材料科学与工程基础.doc

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,
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2—1 NaCl 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、、、、、
分子键和氢键
分子键:范德瓦尔斯键
氢键:极性键
结合键的性能特点(略讲)
见书P10,表2—1
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。
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。
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。
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2—3 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)
晶体的基本概念
晶格和晶胞(表示方法):抽象法(抽象晶体)
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。
若视其为空间几何点,则其空间排列(多样性)称为空间点阵。
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。
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。
晶胞各边的尺寸a、b、c称为晶体常数。
晶胞棱间夹角用α、β、γ表示。见图2~4

z
y
x
(a) 简单立方晶体(b)晶格(c)晶胞

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2~2(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-Rag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。
、原子数:一个晶胞内包含的原子数目。(钢球模型)
、配位数和致密度
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。
致密度:晶胞中原子本身所占的体积的百分数(K)
K=n×4/3πr3/V
常见纯金属的晶格类型(理想纯)
体心立方晶格(bcc boady centerad cube)
常见金属>30种之多
(例如:α-Fe 、Cr、Mo、W、V、Nb)
(√2a)2+a2=(4r)2
2 a2+a2=42r2
3 a2=(4r)2
∴ r=√3/4a
晶胞原子数=1/8×8+1=2(个)
配位数:8 ABABABAB。。。。
致密度:K= 2×4/3πr3 (图2~5 bcc)
a3
(二) 面心立方晶格(FCC face centered cube)
晶格常数亦只用一个a表示。
显而易见:r=/4a
晶胞的原子数:1/8×8+1/2×6=4(个)
配位数:12 ABCABCABC。。。
(图2~6 FCC)
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
(HCP hexagonal close-packed)
r=1/2a c/a=
晶胞原子数:1/6×12+1/2×2+3=6
ABABABAB。。。(图2~7 HCP)
配位数:12