【原】崔忠圻金属学与热处理原理第3版笔记和课后习题

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第1章?金属与合金的晶体结构

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1.1?复习笔记
一、金属原子间的结合
1．金属原子的结构特点
（1）金属原子的最外层电子
金属原子的最外层的电子数很少，一般为一两个，不超过3个。
①正电性元素
金属原子的外层电子很容易脱离原子核的束缚而变成自由电子，此时的原子变为正离子，故金属元素又称正电性元素。
②负电性元素
非金属元素的外层电子数较多，易于获得电子变为负离子，故非金属元素又称负电性元素。
（2）元素的化学特性
决定于最外层的电子（价电子）数，而与内壳层的结构无关。
（3）过渡族金属的特性
①过渡族金属化合价可变；
②过渡族金属的原子彼此相互结合时，最外层电子和次外层电子均参与结合；
③过渡族金属的原子间结合力特别强，熔点高、强度高；
④价电子决定其主要性能。
2．金属键
（1）电子云（电子气）
处于聚集状态的金属原子，全部或大部分将它们的价电子贡献出来为整个原子集体所共有，称为电子云或电子气。
（2）金属键
贡献出价电子的金属原子变成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，这种结合方式称为金属键。它没有饱和性和方向性。
（3）金属键模型
金属键模型如图1－1－1所示。在固态金属中，绝大部分原子处于正离子状态，少数原子处于中性原子状态。

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图1－1－1  金属键模型
3．结合力与结合能
（1）结合力的特性
如图1－1－2（a）所示，则：
①两原子的结合力为吸引力和排斥力的代数和；
②吸引力为长程力，排斥力是短程力；
③当两原子间距较大时，吸引力大于排斥力，两原子自动靠近。在两原子靠近过程中，排斥力急剧增长；
④两原子距离为d０时，吸引力与排斥力相等，原子间结合力为零，d０即相当于原子的平衡位置；
⑤任何对平衡位置的偏离，都将会受到一个力的作用，促使其回到平衡位置；
⑥原子间的最大结合力出现在dc位置处；
⑦在点d0附近，结合力与距离的关系接近直线关系。

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图1－1－2  双原子作用模型
（2）结合能的特性
如图1－1－2（b）所示，则：
①结合能是吸引能与排斥能的代数和；
②吸引能是负值，排斥能是正值；
③当原子移至平衡距离d0时，原子的势能最低、最稳定；
④任何对d0的偏离，都会使原子的势能增加，故原子就有恢复到平衡距离的倾向；
⑤金属不同，其结合能的大小也不同；
⑥常见金属中的原子总是自发地趋于紧密地排列，以保持最稳定的状态。
二、金属的晶体结构
1．晶体与非晶体
（1）晶体
晶体是指原子（或离子、分子）在三维空间按一定规律呈周期性排列的固体。
（2）非晶体
非晶体是指原子（或离子、分子）在三维空间不呈周期性规则排列的固体。
（3）晶体与非晶体的区别
①晶体熔化时具有固定的熔点，而非晶体存在一个软化温度范围，没有明显的熔点；
②晶体具有各向异性，而非晶体却为各向同性。
2．晶体结构与空间点阵
（1）晶体结构
①晶体结构是指晶体中原子（或离子、分子、原子集团）在三维空间有规律的周期性的重复排列方式。
②原子堆垛模型
原子堆垛模型如图1－1－3（a）所示。从图中可以看出，原子在各个方向的排列都很规则。
a．优点
立体感强，很直观。
b．缺点
难以看清内部原子排列的规律和特点，不便于研究。
（2）空间点阵
①阵点或结点
将构成晶体的实际质点忽略，把它们抽象为纯粹的几何点，则该几何点称为阵点或结点。