ch1 材料结构的基本知识[1].ppt

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1、第一章材料结构的基本知识结构材料：（强度、塑性、韧性等力学性能）功能材料：（电、磁、光、热等物理性能）金属材料(metals)陶瓷材料(ceramics)高分子材料(polymers)复合材料(composites)材料的分类按使用性能分：按组成分：材料科学与工程的四个要素制备合成/加工工艺processing成分/组织结构composition/structure材料固有性能properties材料使用性能performance材料的固有性能：物理性能：电、磁、光、热化学性能：耐腐蚀性能、抗氧化性能力学性能：强度、硬度、塑性、韧性材料的使用性能：指材料在服役条件下所表现出来的特性，

2、它是材料的固有性能与服役条件、产品设计及加工融合在一起所决定的因素。成分决定性能。成分不同，性能不同。组织结构直接决定性能改变成分也会改变组织结构,从而改变其性能。制备合成加工过程主要是通过改变组织结构而影响其性能。材料的固有性能直接决定材料的使用性能。制备合成/加工工艺成分/组织结构材料固有性能材料使用性能举例：河南第一工具厂生产的W4Mo3Cr4VSi钻头同一批材料，同一种工艺，但因钻头大小结构不同，最终使用性能不同。材料的使用性能：指材料在服役条件下所表现出来的特性，它是材料的固有性能与服役条件、产品设计及加工融合在一起所决定的因素。产品设计因素对使用性能的影响材料科学与工程的

3、四个要素组织结构是核心，性能是材料研究工作的落脚点第一章材料结构的基本知识●原子结构（atomicstructure)●原子间的结合键(interatomicbonding)●原子的排列方式(atomicarrangement)●晶体材料的组织(structureofcrystalmaterials)●材料的稳态与亚稳态结构(stableandmetastablestate)第一章材料结构的基本知识“结构”含义丰富，大致分四个层次：原子结构、原子结合键、材料中原子的排列方式、晶体材料的显微组织。§1.1原子结构◆物质的组成物质是由无数微粒（分子、原子、离子）按一定方式聚集而成的集合体

4、。◆原子结构(atomicstructure)原子是由原子核(由带正电荷的质子和呈电中性的中子组成)和核外电子(带负电荷)构成。电子运动的轨道由四个量子数决定：主量子数n（电子层）、轨道量子数l（电子亚壳层）、磁量子数m（轨道数）、自旋角动量量子数ms（自旋方向）。其中最重要的是主量子数n，是确定电子离核远近和能级高低的主要参数。在同一壳层上的电子又根据轨道量子数l的不同,分成若干能量水平不同的亚壳层,习惯上用s、p、d、f表示,反映了轨道的形状,能量水平依次升高。磁量子数m确定了轨道的空间取向，s、p、d、f依次有1、3、5、7种空间取向。自旋量子数ms表示在每个状态下可存在自旋方

5、向相反的两个电子。s、p、d、f可容纳最大电子数分别为2、6、10、14，各壳层能容纳的电子总数分别为2、8、18、32。即2n2§1.1原子结构一、原子的电子排列§1.1原子结构一、原子的电子排列核外电子的分布与四个量子数有关，且服从两个基本原理：1.Pauli不相容原理(Pauliprinciple)：一个原子中不可能存在四个量子数完全相同的两个电子。2.能量最低原理：电子总是优先占据能量低的轨道，使系统处于最低能量状态。§1.1原子结构一、原子的电子排列二、元素周期表及性能的周期性变化元素的物理性质（熔点、线膨胀系数）、化学性质（电负性）及其原子半径都呈现周期性变化价电子：电负

6、性：用来衡量原子吸引电子能力的参数。根据量子力学，各个壳层的S态、P态中电子的充满程度对该壳层的能量水平起着重要作用。§1.2原子间的结合键(interatomicbonding)按结合力强弱分为一次键和二次键两类一次键(primaryinteratomicbonds):又称化学键或主价键，键力由弱到强依次是：金属键→离子键→共价键二次键(secondarybonding):又称物理键或次价键，主要有范德华键和氢键两种。一、一次键（化学键、主价键）1.金属键(metallicbond)特点：结合力较强，电子共有化,没有方向性和饱和性。金属晶体的特性：(1)良好的导电、导热性；(2)正

7、的电阻温度系数；(3)不透明，具有金属光泽；(4)具有较高的强度和良好的塑性(5)金属之间的溶解性(固溶能力)2.离子键(ionicbond)特点：结合力较强，有饱和性，无方向性离子晶体的特性：(1)硬度、熔点高，强度大(2)脆性大(3)良好的绝缘体(4)典型离子晶体无色透明，如透明Al2O3高温观察窗口Cl与Na形成离子键一种材料由两种原子组成，且一种是金属，另一种是非金属时容易形成离子键的结合(如左图)。由NaCl离子键的形成可以归纳出离子键特点如下：