第一章金属的晶体结构教材

金属的晶体结构课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握金属晶体结构的基本概念，包括晶格、晶胞和晶面等；2. 使学生了解金属晶体结构的分类及其特点，如面心立方、体心立方和六方最密堆积等；3. 引导学生了解金属晶体结构与性能之间的关系，如塑性、韧性、硬度等。

技能目标：1. 培养学生运用X射线衍射、电子显微镜等实验方法分析金属晶体结构的能力；2. 培养学生运用模型构建、计算软件等工具，对金属晶体结构进行预测和计算的能力；3. 培养学生运用所学知识解决实际工程问题，如优化金属加工工艺、提高材料性能等。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对金属晶体结构研究的兴趣，激发其探索科学的精神；2. 培养学生关注金属材料在实际应用中的性能和可持续发展，提高其社会责任感和使命感；3. 培养学生具备团队协作精神，学会与他人分享、交流学术观点和成果。

本课程针对高中年级学生，结合学生特点和教学要求，注重理论与实践相结合，培养学生的科学思维和动手能力。

课程目标旨在使学生在掌握金属晶体结构基本知识的基础上，能够运用所学分析和解决实际问题，同时培养学生的情感态度价值观，为我国金属材料领域培养具备创新精神和实践能力的优秀人才。

二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 金属晶体结构基本概念：晶格、晶胞、晶面、晶向等；- 教材章节：第二章第三节2. 金属晶体结构的分类及特点：面心立方、体心立方、六方最密堆积等；- 教材章节：第二章第四节3. 金属晶体结构与性能关系：塑性、韧性、硬度等；- 教材章节：第二章第五节4. 实验研究方法：X射线衍射、电子显微镜等；- 教材章节：第三章第一节5. 金属晶体结构模型构建与计算：模型构建、计算软件等；- 教材章节：第三章第二节6. 金属晶体结构在实际应用中的优化：金属加工工艺、材料性能等；- 教材章节：第三章第三节教学内容安排和进度：第一课时：金属晶体结构基本概念及分类第二课时：金属晶体结构与性能关系第三课时：实验研究方法及金属晶体结构模型构建第四课时：金属晶体结构在实际应用中的优化三、教学方法针对本章节内容，采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：用于讲解金属晶体结构的基本概念、分类及性能关系等理论知识。

《金属学与热处理》教学大纲
一、课程基本信息
1.课程中文名称：金属学与热处理
2.课程英文名称：Metallographic and Thermal Treatment
3.总学时：108学时（其中理论80学时，实验28学时）
4.总学分：6学分
二、本课程在教学计划中的地位、作用和任务
本课程是金属材料工程专业的专业必修课。

它是研究金属材料的成分、组织结构和性能之间关系，研究金属固态相变的基本原理和规律，研究如何控制材料内部组织，充分挖掘材料潜力的理论与方法的一门课程。

通过本课程的学习，使学生系统掌握金属学基本理论及基本知识，掌握金属组织特点及固态相变原理，掌握热处理工艺对组织、性能的影响规律，培养学生分析问题解决问题的能力，为后续课程的学习打下基础。

三、教学内容与教学基本要求
四、考核方式
作业完成情况，上课出勤率，上课提问, 考试
五、成绩评定
平时成绩20%（包括作业完成情况，上课出勤率，上课提问），考试成绩占80% 。

作业要求独立思考、独立完成。

六、本课程对学生创新能力培养的措施
1.加强实验教学环节，提高学生理论联系实际的能力。

2.布置一定的课外自学内容，培养学生自学能力。

通过自学，了解当代本学科的水平，发展动态，为以后工作奠定基础。

七、教材与参考书
教材：崔忠圻主编：《金属学与热处理》，机械工业出版社，2007年5月第2版
参考书：石德珂主编：《材料科学基础》，机械工业出版社，2003年7月第2版。

