材料科学与高新技术》上2.ppt

金属材料结构 纯金属和合金都是以金属键结合。 工业上使用的金属有三、四十种，除少数具有复杂的晶体结构外，大多数具有比较简单的、高对称的晶体结构。 我们可把金属元素大小基本相同，所以我们可以把他们看成是等径的圆球进行描述，金属材料一般都具有密堆积结构。最常见的金属结构有面心立方、体心立方和密排六方三种。 面心立方 面心立方晶格（F.C.C.晶格） 金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。 具有这种晶格的金属有铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、γ-铁(γ-Fe，912℃~1394℃)等。 面心立方晶胞的特征是： 1、晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90° 2、晶胞原子数：1/8×8+1/2×6=4（个） 3、原子半径：γ原子=四分之根号二a 4、致密度：0.74（74%） 5、配位数：12　 体心立方 体心立方晶格(胞) (B.C.C晶格) 体心立方晶格的晶胞中，八个原子处于立方体的角上，一个原子处于立方体的中心，角上八个原子与中心原子紧靠。具有体心立方晶格的金属有钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α-铁(α-Fe，912℃)等。 单位晶胞原子数为2 配位数为8 原子半径 √3a/4 (设晶格常数为a) 致密度0.68 密排六方 密排六方晶格（胞）（H.C.P.晶格） 密排六方的晶胞中金属原子分布在六方晶胞的十二个角上、上下底面中心和两底面之间的三个均匀分布的间隙里。 具有这种结构的典型金属包括Be、Mg、α－Ti、Zn和Zr等。 　 面心立方、体心立方与密排六方结构 其它形式的结构 稀有金属镧、镨、镅为四层密堆积；钐为九层密堆积；钋是唯一结构为简单立方的金属，每个晶胞中只有一个原子；锢是四方晶系，变为四方体心后，其“四方面心格子”的c/a=l.07；汞是三方R格子；Y-Cr、α-U、α-Mn、β-Mn等金属具有复杂结构。 某些金属元素，如周期表中的Ⅳ族、Ⅴ族和Ⅵ族元素(常称为半金属元素)，它们以共价键形式 (而不是以金属键为主)结合成为晶体。这类原子不易释放外层电子，因而要形成稳定的外层８电子结构，只能与其它原子通过共用电子对形式来实现。 合金 由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的金属材料称作合金。 合金按其组成可分为二元合金、三元合金 合金根据其互溶性可分为固溶体和中间相（金属化合物） 固溶体：置换固溶体、间隙固溶体、有序固溶体（超结构） 中间相：正常价化合物、电子化合物、间隙相和间隙化合物、拓朴密排相等。 影响置换固溶体中溶质溶解度的因素 （１）组元的晶体结构： 间隙固溶体 正常价化合物 无机非金属材料 无机非金属材料是20世纪40年代以后，随着现代科学技术的发展，从传统的硅酸盐材料演变而来的。 英语中多般用ceramics表示。 ceramics直译为陶瓷 ，但人们常把作为无机非金属材料的代称。 无机非金属材料是金属和非金属(O、 C、N、P或S)元素组合的化合物，范畴很广，广义“陶瓷”的覆盖了陶器、炻器、瓷器，也包含耐火材料，构筑粘土制品、玻璃、搪瓷、磨料，水泥以及各种氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。 无机非金属材料在不同国家中的叫法 在美国一般把无机非金属材料称为advanced ceramics或high performance ceramics中文直译为、“先进陶瓷” 、“高级陶瓷”、 “近代陶瓷”或“高效陶瓷”。 在英国一般被称为technological ceramics，即“技术陶瓷”。 日本称为ファインセラミックス (fine ceramics)即“精细陶瓷” 或ニューセラミックス材料 (new ceramics)即“新型陶瓷材料” 在我国把广义的这类材料称为“无机非金属材料”或“新型无机非金属材料” ，相应地则把原来狭义的硅酸盐陶瓷称“传统陶瓷”（traditional ceramic）。 无机非金属材料的结构形态 无机非金属材料的结构远比金属材料要复杂的多，按其结构和物质的形态、性质可分为 单晶体--各种宝石、工业用矿物、人工合成晶体等； 多晶体--陶瓷、水泥、废渣、粉煤灰、烧结矿等； 非晶质体--玻璃。 大多数的陶瓷材料，比较复杂，其组成既可以有晶体，同时亦可能有非晶质体的存在。 无机非金属材料结构 无机非金属材料的结合以离子键、共价键为多。离子的大小也不相同，但基本都是大的阴离子组成框架，小的阳离子镶嵌在阴离子框架的间隙中。 晶体结构按化学式分类，可分为 单质 二元化合物(AB型、AB2型、A2B3型······) 多元化合物(ABO3型、AB2O4型······)等。 硅酸盐矿物不仅种类繁多，而且其细部结构和化学