金属的结构和结晶教学案
金属晶体结构教案
金属工艺学教案一、课题：第一节金属的晶体结构二、课型：新授三、教学内容：1.晶体与非晶体2.金属的晶体结构3.实际金属的晶体结构四、教学目的：掌握晶体结构及其对材料的物理化学性能、力学性能及工艺性能的影响，为后续课程的学习做好理论知识的准备。
五、教学重点：常见的金属晶格类型六、教学难点：实际晶体结构中的晶体缺陷七、教学过程：（一）、课程导入回顾前一章所学知识。
提出问题：金属材料的使用性能包括哪些？其中什么是力学性能？什么是物理性能？什么是化学性能？金属材料的性能与金属的化学成分和内部组织结构有着密切的联系。
即使是同一种金属材料，由于加工工艺不同也将使金属材料具有不同的内部结构，从而是金属材料具有不同的性能。
（二）、新课1.晶体与非晶体固态物质按其原子（或分子）聚集状态可分为晶体和非晶体两大类。
晶体：晶体是指组成微粒（原子、离子或分子）呈规则排列的物质。
非晶体：非晶体是指其组成微粒无规则堆积在一起的物质。
（如松香、玻璃、沥青）晶体的特点：a.原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列；b.具有一定的熔点，如铁的熔点为1538℃，铜的熔点为1083℃c.晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各向异性；d4.在一定条件下有规则的几何外形非晶体的特点：a.原子在三维空间呈不规则的排列。
b.没有固定熔点，随着温度的升高将逐渐变软，最终变为有明显流动性的液体。
如塑料、玻璃、沥青等。
c.各个方向上的原子聚集密集大致相同，即具有各向同性。
晶体与非晶体的本质区别在于原子三维空间内排列是否规则。
2晶体结构的基本知识为了便于表明晶体内部原子排列的规律，把每个原子看成是固定不动的刚性小球，并用一些几何线条将晶格中各原子的中心连接起来，构成一个空间格架，各原子的中心就处在格架的几个结点上，这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。
由于晶体中原子有规则排列且有周期性的特点，为了便于讨论通常只从晶格中，选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞在晶体学中，通常取晶胞角上某一结点作为原点，沿其三条棱边作三个坐标轴X、Y、Z，并称之为晶轴，而且规定坐标原点的前、右、上方为轴的正方向，反之为反方向，并以（晶格常数）棱边长度和棱面夹角来表示晶胞的形状和大小。
金属的结构与结晶教案
金属的结构与结晶教案第一章：金属的结构1.1 金属原子的电子排布解释金属原子的电子排布特点，如自由电子的存在。
通过图示展示金属原子的电子排布。
1.2 金属键描述金属键的形成和特点，如金属原子之间的电子云共享。
使用模型或图示来解释金属键的概念。
1.3 金属的晶体结构介绍金属的晶体结构类型，如面心立方、体心立方和简单立方结构。
利用图示和实物模型来展示不同晶体结构的特点。
第二章：金属的结晶2.1 结晶过程解释金属结晶的过程，包括成核和生长阶段。
讨论影响结晶速率和晶体生长的因素。
2.2 晶粒大小和形状探讨晶粒大小和形状对金属性能的影响。
解释晶粒生长和晶界迁移的概念。
2.3 晶界的性质描述晶界的特点和性质，如晶界的能量和原子排列。
探讨晶界对金属性能的影响。
第三章：金属的塑性变形3.1 滑移机制解释金属塑性变形的滑移机制，如位错滑移。
使用图示和模型展示位错滑移的过程。
3.2 塑性变形的条件讨论金属发生塑性变形的条件，如应力、温度和晶体结构。
分析不同晶体结构对塑性变形的影响。
3.3 塑性变形的织构形成探讨塑性变形过程中织构的形成和变化。
解释织构对金属性能的影响。
第四章：金属的热处理4.1 退火处理解释退火处理的目的和过程，如消除晶界和改善塑性。
讨论退火处理对金属性能的影响。
4.2 固溶处理描述固溶处理的方法和目的，如提高金属的强度和硬度。
使用图示展示固溶处理过程中原子分布的变化。
4.3 时效处理解释时效处理的过程和作用，如形成沉淀相和提高金属的性能。
分析时效处理对金属性能的影响。
第五章：金属的腐蚀与防护5.1 腐蚀类型介绍金属腐蚀的类型，如均匀腐蚀、点蚀和腐蚀疲劳。
使用图示和实例来区分不同类型的腐蚀。
5.2 腐蚀原因讨论金属腐蚀的原因，如化学反应、电化学反应和微生物作用。
分析腐蚀过程的基本原理。
5.3 防护方法探讨金属腐蚀的防护方法，如涂层、阴极保护和腐蚀抑制剂。
