材料科学与工程基础.doc

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1、材料科学与工程基础1、离子键电负性相差大的原子间相互靠近时，互有电子得失而成为正负离子，由静电引力结合在一起。例如NaCl,KCl,GaAs,2、共价键同类或性质相近类原子间结合，借共用电子对而结合。例如SiC,金刚石，高分子材料、、图21NaCl晶体3、金属键A、金属原子结构特点外层电子少，易失去，而成为自由电子；在金属聚合物中成为“电子气”。这种由金属正离子与自由电子气相互作用而结合的方式称为金属键。B、金属的物化性能取决于金属键例如导电、光泽、导热、塑性变形能力、、、、、3、分子键和氢键A、分子键范德瓦尔斯键B、氢键极性键一、结合键的性能特点（略讲）见书P10，表21二、

2、材料的键性根据键性，可以估计材料的性能。材料中有的是单一种键，更多的是几种键的组合。1、金属材料金属材料的结合键主要是金属键；但金属材料中的金属间化合物是离子键。书中提及的灰锡（共价键）已不能用做工程材料，此类状态已失去了金属性能。2、陶瓷材料离子键为主，亦有共价键。所以，陶瓷材料硬度高，熔点高，脆性大。3、高分子材料共价键和分子键。高分子材料分子大的特点，决定了其分子之间的作用力大，性能好。链、环及其复合形式的大分子结构，不同的基在不同部位的连接使其性能不同。离子键硅酸盐陶瓷半导体黏土高分子金属键分子键图23结合键四面体§2、材料的晶体结构基本概念晶体与非晶体原子或分子的空间

3、有序排列形成晶体；反之为非晶体。有序即按照某种规律排列而成（后面课程中讲），长程有序。（例如Nacl、糖等）非晶体又称过冷液体，近程有序。（例如玻璃等）一、晶体的基本概念（一）晶格和晶胞（表示方法）抽象法（抽象晶体）a、将原子视为球形，它们的堆砌集可有不同的规律（多样性）。一些生活常识可知。b、若视其为空间几何点，则其空间排列（多样性）称为空间点阵。c、将点阵用假想直线连接（多样性）（类似建筑工程脚手架结构）称为晶格。d、其中有代表性（最小的空间单元）的几何单元称为晶胞。不同的堆集方式有不同的空间点阵，即各自具有代表性的空间单元亦不同，即晶胞不同。e、晶胞各边的尺寸a、b、c称

4、为晶体常数。晶胞棱间夹角用α、β、γ表示。见图24zyxa简单立方晶体（b）晶格（c）晶胞（二）晶系不同元素的原子在一定条件下对应某种晶格。当条件变化到另外某种状态（T-P-）时，又可转变成（对应于）另外的晶格。法国晶体学家布拉菲（Brarais）用数学的方法推算出所有已知晶体分属于14种空间点阵。根据晶胞的6个参数（a、b、c、α、β、γ）把14种空间点阵归纳为七大晶系。见表22（P12）三、晶格尺寸和原子半径A、表示晶格尺寸的（晶格尺寸单位）是晶格常数。立方晶系只用一个a即可表示。B、原子半径，现代物理科技仍未达到能精确测定物质原子直径的水平，即“测不准”定理。但用X-Ra

5、g衍射法能测出晶体中点阵中心距。可根据点阵类型推算出原子半径Ra（紧靠的原子中心距的一半）对同种原子而言，晶格类型不同，半径不同。（配位数下降，半径下降）用钢球模型推算。（四）、原子数一个晶胞内包含的原子数目。（钢球模型）（五）、配位数和致密度1.配位数在晶体中每一原子周围所具有的是其等距离的最邻近的原子数目叫配位数。2.致密度晶胞中原子本身所占的体积的百分数（K）Kn4/3πr3/V二、常见纯金属的晶格类型（理想纯）（一）体心立方晶格（bccboadycenteradcube）常见金属＞30种之多（例如α-Fe、Cr、Mo、W、V、Nb）（√2a）2＋a24r22a2＋a24

6、2r23a24r2∴r√3/4a晶胞原子数1/8812个配位数8ABABABAB。。。。致密度K24/3πr3（图25bcc）a3二面心立方晶格（FCCfacecenteredcube）晶格常数亦只用一个a表示。显而易见r/4a晶胞的原子数1/881/264个配位数12ABCABCABC。。。可算出致密度为0.74（图26FCC）属于这种晶格的金属有r-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au、Rh等＞20种。三密排六方晶格（HCPhexagonalclose-packed）r1/2ac/a1.633晶胞原子数1/6121/2236ABABABAB。。。（图27HCP）配位数12致密

7、度0.74属于该类晶格的金属有Mg、Zn、Be、Cd等二十几种。三、立方晶系的晶面、晶向表示方法（空间解析法）（一）晶面指数晶体中各种方位的原子面叫晶面，表示晶面的符号称晶面指数。不同的晶面上的原子排列密度不同。晶面指数确定法（三个步骤）1、以晶格中某一原子为原点建立笛卡尔生标系，（三个边，分别作三维生标轴）。以相应的晶格常数为测量单位，求出所求晶面在三生标轴上的截距。不能出现零截距即原点在所求晶面之外。2、求倒数3、化简成最简整数，用圆括号括起来，（H、K、L）就成为晶面指数（H、K、L）