第1章 工程材料的分类与键合方式
1.3.2．晶格与晶胞
图1-1 晶格与晶胞
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构
第1章 工程材料的分类与键合方式
晶胞
• 晶格中能代表晶体原子 排列规律的最小几何单 元称为晶胞；
1.1 工程材料的分类
1.1.1 金属材料 金属材料是以金属键结合为主的材 料，具有良好的导电性、导热性、延 展性和金属光泽。
金属材料分为黑色金 属和有色金属两类 。
1.1 工程材料的分类
金属材料
• 有色金属有许多优良的物理、化学、低温、 断裂等性能，已成为现代工业中非常重要 的材料。主要包括铝及铝合金、镁及镁合 金、锌及锌合金、铜及铜合金、钛及钛合 金，以及镍、铌、钽、贵金属材料(金、银、 铂)等
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
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4. 分子键
分子键又叫范德瓦尔斯键，是最弱的一种结合 键。它是靠原子各自内部电子分布不均匀产生 较弱的静电引力，由这种分子力结合起来的键 叫做分子键。
由于结合力很弱，因而由分子键结合的固体材 料的熔点和硬度都比较低。因无电子存在，都 是良好的绝缘材料。
第1章 工程材料的分类与键合方式
1.1.2．陶瓷材料
陶瓷材料属于无机非金属材料，是以共价键和离子键结合 为主的材料，其性能特点是熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大。 陶瓷材料分为传统陶瓷（普通陶瓷）、特种陶瓷（精细
陶瓷）和金属陶瓷三类 。
1.1 工程材料的分类
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第1章 工程材料的分类与键合方式
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
第1章 工程材料的分类与键合方式
3. 共价键
• 共价键是一种强吸引力的结合键。当两个相同 原子或性质相近的原子接近时，价电子不会转 移，原子间借共用电子对所产生的力而结合， 形成共价键。
• 通过共价键结合的材料同 样具有强度高、 熔点高、 脆性大的特点，其导电性 依共价键的强弱不同。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
第1章 工程材料的分类与键合方式
1.3 金属的晶体结构
1.3.1．晶体与非晶体
➢ 晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下 金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向 异性。
➢ 非晶体是指原子呈无序排列的固体。
➢ 在一定条件下晶体 和非晶体可互相转 化。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构
1.1.3 高分子材料
高分子材料为有机合成材料，亦称聚合物，是以分子键 和共价键结合为主的材料。 高分子材料具有塑性、耐蚀性、电绝缘性、减振性好及 密度小等优良性能。 工程上使用的高分子材料主要包括
塑料、橡胶及合成纤维等。
1.1 工程材料的分类
第1章 工程材料的分类与键合方式
1.1.4 复合材料
1. 金属键
第1章 工程材料的分类与键合方式
周期表中I、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子很容易丢失其价电子而 成为正离子。
被丢失的价电子为全体原子所公有,这些公有化的电子叫 做自由电子，它们在正离子之间自由运动，形成所谓电 子气。
正离子和电子气之间产生强烈的 静电吸引力，使全部离子结合起 来。这种结合力就叫做金属键。
第1章 工程材料的分类与键合方式
2. 离子键
当元素周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素 原子相接近时，正电性原子失去外层电子变为正离子，负 电性原子获得电子变为负离子。正负离子通过静电引力互 相吸引，当离子间的引力与斥力相等时就形成稳定的离子 键。
离子键结合的材料强度高、 硬度高、熔点高、脆性大， 都是良好的绝缘体，无色透 明。
• 以碳的两种自然形态(石墨与金刚石)说明键合方式的差异如何直接反 映到材料的性质上来。金刚石是纯共价键晶体，有极高硬度，对电、 热的绝缘性很好，具有三维立体结构。石墨同是纯碳元素的固态形式， 却具有层状结构，为六方排列的层(或片)，每一层内的每一个碳原于 以3个电子与邻近的3个碳原子以共价留结合，另一个价电子则为该层 内所有碳原子所共有，形成全属键；层与层之间则以范德华力相互作 用。因此，石墨的碳原子层具有非定域电子，电子在层内是容易移动 的，然而层间却不易。石墨具有一定的金属性质，当然石墨的导电性 是沿层间进行的，具有明显各向异性。由于键合方式的不同带来它们 力学性能的巨大差异，金刚石可作刀具材料。石墨可用作润滑材料。
第1章 工程材料的分类与键合方式
1.2 材料的键合方式
C
• 工程材料通常是固态材料，
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是由各种原子通过原子、离
子或分子结合的特定组合而成的。
• 原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。
• 根据结合力的强弱，可以把结合键分为强键（离子键、 共价键及金属键）和弱键（分子键）两类。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
第1章 工程材料的分类与键合方式
金属由金属键结合，具有下列特性：
①良好的导电性和导热性。 ②正的电阻温度系数，即随温度升高电阻增大。 ③金属不透明并呈现特有的金属光泽。 ④金属具有良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式
复合材料是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料 以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。
复合材料分为金属基复合材料、 陶瓷基复合材料和聚合物基复合 材料。
1.1 工程材料的分类
• 不同的材料具有不同的性能。它们所表现的 性能差异，是由其内部原子的结合方式和排 列结构所决定的。作为工程技术人员，要了 解机械工程材料的性能并合理使用材料，要 掌握其性能特点，就必须从本质上了解它们 的内部结构及其在外界条件（如加热、冷却 等）影响下的基本变化规律。
第1章 工程材料的分类与键合方式
学习要点：
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构 1.4 合金的相结构
第1章 工程材料的分类与键合方式
学习要点：
1.1 工程材料的分类 1.2 材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构 1.4 合金的相结构
第1章 工程材料的分类与键合方式