金属性能与结构
第1章金属材料的性能与结构
1．晶体结构的基本知识
由于晶体原子排列呈周期性，因此， 可以从晶格中选取一个能够完全反应晶 格中原子排列特征的最小的几何单元， 来分析晶体中原子排列的规律性，这个 最小的几何单元称为晶胞 。
1．晶体结构的基本知识
晶格
晶胞
1．晶体结构的基本知识
Z c
α
β a
X a γ
b
Y
图1-9 晶胞的晶格常数和轴间夹角的表示法
（）
MPa
b
s
e
b
s
e
应变（%）
图1-2 单轴拉伸曲线示意图
2、金属的力学性能的指标一般有哪些？ 怎样获得这些指标？ 塑性是指金属材料在外力作用下，发生 永久变形而不破坏的能力。在工程中常用 塑性指标来判断金属材料的可成形性，常 用伸长率和断面收缩率来表征。 伸长率指试样在拉伸过程中，拉断标距长 度的延长值（见图1-1）与原始标距长度的 比值，即：
1.2.1 金属
在固态金属中，吸引力与排斥力的大 小以及它们的结合能量都随原子间距离 的变化而发生改变。这样就存在一个原 子间距，此时原子间相互排斥力与吸引 力相等，原子处于稳定平衡状态，该原 子间距即为平衡距离，这时原子之间的 结合能为最低，系统此时最稳定。
1.2.2 金属的晶体结构
1．晶体结构的基本知识 2. 常见金属的晶体结构 3. 晶面指数和晶向指数
第1章 金属材料的性能与结构
§1.1 金属材料的性能 §1.2金属的晶体结构
§1.3合金的相结构
1.1 金属材料的性能
金属材料是金属元素或以金属元素为 主构成的具有金属特性的材料的统称。 金属材料一般分为：黑色金属和有色 金属，黑色金属有钢、铸铁、铬、锰； 其他的金属，如铝、镁、铜、锌等及其 合金都为有色金属。 金属材料的性能包括：力学性能、物 理化学性能、工艺性能、经济性能等。
金属材料的结构与性能
第一章材料的性能第一节材料的机械性能一、强度、塑性及其测定1、强度是指在静载荷作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
材料的强度越大，材料所能承受的外力就越大。
常见的强度指标有屈服强度和抗拉强度，它们是重要的力学性能指标，是设计，选材和评定材料的重要性能指标之一。
2、塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。
塑性指标用伸长率δ和断面收缩率ф表示。
二、硬度及其测定硬度是衡量材料软硬程度的指标。
目前，生产中测量硬度常用的方法是压入法，并根据压入的程度来测定硬度值。
此时硬度可定义为材料抵抗表面局部塑性变形的能力。
因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。
硬度试验简单易行，有可直接在零件上试验而不破坏零件。
此外，材料的硬度值又与其他的力学性能及工艺能有密切联系。
三、疲劳机械零件在交变载荷作用下发生的断裂的现象称为疲劳。
疲劳强度是指被测材料抵抗交变载荷的能力。
四、冲击韧性及其测定材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力被称为冲击韧性。
为评定材料的性能，需在规定条件下进行一次冲击试验。
其中应用最普遍的是一次冲击弯曲试验，或称一次摆锤冲击试验。
五、断裂韧性材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力称为断裂韧性。
它是材料本身的特性。
六、磨损由于相对摩擦，摩擦表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失，称为磨损。
引起磨损的原因既有力学作用，也有物理、化学作用，因此磨损使一个复杂的过程。
按磨损的机理和条件的不同，通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损四大基本类型。
第二节材料的物理化学性能1、物理性能：材料的物理性能主要是密度、熔点、热膨胀性、导电性和导热性。
不同用途的机械零件对物理性能的要求也各不相同。
2、化学性能：材料的化学性能主要是指它们在室温或高温时抵抗各种介质的化学侵蚀能力。
第三节材料的工艺性能一、铸造性能：铸造性能主要是指液态金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析的倾向。
金属材料的结构、组织与性能
1. 晶体和金属的特 性
原子在空间呈 规则排列的固体物 质称为“晶体”， 如图1-1a所示。晶 体具有固定的熔点。
图1-1 晶体中原子排列示意图
32
金属原子结合方式-----金属键
金属晶体中，金属原子失去最外层电子变成正离子，每一个正 离子按一定规则排列并在固定位置上作热振动，自由电子在各 正离子间自由运动，并为整个金属所共有，形成带负电的电子 云。正离子与自由电子的相互吸引，将所有的金属原子结合起 来，使金属处于稳定的晶体状态。金属原子的这种结合方式称 为“金属键”。
非晶体的原子则是无规律、无次序地堆积在一起的。
34
2. 晶格、晶胞和晶格常数
为了便于分析晶体中原子排列规律及几何形状，将每一个 原子假设成一个几何点，忽略其尺寸和重量，再用假想线把这 些点连接起来，得到一个表示金属内部原子排列规律的抽象的 空间格子，称为“晶格”，如图1-1b所示。
晶格中各种方位的原子面称为“晶面”，构成晶格的最基 本几何单元称为“晶胞”，如图1-1c所示。晶胞的大小以其各边 尺寸a、b、c表示，称为“晶格常数”，以(A埃 )为单位。 (1埃A =1×10-8 cm)
图1-7 立方晶系的一些晶向指数
36
（2）立方晶系的晶面指数 晶体中各种方位的原子面称为晶面。立方晶系的晶面指数 通常采用密勒指数法确定，即晶面指数是根据晶面与3个坐标 轴的截距来决定。晶面指数形式为(h k l)，按如下步骤确定：
1）建坐标；
2）求截距；
3）取倒数并化整，放圆括号
( )内，即得。
图1-11 晶界和亚晶界
44
（2）晶格缺陷
实际金属晶体中，由于结晶条件或加工等的影响，使原子的排列规则受 到破坏，这种不规则的区域称为晶格缺陷。根据其几何特点，可分为三类。
金属材料的微结构与性能研究
金属材料的微结构与性能研究金属材料是现代工业中最重要的材料之一，它们在各个领域中扮演着至关重要的角色。
金属材料是由许多微观结构构成的，这些结构能够影响整个材料的性能。
