第二节 第一课时 金属晶体
金属学热处理--金属的晶体结构 ppt课件
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晶体结构与空间点阵
图1-3 晶体中原子排列示意图
a）原子堆垛模型 b）晶格 c）晶胞
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晶体结构与空间点阵
从图中可以看出，原子在各个方向的排列都是 很规则的。这种模型的优点是立体感强，很直观； 缺点是很难看清原子排列的规律和特点，不便于研 究。为了清楚地表明原子在空间排列的规律性，常 常将构成晶体的原子（或原子群）忽略，而将其抽 象为纯粹的几何点，称之为阵点。这些阵点可以是 原子的中心，也可以是彼此等同的原子群的中心， 所有阵点的物理环境和几何环境都相同。由这些阵 点有规则地周期性重复排列所形成的三维空间阵列 称为空间点阵。
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金属键
事实上，虽然它偶尔也能与别的元素形成离子 键，但它本身原子之间多以共价键方式结合。所谓 共价键，即相邻原子共用它们外部的价电子，形成 稳定的电子满壳层。金刚石中的碳原子之间即完全 以共价键结合。铜原子之间的结合，既不同于离子 键，也不同于共价键。
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金属键
近代物理学的观点认为，处于集聚状态的金属 原子，全部或大部将它们的价电子贡献出来，为其 整个原子集体所公有，称之为电子云或电子气。这 些价电子或自由电子，已不再只围绕自己的原子核 转动，而是与所有的价电子一起在所有原子核周围 按量子力学规律运动着。贡献出价电子的原子，则 变为正离子，沉浸在电子云中，它们依靠运动于其 间的公有化的自由电子的静电作用而结合起来，这 种结合方式叫做金属键，它没有饱和性和方向性。
轴的正方向，反之为负方向。晶胞的棱边长度一般
称为晶格常数或点阵常数，在X、Y、Z轴上分别以a、
b、c表示。晶胞的棱间夹角又称为轴间夹角，通常
Y-Z轴、Z-X轴和X-Y轴之间的夹角分别用α、β和γ
金属的晶体构造与结晶
• 但是在目前. 单晶体金属材料的制取. 还相当困难. 目前使用的金属材 料.
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第二节 金属晶体的实际构造
• 大部分在构造上还是跟单晶体金属不同. 在制取方法上还是传统的. 即 由自然熔炼、自然凝固等方法得到的. 在使用要求上. 也限于满足常规 内的用途. 现在要讨论的. 便是这类用传统方法获得的金属的实际构造.
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第四节 铸锭组织
• 冶炼出来的金属. 一般都要将液体浇铸为一定尺寸的块锭. 再进行其他 加工如轧制、铸造. 因此浇铸出的金属块锭(铸锭) 的组织. 就是从液态 结晶出来的组织. 分析这些组织的特点. 可以找出其缺陷和影响因素.
• 铸锭组织按形态可分为三类.这部分晶粒组织细小. 但厚度薄. 分布在 靠近铸模的地方. 形成原因是靠近铸模的地方散热条件优于其他地方. 冷却速度较快. 因而该区域液态金属结晶时有较大过冷度存在.
错、螺形位错等线状缺陷.
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第三节 纯金属的结晶过程
• 一、纯金属的结晶过程及规律 • 金属的结晶是金属原子组合状态从一种转变为另一种的过程. 即新结
构的形成过程. 纯金属的结晶过程. 通常用冷却曲线图和结晶过程示意 图来表示.纯金属的冷却曲线图可用热分析方法绘制. 其内容是: 先将 金属熔化并测出其熔点Ｔ０. • 记在摄氏温度与时间关系的坐标图上. 然后将熔化后的金属缓慢冷却. 并将温度与时间的对应点记在坐标图上. 最后连点为曲线. 图２ －１ ３ 便是用此法绘制的纯金属冷却曲线图. 在这里. 具体的金属材料名 称、温度值和时间都可省略. 只作定性说明.
