铜的例如：纯铜的 b=220 MPab=220 MPa，硬度硬度=40 HB=40 HB，断断面收缩率面收缩率 =70%=70%。当加入。当加入1%1%镍形成单相固溶体后镍形成单相固溶体后,强度升高到强度升高到390 MPa,390 MPa,硬度升高到硬度升高到70 HB,70 HB,而断面而断面收缩率仍有收缩率仍有 50%50%。所以固溶体的综合机械性能很好。所以固溶体的综合机械性能很好,常常作为结构
44、合金的基体相常常作为结构合金的基体相固溶体与纯金属相比固溶体与纯金属相比,物理性能有较大的变化物理性能有较大的变化,如如电阻率上升电阻率上升,导电率下降导电率下降,磁矫顽力增大等磁矫顽力增大等第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第五十页，共五十四页材材料料科科学学基基础础4.2、中间相A、B两组元相互溶解，形成一种晶体结构不同于任何组元的新相叫做中间相4.2.1、中间相的特征晶体结构与组元不同具有金属的性质具有高熔点、高硬度故常作为合金的强化相第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构广东石油化工学院广东石油化
45、工学院本讲稿第五十一页，共五十四页材材料料科科学学基基础础4.2.24.2.2、中间相的类型、中间相的类型以化合物为基的固溶体以化合物为基的固溶体化合物化合物正常价化合物正常价化合物电子价化合物电子价化合物间隙相间隙相间隙化合物间隙化合物拓扑密堆相拓扑密堆相中中间间相相第三节第三节纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构第一章 材料的结构广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第五十二页，共五十四页材材料料科科学学基基础础空间点阵、晶体结构、晶胞、配位数、致密空间点阵、晶体结构、晶胞、配位数、致密度、金属键、缺位固溶体、电子化合物、间度、金属键、缺位固溶体、电子化合物、间隙相、间隙化合物、超结构、固溶体、间隙隙相、间隙化合物、超结构、固溶体、间隙固溶体、置换固溶体。固溶体、置换固溶体。习题习题解释解释以以下基本概念下基本概念广东石油化工学院广东石油化工学院本讲稿第五十三页，共五十四页本讲稿第五十四页，共五十四页