为了深入了解不同金属材料的性能，科学家们研究了它们的微结构，并发现了微结构与性能之间的微妙关系。
其中，金属材料的爆炸性能研究是材料学研究的重要方向之一。
爆炸性能是指材料在遭受外部冲击、剪切、压缩等拉伸状态下的反应，其表现形式主要有弹性、塑性、断裂等。
这些表现形式都与微观结构有关。
例如，弹性的表现形式与金属的晶体结构、面心立方体（FCC）结构、体心立方体（BCC）结构等因素有关。
同样，材料的断裂也与晶粒大小、晶界强度、缺陷密度等因素有关。
综上所述，金属材料的微结构对于材料的性能具有重要影响。
因此，了解金属材料的微观结构和性能之间的关系是非常必要的。
以下是一些典型的金属材料的微观结构与性能之间的关系：用锆合金为例。
锆合金材料的晶粒越细小，其强度就越大。
此外，晶粒的大小也会影响材料的塑性——当晶粒越细小时，材料的延展性将越高，即材料在产生塑性变形时，会形成细小的颗粒形变，而不会使整个材料出现大幅度塑性变形。
再如，对于钢材来说，冷处理可以改善钢材的强度和硬度。
钢材的晶粒数量与晶粒大小能够影响其冷加工时的性能改善程度。
晶粒更多、大小更小的钢材常常具有较高的冷加工强化效应，并且在冷加工后也不容易出现应力松弛。
另外一方面，现代金属材料的研究和应用中，除了单纯地控制微观结构外，纳米共晶、超细晶体、多重晶体/晶界等新型微观结构是主要的研究方向之一。
这些结构是通过现代先进制备技术实现的，可以为材料提供优异的性能，使得金属材料的应用领域更加广泛。
总而言之，金属材料的微结构是决定其性能的关键因素之一。
了解和研究金属材料的微观结构和性能之间的关系，是未来金属材料研究和应用的发展核心。
这些研究成果不仅可以帮助制造高强度、高韧性、高耐磨性等材料，也可以促进金属材料的可持续发展和循环利用。
金属材料的结构和性能分析
金属材料的结构和性能分析金属材料是人们广泛应用的一类材料，它们具有较高的强度、塑性和导电性等特点，适用于制作各种零部件、机器、设备、工具等。
然而，金属材料的性能受其结构的影响较大，不同的结构会导致材料的性能有所不同。
因此，对金属材料的结构和性能进行分析对于选择合适的材料、设计合理的零部件、预测材料的工作寿命等方面均有指导意义。
一、金属材料的结构在金属材料中，原子呈现出有序和规则的排列状态。
这种颗粒有序排列的状态被称为晶体。
晶体中的原子受力形成了一种三维周期结构，其外形规则，呈现出多面体结构。
这种结构具有各向同性（性质与方向无关）的特点。
晶体结构分为立方晶系、四方晶系、六方晶系、三斜晶系、正交晶系和单斜晶系等六类结构。
不同的晶体结构会导致材料的性质发生变化，这也为材料的选择提供一定的依据。
例如，铝、铜、银等材料属于面心立方晶系结构，具有良好的塑性和导电性，适用于制作各种常规零部件。
而碳化硅、硅等材料则采用六方晶系结构，具有良好的高温性能和耐腐蚀性能，适用于制作高温加热元件和耐腐蚀零部件。
二、金属材料的性能金属材料的性能主要包括力学性能、塑性和热性能等方面。
这些性能直接影响着材料在使用时的表现和寿命。
以下是一些常见的金属材料性能分析：1.力学性能力学性能是指材料在受到外力作用下产生的变形、强度以及疲劳寿命等方面的性能。
其中，强度是材料承受外力的能力，通常有屈服点、断裂点等指标来表示。
而变形指材料受到外力时，发生的塑性和弹性变形，这会直接影响着材料在使用时的表现。
此外，疲劳寿命则是材料在反复受到载荷作用下的寿命，该指标与零部件的使用寿命密切相关。
2.塑性塑性是指材料在受力作用下向任意方向发生塑性变形的能力。
由于金属材料的晶体结构具有各向同性的特点，其塑性也表现为各向同性。
材料的塑性不仅可以通过其晶体结构来调控，也可以通过掺杂、热处理等工艺手段来调节。
塑性是金属材料最基本的性能之一，它影响着材料的加工性、成形性以及材料的通用性。
金属的结构与性能
金属的结构与性能⏹纯金属的晶体结构⏹合金的晶体结构纯金属的晶体结构晶体——原子排列长程有序有周期熔点一定材料晶体原子排列长程有序，有周期非晶体——原子排列短程有序，无周期。
性能呈各向异性，一定条件下晶体和非晶体可互相转化。
石英玻璃(非晶体)石英晶体(晶体)一、纯金属的晶体结构（一）晶体的基本概念晶格与晶胞●晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间1、晶格与晶胞用假想的线将原子中心连接起来所形成的维空间格架。
直线的交点（原子中心）称结点。
由结点形成的空间。
点的阵列称空间点阵●晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。
结点晶体晶胞晶格（空间点阵）晶格与晶胞晶格常数：立方•晶胞各边尺寸a、b、c。
六方•各棱间夹角α、β、γ。
2 晶系：四方●根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。
以上的金属具有立方晶系和六方晶系菱方●90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。
=====90︒正交●立方晶系：a b c，αβγ90●六方晶系：a1=a2=a3≠c，α=β=90︒，γ=120︒单斜三斜3原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。
4 晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。
5 配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。
6晶胞中原子本身6 致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。
