金属的结构与结晶教案.docx

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金属的结构与结晶教案

《金属材料与热处理》教案

【复习提问】1.何谓金属的力学性能？

金属的力学性能包括哪些？

2.何谓金属的工艺性能？

主要包括哪些内容？

【新课】（2课时）

第二章金属的结构与结晶

【基本要求】1.了解金属的晶体结构；

2.掌握纯金属的结晶过程；

【重点】1.有关金属结构的基本概念：

晶面、晶向、晶体、晶格、单晶体、

多晶体，金属晶格的三种常见类型。

2.金属结晶的基本过程。

3.晶粒的概念及晶粒大小对金属性能的影响。

【难点】实际金属的晶体缺陷及其对金属性能的影响（选讲）。

§2-1金属的晶体结构

一、晶体与非晶体

晶体：

所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。

（晶体内的原子之所以在空间是规则排列，主要是由于各原子之间的相互吸引力与排斥力相平衡的结果。

）原子在空间呈规则排列的固体物质称为“晶体”。

非晶体：

在物质内部，凡原子呈无序堆积状态的（如普通玻璃、松香、树脂等）。

非晶体的原子则是无规律、无次序地堆积在一起的。

二、晶体结构的概念

1．晶格和晶胞

晶格：

把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格。

晶胞：

构成晶格的最基本单元。

   晶格中各种方位的原子面称为“晶面”，构成晶格的最基本几何单元称为“晶胞”。

2．晶面和晶向

晶面：

点阵中的结点所构成的平面。

晶向：

点阵中的结点所组成的直线。

由于晶体中原子排列的规律性，可以用晶胞来描述其排列特征。

（阵点（结点）：

把原子（离子或分子）抽象为规则排列于空间的几何点，称为阵点或结点。

点阵：

阵点（或结点）在空间的排列方式称晶体

晶体晶格

晶胞晶面晶向

图2-1、2-2晶体规则排列示意图

三、金属晶格的类型

（一）体心立方晶格

体心立方晶格的晶胞是由八个原子构成的立方体，并且在立方体的体中心还有一个原子。

属于这种晶格的金属有：

铬Cr、钒V、钨W、钼Mo、及α-铁α-Fe

图2-5体心立方晶格

（二）面心立方晶格

面心立方晶格的晶胞也是由八个原子构成的立方体，但在立方体的每个面上还各有一个原子。

属于这种晶格的金属有：

Al、Cu、Ni、Pb（γ－Fe）等

图2-6面心立方晶格

（三）密排六方晶格

由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。

属于这种晶格的金属有铍（Be）、Mg、Zn、镉（Cd）等。

图2-7密排六方晶格

§2-2纯金属的结晶

结晶的基本概念：

一切物质从液态到固态的转变过程称为凝固，如凝固后形成晶体结构，则称为结晶。

金属在固态下通常都是晶体，所以金属自液态冷却转变为固态的过程，称为金属的结晶。

一、纯金属的冷却曲线及过冷度

实际结晶温度的测定：

（冷却曲线）

图2-10纯金属冷却曲线

可见，随时间的增长，温度逐渐降低，当到T0温度时出现一平台，说明这时虽然液体金属向外散热，但其温度并没下降，这是由于在这一温度液体开始结晶向外散热（结晶潜热），补偿了液体对外的热量散失，结晶终了后就没有结晶潜热来补偿热量的散失，所以温度又开始下降。

二、纯金属的结晶过程

晶核：

作为结晶核心的微小晶体

晶粒：

小晶体的外形呈颗粒状，称为“晶粒”

晶界：

晶粒与晶粒之间的界面称为“晶界”

