材料科学基础教程

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2. 离子键 ➢ 得失电子形成 ➢ 没有方向性和饱和性 ➢ 离子晶体
高熔点，高硬度，导电（熔融）
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3. 金属键 ➢ 原子共用自由电子形成 ➢ 无饱和性和方向性。 ➢ 金属晶体
原子排列密度高，能变形，导电，导热。
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金属原子结构的特点
➢ 外层电子少，易失去。 ➢ 有自由电子。 ➢ 金属离子与自由电子形成键。 ➢ 金属键无方向性
➢多晶型转变的体积变化
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纯铁的多晶型转变及体积变化
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1.2.3 晶向指数与晶面指数
基本概念
➢ 晶面：
晶体中由一系列原子组成的平面。
➢ 晶向：
任意两个原子之间连线所指的方向。
➢ 晶向指数与晶面指数：
标明晶面与晶向空间方位排列的统 一方法。
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➢试写出以下晶向指数[uvw]
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➢晶向族
➢平行且同向的晶向指数相同。 ➢方向相反晶向的指数为相反数。 ➢用＜ｕｖｗ＞代表所有原子排列相同但空
第一章 材料的结构
➢本章提要
➢结合键与材料的性质 ➢晶体学的基本概念 ➢纯金属的晶体结构 ➢合金的晶体结构
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第一章 材料的结构 第一节 材料的结合方式
1.1.1 化学键 ➢化学键——组成物质的质点的相互作用
力。 1.共价键 ➢共用电子对 ➢有饱和性与方向性。 ➢共价晶体
高熔点，高强度，较好绝缘性。
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面心立方的原子堆垛
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6.晶体结构中的间隙
➢体心立方结构的间隙
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➢面心立方结构的间隙
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➢密排六方结构的间隙
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7.多晶型性
➢多晶型性及多晶型转变：
一种材料具有几种不同晶体结构的性质称多晶型性。 当改变温度或压力时，晶体从一种结构转变为另一 种结构，称多晶型转变。
意义： 热处理的工艺基础——通过改变结构而改变性能
间位向不同的晶向，称晶向族。
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➢正交系常用晶向指数
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2.晶面指数
➢三步法确定晶面指数 （hkl）
➢取坐标 ➢求截距 ➢求倒数、化整
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➢试写出以下晶面指数（hkl）
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➢晶面族
➢平行晶面的指数相同 ➢指数互为相反数时，晶面法线反向
➢用｛hkl｝代表空间位向不同，但原子排列
情况完全相同的晶面，称为晶面族。
➢晶带定理： 在立方晶系中，若晶面（hkl）的晶带轴 是[uvw]，则必有 hu+kv+lw=0 反之亦然。
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5.晶面间距
dhkl dhkl dhkl
1
(h)2 (k )2 ( l )2 abc
a
h2 k2 l2
1
4 3
(h2
hk a2
k
2
)
(
l c
)2
正交系 立方系
六方系
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课后练习
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5.原子堆垛
体心立方的原子堆垛——密排面{110}
单击看动画
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密排六方与面心立方的原子堆垛
➢密排面原子排列特点——密排面{111}， （0001）
原子形成密集堆积的堆积位置可以是 A, B或者C
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➢面心立方晶胞中的密堆积面
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面心立方与密排六方堆垛的差异
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密排六方的原子堆垛
➢在立方晶胞中画出：
➢四个{111}晶面和六个{110}晶面 ➢八个<111>晶向和12个<110>晶向 ➢上述对应的晶面与晶向之间有什么特殊位
置关系？
➢写出与六方晶系中的 [1- 01]，[1- 1- 1]及 [001]对应的四轴指数
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第三节 材料的晶体结构
1.3.1 典型金属的晶体结构 ➢体心立方、面心立方、密排六方结构
B.C.C.
F.C.C. H.C.P.
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➢晶胞中的原子数 ➢原子半径 ➢配位数 ➢致密度 ➢原子堆垛方式 ➢晶体结构中的间隙
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1.晶胞中的原子数
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2.原子半径
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3. 配位数
➢配位数：一个原子周围最近邻并且等距 离的原子的个数。
FCC
CPH
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4.致密度——晶胞中原子所占的体积
体心立方 面心立方 密排六方
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➢立方系常用晶面指数
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➢{111}四面体
B A
D C
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3. 六方晶系的晶面指数与晶向指数 ——四轴坐标 ➢晶面指数
同于立方系方法
➢晶向指数
转换法 u=1/3（2U-V） v=1/3（2V-U） t= -(u+v） w=W
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➢六方系常晶带定理
➢晶带：由与某一晶向直线平行及所有相 交于该晶向直线的所有晶面构成的集合。 该直线称为该晶体带轴。
有良好的塑性 有固溶能力
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4. 范德瓦尔键 ➢ 分子间静电引力形成，分子键
聚合物链间
➢ 没有方向性和饱和性 ➢ 分子晶体
如冰、干冰等 熔点低，硬度小
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1.1.2 工程材料的键性
➢图1-4
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第二节 晶体学基础
1.2.1 晶体与非晶体 ➢ 晶体：物质的质点在三维空间作有规律
的周期性重复排列所形成的物质。 ——长程有序
➢ 晶体的特性：
各向异性、固定的熔点、产生电子衍射等。
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Al 原子的微观排列
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➢单晶体的各向异性
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1.2.2 空间点阵
1. 点阵、阵点与晶格 ➢空间点阵：将理想晶体抽象为无数相同
的质点（原子等的中心），其在空间的 排列称为空间点阵，简称点阵。 ➢阵点：点阵中的单个质点。 ➢晶格：将阵点用一系列平行的直线连接 起来构成的空间格架。
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2. 晶胞 ➢晶胞：构成点阵的最基本单元。 ➢晶胞选择的依据：——反映点阵的规律
➢ 反映点阵对称性。 ➢ 平衡六面体内各角与棱尽量相等。 ➢ 棱之间尽量为直角。 ➢ 晶胞体积最小。
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3. 晶胞参数：
➢ 晶格常数 ａ、ｂ、ｃ ➢ 晶轴间角 α、β、γ
4. 七个晶系与十四种Bravis点阵
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