《晶体的结构和结晶》PPT课件
常稳定。
的
结
▪ 部分碳化物和所有氮化 构
物属于间隙相。
精选ppt
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▪ b. 具有复杂结构的间隙化合
物
▪ 当r非/r金>0.59时形成复杂结 构间隙化合物。
▪ 如Fe3C、Cr23C6等。Fe3C 称渗碳体，是钢中重要组成 相，具有复杂斜方晶格。
▪ 间隙相与间隙固溶体的区别？
Fe3C的晶格
高温合金中的Cr23C6
电子浓度：价电精子选pp数t 目与原子数目之比值。 38
3、间隙化合物（原子尺寸因素起主要作用）
与间隙固溶体相似，由过渡族金属同原子半径很小 的非金属元素形成的化合物。
无论溶质原子是以间隙方式还是以置换方式进入晶 格，总会对溶剂晶格造成一定程度的畸变。溶质与 溶剂原子的尺寸差别越大，晶格畸变越大，畸变能 越大，增大到一定容限时，原来的结构便不稳定， 会重新组合形成新的相。
为描述晶体内部原子的排列，将原子视为刚性球体。 刚性球体—原子浓缩成一个点（空间点阵）—用假 想的直线连接起来，形成空间格子（晶格）—取出 一个有代表性的最小几何单元—单位晶体（晶胞）。
1. 晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成 的三维空间格架。直线的交点（原子中心）称结点。 由结点形成的空间点的阵列称空间点阵。
Cu-Ni置换固溶体
（2）置换固溶体
Fe-C间隙固溶体
精选ppt
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按溶质原子在溶剂晶格中的溶解度分 （1）有限固溶体
间隙固溶体一定是有限固溶体。
（2）无限固溶体 在置换固溶体中，当溶质与溶剂原子半径差
别较小，在化学元素周期表上的位置靠近，且 晶格形式也相同时，可能形成无限固溶体。否 则，是有限固溶体。所以无限固溶体一定是置 换固溶体，反过来不成立。间隙固溶体一定是 有限固溶体，反过来不成立。
《金属晶体》 讲义
《金属晶体》讲义一、金属晶体的定义与特点金属晶体是指由金属原子通过金属键结合而成的晶体。
在金属晶体中，金属原子失去部分或全部外层电子，形成自由电子，这些自由电子在整个晶体中自由运动，与金属阳离子相互作用，将金属原子紧密地结合在一起。
金属晶体具有以下特点：1、良好的导电性和导热性：由于存在自由电子，它们能够在电场的作用下定向移动，从而形成电流，实现良好的导电性；自由电子在热的作用下也能迅速传递热能，使得金属具有良好的导热性。
2、金属光泽：自由电子能够吸收并反射可见光，使金属具有独特的金属光泽。
3、延展性：金属晶体中的原子可以相对滑动而不断裂金属键，从而使金属具有良好的延展性，可以被拉成丝或压成薄片。
4、硬度和熔点有较大差异：不同金属的晶体结构和金属键强度不同，导致其硬度和熔点差异较大。
二、金属晶体的结构类型常见的金属晶体结构有以下三种类型：1、体心立方堆积（bcc）体心立方堆积的晶胞中，每个晶胞包含 8 个位于顶角的原子和 1 个位于体心的原子。
例如，碱金属中的锂、钠、钾等在常温下采用这种堆积方式。
这种结构的空间利用率相对较低。
2、面心立方堆积（fcc）面心立方堆积的晶胞中，每个晶胞包含 8 个位于顶角的原子和 6 个位于面心的原子。
铜、银、金等金属通常采用这种堆积方式。
面心立方堆积的空间利用率较高，具有较好的延展性和塑性。
3、密排六方堆积（hcp）密排六方堆积的晶胞是一个六棱柱，每个晶胞包含 12 个位于顶角的原子和2 个位于体内的原子。
镁、锌、钛等金属采用这种堆积方式。
三、金属键的本质金属键是一种特殊的化学键，其本质是金属原子失去电子形成的正离子与自由电子之间的强烈相互作用。
金属原子的价电子数较少，原子核对价电子的束缚较弱，在一定条件下容易失去电子。
这些失去的电子不再属于某个特定的原子，而是在整个晶体中自由运动，形成“电子气”。
金属正离子沉浸在“电子气”中，它们与自由电子之间的静电吸引力使得金属原子紧密结合在一起，形成金属晶体。
【华师一】《晶体的类型与性质》第二节《金属晶体》第一课时
