材料科学基础 第一章 原子排列()
大学材料科学基础 第一章材料结构的基本知识
元素的化学活泼性
• 最外壳层的s态和p态均被填满——惰性 惰性 氦He：1s2 氖Ne： 1s22s22p6 氩Ar：1s22s22p63s23p6 • 最外壳层上的s态、p态电子没有充满——活泼 活泼 最外壳层的电子被称为价电子 价电子。原子的价 价电子 电子极为重要，它们直接参与原子间的结合， 对材料的物理性能和化学性能产生重要影响。
金属键：原子间通过正离子与自由电子之间 的相互吸引而 形成的结合。绝大多数的金属 和合金都是由金属键结合。 金属材料特性和金属键的特点： 1. 电子共有化，既无饱和性又无方向性，形 成低能量原子密堆结构。 2. 金属正离子被另一种金属的正离子取代时 不会破坏结合键，这种金属之间的溶解 (称固 溶) 能力也是金属的重要特性。 3. 金属良好的塑性、导电性、导热性以及金 属晶体中原子的密集排列等，都直接起因于 金属键结合。
五、结合键与性能
1．物理性能 熔点 共价键、离子键化合物熔点高，金属的熔 点相对较低。 金属中过渡族金属有较高的熔点，特别是 难熔金属W、Mo、Ta等熔点更高，起因于内壳 层电子未充满，使结合键中有一定比例的共价 键所致。 二次键结合材料，熔点偏低。
密度 金属键的密度高：原子质量大，金属键的结 合方式没有方向性，金属原子 趋于密集排列， 共价结合时，相邻原子的个数要受到共价键 数目的限制； 离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷 平衡的要求，不如金属密度高。 二次键结合，分子链堆垛不紧密，组成原 子的质量较小(C、H、O)，密度最低。 导电性和导热性 金属键具有良好的导电性和导热性 ，而由非 金属键结合的陶瓷、聚合物均在固态下不导电。
材料科学基础 第一章
第一章晶体学基础
材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。
原子无规则堆积。
非晶体：蜂蜡、玻璃
金刚石、NaCl、冰
等。
Y
X
§1-1 空间点阵
一、空间点阵的概念
为了便于分析研究晶体的结构，进行如下处理：组成晶体的原子（或分子、原子集团）
抽象几何点(点阵的结点
自然形成
三维阵列（空间点阵
平行线连接
空间格子（
原子（离子）的刚球模型
原子中心位置
X Y Z a b
c
X Z
a
b c §1-2晶面指数、晶向指数——Miller 指数晶面——穿过晶体中原子的平面。
晶向——晶体中任意原子列的直线方向。
§1-3常见晶体结构
常见的晶体结构主要有：体心立方一、体心立方(BCC)
体心立方结构可以缩写为BCC 钢球模型质点模型
(face-centered cubic)
a
从晶体结构的钢球模型可以看出，原子与原子之间存在许多间隙。分析这些间隙的数量、位置、形状和大小，对于了解晶体的性能、合金的相结构以及相变、扩散等问题都是十分重要的。
一、FCC 晶体
FCC 中的间隙有2种：八面体间隙，四面体间隙
1、正八面体间隙
边长为：2
a §1-4常见晶体结构的间隙
八面体间隙四面体间隙
§1-5 晶体的堆垛方式
任何晶体都可以看作是由任意晶面
的。一般是以最密排晶面的堆垛方式作为晶体的堆垛方式。
一、BCC晶体
视频
最密排晶面：(110)
堆垛次序：ABAB……
§1-6 晶带
所有相交于某一直线的或平行于此直线的晶面构成一个此直线称为晶带轴。
晶带轴[uvw]与该晶带的晶面
存在如下关系——晶带方程
hu+kv+lw
例如：在正交（立方、正方、四方）点阵中，
材料科学基础试题及答案
第一章 原子排列与晶体结构
1. fcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度
为 ，配位数是 ,晶胞中原子数为 ，把原子视为刚性球时，原子的半径r 与
点阵常数a 的关系是 ；bcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ,致密度
为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系
是 ；hcp 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，
致密度为 ，配位数是 ,，晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a
的关系是 。
2. Al 的点阵常数为0.4049nm ，其结构原子体积是 ，每个晶胞中八面体间隙数
为 ，四面体间隙数为 。
3. 纯铁冷却时在912ε 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ，
