材料科学基础教程省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一章第一章 材料结构材料结构本章提要本章提要结合键与材料性质结合键与材料性质晶体学基本概念晶体学基本概念纯金属晶体结构纯金属晶体结构合金晶体结构合金晶体结构1第1页第一章第一章 材料结构材料结构第一节第一节 材料结合方式材料结合方式1.1.1 化学化学键键化学化学键键组组成物成物质质质质点相互作用力。点相互作用力。1.共价共价键键共用共用电电子子对对有有饱饱和性与方向性。和性与方向性。共价晶体共价晶体高熔点，高高熔点，高强强度，很好度，很好绝缘绝缘性。性。2第2页2.离子离子键键得失得失电电子形成子形成没有方向性和没有方向性和饱饱和性和性离子晶体离子晶体高熔点，高硬度，高熔点，高硬度，导电导电（熔融）（熔融）3第3页3.金属金属键键原子共用自由原子共用自由电电子形成子形成无无饱饱和性和方向性。和性和方向性。金属晶体金属晶体原子排列密度高，能原子排列密度高，能变变形，形，导电导电，导热导热。4第4页金属原子结构特点金属原子结构特点外层电子少，易失去。外层电子少，易失去。有自由电子。有自由电子。金属离子与自由电子形成键。金属离子与自由电子形成键。金属键无方向性金属键无方向性有良好塑性有良好塑性有固溶能力有固溶能力5第5页4.范德瓦范德瓦尔尔键键 分子分子间间静静电电引力形成，分子引力形成，分子键键 聚合物聚合物链间链间没有方向性和没有方向性和饱饱和性和性分子晶体分子晶体 如冰、干冰等如冰、干冰等熔点低，硬度小熔点低，硬度小6第6页1.1.2 工程材料键性工程材料键性图图1-47第7页第二节第二节 晶体学基础晶体学基础1.2.1 晶体与非晶体晶体与非晶体晶体晶体：物质质点在三维空间作有规律周：物质质点在三维空间作有规律周期性重复排列所形成物质。期性重复排列所形成物质。长程有序长程有序晶体特征晶体特征：各向异性、固定熔点、产生电子衍射等。各向异性、固定熔点、产生电子衍射等。8第8页Al 原子微观排列原子微观排列9第9页单晶体各向异性单晶体各向异性10第10页1.2.2空间点阵空间点阵1.点阵、阵点与晶格点阵、阵点与晶格空间点阵空间点阵：将理想晶体抽象为无数相同：将理想晶体抽象为无数相同质点（原子等中心），其在空间排列称质点（原子等中心），其在空间排列称为空间点阵，简称点阵。为空间点阵，简称点阵。阵点阵点：点阵中单个质点。：点阵中单个质点。晶格晶格：将阵点用一系列平行直线连接起：将阵点用一系列平行直线连接起来组成空间格架。来组成空间格架。11第11页2.晶胞晶胞晶胞晶胞：组成点阵最基本单元。：组成点阵最基本单元。晶胞选择依据晶胞选择依据：反应点阵规律反应点阵规律反应点阵对称性。反应点阵对称性。平衡六面体内各角与棱尽可能相等。平衡六面体内各角与棱尽可能相等。棱之间尽可能为直角。棱之间尽可能为直角。晶胞体积最小。晶胞体积最小。12第12页3.晶胞参数：晶胞参数：晶格常数、晶格常数、晶轴间角晶轴间角、4.七个晶系与十四种七个晶系与十四种Bravis点阵点阵13第13页14第14页1.2.3 晶向指数与晶面指数晶向指数与晶面指数基本概念基本概念晶面晶面：晶体中由一系列原子组成平面。晶体中由一系列原子组成平面。晶向晶向：任意两个原子之间连线所指方向。任意两个原子之间连线所指方向。晶向指数与晶面指数晶向指数与晶面指数：标明晶面与晶向空间方位排列统一标明晶面与晶向空间方位排列统一方法。方法。15第15页试写出以下晶向指数试写出以下晶向指数uvw16第16页晶向族晶向族平行且同向晶向指数相同。平行且同向晶向指数相同。方向相反晶向指数为相反数。方向相反晶向指数为相反数。用用代表全部原子排列相同但空代表全部原子排列相同但空间位向不一样晶向，称间位向不一样晶向，称晶向族晶向族。17第17页正交系惯用晶向指数正交系惯用晶向指数18第18页2.