第一单元晶体的类型与性质第二节金属晶体1、下列叙述中正确．．的是（）A、在离子晶体中不可能存在非极性键；B、晶体中有阳离子则一定有阴离子；C、含有阴离子的晶体中一定含有阳离子；D、全部由非金属元素所形成的化合物的晶体一定是分子晶体。
2、下各组物质中，按熔点由低到高排列正确的是（）A、O2、I2、HgB、CO2、KCl、SiO2C、Na、K、RbD、SiC、NaCl、SO23、金属晶体的特征是（）A、都很硬B、熔点都很低C、熔点都很高D、都有导电、导热、延展性4、金属晶体的形成是通过（）A、自由电子之间的相互作用B、金属离子之间的相互作用C、金属原子与自由电子之间的相互作用D、金属离子与自由电子之间的较强的相互作用5、下列性质体现了金属通性的是（）A、金、银不易生锈B、铁在常温下不溶于浓硝酸C、钠能与水剧烈反应放出氢气D、金有良好的延展性，银有良好的导电性6、在固态和熔融状态下都能导电的晶体是（）A、离子晶体B、金属晶体C、分子晶体D、原子晶体7、不仅与金属的晶体结构有关，而且与金属原子本身的性质有关的是A、密度B、导电性C、电热性D、延展性8、含有阳离子而不含有阴离子的晶体是（）A、原子晶体B、分子晶体C、离子晶体D、金属晶体9、下列物质中，熔点最高的是熔点最低的是A、干冰B、晶体硅 C 、硝酸钾D、金属钠10、下列何种物质的导电性是由自由电子的运动所决定的（）A、熔融的食盐B、饱和食盐水C、石墨D、铜11、下列化学式表示物质分子的是（）A、Na2SO4B、CC、H2SO4D、Al12、某单质形成的晶体一定不是（）A、原子晶体B、分子晶体C、金属晶体D、离子晶体13、某固体仅有一种元素组成，其密度为5克/厘米3，用X射线研究该固体的结果表明，在边长为1×10－7厘米的立方体中仅有20个原子，则此元素的原子量接近（）A、32B、65C、120D、15014、下列叙述中正确的是（）A、离子化合物中可能含有共价键B、分子晶体中一定含有共价键C、温度越高金属的导电能力越强D、金属钠的熔点比水的沸点高15、在下列有关晶体的叙述中错误的是（）A、离子晶体中，一定存在离子键B、原子晶体中，只存在共价键C、金属晶体的熔沸点均很高D、稀有气体的原子能形成分子晶体16、金属晶体是指通过______________________之间的较强作用形成的单质晶体。
第二节金属晶体与离子晶体
第一讲 金属晶体与离子晶体一、金属晶体1.定义：金属晶体是指金属原子通过金属键形成的晶体。
2.金属键：金属晶体中金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用。
金属键的特征：由于自由电子为整个金属所共有，所以金属键没有方向性和饱和性。
金属原子的外层电子数比较少，容易失去电子变成金属离子和电子，金属离子间存在反性电荷的维系――带负电荷的自由移动的电子（运动的电子使体系更稳定），这些电子不是专属于某几个特定的金属离子这就是金属晶体的形成的原因。
例1.金属晶体的形成是因为晶体中存在( C)①金属原子②金属离子③自由电子④阴离子A.只有①B.只有③C.②③D.②④3.金属晶体的结构型式：（1）特点：最常见的结构型式具有堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间等特点。
（2）分类：Ca 、Al 、Cu 、Ag 、Au 等金属晶体属于A 1型最密堆积，Mg 、Zn 等金属晶体属于A 3型最密堆积，A 2型密堆积又称为体心立方密堆积，Li 、Na 、K 、Fe 等金属晶体属于A 2型密堆积。
A 1型配位数为12，A 2型配位数为8，A 3型配位数为 12。
4.金属晶体中的金属键和原子的堆积方式与金属晶体的物理性质的关系（1）金属晶体具有良好的导电性：金属中有自由移动的电子，金属晶体中的自由电子在没有外加电场存在时是自由运动的，当有外加电场存在的情况下，电子发生了定向移动形成了电流，呈现良好的导电性。
（2）金属晶体具有良好的导热性：自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，从而引起两者能量的交换。
当金属某一部分受热时，在那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，于是通过碰撞，自由电子把能量传给金属离子。
