1、第三章 金属材料3.1 金属特性与金属键3.2 金属单质结构3.3 金属合金3.4 金属材料引言在 一百 多种化学元素中，金属约占 80%，不论是金属单质还是合金材料，它在人类生产生活中起着重大的作用。而就材料整体而言，金属材料量大面宽，在未来也仍将是材料的骨干。金属材料不仅是结构材料中的主体，有些特殊金属在电子、能源、宇航等领域中也有特殊的用途。新型金属材料以其独特的性能，在生产生活中起着越来越重要的作用。对这些特殊金属材料的研究也是当前材料研究的重大课题。3.1 金属特性与金属键与非金属相比，金属具有许多共同的特性，其中最显著的特性为：不透明，有光泽，能导电传热，具有延展性。金属的这些特性
2、，反映了金属的内部结构中有与传统的共价键或离子键不同的结合方式，其结合能也大于分子间作用力，因此在金属中内部原子间有一种特殊的作用力 金属键。由于金属元素的电负性比较小，电离能也较小，最外层电子很容易脱离原子核的束缚而在金属晶粒中自由运动，形成 “自由电子 ”或称 “离域电子 ”。与有限分子中的离域共价键相比，金属晶体中各金属原子的价电子公有化于整个金属大分子，所有成键电子可在整个晶体中流动，而共同组成了离域的 N中心键。由于金属晶体中电子在三维空间内的离域范围很大，使体系的能量降低，从而形成了一种强烈的吸引作用即金属键。金属键的强度可用金属的原子化热来衡量，以使 1mol固态金属变为气态原子
3、所吸收的热量。1、自由电子理论20世纪初， Lorentzr提出了描述金属晶体中价电子运动的最简单而直观的自由电子模型。这一理论认为，金属中的价电子组成的气体 电子气 在金属晶体中受一恒定势场的作用，可以在整块晶体内自由运动，但不能超出其表面。用这一自由电子模型理论，可以较成功的定性甚至定量描述金属的许多物理和化学性质。包括金属的导电导热性、光泽性和延展性和可塑性。自由电子的胶合作用，将使球形的金属原子按紧密堆积的方式结合在一起，形成能量较低的稳定体系。2、能 带 理论 、非完全自由电子模型在自由电子模型的讨论中，认为电子是在均匀的势场中自由运动，这显然不符合金属中的实际情况，在实际晶体中，电
4、子并非完全自由的。金属离子按点阵结构有规则地排列，每一个离子带有一定的正电荷。电子在其间运动时与正离子之间有吸引势能，而且电子所处的位置不同与正离子之间距离不同，它的势能就不同。当 电子波在晶格中运动时，如果满足 Bragg条件 n=2dsin时，要受到晶面的反射，因而不能通过晶体，使原有的能级突然断裂。能级断裂造成原有的连续能级一分为二。其中能带的间隙是不能存在电子的，称为禁带；在金属晶体中，能带被电子充满的叫满带，能带中有电子且未充满的称为导带。金属中都具有未充满电子的能带 导带。同一能带中能级间隔很小，导带中的电子很容易吸收各种波长的光而发生跃迁现象，在电子回到较低能级时，又以光的形式放
5、出能量，所以金属都具有光泽。金属能导电是由于金属具有导带。在外电场的作用下，导带中的电子改变了在能带中的分布状态，从而产生了电流。绝缘体的特征是只有满带和空带，并且禁带很宽。在可见光的能量下，电子不能发生跃迁进入空带，因而不能导电。半导体的特征也是只有满带和空带，但满带与空带比较接近，在一般条件下，满带中的电子较易跃入空带，使空带中有了电子，满带中产生了电子空穴，这两个能带都能参与导电。(2)分子轨道理论法 多原子轨道线性组合按照分子轨道理论，形成多原子离域键时， N个原子轨道线性组合将得到 N个分子轨道， N的数值越大，所得分子轨道的能级间的间隔越小。当原子数非常大时，这些能级的间隔非常小，可以认为是连续的能带。