材料科学基础上海交大第三版介绍材料科学是研究材料结构、组成、性能和制备方法的学科，具有重要的理论基础和实际应用。

本文将探讨《材料科学基础上海交大第三版》这本教材的内容和意义。

教材概述《材料科学基础上海交大第三版》是由上海交通大学材料科学与工程学院编写的教材。

该教材系统地介绍了材料科学的基本概念、原理和技术。

它以全面、详细和深入的方式讲解了各种材料的结构、性能、制备和应用。

该教材的第三版相对于前两版进行了进一步的修订和更新，新增了一些最新的科研成果和实践经验。

重要章节第一章：材料科学基础该章介绍了材料科学的基本概念、发展历史和研究方法。

它讲解了材料的分类、性能评价和性能调控等内容。

通过学习该章，读者可以对材料科学有一个整体的认识。

第二章：金属材料该章主要讲解了金属材料的结构和性能。

它详细介绍了金属晶体结构、缺陷和相变等基本概念，以及金属的力学、热学和电学性能。

同时，该章还介绍了金属材料的制备方法和应用领域。

第三章：陶瓷材料该章介绍了陶瓷材料的结构和性能。

它详细讲解了陶瓷的晶体结构、缺陷和相变等基本概念，以及陶瓷的力学、热学和电学性能。

此外，该章还介绍了陶瓷材料的制备方法和应用领域。

第四章：高分子材料该章主要介绍了高分子材料的结构和性能。

它详细阐述了高分子的聚合反应、分子构象和玻璃化转变等基本概念，以及高分子的力学、热学和电学性能。

同时，该章还介绍了高分子材料的制备方法和应用领域。

第五章：复合材料该章介绍了复合材料的结构和性能。

它详细讲解了复合材料的基体材料、增强材料和界面等基本概念，以及复合材料的力学、热学和电学性能。

此外，该章还介绍了复合材料的制备方法和应用领域。

重要实验实验一：金属的晶体结构研究该实验旨在通过实际操作，观察金属的晶体结构，并了解金属的晶体缺陷。

通过该实验，学生可以进一步理解金属的结构与性能之间的关系。

实验二：陶瓷材料的力学性能测定该实验旨在通过实验测定方法，了解陶瓷材料的力学性能。

《金属材料与热处理》教材习题答案第一章金属的结构与结晶1．什么是晶体和非晶体？它们在性能上有什么不同？想一想，除了金属，你在生活中还见过哪些晶体？答：原子呈有序、有规则排列的物质称为晶体；而原子呈无序、无规则堆积状态的物质称为非晶体。

晶体一般具有规则的几何形状、有一定的熔点，性能呈各向异性；而非晶体一般没有规则的几何形状和一定的熔点，性能呈各向同性。

生活中常见的食盐、冰糖、明矾等都有是典型的晶体。

2．什么是晶格和晶胞？金属中主要有哪三种晶格类型？它们的晶胞各有何特点？答：假想的能反映原子排列规律的空间格架，称为晶格。

晶格是由许多形状、大小相同的小几何单元重复堆积而成的。

我们把其中能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元称为晶胞。

金属中主要有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格等三种晶格类型，体心立方晶格的晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心；面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的中心；密排六方晶格的晶胞是一个正六棱柱，原子除排列于柱体的每个顶点和上、下两个底面的中心外，正六棱柱的中心还有三个原子。

3．晶体在结构上有哪些缺陷？答：常见的晶体结构缺陷有晶界、亚晶界、位错（刃位错、螺旋位错）以及间隙、空位、和置代原子等。

4．什么是结晶？结晶由哪两个基本过程组成？答：生产上将液态金属凝固的过程称为结晶。

金属的结晶过程由晶核的产生和长大两个基本过程所组成，并且这两过程是同时进行的。

5．晶粒大小对金属材料性能有什么影响？铸件在浇注过程中是如何细化晶粒的？答：金属结晶后，一般是晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性也愈好，所以控制材料的晶粒大小具有重要的实际意义。

铸件在浇注过程中为了得到细晶粒的铸件，常采取以下几种方法：增加过冷度，进行变质处理，采用振动处理等。

6．什么是同素异构转变？具有同素异构转变的金属有哪些？答：在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同素异构转变。

天然水晶和普通玻璃a）天然水晶b）普通玻璃晶体内部原子排列模型晶格和晶胞示意图a）晶格b）晶胞三、金属晶格的类型、体心立方晶格（9个原子）、面心立方晶格（14个原子）、密排六方晶格（17个原子）四、单晶体与多晶体晶粒——组成金属的小晶体。

晶界——由晶粒间不规则排列的原子构成。

五、金属的晶体结构的缺陷晶体缺陷——由于各种原因，实际晶体中原子的规律排列受到干扰和破坏，使晶体中的某些原子偏离正常位置，造成原子排列的不完全性。

点缺陷——空位、间隙原子和置代原子2．线缺陷——位错位错的特点之一是很容易在晶体中移动，的运动来实现的。

在晶体中，位错的晶格畸变发生在沿半原子面端面的狭长区域，陷。

单晶体示意图 多晶体示意图刃型位错示意图 a ） 立体图 b ） 平面图课后小结】基本概念：一、晶体与非晶体 二、晶体的结构的概念 三、金属晶格的类型晶界过渡结构示意图亚晶界结构示意图钢锭浇铸示意图a）浇铸示意图b）钢锭1—盛钢桶2—滑动水口3—钢锭模4—钢液5—底盘液体 --> 晶体液体 --> 固体（晶体或非晶体）二、晶粒大小对金属材料的影响晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性也愈好。

形核率——单位时间、单位体积所形成的晶核数，用字母N表示。

特点：1、金属的同素异构转变是一个重结晶过程，有恒定的转变温度；转变时需要一定的过冷度；释放结晶潜热；转变过程（晶核的形成和长大过程）2、转变时，晶核优先在原晶粒晶界中产生，大小会影响新晶粒大小，原晶粒越细，转变后可得到更细小的晶粒．内力内力——工件或材料在受到外部载荷作用时，为保持其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力。