致密度降低 ，晶体体积 ，原子半径发生 。
4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的
方向。在hcp 晶胞的（0001）面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。
5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。
6 在铅的（100）平面上，1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm 。
第二章 合金相结构
一、 填空
1） 随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度 ，塑性 ，导电性 ，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数 。
2） 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1） ；（2） ；
（3） ；（4） 和环境因素。
3） 置换式固溶体的不均匀性主要表现为 和 。
材料科学基础试题及答案
第一章 原子排列与晶体构造
1. fcc 构造的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,
晶胞中原子数为 ，把原子视为刚性球时，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；bcc 构造的密排方向是 ，密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；hcp 构造的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,，晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 。 2. Al 的点阵常数为，其构造原子体积是
，每一个晶胞中八面体间隙数为 ，四面体间隙数为 。 3. 纯铁冷却时在912e 发生同素异晶转变是从 构造转变成 构造，配位数 ，致密度降低 ，
晶体体积 ，原子半径发生 。
4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于〔111〕平面上的方向。在hcp 晶胞的
〔0001〕面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。
5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。
6 在铅的〔100〕平面上，1mm 2
有多少原子？铅为fcc 面心立方构造，其原子半径R=×10-6
mm 。
第二章 合金相构造
一、 填空
1〕 随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度 ，塑性 ，导电性 ，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数 。
2〕 阻碍置换固溶体溶解度大小的要紧因素是〔1〕 ；〔2〕 ；〔3〕 ；〔4〕 和环境因素。
3〕 置换式固溶体的不均匀性要紧表现为 和 。
4〕 依照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为 和 。
(完整版)材料科学基础习题及答案
第一章材料的结构
一、解释以下基本概念
空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化.
二、填空题
1、材料的键合方式有四类，分别是（），( )，（）,（）.
2、金属原子的特点是最外层电子数（），且与原子核引力（），因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成( ）。
3、我们把原子在物质内部呈( ）排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是（）,（ )，（ ).
4、三种常见的金属晶格分别为（）,( ）和（）.
5、体心立方晶格中，晶胞原子数为（ ),原子半径与晶格常数的关系为( )，配位数是（）,致密度是( ）,密排晶向为（）,密排晶面为（ )，晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（ )，具有体心立方晶格的常见金属有（）。
