材料科学基础1章（材料的结构）课件.ppt

第一章 材料的结构;1.1材料的结合方式 1.1.1化学键 组成物质整体的质点（原子、分子、离子）间的相互作用力叫化学键。 1、共价键 由共用价电子对产生的结合键叫共价键。组成共价键的元素原子形成分子或晶体时，以共用价电子形成稳定的电子满壳层的方式实现结合。共价键具有方向性。 ; 共价键的结合力很大，所以共价晶体强度高，硬度高，脆性大，熔点高，沸点高和挥发性低，共价键材料具有良好的绝缘性。 共价键材料：金刚石、硅、SiC、Si3N4、BN等化合物。 ;2.离子键 当周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素原子接触时，前者失去最外层价电子变成带正电荷的正离子，后者获得电子变成带负电荷的满壳层负离子。正离子和负离子由静电引力相互吸引；同时当它们十分接近时发生排斥，引力和斥力相等即形成稳定的离子键。 离子键没有方向性，离子键无饱和性。 离子键的结合力很大，离子晶体的硬度高，熔点高， 脆性大，导电性差，热膨胀系统小。 ; 离子键中很难产生可以自由运动的电子，所以离子晶体都是良好的绝缘体。在离子键结合中，由于离子的外层电子比较牢固地被束缚，可见光的能量一般不足以使其受激发，因而不吸收可见光，所以典型的离子晶体是无色透明的。;4.范特瓦尔键 惰性气体元素在低温下可结合成固体。甲烷分子在固态也能相互结合成为晶体。在它们的结合过程中没有电子的得失、共有或公有化，价电子的分布几乎不变，原子或分子之间是分子键。 ; 范特瓦尔斯力很弱，因此由分子键结合的固体材料熔点低、硬度也很低。 范特瓦尔斯力很弱，由其键结合的固体材料因无自由电子，材料有良好的绝缘性。;;1.1.2 工程材料的键性 （1）金属材料主要以金属键结合，其强韧性好，塑性变形能力强，导电、导热性好，具有良好的工艺性能，为主要的工程材料。 （2）高分子材料以分子键和共价键结合，耐蚀性、绝缘性好，密度小，加工成型性好，强度不高、硬度较低，耐热性较差。 （3）陶瓷材料以离子键、共价键结合，熔点高,硬度高，耐高温，耐磨损，脆性大，难以加工。 （4）复合材料根据其组元材料具有复合的结合键，也具有复合的性能。;1.2 晶体学基础 1.2.1晶体与非晶体 晶体：物质的质点（原子、分子或离子）在三维空间呈规则的周期性排列。 非晶体：物质的质点在整体上是无规则堆积。 ;晶体与非晶体区别：(a)是否具有周期性、对称性；(b)是否有确定的熔点；(c)是否各向异性； 1.2.2 空间点阵 将晶体抽象为规则排列与空间的无数几何点，这些点代表原子（分子或离子）的中心，这些点的空间排列称为空间点阵。;晶体中能够代表原子排列特征的最基本的结构单元方能作为晶胞。;布拉菲点阵：7个晶系，14种空间点阵。;1.2.3 晶向指数和晶面指数 1.晶向指数的标定 晶向: 在晶格中,任意两原子之间的连线所指的方向。 晶向指数: 用密勒指数对晶格中某一原子排列在空间的位向进行标定。 确定方法:设置坐标;求投影坐标; 化最小整数[u v w] 。;2. 晶面指数的标定 晶面: 在晶格中由一系列原子所构成的平面称为晶面。 晶面指数:用密勒指数对晶格中 某一晶面进行标定。 确定方法: 设置坐标;求截距;取倒数;化整数(h k l) 。; 立方晶体中常用晶面指数;3.晶面族与晶向族 在晶体中，有些晶面原子排列情况相同，面间距也相等，只是空间位向不同，属于同一晶面族用{h k l} 表示。 原子排列情况相同，只是空间位向不同的所有晶向，属于同一晶向族用uvw表示。 ;; 100 : crystal axes 110 : face diagonal 111 : body diagonal 112 : apices to opposite face-centers ;4.六方系晶面及晶向指数标定 六方系晶面晶向的标定中，坐标系使用四轴，C轴垂直于底面，a1、a2、a 3轴在底面上，其夹角为120o，晶面标定为(h k i l )。;a; 晶向指数用[ u v t w ]表示，其中前三个指数只有两个是独立的，它们有如下关系： t＝－(u＋v); 采用三轴坐标系时，C轴垂直于地面，a1、a2轴在底面上，其夹角为120o 三轴制晶向指数为[UVW]与[ u v t w ]关系为:;5.晶带 相交与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。 立方晶系某晶面(h k l )以[ u v w ]为晶带轴时必有： hu+