授課教案課題名稱金屬的晶體結(jié)構(gòu)課次3教學(xué)目的與要求知識目標(biāo)：1.了解金屬的結(jié)合方式、排列規(guī)律及晶體的基本術(shù)語；2.熟悉金屬材料的結(jié)構(gòu)；單晶體和多晶體的基本概念；3.熟悉金屬常見的幾種晶格結(jié)構(gòu)，掌握晶體缺陷對材料力學(xué)性能的影響。能力目標(biāo)：1.能自己區(qū)別單晶體和多晶體及晶體和非晶體材料；2.利用缺陷對材料性能的改變方法。重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：常見金屬的晶體結(jié)構(gòu)難點(diǎn)：金屬的典型晶體缺陷教學(xué)設(shè)計(jì)（方法、教具、手段、內(nèi)容）教學(xué)方法：討論法、板書講解、實(shí)例分析、演繹法教學(xué)用具：教材、教案、PPT、動畫教學(xué)內(nèi)容：課題引入：金剛石和石墨同是由碳原子組成，但是硬度相差特別大，為什么？一、晶體與非晶體二、晶體的基本術(shù)語1晶格；2晶胞；3晶格參數(shù)三、金屬常見的晶格結(jié)構(gòu)1體心立方晶格2面心立方晶格3密排六方晶格四、金屬的實(shí)際晶格結(jié)構(gòu)1多晶體和單晶體2金屬中的缺陷（對金屬力學(xué)性能的影響是重點(diǎn)）1）點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、置換原子2）線缺陷：位錯(cuò)；位錯(cuò)密度3）面缺陷：晶界和亞晶課外作業(yè)1.純金屬的晶體結(jié)構(gòu)有幾種類型？2.簡述晶體缺陷及其對性能的影響；課后總結(jié)熟悉晶格模型（體心立方、面心立方、密排六方）及實(shí)際金屬的缺陷課題引入：金剛石和石墨同是由碳原子組成的材料，為什么金剛石硬度非常高，石墨硬度非常低？金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體固態(tài)物質(zhì)按內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子或分子）排列的特點(diǎn)分為晶體與非晶體。自然界中除少數(shù)物質(zhì)（如石蠟、瀝青、普通玻璃、松香等）外，絕大多數(shù)無機(jī)非金屬物質(zhì)都是晶體，一般情況下，金屬及其合金多為晶體結(jié)構(gòu)。但晶體與非晶體在一定條件可相互轉(zhuǎn)換，[晶體]——內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間按一定的規(guī)律周期性地排列；[非晶體]——內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)是散亂排列的。晶體與非晶體中原子排列方式不同，導(dǎo)致性能上出現(xiàn)較大差異。晶體具有一定的熔點(diǎn)，非晶體則沒有。晶體的某些物理性能和力學(xué)性能在不同的方向上具有不同的數(shù)值成為各項(xiàng)異性。二、晶體的基本術(shù)語[金屬中的原子堆垛]：為便于表述晶體內(nèi)原子的排列規(guī)律，我們把原子看成剛性小球，金屬晶體就是由這些剛性小球堆垛而成的。[空間點(diǎn)陣]：晶體中原于、分子或離子的排列情況，近似地將晶體看成是無錯(cuò)排的理想晶體，忽略其物質(zhì)性，抽象為規(guī)則排列于空間的無數(shù)幾何點(diǎn)。這些點(diǎn)代表原子(分子或離子)的中心，也可是彼此等同的原子群或分子群的中心，各點(diǎn)的周圍環(huán)境相同。這種點(diǎn)的空間排列稱為空間點(diǎn)陣，簡稱點(diǎn)陣[晶格]：把原子看成一個(gè)結(jié)點(diǎn)，然后用假想的線條將這些結(jié)點(diǎn)連結(jié)起來，便構(gòu)成了一個(gè)有規(guī)律性的空間格架稱晶格[晶胞]：晶格中能完全反映晶格特征的最小幾何單元稱晶胞。晶胞中各棱邊的長度a、b、c稱為晶格常數(shù)。[晶向指數(shù)與晶面指數(shù)]常常涉及到晶體中某些原子在空間排列的方向（晶向）；和某些原子構(gòu)成的空間平面(晶面)．為區(qū)分不同的晶向和晶面，需采用一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)號來標(biāo)定它們，這種標(biāo)號叫晶向指數(shù)與晶面指數(shù)。三、金屬常見的晶格結(jié)構(gòu)1:體心立方晶格(bccBody-centeredcubic)體心立方晶格的晶胞是一個(gè)立方體，立方體的八個(gè)頂角和立方體的中心各有一個(gè)原子。具有體心立方晶格的金屬有：α-Fe（溫度低于912℃的鐵）、鉻（Cr）、鎢（W）、鉬（Mo）、釩（V）、β-Ti（溫度在883～1668℃的鈦）等。2:面心立方晶格(fccFace-centeredcubic)面心立方晶格的晶胞是一個(gè)立方體，立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的中心各有一個(gè)原子。屬于面心立方的金屬有：γ-Fe（溫度在912～1394℃的鐵）、鋁（Al）、銅（Cu）、銀（Ag）、金（Au）、鎳（Ni）等。3:密排立方晶格(cphClose-packedhexagonal)密排六方晶格的晶胞是一個(gè)上下底面為正六邊形的六柱體，在六柱體的十二個(gè)頂角和上、下底面的中心各有一個(gè)原子，六柱體的中間還有三個(gè)原子。具有密排六方晶格的金屬有：鎂（Mg）、鋅（Zn）、α-Ti（溫度低于883℃的鈦）、鎘（Cd）、鈹（Be）等四、金屬的實(shí)際晶格結(jié)構(gòu)1多晶體和單晶體單晶體多晶結(jié)構(gòu)單晶體多晶結(jié)構(gòu)[理想晶體]：是指晶體中原子嚴(yán)格地成完全規(guī)則和完整的排列，在每個(gè)晶格結(jié)點(diǎn)上都有原子排列而成的晶體。如理想晶胞在三維空間重復(fù)堆砌就構(gòu)成理想的單晶體。[實(shí)際晶體]：多晶體+晶體缺陷2.金屬中的缺陷（對金屬力學(xué)性能的影響是重點(diǎn)）1).點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷是晶體中在X,Y,Z三維方向上尺寸都很小的晶體缺陷。主要有三類，即空位；間隙原子（有同類和異類之分）；置換原子（有大小之分）2).線缺陷線缺陷的概念:晶體中在一維方向上尺寸很大，而在另外二維方向上的尺寸很小的晶體缺陷，它的主要形式是位錯(cuò)。位錯(cuò)是晶體中一列或若干列原子，發(fā)生某種有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。位錯(cuò)的類型:刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)示意圖螺型位錯(cuò)示意圖3).面缺陷面缺陷是指晶體中在二維方向上尺寸很大，而在另一維方向上尺寸很小的晶體缺陷。類型：主要包括晶界、亞晶界和相界面等。晶界晶界晶界是多晶體中晶粒與晶粒之間的交界面，由于各晶粒中原子排列方式相