解释各种防护方法的原理和应用。
第六章：金属的机械性能6.1 强度与韧性解释金属的强度和韧性概念。
分析纯铁的晶体结构与结晶过程
分析纯铁的晶体结构与结晶过程一、学习目标知识目标：·了解晶体、晶格、晶胞、晶粒的概念及常见的三种晶格类型；·明确金属实际晶体结构；·掌握纯铁的同素异晶转变；·熟悉合金的概念及合金的相结构；·了解金属与合金的结晶过程。
能力目标：·熟悉金属或合金的结晶过程及规律，能有效控制金属的结晶过程，改善金属材料的组织和性能。
二、任务引入纯铁是由铁矿石经冶炼而成的，先得到温度较高的铁水，铁水经冷却后形成高温固态铁，然后在逐渐冷却到室温。
液态铁水经过什么变化形成固态铁，高温固态铁冷却过程中铁的结构是否发生变化？三、相关知识材料的性能取决于材料的组织结构，而材料的组织结构由它的化学组成和加工工艺决定的。
也就是说不同的金属材料具有不同的性能，即使是同一种金属材料，在不同的加工条件下其性能也是不同的。
金属性能的这些差异，从本质上来说，是由其内部结构所决定的。
（一）常见的金属晶格类型1.晶体与非晶体自然界中的固态物质都是由原子组成的，根据原子排列的状况不同，可以将物质分为晶体和非晶体两大类。
（1）晶体物质的原子都是按一定几何形状有规则地排列的称为晶体，如金刚石、石墨及固态金属和合金。
（2）非晶体在物质内部，凡是原子呈无规则、杂乱地堆砌在一起的称为非晶体，如松香、普通玻璃、沥青、石蜡等。
晶体与非晶体因原子排列方式不同，它们的性能也有差异。
晶体具有固定的熔点，其性能呈各向异性，而非晶体没有固定的熔点，呈各向同性。
2.晶格与晶胞晶体内部的原子是按照一定规则排列的。
为了便于理解，将金属晶体中原子看成一个小球，图1-7（a）是金属晶体中原子在空间作有规则排列的简单模型。
为了说明排列的方式，人为地把原子看成一个点，用假想的线将各原子的中心连结起来，这样就得到一个抽象化了的空间格架，见图1-7（b）。
这种用于描述原子在晶体中排列规律的空间格架称为晶格。
（a）晶体的原子排列模型（b）晶格（c）晶胞图1-7 晶体、晶格和晶胞示意图由上图可见，晶格是由许多形状、大小相同的最小几何单元重复堆积而成的。
金属的晶体结构课程设计
金属的晶体结构课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握金属晶体结构的基本概念，包括晶格、晶胞和晶面等；2. 使学生了解金属晶体结构的分类及其特点，如面心立方、体心立方和六方最密堆积等；3. 引导学生了解金属晶体结构与性能之间的关系，如塑性、韧性、硬度等。
技能目标：1. 培养学生运用X射线衍射、电子显微镜等实验方法分析金属晶体结构的能力；2. 培养学生运用模型构建、计算软件等工具，对金属晶体结构进行预测和计算的能力；3. 培养学生运用所学知识解决实际工程问题，如优化金属加工工艺、提高材料性能等。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对金属晶体结构研究的兴趣，激发其探索科学的精神；2. 培养学生关注金属材料在实际应用中的性能和可持续发展，提高其社会责任感和使命感；3. 培养学生具备团队协作精神，学会与他人分享、交流学术观点和成果。
本课程针对高中年级学生，结合学生特点和教学要求，注重理论与实践相结合，培养学生的科学思维和动手能力。
课程目标旨在使学生在掌握金属晶体结构基本知识的基础上，能够运用所学分析和解决实际问题，同时培养学生的情感态度价值观，为我国金属材料领域培养具备创新精神和实践能力的优秀人才。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 金属晶体结构基本概念：晶格、晶胞、晶面、晶向等；- 教材章节：第二章第三节2. 金属晶体结构的分类及特点：面心立方、体心立方、六方最密堆积等；- 教材章节：第二章第四节3. 金属晶体结构与性能关系：塑性、韧性、硬度等；- 教材章节：第二章第五节4. 实验研究方法：X射线衍射、电子显微镜等；- 教材章节：第三章第一节5. 金属晶体结构模型构建与计算：模型构建、计算软件等；- 教材章节：第三章第二节6. 金属晶体结构在实际应用中的优化：金属加工工艺、材料性能等；- 教材章节：第三章第三节教学内容安排和进度：第一课时：金属晶体结构基本概念及分类第二课时：金属晶体结构与性能关系第三课时：实验研究方法及金属晶体结构模型构建第四课时：金属晶体结构在实际应用中的优化三、教学方法针对本章节内容，采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：用于讲解金属晶体结构的基本概念、分类及性能关系等理论知识。