金属容易导热就是由于自由电子运动时，把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。
（3）金属晶体具有良好的延展性：当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性，滑动以后，各层之间仍（4）金属的熔点、硬度等取决于金属晶体内部作用力的强弱。
金属晶体课件
电子工业领域应用案例
集成电路制造
01
金属晶体在集成电路制造中发挥着重要作用，用于制造芯片内
部的连接线路和引脚。
电子元器件制造
02
金属晶体在电子元器件制造中，如电阻、电容、电感等，作为
电极或支撑结构。
传感器与执行器
03
金属晶体在传感器和执行器中，如热敏电阻、磁敏元件等，用
于实现信号转换和调控。
汽车工业领域应用案例
金属晶体课件
目 录
• 金属晶体概述 • 金属晶体结构 • 金属晶体相图与相变 • 金属晶体制备方法与技术 • 金属晶体应用领域及案例分析 • 金属晶体未来发展趋势与挑战
01
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金属晶体概述
定义与分类
定义
金属晶体是由金属原子或离子通 过金属键结合形成的晶体结构。
分类
根据金属键的类型，金属晶体可 分为简单金属晶体和复杂金属晶 体。
六方密排晶格
以钛、锆、铪等金属为代 表，具有特殊的紧密堆积 结构。
晶体结构与性能关系
力学性能
晶体结构对金属的力学性能如硬 度、韧性、抗拉强度等有显著影
响。
物理性能
晶体结构对金属的物理性能如导电 性、导热性、磁性等有不同程度的 影响。
加工性能
晶体结构对金属的加工性能如铸造 、轧制、锻造等有重要影响。
在晶体中自由移动。
延展性
金属晶体具有较好的延展性， 可以加工成各种形状的金属制
品。
金属光泽
金属晶体具有独特的金属光泽 ，这是由于金属表面的自由电 子与光子相互作用产生的。
热膨胀性
金属晶体在加热时，其体积会 发生变化，表现出热膨胀性质
。
02
CATALOGUE
《金属晶体》课件
金属晶体的结构
面心立方晶格
结构特点：每个晶胞由8个金属原子 组成，每个原子位于面心立方晶格 的顶点或面心位置
空间对称性：具有432对称性，即 具有48个对称操作
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晶胞参数：a=b=c，α=β=γ=90°
金属晶体
汇报人：PPT
单击输入目录标题 金属晶体的定义 金属晶体的结构 金属晶体的性质与应用 金属晶体的制备方法 金属晶体的相图与转变
添加章节标题
金属晶体的定义
金属晶体是什么
金属晶体是金属 元素的单质或化 合物在固态下的 结晶形式
金属晶体具有固 定的几何形状和 周期性排列的晶 格结构
金属晶体的物理性 质如硬度、导电性、 导热性等与其晶体 结构有关
应用：广泛应用于金属冶炼、 电镀、电化学分析等领域
化学还原法
原理：利用还 原剂将金属离 子还原为金属
单质
常用还原剂： 氢气、一氧化 碳、金属钠等
反应条件：高 温、高压、催
化剂等
应用：制备金 属单质、金属
化合物等
区域熔炼法
原理：利用高温使金属熔化，形成 液态金属
优点：可以制备出纯度较高的金属 晶体
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步骤：将金属放入高温炉中，加热 至熔点以上，使金属熔化
缺点：需要较高的温度和较长的时 间，且容易产生氧化物和杂质
金属晶体的相图与转变
金属晶体的相图
相图：描述金属晶体在不同温度和压力下存在的相态和转变关系的图
相态：固态、液态和气态
转变：固态到液态的熔化、液态到固态的凝固、固态到气态的升华、气态到固态的 凝华
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√
）
A.离子化合物中可能含有共价键
B.分子晶体中的分子内不会有离子键
√
C.分子晶体中的分子内一定有共价键 D.原子晶体中一定有非极性共价键
（1）.简单立方堆积：
非最紧密堆积，空间利用率低（52%）
配位数是
6
个.