K=nv’/V=Vrn 334π⨯(二)、金属中常见的晶格类型体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格（bcc）（fcc）（hcp）(二)、金属中常见的晶格类型 1. 体心立方晶格(Body Centered Cubic Lattice, BCC)晶胞原子数晶格常数：a (a =b =c )1/8×8+1=2体心立方结构(b.c.c)原子半径：a 43r 致密度晶格常数：a (a =b =c )晶胞原子数6=41/8×8+1/2×64c晶格常数：a (a =b ), cc/a=1.633晶胞原子数121/2236c/a 1.6331/6×12+1/2×2+3=6a21r =：原子半径配位数：12K ’/V 07474%致密度：K=nv’/V ≈0.74=74%金属中常见晶格类型的基本参数晶格类型体心立方（bcc ）面心立方（fcc ）密排六方（hcp ）晶胞结构a ＝b ＝ca ＝b ＝c90a ＝b c/a ＝1.633α＝β＝γ＝90℃α＝β＝γ＝90℃α＝β＝90℃γ＝120℃晶胞常数晶胞内原子数原子半径致密度配位数0.680.740.7481212α‐Fe 、Mo 、W 、V 、Cr 、β‐Tiγ‐Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Au 、AgMg 、Cd 、Zn 、Be 、Ca 、α‐Ti典型金属(三)、立方晶系晶面、晶向表示方法●晶体中一系列原子组成的面称晶面●任意两原子之间的连线称为原子列，其方向称为晶向。
金属材料的组织结构与性能关系研究
金属材料的组织结构与性能关系研究引言：金属材料是工程领域中最为常用的材料之一，其广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备等多个行业。
为了更好地理解金属材料的性能，研究其组织结构与性能关系显得至关重要。
本文将从晶格结构、晶界、晶粒大小、晶体缺陷和相变等方面探讨金属材料的组织结构与性能关系。
一、晶格结构与性能晶格结构是金属材料的基本组织，主要通过晶格常数和晶胞的几何形状来描述。
晶格结构对金属材料的性能有着重要影响。
以钢铁材料为例，不同的晶格结构会导致不同的机械性能。
例如，面心立方结构的钢材具有较好的韧性和可塑性，而体心立方结构的钢材则具有较高的强度和硬度。
二、晶界对性能的影响晶界是相邻晶体之间的界面，其特性对金属材料的性能有着显著影响。
晶界能量高于晶内能量，会导致金属的应力集中，因而减弱其力学性能。
此外，晶界还会引起晶体的变形和断裂，从而影响金属材料的强度和韧性。
因此，控制晶界的形成和特性对于提高金属材料的性能至关重要。
三、晶粒大小对性能的影响晶粒是由大量原子或离子紧密堆积而成的，其大小对金属材料的性能有着重要影响。
晶粒尺寸较大时，金属材料的韧性和可塑性较好，力学性能较弱。
而当晶粒尺寸较小时，金属材料的强度和硬度增加，但韧性和可塑性会降低。
因此，在不同应用需求下，通过调控晶粒大小可以实现对金属材料性能的有效控制。
四、晶体缺陷与性能晶体缺陷是指在晶体中存在的一些结构上的不完整或缺失，如位错、孔洞等。
晶体缺陷会对金属材料的性能产生显著影响。
位错是晶体中常见的晶体缺陷，可以增加金属的塑性和松弛特性。
孔洞则会导致疲劳寿命降低和裂纹扩展加剧。
因此，了解和控制晶体缺陷对于提高金属材料的性能是至关重要的。
五、相变及其对性能的影响相变是金属材料中晶体结构发生变化的过程，会导致材料性能的显著改变。
在相变过程中，晶体的晶格结构、晶粒大小、晶界及缺陷分布都会发生变化，从而影响金属材料的性能。
例如，固溶体的相变可以改变材料的硬度和强度。
金属材料的组织结构与性能分析
金属材料的组织结构与性能分析1.引言金属材料是一种常见的工程材料，广泛应用于各个领域。
金属材料的组织结构对其性能具有重要影响。
本文将从晶体结构、晶粒结构和缺陷结构三个方面来分析金属材料的组织结构与性能。
2.晶体结构对金属材料性能的影响2.1面心立方（FCC）结构FCC结构的金属材料在空间中具有紧密堆积的密排结构，因此具有良好的塑性和延展性。
典型的FCC结构材料包括铝、铜和银等。
这些金属材料的晶体结构使其具有良好的机械性能和导电性能。
2.2体心立方（BCC）结构BCC结构的金属材料的原子布局呈立方形，中心原子会被其他原子所包围。
BCC结构的金属材料具有良好的韧性和强度。
典型的BCC结构材料包括铁、钢和钨等。
这些金属材料因其晶体结构的特性，因此在高温和高应力环境下表现出优异的性能。
2.3密排六方（HCP）结构HCP结构的金属材料在三轴方向上没有相同的近邻，使其具有良好的蠕变性能。
典型的HCP结构材料包括钛、锆和镁等。
这些金属材料因其晶体结构的特点，在高温和高压环境下表现出优异的性能。
3.晶粒结构对金属材料性能的影响3.1晶粒尺寸晶粒尺寸是指晶体中一个晶粒的大小。
晶粒尺寸的减小会提高金属材料的强度和硬度，但会降低其韧性。
这是因为小尺寸的晶粒会限制晶界的运动和位错的运动。
3.2晶粒定向性晶粒定向性是指晶粒中晶体的取向关系。
晶粒定向性的提高可以增加金属材料的力学性能。
例如，陶瓷涂层中通过控制晶粒的定向性可以提高其耐磨性能。
4.缺陷结构对金属材料性能的影响金属材料中存在各种缺陷结构，不同的缺陷结构对金属材料的性能有着不同的影响。
4.1晶界晶界是相邻晶粒之间的界面。
晶界的存在会限制晶体的运动，并对金属材料的塑性和强度产生影响。
4.2位错位错是晶体中的一个原子或多个原子的错位。
位错的运动会导致金属材料的形变，从而影响其塑性和强度。
5.结论。
金属材料的微观结构与性能研究
金属材料的微观结构与性能研究一、引言金属材料是人类使用最久、用途最广泛的材料之一，其在制造制品、建筑、交通运输等各个领域都有广泛的应用。
随着科技的不断进步，人们对于金属材料的要求也日益严格，需要开发出更加高性能的金属材料。
为了满足这一需求，金属材料的微观结构与性能研究越来越受到重视。
二、金属材料的微观结构金属材料的微观结构主要包括晶体结构和晶界结构。
1. 晶体结构晶体结构是指金属原子在空间中的排列方式。
金属材料的晶体结构可以分为三类：体心立方结构、面心立方结构和密堆积结构。
其中，体心立方结构的原子序列组成一个正方体，每个角上的原子被共用。
面心立方结构的原子序列组成一个立方体，每个角上的原子被共用，每个面的中点都位于一个原子上。
密堆积结构的原子序列由密排列的最紧密层和相邻最紧密层之间的半数原子点组成。
2. 晶界结构晶界结构是指晶体之间的结构。
金属材料的晶界结构分为位错晶界、孪晶界、多晶晶界等三种。
位错晶界是两组排列不同的晶体之间的结合，孪晶界是由同质材料的组成分子结合而成的，多晶晶界是由大量的晶体结构相同的晶粒组成的。
三、金属材料的性能金属材料的性能是指它在实际工作中所表现出的一系列力学和物理特性。
1. 力学性能力学性能是指金属材料在通常的应力和应变下的表现。
