金屬
(具有光澤和導(dǎo)熱性導(dǎo)電性可延展性的物質(zhì))
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中文名金屬英文名Metal熔 點(diǎn)高低不等沸 點(diǎn)高低不等水溶性難易不等密 度高低不等外 觀有金屬光澤,大部分呈銀白色導(dǎo)熱性一般優(yōu)良導(dǎo)電性一般優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)物態(tài)除汞是液體以外,其余均為固體
名稱
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化學(xué)符號
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金
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Au
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鐵
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Fe
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銅
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Cu
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汞
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Hg
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鉛
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Pb
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鋁
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Al
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錫
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Sn
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鎂
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Mg
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構(gòu)成
由于金屬的電子傾向脫離,因此具有良好的
導(dǎo)電性,
常見的金屬(19張)
且
金屬元素在化合物中通常帶正價(jià)電,但當(dāng)溫度越高時(shí),因?yàn)槭艿搅?a target="b" b="http://baike.baidu.com/item/%E5%8E%9F%E5%AD%90%E6%A0%B8">原子核的熱震蕩阻礙,電阻將會變大。金屬分子之間的連結(jié)是
金屬鍵,因此隨意更換位置都可再重新建立連結(jié),這也是金屬伸展性良好的原因。
在自然界中,絕大多數(shù)金屬以
化合態(tài)存在,少數(shù)金屬例如金、銀、
鉑、
鉍以游離態(tài)存在。
金屬礦物多數(shù)是氧化物及硫化物,其他存在形式有氯化物、
硫酸鹽、碳酸鹽及硅酸鹽。
屬于金屬的物質(zhì)有金、
銀、銅、
鐵、錳、鋅等。在一大氣壓及25攝氏度的常溫下,除汞(液態(tài))外,其他金屬都是固體。大部分的純金屬是銀白(灰)色,只有少數(shù)不是,如金為黃赤色,銅為紫紅色。金屬大多帶“钅”旁。
通常將具有正的溫度電阻系數(shù)的物質(zhì)定義為金屬。使用的含112
金屬在元素周期表中
種元素的元素周期表中,金屬元素共90種。位于“硼-砹分界線”的左下方,在s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、f區(qū)等5個(gè)區(qū)域都有金屬元素,過渡元素全部是金屬元素。
在固態(tài)金屬
導(dǎo)體內(nèi),有很多可移動的
自由電子。雖然這些電子并不束縛於任何特定
原子,但都束縛於金屬的晶格內(nèi);甚至于在沒有外電場作用下,因?yàn)闊崮?,這些電子仍舊會隨機(jī)地移動。但是,在導(dǎo)體內(nèi),平均凈電流是零。挑選導(dǎo)線內(nèi)部任意截面,在任意時(shí)間間隔內(nèi),從
截面一邊移到另一邊的電子數(shù)目,等于反方向移過截面的數(shù)目。
除
錫、銻、
鉍等少數(shù)幾種金屬的原子最外層電子數(shù)大于或等于4以外,絕大多數(shù)金屬原子的最外層電子數(shù)均小于4,主族金屬原子的外圍電子排布為ns1或ns2或ns2 np(1-4),過渡金屬的外圍電子排布可表示為(n-1)d(1-10) ns(1-2)。主族金屬元素的原子半徑均比同周期
非金屬元素(
稀有氣體除外)的原子半徑大。
根據(jù)原子在物質(zhì)內(nèi)部的排列方式,可將固態(tài)物質(zhì)分為兩大類:晶體,內(nèi)部原子呈規(guī)則排列的物質(zhì)。如固態(tài)金屬;非晶體——內(nèi)部原子無規(guī)則排列的物質(zhì)。如松香、
玻璃等。
金屬的晶體結(jié)構(gòu):是指金屬材料內(nèi)部的原子的排列規(guī)律。它決定著材料的
顯微組織特性和材料的宏觀性能。
金屬單質(zhì)
金屬鍵:金屬
原子間的結(jié)合鍵稱為
金屬鍵。(帶負(fù)電的自由電子與帶正電的的金屬正離子之間產(chǎn)生靜電吸力,使金屬原子結(jié)合在一起,這就是金屬鍵結(jié)合的本質(zhì)。金屬特性:良好的
導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性;強(qiáng)度高;具有塑性;
有固定熔點(diǎn);各向異性。
(一)基本概念
1、晶胞:晶格中能夠代表晶格特征的最小幾何單元。
