PPTOK課件站

展開

首頁 > 高校大學PPT
材料化學—金屬晶體ppt
  • 立即下載
  • PPT預覽

    • 材料化學—金屬晶體ppt

    PPT摘要

    這是一個關于材料化學—金屬晶體ppt,主要介紹金屬晶體結構概述、幾個重要的參數、同素異構轉變。歡迎點擊下載哦。

    2.4   金屬晶體
    2.4.1 金屬晶體結構概述
    金屬晶體中原子之間的結合方式是金屬鍵,這是一種沒有方向性和飽和性的化學鍵。對金屬晶體中原子間相互作用可以作這樣的描述:組成金屬晶體的原子部分失去其電子而以正離子的形式緊密堆積排成點陣結構,游離的電子則彌散在整個晶體點陣之間,形成所謂的電子云或電子氣;整個晶體就是靠這些自由電子與正離子之間的吸引力結合起來的。
    由于金屬中存在有大量的自由電子,因此金屬晶體具有優良的導電性和傳熱性。又由于金屬鍵沒有方向性,正離子之間的相對位置可以發生一定程度的改變而不會導致結構的破壞,因此金屬晶體可以經受鍛壓、切削等機械加工,容易發生變形而不破碎。
    同樣也是因為金屬鍵沒有方向性和飽和性,可以想象,只要把金屬正離子按最緊密方式堆積起來,價電子云就能獲得最大程度的重疊,相應獲得的金屬晶體結構就應該最穩定。
    大多數金屬晶體都具有排列緊密對稱性高的簡單晶體結構。典型金屬通常具有面心立方 (A1 或 FCC)、體心立方 (A2 或 BCC)、簡單六方 (A3 或 HCP) 等類型的晶體結構。
    可以把金屬晶體中的原子看作剛性的圓球,于是這三類結構就分別相當于前面介紹的等大球體堆積中的立方最緊密堆積、體心立方堆積和六方最緊密堆積。
    金屬晶體結構的三種常見類型
     A1 結構:立方最緊密堆積
     Al, Cu, Ag, Au 等
    A2 結構:立方體心堆積,堆積率68%
     Be, Mg, Ca, Y, Co, Ni 等
    A3 結構:六方最緊密堆積
     Li, Na, K, Ti, Zr 等
    2.4.2   幾個重要的參數
     在討論晶體結構時,有幾個重要的參數是必須了解的。這幾個參數分別為:晶胞常數、原子半徑、配位數、致密度。
    晶胞常數
    晶胞常數指的是晶胞三條棱的棱長 a、b、c。如果我們把原子視作半徑為 R 的剛性圓球,則由簡單的幾何分析不難得出金屬晶體的晶胞常數與金屬元素原子半徑之間的關系:
    金屬的原子半徑
    根據波動力學的觀點,在原子或離子中,圍繞核運動的電子在空間形成一個電磁場,其作用范圍可以看成是球形的。這個球的范圍被認為是原子或離子的體積,球的半徑即為原子半徑和離子半徑。
    在晶體結構中一般采用的有效半徑的概念則是指原子或離子在晶體結構中處于相接觸時的半徑。在這種狀態下,原子或離子間的靜電吸引和排斥作用達到平衡。
    也就是說:在金屬晶體中,兩個相鄰原子中心之間的距離的一半就是金屬原子半徑。
    金屬晶體的有效原子半徑一般可以借助于 X 射線衍射分析確定晶體的結構并測定晶體的晶格常數而加以確定。
    例如,金屬鋁的晶格常數為 a = b = c = 0.40496 nm,具有A1結構 (面心立方)。
    金屬原子的有效半徑并不是固定不變的,溫度、壓力等外界條件的變化會導致有效半徑的改變。有關手冊或者參考書上所查到的原子半徑值通常都是在常溫常壓下測得的數據。
    當溫度和 (或) 壓力改變時,由于原子熱振動加劇以及晶體內點陣缺陷平衡濃度的變化,原子間的平衡距離會發生一定程度的變化,從而導致原子半徑的改變。