力学性能包括强度、塑性、韧性、硬度等。
强度是指材料在受力作用下抵抗变形的能力，强度高的材料会更加抗拉和抗压。
塑性是指材料在受力作用下发生形变的能力，塑性高的材料可以更好地承受冷加工和热加工。
韧性是指材料在受力作用下破坏前所能吸收的能量，韧性高的材料可以更好地承受冲击和振动。
硬度是指材料受力后所呈现的抵抗表面划痕能力。
2. 物理性能物理性能是指材料在物理方面的表现。
物理性能包括密度、导电性、热传导性、磁性、光学性等。
密度是指材料单位体积内的质量，是金属材料重要的物理性能指标。
导电性是指材料导电的能力，导电性好的材料可以用于电路和电子器件等。
热传导性是指材料传导热的能力。
金属材料的组织结构与性能分析
金属材料的组织结构与性能分析一、前言金属材料作为工业生产中使用最广泛的材料之一，一方面得益于其高强度、良好的导电导热性质和较好的可加工性，另一方面也得益于其独特的组织结构，这种组织结构直接影响着金属材料的性能。
如何正确地识别金属材料的组织结构，分析其性能特点，是金属材料学中的基础和重要环节。
本文将从金属材料的组织结构入手，详细分析金属材料的性能特点。
希望对广大读者和从业者能够有所启发和帮助。
二、金属材料的组织结构金属材料的组织结构一般包括晶体、晶界、杂质和缺陷等结构成分。
1. 晶体晶体是金属材料的基本组成部分，其性质与银、铜等常见金属的单晶基本一致。
晶体形成的方式有单晶、多晶、丝状晶等。
单晶是一种完整的晶体，其内部没有任何晶界，其物理性质较其他晶体更为一致。
多晶体是由多个晶体组成，这些晶体之间由晶界相接，晶界的存在会严重影响多晶体的性能。
丝状晶是由细长晶体排列而成的，常出现在某些形变加工较多的金属中。
2. 晶界晶界是晶体与晶体之间的交界面，是有晶体长大和变形的必然结果。
晶界的存在会对金属材料的力学性能、电学性能、热学性能等产生很大的影响。
晶界越多，金属材料的强度就越低，其导热性、电导率也会相应降低。
3. 杂质杂质指的是当晶体中组成元素之外的其他元素，主要有溶解杂质、夹杂和析出相等。
其中溶解杂质是指在晶体中以原子溶解的形式存在的元素，常常对晶体的性质有很大的影响，同时还常常导致固溶体的物理性质发生变化。
4. 缺陷缺陷通常指的是晶体内部或表面的结构缺陷，如空位缺陷、间隙缺陷、位错、分界面。
这些缺陷的存在会明显降低金属材料的性能，如降低其强度和塑性等。
三、金属材料的性能特点金属材料的性能特点与其组织结构密切相关。
以下将从一些特定的性能指标出发，分析金属材料的性能特点。
1. 强度金属材料的强度主要与其组织结构、晶体结构、晶界数量、杂质含量和缺陷等因素有关。
晶界越多，强度就越低，晶界处还容易形成多种缺陷。
金属所有知识点总结
金属所有知识点总结一、金属的基本性质1. 金属的结构和成分金属的晶体结构通常是紧密堆积的球形原子构成的各向同性结构。
金属的晶体结构通常是面心立方结构（如铝、铜、铂等金属）、体心立方结构（如铁、钒、钽等金属）或者简单立方结构（如钾、银、钠等金属）。
2. 金属的物理性质金属的物理性质主要包括金属的硬度、导电性、导热性、光泽和延展性。
金属通常具有较好的硬度和刚性，同时具有良好的导电导热性能。
此外，金属通常具有光泽并且可以被延展成薄片并制成不同形状。
3. 金属的化学性质金属的化学性质主要包括金属的化学活性、与其他物质的反应性以及在化学反应中的离子性等特点。
大部分金属具有较强的还原性，可以与非金属元素形成氧化物或盐等化合物。
同时，金属通常在化学反应中以正离子的形式存在。
4. 金属的熔点和沸点金属的熔点和沸点是金属固态、液态和气态状态的转变温度。
金属通常具有较高的熔点和沸点，能够在一定的温度下形成稳定的固态结构。
二、金属的种类根据金属的晶体结构和性质，可以将金属分为不同的类别，主要包括有色金属、贵金属、稀有金属、黑色金属等不同类别。
1. 有色金属有色金属是指具有明显颜色的金属，包括铜、铝、镍、锌、铅等。
有色金属通常具有良好的导电导热性能，并且在电子工业、建筑工业和航空航天等领域有广泛的应用。
2. 贵金属贵金属是指珍贵且稀有的金属，包括金、银、铂、钯、铱等。
贵金属通常具有良好的稳定性和化学反应性，因此被广泛用于首饰、电子产品、化工催化剂等方面。
3. 稀有金属稀有金属是指地壳中含量较少的金属，包括钨、锆、铌、钽等。
稀有金属通常具有高熔点和高硬度，被广泛应用于合金、耐磨材料、电子器件等方面。
4. 黑色金属黑色金属主要指铁、锰、铬、钴等。
黑色金属具有较高的熔点和较好的磁性，广泛应用于冶金、机械加工、建筑结构等领域。
三、金属的应用领域金属在现代社会的生产生活中有着广泛的应用。
1. 金属材料金属材料是工程技术中使用最广泛的材料之一，用于制造机械设备、汽车船舶、建筑结构等。
第1章金属的力学性能与结构-2
17
金属的结构 —— 晶格类型 第1章 18
金属的结构 —— 晶格类型 第1章
密排六方晶格： 晶胞是一个六方柱体，柱体上、下底面六个角及中心
各有1个原子，分别为相邻六晶胞和两晶胞共有；柱体 中心有3个独享原子，故晶胞实际原子数为6个；
形成：
与非金属比，金属原固子体外金层属价就是电依子靠数这目些少自，由1 电~ 2个； 价电子与原子核结合子力与弱正，离极子之易间脱的离吸；力，正离
子之间及电子之间的斥力相互
金属原子形成晶体时平，衡失结去合价成为电晶子体，的成。为正离子；
正离子按一定几何规则排列，作高频(1014次/S)振动；
脱离原子核的价电子成为自由电子在正离子间高速穿梭， 为金属晶体中全体原子所公有，形成电子云；
晶体结构示意图
12
金属的结构 —— 晶体结构的基本概念 第1章
晶向
晶面
13
金属的结构 —— 晶格类型 第1章
晶格的类型
按晶胞的三条棱边是否相 等、三个夹角是否相等以 及是否为直角关系，晶体 学将所有晶体分为7个晶 系，14种空间点阵，即
布喇菲空间点阵
14
金属的结构 —— 晶格类型 第1章
体心立方晶格： 晶胞是一个立方体，立方体的八个角上各有一个原子 (与其它晶胞共有)，立方体中心还有一个原子；
机械工程概论
Introduction to mechanical engineering
张力菠 zlbzhang@ 南京航空航天大学经济与管理学院
第1章 金属力学性能与结构 第1章 工程材料的分类 工程材料的主要性能 金属的力学性能 金属的结构与结晶 2
金属材料的微观结构和性能研究