只有金属（Po）采取这种堆积方式
（2）钾型----体心立方最密堆积-----A2
5 8 1
6 7 2
4
3
这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞每 个晶胞含 2 个原子，空间利用率不高 （68%），属于非密置层堆积，配位数为 8 ， 许多金属（如 Li、Na、K、Fe等）采取这种堆积 方式。也称A2型密堆积。
6、金属晶体的熔点变化的规律 （1）金属晶体熔点变化差别较大。 （这是因为金属晶体紧密堆积方式不同。）
（2）一般来说（同类型的金属晶体），其熔 点由金属阳离子半径、离子所带电荷数决定。 即：阳离子半径越小，所带电荷数越多，熔 点越高。
如： Li﹥Na﹥ k﹥ Rb﹥Cs
Na ＜ Mg ＜ Al
[练 习 ]
1、下列关于晶体的说晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 B.在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 C.原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 D.分子晶体的熔点一定比金属晶体的低
[练 习 ]
2、金属的下列性质中，不能用金属晶体结构 加以解释的是（ ） B.易导热 C.有延展性 D.易锈蚀 3、下列叙述不正确的是 （ A.易导电
金属离子与自由电子之间的较强的相互作用
（1）含金属阳离子的晶体中一定含阴离子。
第二节 金属晶体
5、金属晶体共同的物理性质：
导电性 导热性
都与自由电子的运动有关Ag、 Cu、Au、Al、Zn、Pt、Sn、 Fe、Pb、Hg
延展性
有金属光泽
Au最好
注意：有金属光泽的不一定是 金属晶体。
第二节 金属晶体
第二节
金属晶体
第二节 金属晶体
1、金属的晶体结构 2、金属晶体的概念：
金属离子与自由电子之间存在着较强的作用， 使许多金属离子结合在一起。通过金属离子与自 由电子之间的较强作用形成的单质，叫做金属晶 体。 3、构成微粒： 金属离子和自由电子
金属晶体中不存在中性原子 注意： 和阴离子。
4、金属晶体基本构型
面心立方紧密堆积---A1
C B A
这种堆积晶胞空间利用率高（74%），属于 最密置层堆集，配位数为 12 ，许多金属（如 Ca、Cu、Au、Ag、Pt等）采取这种堆积方式。 也称A1面心立方最密堆积
堆积方式及性质小结
堆积方式 晶胞类型 空间利 配位数 用率 简单立 方堆积 简单立方 52％ 68% 74% 74% 6 8 12 实例
Po Na、K、Fe
体心立方 体心立方 密堆积 六方最 密堆积 六方
Cu、Ag、Au Mg、Zn、Ti
面心立方 面心立方 最密堆积
12
第二节 金属晶体 [讨论]判断下列说法是否正确
（2）含金属阳离子的晶体一定是离子晶体。 （3）含金属阳离子的晶体中一定含离子键。
4、微粒间的结合力： 金属键
（3）镁型（ 六方最密堆积-----A3）
7 6 5 10 1 8 9 4 11 2 3
12
这种堆积晶胞空间利用率高（74%），属于 最密置层堆集，配位数为 12 ，许多金属（如 Mg、Zn、Ti等）采取这种堆积方式。 也称A3六方最密堆积
1200
平行六面体
（4）铜型（面心立方紧密堆积----A1）