材料科学基础电子教案讲义教学课件 PPT材料科学基础_1.ppt

Introduction to Material Science 中南大学冶金科学与工程学院 彭兵 绪论 课程的目的和任务 金属概述 金属学的发展 学习要求和参考书 1.课程的目的和任务 1.课程的目的和任务（续） 2.金属概述 一般定义：具有金属性质的物质即为金属。 金属的性质： 1.良好的传导性 —— 即导热性、导电性，自由电子的运动引起； 2.良好的延展性 —— 金属正离子在电子云中规则排列，金属间没有方向性。 3.具有光泽 ——吸收了能量的自由电子从被激发态（高能带）回到基态（低能带）时会放出能量，这种能量以光的形式放出。 3.金属学的发展 金属学的发展与组织结构分析和性能测试技术等研究方法和手段的进展密切相关。 人类对金属内部组织的认识过程：长期实践经验?光学金相（1841年)?X射线衍射技术（1913年）?电子显微镜（1932年）。于是在金相学的基础上，随着实验技术的进展以及热力学、物理化学、固体物理、材料力学等各学科之间的相互渗透，金属的宏观、微观组织，直至原子组态的结构及其各种性能的关系，得到了日趋深入的认识，形成了近代金属学体系。先进的检测手段的出现，扩大了金属材料的研究领域，促进了金属学的发展。 金属学在欧美多称为物理冶金学(Physico-Metallury)，研究也今后金属材料在加工使用过程中的性能及其影响因素。 4.学习要求和参考书 学习要求：理解并记忆定义、原理公式，能灵活运用有关原理解释和解决实际问题。 参考书籍： 第一章 金属的晶体结构 第一节 金属晶体中原子间的结合 一、键型 一、键型（续） 二、结合力与结合能 二、结合力与结合能（续） 三、原子半径（Ra) 四、金属的晶体性 1.固体的分类 晶体——原子呈周期性排列； 非晶体——原子呈不规则排列； 2. 晶体的分类 单晶体——整个物质由一个晶粒组成，其中原子排列位向相同，具有各向异性。 多晶体——有许多位向不同的小单晶体组成，具有各向同性（单个经历的各向异性被“平均化”）。 3.晶体和非晶体相互关系 晶体和非晶体在一定的条件下可以相互转化。例如，在极大的冷速下，可以得到非晶态金属。其原因是液态金属在冷却时来不及转变成晶体就凝固了，非晶体实质上是一种过冷的液体结构（短程有序）。 第二节 晶体学基础 一、晶体的定性描述 1. 晶体结构与空间点阵 2. 晶系（7系14种） 二、晶体的定量描述 1. 立方晶系的晶向和晶面指数 2. 晶带与晶面轴 3. 六方晶系的晶向与晶面指数 4. 立方晶系中的一些重要几何关系 1.晶体结构与空间点阵 1.晶体结构与空间点阵（续） 1.晶体结构与空间点阵（续） 2. 晶系 2.1 布拉菲点阵（空间点阵） 根据空间点阵中“每个阵点周围的环境相同“的要求，布拉菲（Braris)于1948年用数学方法证明了空间点阵共有14种，而且只有14种。 2.2 晶系 根据晶胞的3个晶格常数（a、b、c）和3个轴间夹角（α、β、γ）的相互关系，可以把14种布拉菲点阵归纳为7个晶系（参见下标）。从表中可以看出，晶系分类是只考虑a、b、c 是否相等， α、β、γ是否相等或呈直角关系等因素，即只考虑晶胞的外形而不涉及晶保中原子排列的具体情况。 二、晶体的定量描述 几个重要的概念 晶向——点阵重镇点的连线，表示原子列的方向。 晶面——点阵中阵点组成的面，表示原子面。 用晶向指数和晶面指数来确定和区分不同的晶向和晶面，国际上通用密勒指数（Miller)统一标定。 1. 立方晶系的晶向与晶面指数 1. 立方晶系的晶向与晶面指数（续） 晶向指数[u v w]中如果某一个数字为负，则将负号标注在该数的上方。 一个晶向指数并不表示一个晶向，而是一组相互平行、位向相同的晶向。如果晶向指数的数字相同而正负号相反，如[110]和[110]，则这两个晶向相互平行，但方向相反（与数学中矢量的相关概念相同）。 1. 立方晶系的晶向与晶面指数（续） 1. 立方晶系的晶向与晶面指数（续） 1. 立方晶系的晶向与晶面指数（续） 1. 立方晶系的晶向与晶面指数（续） 2. 晶带与晶带轴 3. 六方晶系的晶向与晶面指数 3. 六方晶系的晶向和晶面指数(续) 3. 六方晶系的晶向和晶面指数(续) 4. 立方晶系中的一些重要几何关系 4. 立方晶系中的一些重要几何关系(续) 第三节 金属的晶体结构 工业上使用的金属除少数具有较复杂的晶体结构外，绝大多数均为比较简单的高对称性晶体结构。它们是：