6、面心立方晶格中，晶胞原子数为（ ),原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是( )，致密度是（），密排晶向为( )，密排晶面为（）,晶胞中八面体间隙个数为( )，四面体间隙个数为（），具有面心立方晶格的常见金属有（）。
7、密排六方晶格中,晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（ ),密排晶面为（），具有密排六方晶格的常见金属有( ）。
8、合金的相结构分为两大类，分别是（）和( ）。
9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（）和（）,按照固溶度分为（）和（），按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为（）和（）。
10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（）、（）、（）、（）。
考研必备之《材料科学基础》学霸笔记
考研必备之《材料科学基础》学霸笔记
材料科学基础笔记
第⼀章原⼦结构与键合
概述：决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原⼦结构，原⼦间的相互作⽤、相互结合，原⼦或分⼦在空间的排列分布和运动规律以及原⼦集合体的形貌特征等。为此，我们需要了解材料的微观构造，即其内部结构和组织状态，以便从其内部的⽭盾性找出改善和发展材料的途径。
第⼀节原⼦结构
1 物质的组成
物质是由⽆数微粒按⼀定⽅式聚集⽽成的，这些微粒可能是原⼦、分⼦或离⼦；分⼦是能单独存在且保持物质化学特性的⼀种微粒；原⼦是化学变化中的最⼩微粒。
2 原⼦的结构（原⼦结构直接影响原⼦间的结合⽅式）
3 原⼦的电⼦结构
3.1电⼦既有粒⼦性⼜具有波动性，具有波粒⼆象性。
3.2电⼦的状态和在某处出现的机率可⽤薛定谔⽅程的解/波函数来
描述，即原⼦中每个电⼦的空间位置和能量可⽤四个量⼦数来确
定：
a主量⼦数（n）：决定原⼦中电⼦的能量及与核的平均距离（⼀般能量低的趋向近轨道,r较⼩，反之则反），即表⽰电⼦所处的量⼦壳层。如K、L、M…，n=1,2,3；
b 轨道⾓动量量⼦数（l）：表⽰电⼦在同⼀壳层内所处的能级，
与电⼦运动的⾓动量有关。如s、p、d、f…（0，1，2，…n-1）；
c 磁量⼦数（m）：给出每个轨道⾓动量量⼦数的能级数或轨道数，
为2l+1,决定电⼦云的空间取向；
d ⾃旋⾓动量量⼦数（s）：反映电⼦不同的⾃旋⽅向，其值可取
*只有n,l决定能量和能级
3.3能级和能级图
把电⼦不同状态对应着相同能量的现象称为简并。
将所有元素的各种电⼦态（n，l）按能量⽔平排列成能级图。
中南大学材料科学基础课后习题答案
中南大学材料科学基础课后习
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第一章 原子排列与晶体结构
1. [110]， (111)， ABCABC…， ， 12 , 4 ， a r 42=； [111]， (110) , , 8 , 2 ， a r 43= ； ]0211[， (0001) ， ABAB ， ， 12 ， 6 ， 2a r =。
2.
， 4 ， 8 。 3.
FCC ， BCC ，减少 ，降低 ，膨胀 ，收缩 。 4.
解答：见图1－1 5. 解答：设所决定的晶面为（hkl ），晶面指数与面上的直线[uvw]之间有hu+kv+lw=0，故有：
h+k-l=0,2h-l=0。可以求得（hkl ）＝（112）。
6 解答：Pb 为fcc 结构，原子半径R 与点阵常数a 的关系为a r 42=，故可求
得a ＝×10-6mm 。则（100）平面的面积S ＝a 2＝×0-12mm 2，每个（100）面上的原子个数为2。
所以1 mm 2上的原子个数
s n 1=＝×1012。 第二章 合金相结构
一、 填空
1） 提高，降低，变差，变大。
2） （1）晶体结构；（2）元素之间电负性差；（3）电子浓度 ；（4）元素之间尺寸差别
3） 存在溶质原子偏聚 和短程有序 。
4） 置换固溶体 和间隙固溶体 。
5） 提高 ，降低 ，降低 。
6） 溶质原子溶入点阵原子溶入溶剂点阵间隙中形成的固溶体，非金属原子与
金属原子半径的比值大于时形成的复杂结构的化合物。
材料科学基础课后习题答案1-4章
第一章原子结构与键合
1. 主量子数n、轨道角动量量子数l i、磁量子数m i和自旋角动量量子数S i。
2. 能量最低原理、Pauli不相容原理，Hund规则。
3. 同一周期元素具有相同原子核外电子层数，但从左→右，核电荷依次增多，原子半径逐渐减小，电离能增加，失电子能力降低，得电子能力增加，金属性减弱，非金属性增强；同一主族元素核外电子数相同，但从上→下，电子层数增多，原子半径增大，电离能降低，失电子能力增加，得电子能力降低，金属性增加，非金属性降低；