初中化学结晶的教案
初中化学结晶的教案
一、教学目标
1. 了解结晶的定义和特点；
2. 掌握结晶形成的条件和过程；
3. 能够通过实验观察和描述结晶的形成过程；
4. 培养学生的观察、实验和思维能力。
二、教学重难点
1. 结晶的定义和特点；
2. 结晶形成的条件和过程。
三、教学准备
1. 实验器材：烧杯、玻璃棒、热板、硫酸铜等材料；
2. 实验步骤和记录表；
3. 课堂教学PPT。
四、教学过程
1. 导入新课：通过展示一些结晶物质的图片，让学生猜测结晶的含义，并引出结晶的定义和特点。
2. 讲解结晶的定义和特点，引导学生了解结晶的形成条件和过程。
3. 进行实验：在烧杯中加入少量硫酸铜并加热，观察硫酸铜结晶的形成过程，并记录实验结果。
4. 总结实验结果，分析结晶形成的条件和过程，让学生能够理解结晶的基本原理。
5. 小结本节课内容，提出问题让学生思考和讨论。
六、作业布置
1. 练习册上相关练习题；
2. 收集不同的结晶物质图片，写一份结晶物质的调研报告。
七、教学反思
通过本节课的教学，学生能够了解结晶的定义和特点，掌握结晶形成的条件和过程。
实验环节的设置能够提高学生的观察和实验能力，培养学生对化学现象的兴趣和思维能力。
在教学过程中，教师需要引导学生发现问题，主动思考，激发学生的学习兴趣和积极性。
第一章金属的晶体结构与结晶教案
第一章金属的晶体结构与结晶第一节金属的晶体结构一、晶体结构的基本概念1、晶体组成固态物质的最基本的质点（如原子、分子或离子）在三维空间中，作有规则的周期性重复排列，即以长程有序方式排列。
这样的物质称为晶体。
如：金属，天然金刚石，结晶盐，水晶，冰等2、非晶体组成固态物质的最基本的质点，在三维空间中无规则堆砌。
这样的物质称为非晶体。
如：玻璃，松香等。
晶体通常又可分为金属晶体和非金属晶体，纯金属及合金都属于金属晶体，其原子间主要以金属键结合，而非金属晶体主要以离子键和共价键结合。
如：食盐NaCl（离子键），金刚石（共价键）都是非金属晶体。
图1-1 晶体、晶格与晶胞示意图按晶体结构模型提出的先后，可将晶体结构模型分为几何（球体）模型、晶格模型和晶胞模型。
3、晶体的球体模型就是把组成晶体的物质质点，看作为静止的刚性小球，他们在三维空间周期性规则堆垛而成。
该模型虽然很直观，立体感强，但不利于观察晶体内部质点的排列方式。
针对这一缺陷科技工作者进一步提出了晶体的晶格模型。
4、晶格为了研究晶体中原子的排列规律，假定理想晶体中的原子都是固定不动的刚性球体，并用假想的线条将晶体中各原子中心连接起来，便形成了一个空间格子，这种抽象的、用于描述原子在晶体中规则排列方式的空间格子称为晶格。
晶体中的每个点叫做结点。
5、晶胞晶体中原子的排列具有周期性的特点，因此，通常只从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子的排列规律，这个最小的几何单元称为晶胞。
实际上整个晶格就是由许多大小、形状和位向相同的晶胞在三维空间重复堆积排列而成的。
6、晶格常数晶胞的大小和形状常以晶胞的棱边长度a、b、c及棱边夹角α、β、γ来表示，如图2.1（c)所示。
晶胞的棱边长度称为晶格常数，以埃(Å)为单位来表示(1Å=10-8cm)。
当棱边长度a=b=c，棱边夹角α=β=γ=90°时，这种晶胞称为简单立方晶胞。
金属的结构与结晶
面
心立方晶格—晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个
面的中心。如：金，银，铜，铝。 密排六方晶格—晶胞是一个正六棱柱，
原子除排列于柱体的每个顶点和上下两个厎面的中心外，正六棱柱的中心还
有三个原子。如：镁，铍，锌。
晶体的缺陷：实际上由于各种原因，金属原 子的规律排列受到干扰和破坏，使晶体中的 某些原子偏离正常位置，我们把这种晶体中 原子紊乱排列的现象称为晶体缺陷。晶体缺 陷对金属材料的性能有很大的影响。 点缺 陷→有间隙原子，空位原子，置代原子三种。 线缺陷→有位错 面缺陷→有晶界，亚晶界两种。
金属的结构与结晶
一.教学要求 1.了解金属的晶体结构 2.掌握纯金属的结晶过程 3.掌握纯铁的同素异构转变
教学重点:金属晶格的三种常见的类型，金
属结晶的基本过程。三.教学难点：实际金属的晶来自缺陷及其对金属性能的影响。
四.教学内容：1.晶体与非晶体：
