工程材料的结构与性能分析.ppt

提纲 1.1 材料原子(或分子)的相互作用 1.1 材料原子(或分子)的相互作用 1.1 材料原子(或分子)的相互作用 原子间以形成公用价电子对而结合。 共价键结合极为牢固。 金刚石、半导体材料、SiC、Si3N4、BN等化合物 1.1 材料原子(或分子)的相互作用 1.1.4 分子键 原子或分子间相互作用是依靠分子(或原子)偶极间的作用力(色散力、诱导力、取向力)来完成的。称为范德华力。 惰性气体，分子态气体。 1.1 材料原子(或分子)的相互作用 金属的特性 1.1 材料原子(或分子)的相互作用 晶体及其特征 晶体：内部质点在三维空间成周期性重复排列的即是晶体，反之为非晶体 天然的晶体往往具有规则的几何外形 但是晶体与非晶体的区别不是外形而是内部原子排列 晶体结构与空间点阵 晶体结构：晶体物质中的原子、分子、离子或者相同性质的原子群、分子群、离子群的具体的排列方式 结点：质点的中心位置称为晶格的结点。点阵中结点仅有几何意义，并不真正代表任何质点。 晶体点阵：由这些结点构成的空间总体称为晶体点阵（空间格子或空间点阵）。 晶体点阵及晶胞的不同取法 晶体中质点排列具有周期性：整个晶体可看作由结点沿三个不同的方向按一定间距重复出现形成的。 晶胞：可以从晶体中取出最小晶格一个单元，表示晶体结构的特征。 晶胞是从晶体结构中取出来的反映晶体周期性和对称性的重复单元。 晶胞与晶胞参数 常见金属晶体的晶胞结构 常见体心立方的金属有?-Fe、Cr、V、Mo、Nb、W等 体心立方原子数 体心立方原子半径 体心立方配位数 8 体心立方致密度 0.68 常见面心立方的金属有Au、Ag、Cu、Al、Ni、?-Fe等 面心立方原子数 面心立方原子半径 面心立方配位数 12 面心立方致密度 0.74 常见的密排六方结构金属有Zn、Mg、Be、Cd、 、 等 密排六方原子数 密排六方原子半径 密排六方配位数 12 密排六方致密度 0.74 c/a称之为轴比理想值为 立方晶系晶面、晶向表示方法 晶体中各方位上的原子面称晶面。 各方向上的原子列称晶向。 1. 晶面指数 表示晶面的符号称晶面指数。 其确定步骤为： (1) 选坐标，以晶格中某一原子为原点（注意不要把原点放在所求的晶面上），以晶胞的三个棱边作为三维坐标的坐标轴。 (2) 以相应的晶格常数为单位，求出待定晶面在三个轴上的截距。 (3) 求三个截距的倒数。 (4) 将所得数值化为最小整数，加圆括弧，形式为(hkl)。 (1) 确定原点，建立 坐标系，过原点作所 求晶向的平行线。 (2) 求直线上任一点的坐标值。 ● (3) 按比例化为最小整数,加方括弧。形式为[uvw]。 ⑶ 晶面与晶向 (hkl)与[uvw]分别表示的是一组平行的晶向和晶面。 单晶体与多晶体 多晶型性（同素异构） 实际晶体的结构-晶体缺陷 理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。 实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。 　按几何形态： 1.点缺陷 2.线缺陷 3.面缺陷 缺陷的存在会使周围的原子产生弹性畸变区，即晶格畸变，会改变材料的性能 点缺陷（零维缺陷） 缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。 点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。 线缺陷（一维缺陷） 在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。如各种位错 线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 材料强度与位错密度之间的关系 在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、表面、堆积层错、 相界等。 面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。 面缺陷—晶界与亚晶界 晶界是不同位向晶粒的过度部位，宽度为5~10个原 子间距，位向差一般为20~40°。 晶界的特性 非晶体材料的原子排列 将液态金属以快速的速度冷却下来，可以得到非晶态金属，也叫金属玻璃，当前材料研究的热点之一。 非晶体材料在结构上就是“过冷”的液态，短程有序的结构，有别于晶体的长程有序结构。 非晶态一般是一种亚稳态。 1.3.1合金的相、组织及其关系 将外来组元引入晶体结构，占据主晶相质点位置一部分或间隙位置一部分，仍保持一个晶相，这种晶体称为固溶体(即溶质溶解在溶剂中形成固溶体） 常见化合物可分为正常价化合物、电子化合物、间隙相和间隙化合物。 合金组元形成晶格类型与任一组元都不相同的新相. 1.3.4 合金性能 1 固溶强化－－－－－－－－点缺陷