4. 在元素周期表中占据同一位置，尽管它们的质量不同，然它们的化学性质相同的物质称为同位素。由于各同位素的含中子量不同（质子数相同），故具有不同含量同位素的元素总的相对原子质量不为正整数。
5. 52.057
6. 73% (Cu63); 27% (Cu65)
8. a:高分子材料；b:金属材料；c:离子晶体
10．a) Al2O3的相对分子质量为M=26.98×2+16×3=101.96
1mm3中所含原子数为1.12*1020（个）
b) 1g中所含原子数为2.95*1022（个）
11. 由于HF分子间结合力是氢键，而HCl分子间结合力是范德化力，氢键的键能高于范德化力
的键能，故此HF的沸点要比HCl的高。
第2章固体结构
1．
每单位晶胞内20个原子
2．CsCl型结构系离子晶体结构中最简单一种，属立方晶系，简单立方点阵，Pm3m空间群，离子半径之比为0.167/0.181=0.92265，其晶体结构如图2-13所示。从图中可知，在<111> 方向离子相接处，<100>方向不接触。每个晶胞有一个Cs+和一个Cl-，的配位数均为8。
材料科学基础Powerpoint(上交大)第一章 原子排列03
6/10/2021
西北工业大学 材料科学基础CAI课件 王永欣主编
3
3. 点缺陷的平衡浓度
c
ne
Ev
Ae kT
N
Ne — 平衡空位数 N — 原子总数
Ev — 每增加一个空位的能
量变化
k — 玻尔兹曼常数 T — 绝对温度
其中：A由振动熵决定的系数，取1~10，通常取1。 T↑ -- C↑
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34
（2）特点 a） 刃位错垂直于滑移面运动——非守恒运动 b） 属扩散过程——需热激活——高温易出现
（3）作用
原滑移面上运动受阻—攀移—新滑移面—滑移继续 说明：攀移不是塑性变形的主要机制—可避开障碍物—便于滑移 结论：攀移能力——影响滑移进行——进一步影响塑变能力
攀移只能是刃位错才能发生
6/10/2021
6/10/2021
西北工业大学 材料科学基础CAI课件 王永欣主编
13
（1） 包含位错线做一封闭回路——柏氏回路 （2） 将同样的回路置于完整晶体中——不能闭合 （3） 补一矢量（终点指向起点）使回路闭合——柏氏矢量
43 21
1
2
2
1
1
3
1
1 23 4
b
43
2
1 2
1
1
2
1
3
1
材料科学基础第一章
4) 将坐标的比化为 简单整数比，如 x： y：z=u：v：w。加 上方括号，[uvw]即 为AB晶向的晶向指 数。（化整数）
原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为 晶向族，以<uvw>表示。
20
2)晶面指数
确定步骤如下：
1) 建Байду номын сангаас以晶轴为轴的坐 标 系 （ x,y,z ） ， 令 坐 标 原点不在待定晶面上，各 轴上的坐标单位为晶胞边 长a，b和c。（建坐标）
29
1）体心立方晶格（bcc晶格） ⑴原子排列特征
⑵晶格常数 a=b=c,α=β=γ=90°。 ⑶原子半径
r 3 a 4
⑷晶胞所含原子数 2个原子。
30
晶体中原子排列的紧密程度，通常有两种表示： 配位数CN——Coordination Number。致密度k。 k值越大，晶体排列得越紧密。 ⑸配位数 8。
8
晶体和非晶体在一定的情况下可以转
晶体从液态快速冷却下来就可以得到非晶态； 非晶体缓慢冷却下来可以得到晶体。 2 空间点阵与晶体结构 1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所 形成的三维阵列。
特征：原子的理想排列；
阵点－空间点阵中的点。它是纯粹的几何点， 各点周围环境相同。
9
晶格－描述晶体中原子排列规律的空间格架。 原子堆垛模型空间点阵晶格晶胞
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材料科学第一章-111-12
2019/9/14
材料科学基础 第一章
26
§1.2 原子的规则排列—晶体学基础
三斜晶系
a≠b≠c ≠≠≠90°
单斜晶系
a≠b≠c ＝＝90°≠
简单三斜 [0 0 0]
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简单单斜 [0 0 0]
材料科学基础 第一章
底心单斜 [0 0 0],[1/2 1/2 0]
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§1.2 原子的规则排列—晶体学基础