单晶体：

结晶后只有一个晶粒的晶体

多晶体：

实际上由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体

单晶体多晶体

图2-13单晶体与多晶体示意图

三、晶粒大小对金属力学性能的影响

1）增加过冷度（过冷度的影响）

图2-14过冷度对晶粒大小的影响

过冷度大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。

见图2-14。

2）变质处理：

在液态金属结晶前，特意加入某些合金，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。

3）振动处理：

四、金属晶体结构的缺陷

晶体缺陷：

晶体中出现的各种不规则的原子堆积现象。

1．空位、间隙原子和置代原子

晶体中的空位、间隙原子、杂质原子都是点缺陷。

图2-15点缺陷示意图

2．位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的位错

局部滑移而造成。

滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。

图2-16线缺陷示意图

3．晶界和亚晶界

图2-17面缺陷示意图

【小结】学生总结本次课的内容

【作业】P25/1、2、4、6

【巩固】1.何谓晶体？

何谓非晶体？

2.何谓晶格和晶胞？

3.金属晶格的常见类型有哪几种？

说出各自的晶胞特征。

课后反馈：

本章内容新的名词概念多，而且很抽象，这对初次接触到这些知识的学生来说，会感到很困难。

在教学过程中，我制作了多媒体课件，图文并茂，使学生对这些概念充分理解。

在解释其中的名词定义时，做到通俗简要，只要概念正确即可。

学生反映良好。

金属矿物与冶炼教学设计

一、教材分析

本节课位于粤教版初中化学下册第六章的第三节。

学生是在学过金属的性质的基础上，进一步来了解金属的存在形式和常见金属的冶炼。

同时也为下节学习珍惜和保护金属资源做了铺垫。

二、学习目标

知识与技能

1、了解地壳中含量较高的几种金属元素及其存在。

2、知道可用铁矿石炼铁。

3、学会用实验方法将氧化铁中的铁还原出来的原理。

4、知道生铁和钢是铁的两种合金。

过程与方法：

1、通过对工业上铁的冶炼原理的探讨与研究，培养学生运用知识于实际生活的

能力；

2、提高学生分析和解决实际问题的能力及创新思维能力。

3、认识金属材料在生产生活和社会发展中的重要作用。

情感态度与价值观：

1、通过对钢铁、青铜等合金知识的介绍，培养学生的爱国主义情感；

2、通过对冶铁原理的分析，培养学生安全操作意识和良好的环保意识。

三、重难点

本节课的重点是实验方法将氧化铁中的铁还原出来的原理、装置及注意事项。

处理方法：

利用实验视频让学生观察并记录现象。

然后通过小组讨论、总结和练习来达到学习效果。

四、学生分析

学生已学过金属的性质而且生活中学生接触过大量的金属产品特别是铁制品。

但是学生从来没有见过矿石和金属的冶炼。

为此本节利用大量的图片和工业炼铁、炼钢的视频来满足学生的求知欲。

五、教学过程

由世界名著《钢铁是怎样炼成的》引入本节内容。

然后在黑板上板书本节的学习目标。

活动1:

根据目标提出第一个问题：

自然界中的金属多以什么形式存在呢？

主要存在哪里呢？

展示几组图片由学生讨论总结金属存在的形式（板书：

金属存在的两种形式）。

活动2：

请同学们观察课本176页金属元素在地壳中的含量（了解前两位）。

活动3:

提出第二个问题：

怎样从矿物中把铁冶炼出来呢？

观看课本177页实验视频，由学生观察总结实验现象、结论及注意事项。

接着提出第三个问题工业上是怎样做的呢？

活动4：

读课本178页了解高炉内的反应，了解生铁和钢。

活动5：

观看工业炼铁视频。

了解工业炼铁的设备及其原料。

同时提出问题：

焦炭也具有还原性为什么还要把焦炭变成一氧化碳呢？

焦炭在炼铁中的作用是什么呢?

由学生讨论总结出结论。

活动6：

观看钢的视频了解炼钢的原理是氧化。

最后课堂思考与检测。

六、板书设计

1、金属在自然界存在形式。

2、实验室炼铁

原理：

高温

3CO+Fe2O3===2Fe+3CO2

高温

4CO+Fe3O4===3Fe+4CO2

装置

步骤

现象

3、铁的合金

生铁和钢

4、工业炼铁和钢