物质是由原子和分子构成的，其存在状态可
分为气态，液态和固态，固态物质据结构特
点不同分为晶体和非晶体。
晶
体—原子呈有序有规则排列的物质。
其性能特点是:具有规则的几何形状，有一定的熔点，性能 呈各向异性（在各个方向上表现出不同的性能。 ） 非晶体—原子呈无序，无规则堆集的物质，其性能特点是 没有规则的几何形状，没有固定的熔点，性能呈各向同性。
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金属的晶格类型：
课后小结：1.本次课的内容很抽象，要 求同学们仔细领会每个定义和概念， 2.重点掌握晶格的类型及其代表物， 3.了解晶体的缺陷类型。
金属的晶格类型是指金属中原子排
列的规律。晶格—表示原子在晶体中排列规律的空间格架。晶格是由晶胞组
成的。
金属的晶体结构和结晶
2 影响晶核形成和长大的因素
图2-2 成核速率、长大速度与过冷度的关系
1）过冷度：ΔT大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和
长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N不G 的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化丌利， 结晶发生困难。 2）变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些合 金，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶 时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒 的处理方法。 3)机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。
形核有自发形核和非自发形核两种方式， 自发形核是在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规 则排列的结晶核心；非自发形核是液态金属依附在一些未溶颗粒表 面所形成的晶核，非自发形核所需能量较少，它比自发形核容易得 多，一般条件下，液态金属结晶主要靠非自发形核。
晶体的长大以枝晶状形式迚行的，并丌断地分枝发展。
金属的晶体结构与结晶
讲师：郑欣
本章目的：
1 建立金属晶体结构的理想模型；
2 揭示金属的实际晶体结构；
金属的晶体结构
一、晶体的基本概念
1．晶体 非晶体
所谓晶体是指其原子（离子或分子） 在空间呈规则排列的物体非晶体则反 之。 特点：晶体——①有熔点；②具有各 向异性。如：食盐，冰，金刚石，金 属等。 非晶体——①无熔点；②各向 同性。如：玻璃，松香，沥青等。
本章结束！
体心立方晶格的致密度：
4 3 K 2 a 3 4
3
a 0.68
3
即晶格中有68%的体积被原子占有，其余为空隙。
属于这种体心立方晶格的金属有Fe(＜912℃,α-Fe)、Cr、
Mo、W、V等。
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《金属材料与热处理》教案
【复习提问】1.何谓金属的力学性能？金属的力学性能包括哪些？
2. 何谓金属的工艺性能？主要包括哪些内容？
【新课】（2课时）
第二章金属的结构与结晶
【基本要求】1.了解金属的晶体结构；
2.掌握纯金属的结晶过程；
【重点】1.有关金属结构的基本概念：晶面、晶向、晶体、晶格、单晶体、
多晶体，金属晶格的三种常见类型。
2. 金属结晶的基本过程。
3.晶粒的概念及晶粒大小对金属性能的影响。
【难点】实际金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响（选讲）。
§2-1金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
晶体：所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。
（晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的相互吸引力与排斥力相平衡的结果。
）原子在空间呈规则排列的固体物质称为“晶体”。
非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状态的（如普通玻璃、松香、树脂等）。