原子间作用力与 原子间距的关系
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材料科学基础 第一章
4
§1.1 原子键合
结合键可分为化学键和物理键两类：
化学键：由于电子运动使原子产生聚集的结
合力，结合力较强，也称为一次键，
包括金属键、共价键和离子键。
物理键：也叫二次键，包括分子键—由于范
德瓦尔斯力作用和氢键—多在高分子 材料中。
各向异性
各向同性
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材料科学基础 第一章
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§1.2 原子的规则排列—晶体学基础
海盐
蓝宝石
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材料科学基础 第一章
雪花
常林 钻石
18
§1.2 原子的规则排列—晶体学基础
晶体结构与空间点阵
晶体结构: 原子、分子、离子或原子集团按一定几 何规律的具体排列方式。
材料科学基础知识点
（二）晶体中原子间的间隙
祝大家考试顺利！
六个原子之间的间隙称为八面体间隙，四个原子之间的间隙称为四面体间
隙。
表示晶体中原子排列的致密程度有两种方法：一是计算每个原子周围最近
邻且等距的原子的数目，这个数目叫做配位数；二是计算单位晶胞体积中原子实
占的体积，即原子体积与晶胞体积之比，这个比值叫做致密度（K）。
1
（三）布拉菲点阵
祝大家考试顺利！
只能有 14 种空间点阵，归属于 7 个晶系。 （四）晶体结构与空间点阵
最简单的空间格子，又叫原始格子，以 ห้องสมุดไป่ตู้ 表示。
对称性高的为高级晶族。
序号 点阵 符号 晶系 晶族 序号 点阵 符号 晶系 晶族
1 简单三斜 P
三斜
8 简单六方 P
六方
2 简单单斜 P 3 底心单斜 C 4 简单正交 P 5 底心正交 C 6 体心正交 I 7 面心正交 F
（二）晶面指数
1.对晶胞作晶轴 X、Y、Z 以晶胞的边长作为晶轴上的单位长度。 2.求出待定晶面在三个晶轴上的截距（如该晶面与某轴平行，则截距为∞）。 3.取这些截距数的倒数。
2
祝大家考试顺利！
4.将上述倒数化为最小的简单整数，并加上圆括号，即表示该晶面的指数， 记为（hkl）
晶面指数所代表的不仅是某一晶面，而是代表着一组相互平行的晶面。（化 简相等）
材料科学基础--材料结构2
47
离子晶体结构规则(一)
Pauling在大量实验的基础上，应用离子键理 论，从几何角度总结出了离子晶体的结构规则， 认为配位多面体是组成离子晶体的基本单元。 负离子配位多面体规则——鲍林第一规则 鲍林第一规则指出：“在离子晶体中，正离子 的周围形成一个负离子配位多面体，正负离子 间的平衡距离取决于离子半径之和，而正离子 的配位数则取决于正负离子的半径比”。
第一章 材料的结构 —原子的排列
固体中的相结构
纯物质（例如纯金属）难以得到，而且 除了导热、导电性能以外，性能也往往 不能满足要求（如力学性能）； 实用材料大多为多种元素组成，混合至 原子尺度，如合金。 相是体系中均匀（指凝聚状态、结构、 成分）的组成部分，相与相之间有界面 分开。
2
固体相的主要类型
19
氟化钙型
正离子位于fcc阵点 位臵，负离子占据四 面体间隙位臵，如 AuAl2, PtSn2, 反氟化钙型位臵相反 如Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Sn等
20
NiAs结构
A构成hcp，B位于A 的八面体间隙位臵。 如NiAs，CrS，NiS， FeS，FeSn
21
CsCl结构
Cu-Al系
Cu-Sn系
这类化合物的结构稳定性主要取决于电子浓度因素。在相图上占有一 定成分范围，结合性质以金属键为主，有明显的金属特性。
材料科学基础作业详细答案
材料科学基础作业详细答案
材料科学基础练习题
参考答案
第⼀章原⼦排列
1. 作图表⽰⽴⽅晶系中的(123),(012),(421)晶⾯和[102],[211],[346]晶向
.
附图1-1 有关晶⾯及晶向
2. 分别计算⾯⼼⽴⽅结构与体⼼⽴⽅结构的{100},{110}和{111}晶⾯族的⾯间距, 并指出⾯间距最⼤的晶⾯(设两种结构的点阵常数均为a ).
解由⾯⼼⽴⽅和体⼼⽴⽅结构中晶⾯间的⼏何关系, 可求得不同晶⾯族中的⾯间距如附表1-1所⽰.
附表1-1 ⽴⽅晶系中的晶⾯间距
显然, FCC 中{111}晶⾯的⾯间距最⼤, ⽽BCC 中{110}晶⾯的⾯间距最⼤.
注意: 对于晶⾯间距的计算, 不能简单地使⽤公式, 应考虑组成复合点阵时, 晶⾯层数
会增加.