任何一种材料，在未受到外力作用时，内部原子之间都有平衡的相互作用的原子力，以保持其固定的形状。

当受到外力作用时，原来的平衡被破坏，其中任何一个小单元都和邻近的各小单元之间产生了新的力（内力）强调：内力是在外力作用下，材料内部产生的那部分相互作用力。

晶体学基础绪论刘彤固体中的晶体气态：内部微粒（原子、分子、离子）无规运动液态：内部微粒（原子、分子、离子）无规运动固态：内部微粒（原子、分子、离子）振动自然界中绝大多数固体物质都是晶体。

如：食盐、冰糖、金属、岩石等。

¾单质金属和合金在一般条件下都是晶体。

¾一些陶瓷材料是晶体。

¾高聚物在某些条件下也是晶体。

“德里紫蓝宝石”如何在千姿百态的晶体中发现其规律？熔体凝固液相结晶晶体并非局限于天然生成的固体人工单晶飞机发动机叶片飞机发动机晶体的共同规律和基本特征?水晶石英晶体具有规则的凸多面体外形。

α石英的内部结构大球代表小球代表晶体的概念NaCl的晶体结构晶体（crystal）：其内部质点（原子、分子或离子）在3维空间周期性重复排列的固体。

也称具有格子构造的固体。

晶体材料：单晶，多晶¾在一个单晶体的范围内，晶格中的质点均呈有序分布。

多晶体内形成许多局限于每个小区域内的有序结构畴，但在畴与畴之质点的分布是无序的或只是部分有序的。

晶界（晶体缺陷）Be 2O 3非晶体Be 2O 3 晶体分子晶体（范德华力）晶体学的发展历史¾有文字记载以前，人们对矿物晶体瑰丽的色彩和特别的多面体外形引起了的注意，开始观察研究晶体的外形特征。

¾17世纪中叶，丹麦学者斯丹诺（steno）1669年提出面角守恒定律，这可以说是晶体学作为一门正式科学的标志，它找出了晶体复杂外形中的规律性，从而奠定了几何晶体学的基础。

¾1801年，法国结晶学家阿羽依（Haüy）基于对方解石晶体沿解理面破裂现象的观察，发现晶体学基本定律之一的整数定律。

¾1805-1809年，德国学者魏斯(Weiss)发现晶带定律以及晶体外形对称理论。

几何晶体学发展到了相当高的程度。

¾1830年，德国学者赫塞尔（Hessel)推导出描述晶体外形对称性的32种点群。

¾1837年，英国学者米勒（Miller）提出晶面在三维空间位置的表示方法---米勒指数。

《金属材料学》课程教学大纲《金属材料学》课程教学大纲一、课程说明课程名称：金属材料学所属专业：材料物理专业课程性质：专业基础课学分：3 课程简介：《金属材料学》是一门综合性和应用性较强的专业必修课。

根据材料物理专业先修课程和教学内容，本课程包括金属学和金属材料两大部分，其中金属学的内容作为《材料科学基础》课程的补充和深入，金属材料部分在《材料科学基础》、《材料力学性能》等课程的基础上，系统介绍金属材料合金化的一般规律及金属材料的成分、工艺、组织、性能及应用的关系。

课程的学习，使学生系统掌握有关金属材料学方面的知识，培养学生研究开发和合理应用金属材料的初步能力。

目标与任务；通过本课程的学习主要掌握：1.金属材料的成份、组织结构及性能三者间的关系，金属的基本理论和知识。

2.合金元素在钢中的作用、原理和规律；3.钢的热处理原理以及其与合金化的配合；4.掌握各类铸铁的成分组织和性能特点；5.常用有色金属及其合金的成分、性能和热处理特点. 先修课程：《材料科学基础》、《材料力学性能》等。

教材与主要参考书。

教材：《金属学与热处理》第二版，崔忠圻主编，哈尔滨工业大学出版社。

参考书：《金属材料学》第二版，吴承建陈国良强文江等编著，冶金工业出版社。

《金属材料学》第二版，戴起勋主编程晓农主审，化学工业出版社。

《材料科学基础》，胡赓祥、蔡荀主编，上海交通大学出版《材料科学基础》，潘金生等编，清华大学出版社二、课程内容与安排绪论讲授，2学时内容及基本要求 1.金属材料的发展概况。

2.了解金属材料在国民经济中的地位与作用。

3.本课程的性质、地位和任务。

第一章金属的晶体结构第一节金属的结合方式第二节金属的晶体结构第三节实际金属的晶体结构教学方法与学时分配讲授，5学时内容及基本要求主要内容：1．组成材料的原子间的键合方式及其与性能间的关系。

2．晶体学基础的基本概念和应用。

4. 点缺陷、线缺陷、面缺陷。

5. 刃型位错、螺型位错的结构特征、应力场、相互作用、增殖及其对性能的影响。