哈尔滨工业大学机械工程材料课件第一章材料的结构

电子结构
结
原子的空间
构 排列
显微组织
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第一章 材料的内部结构
电子结构
原子核外电子的排布方 式，显著影响材料的电、
结
磁、光、热性能甚至力
原子的空 学性能。
构 间排列
电子结构还是材料中原
子间键合的直接原因之
显微组织 一，因此也影响到原子
彼此结合的方式，从而
决定材料的类型
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第一章 材料的内部结构
电子结构
2. 将刚球抽象成质点,空间排列原子成为空间格架，
即空间点阵---晶格
3. 保持点阵原子排列几何特征的基本单元为晶胞，
一般用平行六面体表征
4. 晶胞参数：6个---a，b， c；a，b，g
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1.2材料的原子排列
晶体结构 = 空间点阵+基元(晶胞)
构成晶体的基元在三维 空间的具体的排列方式
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1.2材料的原子排列
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1.2材料的原子排列
晶面及晶面指数
晶面是指晶体原子堆垛质心平面
晶面指数的确定方法 ①在以晶胞的边长作为单 位长度的右旋坐标系中取 该晶面在各坐标轴上的截 距； ②取截距的倒数； ③将倒数约成互质整数， 加一圆括号。
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1.2材料的原子排列
六方晶系
晶面和晶向指数确定方法： ①采用四坐标体系，a1, a2, a3夹 角120，c轴与上述三轴平面垂 直； ②晶面指数确定方法与立方晶 系类似，获得指数(h,k,i,l)，前 三个指数只有两个是独立的， 满足关系式：i=-(h+k) ③晶向指数确定较复杂，可先 用三坐标系(a1, a2,c)指数转换。 三座标指数[U,V,W]，按下式换 算成四座标指数[u,v,t,w]进行：
结 原子的空 构 间排列
晶态和非晶态。晶体 结构显著影响材料的
各种性能和功能。
显微组织
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第一章 材料的内部结构
原子结构
结 原子的空 构 间排列
显微组织
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第一章 材料的内部结构
原子结构
结 原子的空
构 间排列
晶粒（原子集团）的
形态、大小；合金相
显微组织 的种类、数量和分布
等参数。
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第一章 材料的内部结构
自然界晶体结构分类：布拉菲在 1948年根据“每个阵点环境相同” 的要求，用数学分析法证明晶体 的空间点阵只有14种，称为布拉 菲点阵，分属7个晶系。空间点 阵虽然只有14种，但晶体结构则 是多种多样、千变万化的。
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1.2材料的原子排列
7个晶系晶胞参数特征
晶系 三斜晶系 单斜晶系 斜方晶系 正方晶系 菱方晶系 六方晶系 立方晶系
u = 1/3(2U-V), v = 1/3(2VU), t= -(u+v), w = W
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第一章 材料的内部结构
1.1 原子键合及其特性 1.2材料的原子排列 1.3 金属的典型晶体结构 1.4 合金相结构 1.5 陶瓷的相结构 1.6 高分子化合物的结构 1.7晶体缺陷
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1.3 金属的典型晶体结构
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第一章 材料的内部结构
1.1 原子键合及其特性 1.2材料的原子排列 1.3 金属的典型晶体结构 1.4 合金相结构 1.5 陶瓷的相结构 1.6 高分子化合物的结构 1.7晶体缺陷
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1.2材料的原子排列
非晶态
• 原子排列短程(近邻与次近邻) 有序
• 长程无序
玻璃态
பைடு நூலகம்18
1.2材料的原子排列
形
式
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1.1材料的原子键合及其特性
金属键
离子键
共价键
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1.1材料的原子键合及其特性
金属键
离子键
键特点：共有价电子, 即电子云→键无方向 性和饱和性 材料特点：①原子趋 向于规则排列②金属 有良好的导电性、塑
性等
共价键
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§1.1 原子间的键合特点
金属键
离子键
键特点：得失价电子→正 负离子→方向性弱,有饱 和性 材料特点： ①高熔点,高硬度,低塑性 ②良好的电绝缘和其他物
理性能等
共价键
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§1.1 原子间的键合特点
金属键
离子键
共价键
键特点：共有电子对 (电子局域化)→键有 方向性和饱和性 材料特征：①高熔点、 高硬度、低塑性 ②电绝缘、光学等物 理特征
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§1.1 原子间的键合特点
金属键
离子键
共价键
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§1.1 原子间的键合特点
范德瓦尔(van der Waals) 键：即分子键，特征①通 过原子或分子间瞬态的感生偶极矩的静电作用引起 的;②键能小，无方向性和饱和性 材料特征： ①强度低，熔点低，变形能力强；②电 绝缘等物理化学性能
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第一章 材料的内部结构
1.1 原子键合及其特性 1.2材料的原子排列 1.3 金属的典型晶体结构 1.4 合金相结构 1.5 陶瓷的相结构 1.6 高分子化合物的结构 1.7晶体缺陷
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1.1材料的原子键合及其特性
材
料 中
基本点:保持稳定的电子排布结构
外
层 接受或释放核外价电子
电
子 共有电子
作
用 偶极矩“弱”相互作用
晶格(棱边)常数及夹角 a b c，a b g a b c，a = g = 90 b a b c，a = b = g = 90 a = b c，a = b = g = 90 a = b = c，a = b = g 90 a = b = c，a = b = 90，g = 120 a = b = c，a = b = g = 90
《机械工程材料》
主讲教师：吴宜勇 电话：86412462
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主要内容
绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
材料的内部结构 结晶与显微组织 工程材料的力学性能 工程材料的物理、化学性能 工程材料的强化理论 钢的热处理与马氏体相变强化 钢铁材料 有色金属及其合金
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第一章 材料的内部结构
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1.2材料的原子排列
晶胞的几何表征：晶格常数、晶向、晶面 晶向
晶体原子 的特定排 列方向
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1.2材料的原子排列
晶向指数
晶向指数的确定方法 ①建立以晶胞的边长作为单 位长度的右旋坐标系； ②定出该晶向上任两点的坐 标； ③用末点坐标减去始点坐标； ④将相减后所得结果约成互 质整数，加一方括号。
晶体
• 原子排列长程有序 • 基元在三维空间呈规律性排
列，成为空间点阵
基元：即基本组元(单元)， 一般为单个的原子、离子、 分子或彼此等同的原子群或 分子群等。
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1.2材料的原子排列
空间点阵
是一个抽象的几何概念， 它由一维、二维或三维规 则排列的阵点组成。
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1.2材料的原子排列
1. 用刚球代表晶体中的原子---钢球模型