2、晶格參數(shù):晶體學(xué)中用來描述晶胞大小與形狀的幾何參數(shù)。包括晶胞的三個(gè)棱邊長度a、b、c和三個(gè)棱邊夾角α、β、γ。
3、晶格常數(shù):決定晶胞大小的三個(gè)棱長a、b、c。
(二)金屬中常見的晶格
1、體心立方晶格:晶格參數(shù) a=b=c;α=β=γ
=90°;立方體八個(gè)角上各有一個(gè)原子,體心處有一個(gè)原子。每個(gè)晶胞中原子數(shù)為2=1/8×8+1。
屬于體心立方晶格的常用金屬:α鉻、鎢、鉬、釩、α鐵、β鈦、鈮等。
2、面心立方晶格:晶格參數(shù):a=b=c;α=β=γ=90°;晶胞的八個(gè)角上各有一個(gè)原子,立方體六個(gè)面的面心各有一個(gè)原子。每個(gè)晶胞中原子數(shù)為4=1/8×8+1/2×6
屬于面心立方晶格的常用金屬:γ鐵、鋁、銅、鎳等。結(jié)構(gòu)圖如圖所示:
3、密排六方晶格:晶格參數(shù):a=b≠c;α=β=90°、γ=120°;每個(gè)晶胞中原子數(shù)為:6=1/6×12+1/2×2+3。
屬于密排六方晶格的常用金屬:鎂、鋅、鈹、α鈦、鎘等。結(jié)構(gòu)圖如圖所示:
(三)晶格的致密度
致密度=原子所占的總體積÷晶胞的體積
簡單立方的晶格致密度=0.52,
體心立方晶格的致密度=0.68,計(jì)算公式為:
面心立方晶格的致密度=0.74
密排六方晶格的致密度=0.74
(四)晶面指數(shù)與晶向指數(shù)
晶面:晶體中由物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)所組成的平面。
晶向:由物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)所決定的直線。
每一組平行的晶面和晶向都可用一組數(shù)字來標(biāo)定其位向。這組數(shù)字分別稱為晶面指數(shù)和晶向指數(shù)。
晶面指數(shù)的確定:晶面與三個(gè)坐標(biāo)軸截距的倒數(shù)取最小整數(shù),用圓括號表示。如(111)、(112)。
晶向指數(shù)的確定:通過坐標(biāo)原點(diǎn)直線上某一點(diǎn)的坐標(biāo),用方括號表示。
晶面族與晶向族
晶面族:晶面指數(shù)中各個(gè)數(shù)字相同但是符號不同或排列順序不同的所有晶面。這些晶面上的原子排列規(guī)律相同,具有相同的原子密度和性質(zhì)。如{110}=(110)+(101)+(011)+(101)+(110)+(011)
晶向族:原子排列密度完全相同的晶向。如<111>=[111]+[111]+[111]+[111]
(五)晶體的各向異性
在晶體中,由于各個(gè)晶面和晶向上原子排列密度不同,使原子間的相互作用力也不相同。因此在同一單晶體內(nèi)不同晶面和晶向上的性能也是不同的。這種現(xiàn)象稱為晶體的各向異性。
晶體分單晶體和多晶體
單晶體:晶體內(nèi)各處晶格位向一致的晶體。
多晶體:晶體內(nèi)晶格位向不相同的晶體。
實(shí)際金屬是多晶體
二、純金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)
(一)晶粒與亞晶粒
晶?!饘倬w中,晶格位向基本一致,并有邊界與鄰區(qū)分開的區(qū)域。
晶界——晶粒之間原子排列不規(guī)則的區(qū)域。
實(shí)際金屬晶粒大小除取決于金屬種類外,主要取決于結(jié)晶條件和熱處理工藝。
亞晶粒——晶粒內(nèi)部晶格位向差小于2°、3°的更小的晶塊。
亞晶界——亞晶粒間的過渡區(qū)。
(二)晶體中的晶體缺陷
晶體缺陷:是指晶體中原子排列不規(guī)則的區(qū)域。
根據(jù)晶體缺陷的幾何特點(diǎn)和對原子排列不規(guī)則性的影響范圍可分為三大類:
2、線缺陷;
3、面缺陷。
1)點(diǎn)缺陷
以一個(gè)點(diǎn)為中心,在它周圍造成原子排列不規(guī)則,產(chǎn)生晶格畸變和內(nèi)應(yīng)力的缺陷。點(diǎn)缺陷類型主要有三種:
(1)間隙原子
(2)晶格空位
(3)置換原子
在晶格的結(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)原子直徑不同的異類原子的晶體缺陷。置換原子示意圖,如圖所示:
☆間隙原子:在晶格的間隙處出現(xiàn)多余原子的晶體缺陷。
☆晶格空位:在晶格的結(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)缺少原子的晶體缺陷。如圖所示:
2)線缺陷
主要是指各種形式的位錯(cuò)。
位錯(cuò):是指晶體中某一列或若干列原子發(fā)
生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。位錯(cuò)密度:單位體積內(nèi)位錯(cuò)線的長度,(cm-2),如圖所示:
刃型錯(cuò)位示意圖
3)面缺陷
主要是指晶界和亞晶界。它是由于受到其兩側(cè)的不同晶格位向的晶?;騺喚Я5挠绊懚乖映什灰?guī)則排列。
合成金屬
一、基本概念
合金系:是指具有相同組元,而成分比例不同的一系列合金。如各種碳素鋼。
相:是指在合金中,凡是化學(xué)成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分隔開來的一個(gè)均勻區(qū)域。在一個(gè)相中可以有多個(gè)晶粒,但是一個(gè)晶粒中只能是同一個(gè)相。
合金中有兩類基本的相結(jié)構(gòu),固溶體和金屬化合物。
顯微組織:是指在顯微鏡下看到的相和晶粒的形態(tài)、大小和分布。它可以看作是由各個(gè)相組成的。
合金的顯微組織可以看作是由各個(gè)相所組成的,這些相稱為合金組織的相組成物;也可以看作是基本組織所組成的,這些基本組織稱為合金組織的組織組成物。合金的力學(xué)性能不僅取決于它的化學(xué)成分,更取決于它的顯微組織。
二、合金的相結(jié)構(gòu)
合金的晶體結(jié)構(gòu):是指合金中各個(gè)相的晶體結(jié)構(gòu),簡稱相結(jié)構(gòu)。
合金的相結(jié)構(gòu)通常分為兩大類:
(一)固溶體;
(二)金屬化合物。