金属材料的微观结构和性能研究金属作为一种重要的材料，在我们的日常生活中扮演着重要的角色，从铁轨到汽车，从建筑到船只，各种不同类型的金属构成了我们周围的世界。
然而，金属在其微观结构和性能之间的关系仍然是一个非常有趣和复杂的问题。
在本文中，我们将探讨金属材料的微观结构和性能之间的关系，并介绍当前一些研究领域的前沿。
一、金属的微观结构金属的微观结构由其原子和相互作用所确定。
金属中的原子通常形成一个等距的晶体结构，如立方、六方和斜方等。
每个原子都具有出色的结晶性和符合结构，从而形成了三维的晶体结构。
这种晶体结构的稳定性是由晶格缺陷所控制的，晶格缺陷包括位错、孪晶和晶格点缺陷等等。
位错是晶体中原子位置的偏移，位错可以计算其松弛能和线弹性。
在位错的两侧，晶体具有不同的材料性能，例如滑移、形变等。
孪晶是晶体在同一晶格中由两个对称方向的晶格挤压所形成的结构，它可以产生一些有趣和复杂的材料性质。
晶格点缺陷是晶体中原子位置的变化，这种缺陷包括空位、阳极和阴极等。
二、金属的性能金属材料的性能往往是与其微观结构密切相关的。
在金属的微观结构中，位错和孪晶分布的特征将对其力学特性产生深远的影响。
例如，位错和孪晶的分布可以影响材料的延展性、韧性和强度等方面的性能。
位错和孪晶还会对材料的疲劳寿命和涂层附着力产生不同的影响。
此外，晶格点缺陷对金属电学和热学性能也有所影响。
在晶格点缺陷中，阳极和阴极的相对数量将决定材料的电导率和热导率。
根据材料的电性和热性，金属材料可被广泛应用于电子、汽车和航空领域。
三、金属微观结构和性能的研究研究金属材料的微观结构和性能旨在发现与金属材料有关的物理、化学和力学特性。
许多研究领域都密切关注了金属微观结构和性能的研究。
例如，材料科学、表面科学、高压物理学和纳米科学等领域都在研究金属材料的微观结构和性能。
在现代的金属研究中，先进的技术和测试手段得到了广泛的运用。
例如，扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等成为研究金属微观结构和性能的基本工具。
化学金属细节知识点总结
化学金属细节知识点总结金属元素的特性1. 金属元素的晶体结构：金属元素通常具有紧密的结晶结构，其原子之间通过金属键相互连接。
金属键是一种特殊的化学键，是由金属原子之间的电子云共享形成的。
金属键的存在使得金属元素具有良好的导电性和导热性，因为电子在金属中可以自由流动。
2. 金属元素的物理性质：金属元素通常具有良好的延展性和韧性。
这是由于金属元素的结晶结构和金属键的存在使得金属元素可以在受力作用下发生塑性变形，而不易断裂。
此外，金属元素的延展性还使得金属可以被拉成细丝或者轧制成薄片。
3. 金属元素的化学性质：金属元素通常具有较强的还原性，能够失去电子形成阳离子。
此外，金属元素在化学反应中通常是电负性较低的，因此通常表现出氧化性。
金属元素的化学反应1. 金属的氧化反应：金属在空气中与氧气发生氧化反应，产生金属氧化物。
金属氧化物通常是碱性或者弱碱性的，可以与酸发生中和反应，生成盐和水。
2. 金属的酸反应：金属与酸发生反应，生成氢气和相应的盐。
3. 金属的碱反应：金属与碱发生反应，生成氢气和相应的盐。
4. 金属的还原反应：金属在一些化学反应中可以发生还原反应，失去电子形成阳离子。
例如，金属可以与一些金属离子发生置换反应，生成新的金属和金属离子。
金属元素的应用1. 电工材料：金属元素具有良好的导电性和导热性，因此广泛应用于电线、电缆、电路板等电器材料中。
2. 结构材料：金属元素通常具有较好的机械性能，因此广泛应用于建筑结构、汽车、航空航天器等领域。
3. 金属合金：金属元素可以与其他元素合金化，形成具有特定性能的金属合金。
金属合金具有较好的性能，广泛应用于各种领域。
4. 化学催化剂：一些金属元素及其化合物具有较好的催化活性，被广泛应用于化学反应中。
总之，金属元素是化学中重要的一类元素，具有独特的物理化学性质及广泛的应用价值。
对金属元素的深入了解不仅有助于深入理解化学原理，同时也能够为金属材料的应用提供理论指导。
金属材料的晶体结构与性能
金属材料的晶体结构与性能在我们日常生活中，金属材料无处不在。
无论是建筑、交通工具还是电子设备，金属材料都发挥着重要的作用。
然而，有多少人真正了解金属材料的晶体结构与性能呢？本文将介绍金属材料的晶体结构与性能的关系，并探讨其中的奥秘。
一、晶体结构的基本概念1.1 简单立方晶体结构简单立方晶体结构是最简单的晶体结构之一，它的原子排列形式如同一个立方体。
这种结构具有简单、规则的特点，常见于一些低熔点金属材料。
1.2 面心立方晶体结构面心立方晶体结构是一种更为复杂的结构，其中每个面心立方晶体结构中的每一个原子周围都有12个邻位原子，它的密堆效应更好，因此强度更高。
1.3 体心立方晶体结构体心立方晶体结构在简单立方晶体结构的基础上，每个晶胞的中心还存在一个原子。
这种结构具有更好的导电性和热导性，因此广泛应用于电子器件和导热材料。
二、晶体结构与金属材料性能的关系2.1 强度与晶体结构金属材料的强度与其晶体结构之间有着密切的关系。
通过控制晶体结构的排列方式和原子间的相互作用，可以调节金属材料的强度。
例如，面心立方晶体结构由于具有更好的密堆效应，因此其强度往往比其他结构更高。
2.2 导电性与晶体结构金属材料具有良好的导电性，这与其晶体结构也有很大的关系。
体心立方晶体结构由于具有更好的导电性，因此常用于电子器件中。
通过调节晶体结构的排列和原子间的相互作用，可以进一步提高金属材料的导电性能。
2.3 热导性与晶体结构金属材料的热导性能也与其晶体结构紧密相关。
晶体结构的排列方式和原子间的相互作用会影响金属材料对热能的传导效率。
体心立方晶体结构具有较好的热导性能，因此常用于导热材料中。
三、晶体结构与金属材料的改性通过改变金属材料的晶体结构，可以调节其性能，从而满足不同的应用需求。
例如，通过热处理、冷加工等方式可以改变金属材料的晶体结构，使其具有更高的强度和硬度。
同时，还可以通过掺杂、合金化等手段改变晶体结构，提高金属材料的导电性、热导性等特性。
金属材料性能与晶体结构关系密切
金属材料性能与晶体结构关系密切引言：金属材料是一种广泛应用于工程领域的材料，具有优异的力学性能、导电性能和导热性能。
而这些性能与金属材料的晶体结构密切相关。