3. 分别计算fcc和bcc中的{100},{110}和{111}晶⾯族的原⼦⾯密度和<100>,<110>和<111>晶向族的原⼦线密度, 并指出两种结构的差别. (设两种结构的点阵常数均为a) 解原⼦的⾯密度是指单位晶⾯内的原⼦数; 原⼦的线密度是指晶⾯上单位长度所包含的原⼦数. 据此可求得原⼦的⾯密度和线密度如附表1-2所⽰.
可见, 在BCC中, 原⼦密度最⼤的晶⾯为{110}, 原⼦密度最⼤的晶向为<111>; 在FCC 中, 原⼦密度最⼤的晶⾯为{111}, 原⼦密度最⼤的晶向为<110>.
4. 在(0110)晶⾯上绘出[2113]晶向.
解详见附图1-2.
附图1-2 六⽅晶系中的晶向
材料科学基础复习.
位错运动有两种基本形式：滑移和攀移。
位错的类型：刃位错、螺位错、混合位错
第四章 晶体缺陷
位错滑移特征比较
类型
b与位
错线
位错线
运动方向
τ与b
τ与位错线
滑移面
个数
刃位错
螺位错 混合位错
⊥
// 一定角度
法线
法线 法线
//分量
//分量 //分量
⊥
// 一定角度
唯一
不唯一 复杂
第四章 晶体缺陷
实际晶体结构中的位错
6+6 0.74
0.68
第三章 典型金属晶体结构
fcc
fcc bcc hcp {111} {110} {0001} <110> <111>
1120
bcc
<111> <110> <0001> ABC AB AB
hcp
第三章 典型金属晶体结构
固溶体的形成条件
置换固溶体
形成条件——溶质原子尺寸与溶剂原子尺寸相近
（4）伯氏矢量的唯一性
一根不分岔的位错线具有唯一的伯氏矢量。
第四章 晶体缺陷
所以，可以用滑移矢量的晶向指数表示伯氏矢量 b （1）表示方法：
b ua vb wc
a b [ uvw （ ] n为正整数） 对于立方晶体而言，由于a=b=c，因此， n
材料科学基础第一章材料结构的基本知识
A
34
4、单相与多相组织 （1）单相组织
所有晶粒的化学组成相 同，晶体结构也相同。 描述单相组织特征的主要用晶粒尺寸及形状。 （2）多相组织 • 两相以上的晶体材料，各个相具有不同的成分和晶 体结构。 • 两相例子：
A
35
第五节 材料的稳态与亚稳态结构
• 稳态结构（平衡态结构） 能量最低的结构。
A
16
2、氢键 • 含氢的分子具有极性，与另一个具有较强电负性
的原子通过氢离子而结合的结合键。 如冰… X-H--Y X-H: 离子键 H--Y：氢键
A
17
三、混合键
大部分材料的内部原子结合键往往是各种键的混 合。
1、一次键混合 （1）共价键与金属键混合 如Ⅳ A族中，
C Si Ge Sn Pb
A
6
1、周期对应于电子主壳层 2、同一族元素具有相同的外壳层电子数和相似的化
学性质 3、过渡族元素具有未满的内壳层和典型的金属性 4、ⅠB族和ⅡB族的内壳层填满，ⅠA族和ⅡA族的
内壳层未满，故ⅠB族和ⅡB族不如ⅠA族和ⅡA族 活泼 例如：
Cu ： …3p63d104s1
K：…3p64s1
A
7
5、电负性呈周期性变化：同周期自左至右逐渐增强， 同族自上而下逐渐减弱
A
20
由表可见，A、B原子间的电负性差越大，所 形成的 AB 化合物中离子键结合的比例越高
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9
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第
一 章
第一节 原子的结合方式
（4）分子键与分子晶体
大分子中带正电的部分与另一分子带负电的部分形成教 弱的静电吸引力，形成分子键.
