金属晶体结构及结晶特性

学习目标

(1)掌握金属结晶、晶体的基本概念。

(2)熟悉常见典型金属及合金的晶体结构。

(3)掌握实际金属的晶体结构以及晶体缺陷。

(4)掌握金属的结晶过程及其影响因素。

(5)熟悉金属的同素异构性及其转变。(www.xing528.com)

我们所说的物质是由原子组成的。根据原子在物质内部的排列方式的不同，可将固态物质分为晶体和非晶体两大类。凡内部原子呈规则排列的物质称为晶体，如所有固态金属都是晶体；凡内部原子无规则排列的物质称为非晶体，如松香、玻璃等都是非晶体。晶体与非晶体不同，晶体具有一定的熔点、规则的几何外形及各向异性。

金属原子结构的特点是原子最外层电子数很少，这些最外层电子很容易脱离原子核的引力，成为自由电子，同时使原子成为正离子。大量金属原子聚集在一起构成固态金属时，绝大多数原子会失去其最外层电子而成为正离子；脱离原子核束缚的自由电子在各正离子之间自由运动，并为整个金属原子所共有，形成“电子云”。金属晶体就是依靠各正离子和电子云之间的静电引力牢固地结合在一起的。这种共有化的电子和正离子以静电引力结合起来就形成所谓的金属键。

金属键理论能较好地解释固态金属的下述特性:①由于金属中存在大量自由电子，在外加电场作用下自由电子作定向流动，形成电流，故金属具有良好的导电性；②随着温度升高，作热运动的正离子的振动频率和振幅增加，自由电子定向运动的阻力增大，所以电阻率增高，即具有正的电阻温度系数；③各种固体是靠其原子(分子或离子)的振动而传递热能的，而金属固体除正离子振动传热之外，其自由电子运动也能传热，所以金属导热性一般比非金属好；④金属在外力作用下，各部分原子发生相对移动而改变形状时，正离子与自由电子间仍保持金属键结合而不被破坏，故显示出良好的可锻性。

金属材料的性能与其内部的晶体结构和组织状态密切相关。因此，必须研究金属的晶体结构与结晶过程，掌握其规律，以便更好地控制其性能，正确选用材料，并指导人们开发新型材料。