本文将详细介绍金属材料的晶体结构和相关性能的关系，包括力学性能、导电性能和导热性能等。
通过深入了解这种关系，可以为金属材料的设计和应用提供理论指导。
一、晶体结构对金属材料力学性能的影响晶体结构是金属材料内部原子之间的排列方式。
金属材料的力学性能，如强度、韧性和塑性等，与晶体结构有着密切的关系。
1. 晶体结构对金属的强度影响金属材料的强度取决于其晶体结构。
晶体中原子的排列方式影响了金属材料的结晶边界和晶界的数量和分布。
晶界对应力的传递和材料的变形起到重要作用。
例如，纯度高、晶粒细小且均匀分布的金属具有较大的结晶边界和晶界面积，这些结构特点使得金属材料具有高强度和良好的机械性能。
2. 晶体结构对金属的韧性影响韧性是金属材料抵抗断裂的能力。
晶体结构对金属材料的韧性有重要影响。
盐式结构和面心立方结构的金属通常具有较好的韧性。
这是因为这些结构具有较高的晶体对层间滑移的容许性，使得金属材料在受力时能够发生微观塑性变形，从而增强了其韧性。
3. 晶体结构对金属的塑性影响晶体结构对金属材料的塑性起到至关重要的作用。
例如，面心立方结构的金属通常具有良好的塑性，因其具有多个可滑移的晶面和晶向。
滑移是材料发生塑性变形的重要机制，面心立方结构的金属由于滑移位错能多，易于变形，具有较好的塑性。
二、晶体结构对金属材料导电性能的影响金属材料晶体结构的特点决定了其导电性能。
晶体结构影响了电子在金属中的移动性和导电性。
1. 金属材料的电子在特定能级上自由移动金属的导电性能基于其电子在能带中的自由移动。
晶体中的离子排布使得金属材料内部具有自由电子。
金属晶体的特殊构造使得电子在金属内部能够较容易地从一个原子跃迁到另一个原子。
这种电子的自由移动性使得金属材料具有良好的导电性能。
2. 导电性与晶体结构的关联一些晶体结构对金属材料的导电性能有着直接影响。
金属材料与合金材料的结构与性能
金属材料与合金材料的结构与性能金属材料和合金材料是工业中常用的材料类型，它们具有广泛的应用领域和优良的性能。
本文将探讨金属材料和合金材料的结构与性能，以及它们的应用。
一、金属材料的结构与性能金属材料的结构主要由金属原子的排列方式决定。
金属原子由金属键连接在一起，形成晶体结构。
常见的金属结构有面心立方、体心立方和密排六方等。
这些结构都具有较高的结晶度和金属键的强度，使金属材料具有以下性能：1. 优良的导电导热性能：金属材料中的自由电子在外电场或温度梯度下能够自由移动，因此金属具有良好的导电导热性能，可广泛用于电子、电力等领域。
2. 良好的塑性和可加工性：金属材料的晶体结构中存在晶界和位错，使其具有良好的塑性和可加工性，可通过冷、热变形进行塑性变形加工，如拉伸、压缩、锻造等。
3. 高强度和韧性：金属材料的晶界和位错可以阻碍原子滑移，增加其强度和韧性。
此外，金属材料还可以通过热处理等方法增强其强度和韧性。
4. 耐磨蚀和耐腐蚀性：金属材料在一定条件下具有一定的耐磨蚀和耐腐蚀性能，可用于制造机械零部件、化工设备等耐久性要求较高的领域。
二、合金材料的结构与性能合金材料是由两种或更多金属元素形成的固溶体或化合物。
合金材料的结构与性能由原子的尺寸、电子结构和金属间的相互作用等因素决定。
1. 固溶体型合金：固溶体型合金中，多种金属原子在晶格中均匀混合。
这种合金通常具有以下性能：a. 良好的强度和韧性：不同种类的金属原子能够阻碍位错的移动，增加合金的强度和韧性。
b. 改变金属特性：合金中不同金属原子的化学性质和晶体结构的差异，使合金的硬度、磁性、导电性等特性得到改变。
2. 化合物型合金：化合物型合金由两种或多种金属元素形成的化合物组成。
这种合金通常具有以下性能：a. 高硬度和高强度：化合物型合金的晶格中存在复杂的离子键和共价键，使其具有较高的硬度和强度。
b. 特殊的物理特性：由于化合物型合金的晶体结构具有特殊的性质，如形状记忆效应、超导等。
金属材料的微观结构与性能
金属材料的微观结构与性能金属材料是一类常见的构件材料，其具有硬度高、强度大、延展性好等特性，因此得到了广泛应用。
然而，这些特性并非凭空而来，而是由金属材料的微观结构和性能相互关联而成。
本文将探讨金属材料的微观结构与性能之间的关系。
一、金属的结晶结构金属材料是由某些金属元素按照一定比例混合而成的，其晶体结构是由多个原子按照特定规律有序排列而成的。
一般情况下，金属的晶体结构可以分为面心立方体结构、体心立方体结构、六方最密堆积结构等多种类型。
在这些结构中，原子之间的键强度以及原子排列的方式决定了金属材料的硬度、强度等性能特征。
二、晶体缺陷对金属性能的影响微观结构中存在着多种晶体缺陷，如位错、晶界、空洞等，这些缺陷不仅在生产过程中产生，也会在使用过程中逐渐形成。
晶体缺陷的存在常常会影响金属材料的性能。
以位错为例，它是由于晶体中形成了一条断裂层，破坏了晶体原本的完整性，使得位于位错周围的晶体处于应变状态。
当外力作用时，在位错处就容易产生塑性变形。
因此，在晶体缺陷的存在下，金属材料的塑性和韧性能得到了提高。
三、相变与金属材料性能的变化金属材料的微观结构是可以随着温度的变化而发生相应的变化，此时金属材料也会表现出不同的性能特征。
例如在加热过程中，当温度达到一定值，原本的晶体结构会产生相变，晶体结构变得更加有序，同时也伴随着性能的改变。
举个例子，铝被加热到一定温度后，会从面心立方晶体结构相变成为体心立方晶体结构，此时铝材料的硬度和强度会有所提高。
四、微观结构的控制正如上述所示，金属材料的微观结构直接影响着其性能特征。
因此，金属材料的性能控制通常也是对其微观结构的控制。
其中最重要的手段是热处理工艺，通过热加工来改变材料的组织结构和化学成分，以期达到理想的性能目标。
在热处理过程中，对于金属材料中的晶界、位错等缺陷也可通过特定手段进行控制和改善。
总之，金属材料的微观结构与性能的关联是密不可分的。
在日常应用中，我们需注意微观结构的变化，以期最大程度地发挥金属材料的性能。
金属材料的结构和力学性能
金属材料的结构和力学性能金属材料是人类社会发展过程中不可或缺的重要材料之一。
它们以其独特的结构和力学性能，广泛应用于工业、建筑、交通等领域。
本文将探讨金属材料的结构和力学性能，并探索其在不同领域中的应用。
一、金属材料的结构金属材料的结构是由金属原子的排列方式决定的。
一般来说，金属材料的结构可以分为晶体结构和非晶体结构两种。
晶体结构是指金属原子按照一定的规律排列形成的结构。