    第三個重要參數:配位數 (CN)
    配位數定義為晶體結構中任一原子周圍存在的最近鄰且與該原子等距離的原子的數量,通常用符號“CN”表示。
    面心立方結構 (A1) 和簡單六方結構 (A3) 中原子的配位數均為12,而體心立方結構中原子的配位數則為8。
    單質晶體:原子的配位數不會大于 12。(最緊密堆積的結構中原子配位數為 12)
    配位多面體
    配位多面體指的是在晶體結構中與某一個原子成配位關系而相鄰結合的各個原子的中心聯線所構成的多面體。
    面心立方和簡單六方結構中的配位多面體分別為立方八面體和復七面體,而體心立方結構中的配位多面體則為立方體。
    最后一個參數:致密度   致密度有兩種不同的定義。
    第一種定義就是空間利用率。在晶體結構中,空間利用率定義為晶胞中各原子的體積之和與晶胞體積之比。
    第二種定義是晶體的密度,即單位體積晶體的質量。
    在已知晶體的結構類型及晶胞常數的前提下,可以計算出晶體的密度。
    在晶格常數的測量不是很方便的情況下,也可以通過測定金屬晶體的密度來估算金屬原子的半徑。 
    例如金屬鎢 (W) 的晶體具有體心立方結構;通過實驗測得鎢晶體的密度為 19.30 g/cm3,而鎢的原子量為 183.9。根據這些信息就可以通過簡單的計算得到鎢原子的金屬半徑。
    致密度是以體積為單位計算的,一般也稱為體密度。有時候也可能需要以面積或者長度為單位計算面密度和線密度。
    面密度是指某指定晶面上單位面積內的原子數,或者單位面積上原子所占的面積。
    線密度是指某指定晶向上單位長度內的原子數,或者單位長度上原子所占的長度。
    2.4.3 同素異構轉變
    當外界條件 (主要是溫度和壓力) 改變時金屬單質的晶體結構也可能發生改變,稱為同素異構轉變。
    同素異構轉變往往會伴隨著配位數和配位多面體類型的變化,從而導致金屬原子有效半徑的改變。這是因為當金屬從高配位數結構向低配位數結構發生同素異構轉變時,隨著致密度的減小,原子通常會同時產生收縮,以求減小晶型轉變時的體積變化。
    金屬的原子半徑與配位數有關。   哥希密德通過對原子有效半徑隨晶體中原子配位數的降低而減小的基本規律的觀察,建立了原子有效半徑與配位數之間的一個經驗關系
    以配位數為 12 時的原子半徑作為單位 1,配位數為 10, 8, 6, 4, 2, 1 時的原子半徑則分別為 0.986, 0.97, 0.96, 0.88, 0.84 和0.72
    當發生同素異構轉變時,金屬的許多性能 (如熱容、塑性、強度、磁性、導電性等) 都將發生突變
    同素異構轉變對于金屬能否通過熱處理來改變其性能具有重要意義
    2.5   離子晶體
    2.5.1 離子晶體概述
    離子晶體是由正負離子通過離子鍵按一定的方式堆積而形成的。
    當兩種電負性相差較大的原子相互靠近時,電負性較小的原子將失去電子而形成陽離子,而電負性較大的原子則獲得電子而形成陰離子;陰陽離子之間由于庫侖力的作用而相互吸引。但當陰陽離子之間相互充分接近時,離子的電子云之間又相互排斥。當吸引力和排斥力達到平衡時便形成了穩定的離子鍵。
    由于陰離子和陽離子的電子云都具有球形對稱性,因此離子鍵沒有方向性和飽和性。
    2.5.2   典型離子晶體結構
    離子晶體的結構類型通常是采用具有這類結構的某一種典型離子晶體來命名的。
    氯化鈉結構
    面心立方結構
    空間格子與晶胞
    原子在晶胞中的座標位置
    堆積密度的計算
    關于等同點
