工程材料与热成型技术：工程材料的结构PPT教学课件.pptx

第2章工程材料的结构

目录-CONTENTS01材料结构的基础知识02实际金属的晶体结构03陶瓷材料的结构04高分子材料的结构

PART材料结构的基础知识01

离子键是电负性差异大的原子间通过电子转移形成的正负离子相互吸引的结合键。离子键共价键是得失电子相近的原子间通过共用电子对形成的强结合力，常见于硬度高、熔点高的物质，如金刚石、部分陶瓷材料和高分子化合物。共价键金属键是金属原子失去价电子形成的，电子与正离子间的库仑力使得金属具有良好的导电性、导热性和塑性。金属键分子键是因瞬时电偶极矩使稳定电子结构的原子或分子结合的弱键，如氢键，常见于分子晶体中。分子键结合键

原子有序排列成晶体，无规则堆垛形成非晶体。晶体具有固定熔点和各向异性，非晶体则没有。晶体与非晶体晶格是抽象的几何空间格架，晶胞是最小几何单元，反映晶格特征。晶格常数a、b、c代表晶胞棱边长度。晶体结构的基本概念材料的结构

常见晶体结构类型体心立方晶格中，每个晶胞含2个原子，原子半径r与晶格常数a的关系为r=3/4a，致密度为68%。常见于α-Fe、Cr、W、Mo等金属。体心立方晶格密排六方晶格，晶胞为六方柱体，包含3个原子，致密度为0.74，Zn、Mg等金属及部分陶瓷晶体具备此结构。密排六方晶格面心立方晶格的晶胞为立方体，含4个原子，致密度0.74，常见于金属如γ-Fe、Cu、Ni、Al及部分陶瓷晶体。面心立方晶格

晶面的原子密度指单位面积的原子数，晶向的原子密度指单位长度的原子数。例如，在体心立方晶格中，{110}晶面和111晶向的原子密度最大。晶面及晶向的原子密度晶面指数是表示平行晶面的符号，由三个整数构成，如(212)，代表一个晶面族，用于描述原子排列相同的各晶面。在立方晶系中，晶向与晶面的垂直关系可通过指数判断，相同指数的晶向与晶面互相垂直。晶面指数晶向指数是通过坐标轴确定的有向直线表示法，用于描述晶体方向，如［112］。相同晶向指数代表平行且同向的晶向，相反方向仅符号相反。它还用于定义原子排列相同的晶向族，如立方晶系中的＜112＞。晶向指数晶向指数和晶面指数

晶体在不同方向性能差异显著，是晶体学基本特征，体现在单晶体物理性质的定向差异。晶体的各向异性定义01体心立方α-Fe单晶体，弹性模量在111和100方向差异明显，源于原子排列的差异。单晶体的各向异性表现02多晶体中，各晶粒位向无序，晶界影响下，各向异性表现不明显，呈现近似各向同性的特性。多晶体的各向异性弱化03尽管每个晶粒本身各向异性，但由于随机取向，多晶体整体上方向性不突出，掩盖了各向异性。伪各向同性现象04晶体的各向异性

PART实际金属的晶体结构02

点缺陷点缺陷是小于几个原子直径的缺陷，如空位、间隙原子，会引起晶格畸变，影响晶体性能。0102线缺陷位错是晶体中的线缺陷，表现为原子排列错位，影响金属性能和塑性变形。03面缺陷晶界是晶体中位向不同的晶粒间的过渡层，原子排列无规则，导致性能与晶粒内部差异，如强度、硬度、腐蚀性和原子扩散速度。晶体中的缺陷

金属材料的结构特点固溶体固溶体是合金中溶质原子融入溶剂晶格形成的相，分为置换固溶体和间隙固溶体，会导致晶格畸变并引起固溶强化。金属化合物金属化合物是金属与其它元素形成的具有金属特性相，常见于合金中，能影响合金的性能。

纯铁、金属材料在温度压力变化下，同种元素可呈现不同晶格结构，如铁的δ-Fe、γ-Fe、α-Fe转变。同素异构现象概述高压下铁可形成ε-Fe，具有密排六方结构，展示同素异构现象的多样性。高压下的转变纯铁在常压冷却，1538℃结晶为δ-Fe，1394℃转为γ-Fe，912℃变为α-Fe，两次同素异构转变。铁的同素异构转变SiO2等离子型晶体也有复杂的同素异构转变，表明这不是金属独有的特性。离子晶体中的转体的同素异构现象与同素异构转变

PART陶瓷材料的结构03

材料科学分类陶瓷材料微观结构新型无机材料发展无机非金属材料特性将材料分为金属材料、无机非金属材料和高分子材料，无机材料以硬度大、耐高温等特性显著。包括陶瓷、玻璃等，以质地脆、强度高、耐腐蚀为特点，传统硅酸盐材料主要含SiO2。为适应新技术需求，发展出人工单晶、功能陶瓷等新型无机材料，具有关键性作用。陶瓷是多晶态无机材料，由结晶相、玻璃相和气相构成，各相特性影响其整体性能。概述

晶体相决定陶瓷性能，主要由氧化物和硅酸盐结构构成，其中氧离子和金属阳离子形成复杂网络。晶体相01玻璃相是陶瓷中的非晶态低熔点固相，填充晶体间隙，降低烧成温度，影响材料性能。玻璃相02气相指陶瓷内部的孔洞，按气孔率陶瓷分类，气孔影响强度和透明度，应尽量减少。气相03陶瓷材料的结构特点

PART高分子材料的结构04

大分子链结构影响高分子性能，主价力和次价力由