晶面指数晶面指数三步法确定晶面指数三步法确定晶面指数（hkl）取坐标取坐标求截距求截距求倒数、化整求倒数、化整 19第19页试写出以下晶面指数（试写出以下晶面指数（hkl）20第20页晶面族晶面族平行晶面指数相同平行晶面指数相同指数互为相反数时，晶面法线反向指数互为相反数时，晶面法线反向用用hkl代表空间位向不一样，但原子排代表空间位向不一样，但原子排列情况完全相同晶面，称为列情况完全相同晶面，称为晶面族晶面族。21第21页立方系惯用晶面指数立方系惯用晶面指数22第22页111四面体四面体 DABC23第23页3.六方晶系晶面指数与晶向指数六方晶系晶面指数与晶向指数四轴坐标四轴坐标晶面指数晶面指数 同于立方系方法同于立方系方法晶向指数晶向指数 转换法转换法 u=1/3（2U-V）v=1/3（2V-U）t=-(u+v）w=W24第24页六方系惯用晶面与晶向六方系惯用晶面与晶向25第25页4.晶带与晶带定理晶带与晶带定理晶带晶带：由与某一晶向直线平行及全部相：由与某一晶向直线平行及全部相交于该晶向直线交于该晶向直线全部晶面全部晶面组成组成集合集合。该。该直线称为该晶体带轴。直线称为该晶体带轴。晶带定理晶带定理：在立方晶系中，若晶面（在立方晶系中，若晶面（hkl）晶带轴是）晶带轴是uvw，则必有，则必有hu+kv+lw=0 反之亦然。反之亦然。26第26页5.晶面间距晶面间距27第27页课后练习课后练习在立方晶胞中画出：在立方晶胞中画出：四个四个111晶面和六个晶面和六个110晶面晶面八个八个晶向和晶向和12个个晶向晶向上述对应晶面与晶向之间有什么特殊位置上述对应晶面与晶向之间有什么特殊位置关系？关系？写出与六方晶系中写出与六方晶系中 101，111及及001对应四轴指数对应四轴指数-28第28页第三节第三节 材料晶体结构材料晶体结构1.3.1 经典金属晶体结构经典金属晶体结构体心立方、面心立方、密排六方结构体心立方、面心立方、密排六方结构 B.C.C.F.C.C.H.C.P.29第29页晶胞中原子数晶胞中原子数原子半径原子半径配位数配位数致密度致密度原子堆垛方式原子堆垛方式晶体结构中间隙晶体结构中间隙30第30页1.晶胞中原子数晶胞中原子数31第31页2.原子半径原子半径32第32页3.配位数配位数配位数：一个原子周围最近邻而且等距配位数：一个原子周围最近邻而且等距离原子个数。离原子个数。FCCCPH33第33页4.致密度致密度晶胞中原子所占体积晶胞中原子所占体积体心立方体心立方面心立方面心立方密排六方密排六方34第34页5.原子堆垛原子堆垛单击看动画单击看动画体心立方原子堆垛体心立方原子堆垛密排面密排面11035第35页36第36页密排六方与面心立方原子堆垛密排六方与面心立方原子堆垛密排面原子排列特点密排面原子排列特点密排面密排面111，（0001）原子形成密集堆积堆积位置能够是原子形成密集堆积堆积位置能够是 A,B或者或者C37第37页面心立方晶胞中密堆积面面心立方晶胞中密堆积面38第38页面心立方与密排六方堆垛差异面心立方与密排六方堆垛差异39第39页密排六方原子堆垛密排六方原子堆垛40第40页面心立方原子堆垛面心立方原子堆垛41第41页6.晶体结构中间隙晶体结构中间隙体心立方结构间隙体心立方结构间隙42第42页面心立方结构间隙面心立方结构间隙43第43页密排六方结构间隙密排六方结构间隙44第44页7.多晶型性多晶型性多晶型性及多晶型转变：多晶型性及多晶型转变：一个材料一个材料含有几个不一样晶体结构性质含有几个不一样晶体结构性质称多晶型性。称多晶型性。当改变温度或压力时，晶体从一个结构转变为另一当改变温度或压力时，晶体从一个结构转变为另一个结构，称个结构，称多晶型转变多晶型转变。意义：意义：热处理工艺基础热处理工艺基础经过改变结构而改变性能经过改变结构而改变性能多晶型转变体积改变多晶型转变体积改变45第45页纯铁多晶型转变及体积改变纯铁多晶型转变及体积改变46第46页