    氧化鎂 (MgO)
    MgO 的熔點高達2800C,理論密度3.55 g/cm3,常溫下晶胞常數為 a = 0.4203 nm。
    在堿土金屬氧化物中,MgO 是最穩定的,加熱到其熔點附近也不會發生多晶型轉變。
    MgO 陶瓷經常用作冶煉金屬的坩堝,在原子能工業中也適用于冶煉高純度的鈾和釷,另外也可以用作熱電偶保護套管。
    利用其能透過電磁波的性質,MgO 也用于制作雷達罩及紅外輻射的透射窗口材料等。
    碳化鈦 (TiC)
    TiC 是一種超硬工具材料,經常和 TiN、WC 或Al2O3等原料混合制成各類復合陶瓷材料,用作各種工具、刀具和模具等。
    TiC的熔點為3160C,理論密度4.938 g/cm3,彈性模量320 GPa,硬度則高達28 ~ 30 GPa。
    20 世紀 60 年代末,TiC 曾作為硬質合金刀具的耐磨鍍層進入市場,盡管不久即被綜合性能更好的化學氣相沉積 TiN 鍍層所取代,但是作為 TiN 復合耐磨涂層的組元,TiC 仍一直在得到應用。 
    課外作業
    MgO 具有 NaCl 結構。O2的半徑為 0.140 nm,Mg2+的半徑為0.070 nm。試計算: (1) 圓球形 Mg2+所占據的空間體積分數;(2) MgO 的密度。
    氯化銫結構
    碘化銫 (CsI)
    CsI 是一種閃爍晶體材料。中國科學院上海硅酸鹽研究所首先研制成功,并在短短一年半時間里向日本和美國出口了 16 噸。
    閃爍晶體:在光或 X 射線輻射下具有很強的發光性質,可以用于探測 X 射線、 射線、正電子和帶電粒子等,在高能物理、核物理、核醫學、核工業以及石油勘探等方面具有較為廣泛的應用。
    我所閃爍晶體為我國大科學工程作貢獻
    在研制出 CsI 之前,上海硅酸鹽研究所就在另一類重要的閃爍晶體  鍺酸鉍 (Bi4Ge3O12, BGO) 的研制方面取得了世界領先的成果。20 世紀 80 年代培養出長 25 厘米、質量達 5 公斤的 BGO 大單晶,堪稱世界第一。
    閃鋅礦結構
    螢石 (CaF2) 結構
    螢石結構
    習 題
    以螢石 (CaF2) 晶胞為例,說明面心立方緊密堆積中的八面體和四面體空隙的位置和數量。
    計算螢石 (CaF2) 晶體的理論密度。
    鈣鈦礦 (CaTiO3) 結構 (ABO3)
    課外作業
    以“鈣鈦礦”為關鍵詞,到網上 google 一下,看看能發現什么。

    相關PPT

    通信工程管理-課件ppt:這是一個關于通信工程管理-課件ppt,主要介紹通信工程概述 、通信工程基礎 、工程量的計算 、工程費用標準 、通信工程施工 、通信工程監理 、通信建設工程概預算綜合實訓。歡迎點擊下載哦。
    光信息科學與技術專業擇業范圍ppt:這是一個關于光信息科學與技術專業擇業范圍ppt,主要介紹光信息科學與技術是研究光子的產生、傳輸、控制、探測、存儲與處理的科學,是繼微電子技術之后,近幾年迅速發展的新興高技術。歡迎點擊下載哦。
    機械設計制造及其自動化的專業裝配圖結構設計表達ppt:這是一個關于機械設計制造及其自動化的專業裝配圖結構設計表達ppt,主要介紹裝配圖結構表達 的合理性問題、裝配結構設計表達中 常見錯誤分析。歡迎點擊下載哦。
    《材料化學—金屬晶體ppt》是由用戶嶼浪于2016-11-30上傳,屬于高校大學PPT。
    顯示全部

    相關PPT

    熱門推薦

    熱門下載

    青青青伊人