Байду номын сангаас
第 一
原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和 性。
节
分子晶体：熔点低，硬度低。如高分子材料。
原
子
结
合
方
式
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Learning™
10
第
一 章
第一节 原子的结合方式
（4）分子键与分子晶体
氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性， 如O-H—O
第 一 节 原 子 结 合 方 式
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列 14
第
一 章
第二节 原子的规则排列
3 布拉菲点阵 14种点阵分属7个晶系。
第 二 节 原 子 规 则 排 列
15
第
一 章
第二节 原子的规则排列
4 晶向指数与晶面指数
晶向：空间点阵中各阵点列的方向。
晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。
第
二
国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。
节
原
子
规
则
排
列 16
第
一 章
第一章 工程材料中的原子排列
本章要点
1认识材料的类别，金属、聚合物和陶瓷及其 分类的基础，复习原子结构的特性
2建立单位晶胞的概念，了解原子排列和堆积 3熟悉常见晶体中原子的规则排列形式 4掌握晶向、晶面指数的标定方法 5认识晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本 性质
1
第 材料的种类
一
章
黑色金属 钢：碳钢、合金钢、特殊性能钢等
正离子形成自由电子云，依靠正离子与构成电子气的自
由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式形
第
成金属键.
一
节 原
原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱 和性；
子
金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。如
结
金属。
合
方
式 7
8
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节
c 具有尽可能多的直角；
原
d 体积最小。
子
（3）形状和大小
规 则
有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
排
（4）晶胞中点的位置表示（坐标法）。
节
无机非金属材料 耐火材料
原
陶瓷：传统陶瓷、特种陶瓷
子
树脂基 颗粒增强
结
复合材料 金属基 纤维增强 陶瓷基 晶须增强
合
编织结构增强
方
新型材料与功能材料
式 2
第
一 章
第一章 工程材料中的原子排列
硅表面原子排列
碳表面原子排列
18h
3
第 一 节 原 子 结 合 方 式
4
第一节 原子的结合方式
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结
程无序，各向同性。
合
方
式 12
第
一 章
第二节 原子的规则排列
一 晶体学基础
1 空间点阵与晶体结构
（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。
第
特征：a 原子的理想排列；b 有14种。其中：
二
阵点－空间点阵中的点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。
节 晶格－描述晶体中原子排列规律的空间格架。
第
一 章
第二节 原子的规则排列
（1）晶向指数的标定
[uvw]
第
二
节
原
子
规
则
排
列
2h 17
第
一 章
第二节 原子的规则排列
说明：
a 指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。
第
b 负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。
二
c 晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向。
节 用<uvw>表示，数字相同，但排列顺序不同或正负号不同的晶向
第
大、导电性差。
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一
节
原
子
结
合
方
式 6
第
一 章
第一节 原子的结合方式
（3）金属键与金属晶体
金属元素失去最外层电子，形成正离子，电子围绕
Thomson Learning™
11
第
一 章
第一节 原子的结合方式
3 结合键分类
（1）一次键 （化学键）：金属键、共价键、离子键。
（2）二次键 （物理键）：分子键和氢键。
第
4 原子的排列方式
一 节 原
（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。长 程有序，各向异性。
子
（2）非晶体：――――――――――不规则排列。长
1 原子结构
一 章
第
第 一
第一节 原子的结合方式
章
2 原子结合键
（1）离子键与离子晶体
正电性元素和负电性元素接触时，前者失去最外层电子成为正 离子，而后者得到电子成为满壳层负离子，正离子和负离子静电吸 引和排斥形成稳定的离子键。
第
原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；
一
离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如氧化物陶瓷。
原 晶胞－空间点阵中最小的几何单元。
子 规
（2）晶体结构：原子、离子或
则
原子团按照空间点阵的实际排列。
排
特征：a 可能存在局部缺陷；
列
b 可有无限多种。
13
第
一 章
第二节 原子的规则排列
2 晶胞
（1）晶胞：构成空间点阵的最基本单元。
（2）选取原则：
a 能够充分反映空间点阵的对称性；
第 二
b 相等的棱和角的数目最多；
节
原
子
结
合
方 式
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5
第 第一节 原子的结合方式
一
章
（2）共价键与原子晶体
两个相邻原子共用一对电子，形成稳定的共价键。
原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；
原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性
金属材料
铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁等
有色金属 铜及其合金：纯铜、黄铜、青铜、白铜
铝及其合金：纯铝、形变铝合金、铸造铝合金
其 它：轴承合金、镁合金、钛合金、镍合金
纤维：天然纤维、合成纤维
高分子材料 橡胶：通用橡胶、特种橡胶
第
塑料：通用塑料、工程塑料、特种塑料、粘胶剂
一
工程材料
水泥 玻璃