非晶体的原子则是无规律、无次序地堆积在一起的。
二、晶体结构的概念
1．晶格和晶胞
晶格：把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格。
晶胞：构成晶格的最基本单元。
晶格中各种方位的原子面称为“晶面”，构成晶格的最基本几何单元称为“晶胞”。
2．晶面和晶向
晶面：点阵中的结点所构成的平面。
晶向：点阵中的结点所组成的直线。
由于晶体中原子排列的规律性，可以用晶胞来描述其排列特征。
（阵点（结点）：把原子（离子或分子）抽象为规则排列于空间的几何点，称为阵点或结点。
点阵：阵点（或结点）在空间的排列方式称晶体
晶体晶格
晶胞晶面晶向
图2-1、2-2 晶体规则排列示意图
三、金属晶格的类型
（一）体心立方晶格
体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，并且在立方体的体中心还有一个原子。
属于这种晶格的金属有：铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及α-铁α-Fe
图2-5 体心立方晶格
（二）面心立方晶格
面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体，但在立方体的每个面上还各有一个原子。
属于这种晶格的金属有：Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等
图2-6 面心立方晶格
（三）密排六方晶格
由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。
属于这种晶格的金属有铍（Be）、Mg、Zn、镉（Cd）等。
图2-7 密排六方晶格
§2-2纯金属的结晶
结晶的基本概念：一切物质从液态到固态的转变过程称为凝固，如凝固后形成晶体结构，则称为结晶。
金属在固态下通常都是晶体，所以金属自液态冷却转变为固态的过程，称为金属的结晶。
一、纯金属的冷却曲线及过冷度
实际结晶温度的测定：（冷却曲线）
图2-10 纯金属冷却曲线
可见，随时间的增长，温度逐渐降低，当到T0温度时出现一平台，说明这时虽然液体金属向外散热，但其温度并没下降，这是由于在这一温度液体开始结晶向外散热（结晶潜热），补偿了液体对外的热量散失，结晶终了后就没有结晶潜热来补偿热量的散失，所以温度又开始下降。
二、纯金属的结晶过程
晶核：作为结晶核心的微小晶体
晶粒：小晶体的外形呈颗粒状，称为“晶粒”
晶界：晶粒与晶粒之间的界面称为“晶界”
单晶体：结晶后只有一个晶粒的晶体
多晶体：实际上由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体
单晶体多晶体
图2-13 单晶体与多晶体示意图
三、晶粒大小对金属力学性能的影响
1）增加过冷度（过冷度的影响）
图2-14 过冷度对晶粒大小的影响
过冷度大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。
见图2-14。
2）变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些合金，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。
3）振动处理：
四、金属晶体结构的缺陷
晶体缺陷：晶体中出现的各种不规则的原子堆积现象。
1．空位、间隙原子和置代原子
晶体中的空位、间隙原子、杂质原子都是点缺陷。
图2-15 点缺陷示意图
2．位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的位错
局部滑移而造成。
滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。
图2-16 线缺陷示意图
3．晶界和亚晶界
图2-17 面缺陷示意图
【小结】学生总结本次课的内容
【作业】P25/1、2、4、6
【巩固】1.何谓晶体？何谓非晶体？
2. 何谓晶格和晶胞？
3.金属晶格的常见类型有哪几种？说出各自的晶胞特征。
课后反馈：
本章内容新的名词概念多，而且很抽象，这对初次接触到这些知识的学生来说，会感到很困难。
在教学过程中，我制作了多媒体课件，图文并茂，使学生对这些概念充分理解。
在解释其中的名词定义时，做到通俗简要，只要概念正确即可。
学生反映良好。