金属学与造船材料PPT课件02.ppt
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1、船舶工程学院船舶工程学院金属学与造船材料金属学与造船材料 第1章 金属和合金的晶体结构1.1 金属原子间的键合特点1.2 金属晶体典型结构1.3 合金相结构1.4 金属晶体缺陷什么是金属?什么是金属?金属是具有正的电阻温度系数的物质,电阻随温度的升高而增加,而非金属的电阻温度系数为负值。金属是具有良好的导电性、导热性、延展性、高的密度和金属光泽 结构原子结构原子结构原子的空原子的空间排列间排列 显微组织显微组织 原子核外电子的排布方式显著影响材料的电、磁、光和热性能,还影响到原子彼此结合的方式,从而决定材料的类型 金属原子的结构特点金属原子的结构特点原子结构理论原子 原子核质子(10-8cm,
2、1836倍)(10-8cm)(10-12cm)中子(10-8cm,1838倍)电子(10-13cm)(9.110-28g)原子是由质子和中子组成的原子核以及核外电子构成的。原原子是由质子和中子组成的原子核以及核外电子构成的。原子的体积很小,原子核的直径更小,原子的质量主要集中在原子的体积很小,原子核的直径更小,原子的质量主要集中在原子核内。子核内。金属原子的结构特点金属原子的结构特点金属原子的结构特点其最外层的电子数很少,一般为12个,不超过3个。价电子金属原子的结构特点金属原子的结构特点晶态和非晶态。晶体结构显著影响材料的力学性能。结构原子结构原子结构原子的空原子的空间排列间排列 显微组织显
3、微组织 金属原子的结构特点金属原子的结构特点晶粒的大小、合金相的种类、数量和分布等参数。结构原子结构原子结构原子的空原子的空间排列间排列 显微组织显微组织 1.1 金属原子间的键合特点金属键离子键共价键得失价电子正负离子 高熔点、高硬度、低塑良好的电绝缘体等1.1 金属原子间的键合特点金属键离子键共价键共有电子对键有饱和性 高熔点、高硬度、低塑性电绝缘体等1.1 金属原子间的键合特点金属键共有价电子电子云键无方向性和饱和性性能特点:性能特点:1)1)良好的导电性及导热性;良好的导电性及导热性;2)2)正的电阻温度系数;正的电阻温度系数;3)3)良好的强度及塑性;良好的强度及塑性;4)4)特有的
4、金属光泽。特有的金属光泽。离子键离子键 共价键共价键 金属键金属键 结构特点结构特点 方向性不明显,配位数大 方向性明显,配位数小,密度小 无方向性,配位数大,密度大 力学性能力学性能 强度高,劈裂性良好,硬度大 强度高,硬度大 有各种强度,有塑性 热力性质热力性质 熔点高,膨胀系数小,熔体中有离子存在 熔点高,膨胀系数小,熔体中有的含有分子 有各种熔点,导热性好,液态的温度范围宽 电学性质电学性质 绝缘体,熔体为导体 绝缘体,熔体为非导体 导电体(自由电子)光学性质光学性质 与各构成离子的性质相同,对红外线的吸收强,多是无色或浅色透明的 折射率大,同气体的吸收光谱很不同 不透明,有金属光泽
5、1.1 金属原子间的键合特点结合键的特性结合键的特性问题:金属原子为什么趋于规则排列?1.1 金属原子间的键合特点结合力与结合能d0:原子的平衡位:原子的平衡位置,结合能最低。置,结合能最低。dc:最大结合力位:最大结合力位置,对应着金属的置,对应着金属的理论抗拉强度。理论抗拉强度。1.1 金属原子间的键合特点结合力与结合能原子间必须保持一定的平衡距离,这是固态金属中的原子趋于规则排列的重要原因。1.2 金属晶体典型结构材料的原子排列非晶态原子排列短程有序或无序1.2 金属晶体典型结构非晶体的特点是:结非晶体的特点是:结构无序;物理性质表构无序;物理性质表现为各向同性;没有现为各向同性;没有固
6、定的熔点;热导率固定的熔点;热导率(导热系数)和膨胀性(导热系数)和膨胀性小;小;1.2 金属晶体典型结构晶体基元在三维空间呈规律性排列长程有序单个的原子、离子、分子或彼此等同的原子群或分子群等。晶体的主要特点是:结构有序;物理晶体的主要特点是:结构有序;物理性质表现为各向异性;有固定的熔点;性质表现为各向异性;有固定的熔点;在一定条件下有规则的几何外形。在一定条件下有规则的几何外形。1.2 金属晶体典型结构空间点阵是一个几何概念,它由一维、二维或三维规则排列的阵点组成。1.2 金属晶体典型结构刚球模型用刚球代表空间排列的原子晶格晶格刚球抽象为质点质点,构成空间格架空间格架晶胞晶胞保持点阵几何
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