模块二　金属学的基本知识 课题1、2 金属的晶体结构、纯金属的结晶（课件）-高一《电工技能训练》同步教学（劳保版（第六版））

第一篇　金属材料及热加工基础 模块二 金属学的基本知识 1 课题 一 金属的晶体结构 任务1　建立晶体结构的模型 任务说明 ◎ 通过金属晶体结构物理模型的建立，明确金属晶体结构的描述方法。 技能点 ◎ 通过完成本任务，明确科学研究的一种基本方法——建立模型，使复杂问题简捷、清晰、具有可表述性。 知识点 ◎ 非晶体、晶体、晶格、晶胞、晶面和晶向等概念。 ◎ 晶体与非晶体的比较与转化。 2 一、任务实施 物质都是由原子（或分子）组成的，原子（或分子）的排列方式和空间分布称为结构。 （一）任务引入 试说明如何建立晶体结构的模型，以便简捷、清晰地表述金属的内部结构。 （二）分析及解决问题 1．晶体与非晶体 （1）晶体　 凡是内部原子或分子在三维空间内按照一定几何规律做周期性的重复排列的物质称为晶体。 3 （2）非晶体　 凡是内部原子或分子呈无规则堆积的物质称为非晶体。 2．晶体模型的构建及其相关概念 （1）晶格　用来表示原子在晶体中排列规律的空间格架就称为结晶格子，简称晶格。 4 （2）非晶体　 凡是内部原子或分子呈无规则堆积的物质称为非晶体。 2．晶体模型的构建及其相关概念 （1）晶格　用来表示原子在晶体中排列规律的空间格架就称为结晶格子，简称晶格。 （2）晶胞　 根据晶体中原子排列规律性和周期性的特点，为便于讨论，通常从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元，以表示晶格中原子排列的规律性，这个最小几何单元就称为晶胞，如图2-2b 所示。 5 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，称为晶轴。常以晶胞棱边的长度a、b、c和棱边之间的夹角α、β、γ 六个参数作为晶格参数，表示晶胞的几何形状和大小，如图2-3 所示为晶格参数表示法。 （3）晶面和晶向 1）晶面。在晶格中由一系列原子中心所构成的平面称为晶面。如图2-4 所示为立方晶格中的一些晶面。 6 2）晶向。通过任意两个原子中心并指示出方向的直线称为晶向。晶向可代表晶格空间排列的一定方向，如图2-5 所示为立方晶格中的几个晶向。 二、知识链接 （一）晶体与非晶体的比较 1．晶体与非晶体的根本区别在于其内部的原子排列是否有规则。 2．晶体物质有固定的熔点，当温度升高时，固态晶体将在一定温度下转变为液态。而非晶体物质没有固定的熔点，随着温度升高，固态非晶体物质将逐渐变软，最终变为有显著流动性的液体。 3．晶体表现的是的各向异性。而非晶体表现出各向同性。 7 （二）晶体与非晶体的转化 晶体和非晶体虽然有上述区别，但在一定条件下也是可以相互转化的。如非晶态玻璃在高温下长时间加热后可以变为晶态玻璃，即钢化玻璃。而有些金属如从液态快速冷却，也可以制成非晶态金属。同晶态金属相比，非晶态金属有很高的强度和韧性等。 8 任务2　认识金属的晶体结构 任务说明 ◎ 分析三种典型的理想晶体结构，了解实际金属的晶体结构及其对金属性能的影响。 技能点 ◎ 了解金属的晶体结构及其对金属性能的影响。 知识点 ◎ 体心立方、面心立方、密排六方晶格的原子排列规律。 ◎ 单晶体、多晶体、晶粒、晶界、晶体缺陷的概念。 ◎ 金属的晶体结构对金属性能的影响。 9 一、任务实施 不同的金属材料具有不同的性能，即使是同一种金属材料，在不同的条件下其性能也是不同的。金属性能的这些差异实质上是其晶体结构的差异造成的。 （一）任务引入 试说明金属晶体结构的差异并分析其内在规律。 （二）分析及解决问题 1．金属的典型晶格类型 （1）体心立方晶格　 1）原子排列规律。晶胞是一个立方体。 2）常见金属。α-Fe（铁）、Cr（铬）、Mo（钼）、W（钨）、V（钒）等。 10 （2）面心立方晶格 1）原子排列规律。晶胞也是一个立方体，如图2-7 所示。这种晶格也只用一个晶格常数a 表示即可。在面心立方晶胞的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。 2）常见金属。属于这类晶格的金属有γ-Fe（铁）、Ni（镍）、Al（铝）、Cu（铜）、Pb（铅）、Au（金）等。 11 （3）密排六方晶格 1）原子排列规律。晶胞是一个正六棱柱体。。正六棱柱体是由六个长方形的侧面和与侧面相垂直的两个正六边形的底面构成的，因此，需要用两个晶格常数来表示，即用正六棱柱体底面的边长a 和柱体的高度c 来表示。 2）常见金属。属于这类晶格的金属有Mg（镁）、Zn（锌）、Cd（镉）、Be（铍）等。 12 2．实际金属的晶体结构 （1）单晶体和多晶体 1）单晶体。内部的晶格位向（即原子排列的方向）基本一致的晶体称为单晶体。 2）多晶体。由许多晶格位向不同的小单晶体组成的晶体称为多晶体，这些位向不同的小单晶体称为晶粒。，如图2-9 所示为多晶体示意图。晶粒的外形呈多面体颗粒状，相邻晶粒之间的界面称为晶界。 （2）晶体缺陷 实际金属晶体中出现的