最常见的晶体结构是面心立方结构、体心立方结构和简单立方结构。
在面心立方结构中，金属原子分布在一个立方体的八个顶点和六个面心上；在体心立方结构中，金属原子分布在一个立方体的八个顶点和一个立方体的中心；在简单立方结构中，金属原子仅分布在一个立方体的八个顶点上。
这些结构的不同排列方式决定了金属材料的性能。
非晶体结构是指金属原子的排列方式没有规律性。
它们通常具有高度的无序性和非晶性，使得金属材料具有特殊的性能，如高硬度、高强度和高韧性。
非晶体结构常见于特殊的金属合金中，如玻璃金属。
二、金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指材料在外力作用下的变形和破坏行为。
主要包括强度、韧性、硬度和延展性等指标。
强度是指金属材料抵抗外力破坏的能力。
它可以分为屈服强度、抗拉强度和抗压强度等。
屈服强度是指金属材料开始发生塑性变形时所承受的最大应力；抗拉强度是指金属材料在拉伸过程中承受的最大应力；抗压强度是指金属材料在压缩过程中承受的最大应力。
这些强度指标直接影响金属材料的使用范围和承载能力。
韧性是指金属材料在受力过程中能够吸收能量的能力。
它是金属材料抵抗断裂的能力的重要指标。
韧性高的金属材料具有较好的抗冲击性和抗疲劳性。
硬度是指金属材料抵抗局部塑性变形的能力。
硬度高的金属材料通常具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。
延展性是指金属材料在拉伸过程中能够发生塑性变形的能力。
具有良好延展性的金属材料可以在外力作用下发生较大的变形而不破裂。
三、金属材料的应用金属材料的结构和力学性能使其在各个领域中得到广泛应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
根据你的生活经验和表中提供的信息，并分析下列问题。 根据你的生活经验和表中提供的信息，并分析下列问题。 1、为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？ 、为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？ 铁制而不用铅制 2、银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？ 、银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？ 铜制而不用银制 3、为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制 、为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？ 钨制而不用锡制 的话，可能出现什么情况？ 的话，可能出现什么情况？ 4、为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金怎么样？ 、为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金怎么样？ 镀铬
有 色 金 属
金属的物理性质
除汞以外,所有金属都是固体 金属的晶 除汞以外 所有金属都是固体,金属的晶 所有金属都是固体 体结构决定金属具有以下共性: 体结构决定金属具有以下共性 (1) 不透明，具有金属光泽 不透明，具有金属光泽; (2) 具有良好的导电性和导热性; 具有良好的导电性和导热性 (3) 具有良好的延展性。 具有良好的延展性。
金属的这些特性都是由金属内部特有的化学键的性质所决定的。 金属的这些特性都是由金属内部特有的化学键的性质所决定的。
物理性 质 导电性（
物理性质比较
银 铜 金 铝 锌
100 （优） 99 74 61 27
铁 铅
17 7.9 （良）
以银的导电性为 100作标准） 作标准） 作标准
密度（ 锇 金 铅 银 铜 铁 锌 铝 密度（ g·cm-3） ）22.48 19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.70 （小） （大 钨 铁 铜 金 银 铝 锡 熔点(℃ 熔点 ℃)
我国钨、 我国钨、锌、锑、锂、稀土元素等含量 占世界首位， 占世界首位，铜、锡、铅、汞、镍、钛、钼 等储量也居世界前列。 等储量也居世界前列。
金属元素分类
黑色金属： ， ， 黑色金属：Fe，Cr，Mn 金 属 重有色金属： ， ， ， ， ， ， 重有色金属：Cu，Co，Ni，Pb，Zn，Cd， Hg，Sn，Sb，Bi ， ， ， 轻有色金属： ， ， ， ， ， 轻有色金属：Al，Mg，Ca，Ba，K，Na 贵金属： ， ， ， ， ， ， ， 贵金属：Ag，Au，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt 轻稀有金属：Li，Be，Rb，Cs，Sr 轻稀有金属： ， ， ， ， 稀 有 金 属 难熔金属： ， ， ， ， ， ， 难熔金属：Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta， Mo， W，Re ， ， 稀土金属： ， 镧系元素） 稀土金属：Y，Ln ，Sc （镧系元素） 稀散金属： ， ， ， 稀散金属：Ga，In，Tl，Ge 放射性金属： ， ， ， ， ， 放射性金属：U，Ra，Ac，Th，Pa，Po
金属键
金属键：金属晶体中原子之间的化学作用力。 金属键：金属晶体中原子之间的化学作用力。 金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键。 金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键。 金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。 金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。 金属键无方向性，无固定的键能，金属键的强弱和自由电子 金属键无方向性，无固定的键能， 的多少有关，也和离子半径、电子层结构等其它许多因素有关。 的多少有关，也和离子半径、电子层结构等其它许多因素有关。 金属键的强弱可以用金属原子化热等来衡量。 金属键的强弱可以用金属原子化热等来衡量。 金属原子化 金属变成气态原子所需要的热量。 热是指 1 mol 金属变成气态原子所需要的热量。金属原子化热 数值小时，其熔点低， 质地软；反之则熔点高，硬度大。 数值小时，其熔点低， 质地软；反之则熔点高，硬度大。
