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1、第三章第三章 金属材料金属材料 从元素周期表可看出，在从元素周期表可看出，在100100多种化多种化学元素中，金属大约占学元素中，金属大约占80%80%。金属材料具。金属材料具有许多宝贵的机械有许多宝贵的机械-力学、物理、化学性力学、物理、化学性能，是使用最为广泛的且用量最大的一种能，是使用最为广泛的且用量最大的一种材料。材料。3.1 金属特性与金属键Characteristic&properties高导电率和高导热率高导电率和高导热率 不透明性不透明性 金属表面的高反射性金属表面的高反射性 延展性延展性 金属键的金属键的特点特点金属的特性金属的特性电子的离域性电子的离域性键的球对称性质键的球
2、对称性质3.1.1 3.1.1 金属键金属键（metallic bond）金属的特点金属的特点 电与热的良导体，金属光泽，不透明，延展性好，比重大，强度高，可焊电与热的良导体，金属光泽，不透明，延展性好，比重大，强度高，可焊接，形成合金（超耐热、超低温、超塑性、硬质、减振、贮氢、形状记忆合金接，形成合金（超耐热、超低温、超塑性、硬质、减振、贮氢、形状记忆合金等等）。等等）。金属的这些性能是其特定结构的外在反映金属的这些性能是其特定结构的外在反映 由于自由电子在金属晶体中运动而将由于自由电子在金属晶体中运动而将金属正离子金属正离子“联系联系”在一起，这种多原子在一起，这种多原子的共价键，称为金属
3、键。的共价键，称为金属键。由于金属原子的半径比较大，价电子由于金属原子的半径比较大，价电子数较少，这些价电子容易从原子上脱落而数较少，这些价电子容易从原子上脱落而在整个金属的范围内自由运动，称为在整个金属的范围内自由运动，称为自由自由电子。电子。金属键的金属键的“自由电子自由电子”模型模型 （经典理论）（经典理论）1916年，由荷兰理论物理学家咯伦兹（年，由荷兰理论物理学家咯伦兹（Lorentz,H.A.1853-1928)提出。提出。所有金属原子的最外层都有所有金属原子的最外层都有ns电子电子，金属原子价电子层的金属原子价电子层的s电子云电子云是球形的，只是球形的，只要空间条件允许，它们可以
4、在任意方向与要空间条件允许，它们可以在任意方向与任何数目的邻近原子的价电子云重叠。因任何数目的邻近原子的价电子云重叠。因此，金属原子的此，金属原子的排列不受饱和性和方向性排列不受饱和性和方向性的限制的限制，使金属晶体中的金属原子都采取，使金属晶体中的金属原子都采取紧密堆积结构。紧密堆积结构。“自由电子自由电子”模型可以解释以下问题：模型可以解释以下问题：v 由于自由电子几乎可以吸收所有波长的可见光，随即又发射出来，因而使金属由于自由电子几乎可以吸收所有波长的可见光，随即又发射出来，因而使金属具有具有金属光泽金属光泽。v 金属中的自由电子有突出的流动性，这使金属的金属中的自由电子有突出的流动性，这使金属的传导性能良好传导性能良好。v 金属键是在整个晶体范围起作用，因此要断开金属比较困难。但由于金属键没金属键是在整个晶体范围起作用，因此要断开金属比较困难。但由于金属键没有方向性，原子排列方式简单，重复周期短，因此，在原子之间（主要是密置层之有方向性，原子排列方式简单，重复周期短，因此，在原子之间（主要是密置层之间）比较容易产生间）比较容易产生“滑动滑动”。在滑动过程中，自由电子起一定。在滑动过程中，自由电子起一定“调剂调剂”“润滑润滑”作作用，因此金属有较好的用，因此金属有较好的延展性延展性和和可塑性可塑性。