1 金属材料概论
金属材料(metallic material):由金属元 金属材料 由金属元 素或以金属元素为主的合金形成的具有金属 性质的材料。 性质的材料。 人类使用金属已 5000多年的历史 多年的历史。 有5000多年的历史。 在已命名的109种化学 在已命名的 种化学 元素中， 元素中，有87种属于 种属于 金属元素。 金属元素。
能带种类 按能带的能级和电子在能带中的分布不同， 按能带的能级和电子在能带中的分布不同， 能带有多种：满带， 能带有多种：满带，导带和禁带 n个2s 个 n个1s 个 原子轨道 能带 半满 满 电子充填情况
导带 能 禁带 量 满带
满带： 满带：充满电子的低能量能带 如 Li 1s22s1 1s分子轨道能带 分子轨道能带
能带概念 假如一块锂金属有n个原子组成， 个 假如一块锂金属有 个原子组成，n个2s 个原子组成 原子轨道组成n个分子轨道， 原子轨道组成 个分子轨道，这n个分子 个分子轨道 个分子 轨道的能级非常接近， 轨道的能级非常接近，几乎形成能量连 续的能带。 续的能带。 能带——由n条能级相同的原子轨道组成 由 条能级相同的原子轨道组成 能带 能量几乎连续的n条分子轨道 能量几乎连续的 条分子轨道 2s 能带 能带——由2s 原子轨道组成的能带 由
金属单质晶体中， 金属单质晶体中，金属原子采取尽可能紧 密堆积方式， 密堆积方式，所以一般金属密度较大 每个原子被较多的相同原子包围， 每个原子被较多的相同原子包围，一般配 位数较大
金属键
含义 金属原子的电负性和电离能较小， 金属原子的电负性和电离能较小，价电子 容易脱离原子的束缚， 容易脱离原子的束缚，在阳离子之间可以 7-4-2金属键 自由运动，形成离域的自由电子气。 自由运动，形成离域的自由电子气。 金属键——自由电子气把金属阳离子 自由电子气把金属阳离子 金属键 “胶 合”成金属晶体的结合力 特征: 特征 无饱和性和方向性 使金属具有良好的导电性、导热性和 使金属具有良好的导电性、 延展性
（1）Metallic bond
17
金属键示意图
18
金属键
电子气理论（自由电子理论） 电子气理论（自由电子理论） 理论 金属原子——半径比较大、价电子数目较少、电离能较低、电子容 半径比较大、 金属原子 半径比较大 价电子数目较少、电离能较低、 易从金属原子上脱落下来(自由电子 为所有金属原子所共用。 自由电子)， 易从金属原子上脱落下来 自由电子 ，为所有金属原子所共用。 金属键——金属离子通过吸引自由电子联系在一起 形成金属晶体 金属离子通过吸引自由电子联系在一起, 形成金属晶体. 金属键 金属离子通过吸引自由电子联系在一起 形象说法: 失去电子的金属离子浸在自由电子的海洋中 失去电子的金属离子浸在自由电子的海洋中” 形象说法 “失去电子的金属离子浸在自由电子的海洋中”. 一种离域的共价键， “少电子多中心”的键即为金属键——一种离域的共价键， 少电子多中心”的键即为金属键 一种离域的共价键 无方向性和饱和性。 无方向性和饱和性。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 自由电子 位错 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+
金属离子
金属原子
金属键
电子气理论（自由电子理论） 电子气理论（自由电子理论） 理论 导电性：在外电压的作用下, 自由电子可以定向移动. 导电性：在外电压的作用下 自由电子可以定向移动 金属光泽：金属可以吸收波长范围极广的光, 并重新反射出, 故金属 金属光泽：金属可以吸收波长范围极广的光 并重新反射出 晶体不透明。 晶体不透明。 导热：受热时通过自由电子的碰撞及其与金属离子之间的碰撞, 传 导热：受热时通过自由电子的碰撞及其与金属离子之间的碰撞 递能量. 递能量 延展性：由于在结构上自由电子只有胶合作用，当金属晶体受外力 延展性：由于在结构上自由电子只有胶合作用， 作用时，金属阳离子及原子间易产生滑动而不易断裂， 作用时，金属阳离子及原子间易产生滑动而不易断裂，因 此金属经机械加工可加工成薄片或拉成金属纫丝， 此金属经机械加工可加工成薄片或拉成金属纫丝，表现出 良好的延展性。 良好的延展性。
Metallic Materials
3
学习参考书目
1. 杨兴钰. 材料化学导论. 武汉：湖北科学技术出版社， 2003 2. 王正品，张路，贾玉宏 主编，金属功能材料，化学工 业出版社，2004 3. 李云凯 主编，金属材料学，北京理工大学出版社， 2006
Metallic Materials
4
1
金属的能带理论
应用分子轨道理论研究金属晶体中原子间的 结合力，逐渐发展成金属键的能带理论。 结合力，逐渐发展成金属键的能带理论。 金属晶体块的大分子概念 7-4-3 金属的能带理论 把一块金属看作一个大分子， 把一块金属看作一个大分子，用分子轨道 理论来描述金属晶体内电子的运动状态。 理论来描述金属晶体内电子的运动状态。 假定原子核位于金属晶体的晶格结点上， 假定原子核位于金属晶体的晶格结点上， 构成一个联合核势场， 构成一个联合核势场，电子分布在分子轨 道内， 道内，而价电子作为自由电子 ( 即离域电 子 )，可在晶体内金属原子间运动，不属 ，可在晶体内金属原子间运动， 于任何一个原子。 于任何一个原子。
金属晶体的内部作用
晶体 结点粒子 粒子间 作用力 种类 类型 一般性质 物质 示例 熔点、硬度差别大 金属 7-4-1金属晶体的内部结构 金属 金属原子 金属键 导电性、导热性、延 晶体 合金 展性好,有金属光泽 展性好 有金属光泽 Cu
熔点 Hg -38.87℃、W 3410℃ ℃ ℃ Cu 原子 金属键 硬度 Na 0.4、Cr 9.0 、
金属的化学性质
金属容易与氧、 金属容易与氧、水、酸、碱反应，失去电 碱反应， 子形成正离子或金属氧化物,表现为还原性 表现为还原性： 子形成正离子或金属氧化物 表现为还原性： (1) 与氧作用 mM