典型金属晶体结构的钢球堆垛模型分析实验指导书2-

《典型金属晶体结构的钢球堆垛模型分析实验指导书2-》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、典型金属晶体结构的钢球堆垛模型分析实验指导书2一、实验目的1）熟悉面心立方、体心立方和密排六方晶体结构屮原子排列和密度；2）熟悉三种晶体结构屮的四面体间隙和八面体间隙的位置和分布及间隙大小；3）熟悉面心立方、体心立方、密排六方晶体结构中，找出三种晶体结构原子密排面和原子密排方向；4）了解肖克莱不全位错、扩展位错；二、原理概述金属在固态下一般都是晶体。决定晶体结构的内在因素是原子或离子、分子间键合的类型及键的强弱。原子、分子或它们的集团，按一定规则呈周期性重复排列，即构成晶体。金属晶体的结合键是金属键。由于金属键具有无饱和性和无方向性的特点，从而使金属内部的原子区域紧密

2、排列，构成高度对称性的简单晶体结构;而亚金属晶体的主要结合键为共价键,由于共价键具有方向性，从而使其具有较复杂的晶体结构。自然界屮迈80种金属元素，其屮大多数属于面心立方、体心立方和密排六方三种典型晶阵结构。将金属晶体中的金属原子看成是直径相等的刚性圆球，这些等径圆球在三维空间堆积而成的模型叫做金属晶体的堆积模型。其钢球模型如图所示。1、晶体结构堆垛顺序三种晶体结构屮，面心立方和密排六方晶体结构均为最密排结构，它们的区别在于最密排面的堆垛顺序不同。单层等径圆球的排列，最致密的方式就是每个球与周围其他六个球相接触，这样的排列称为等径圆球密置层，它是沿二维空间伸展的等径圆

3、球密堆积唯一的一种排列方式。上下两个等径圆球密置层要做最密堆积使间隙最小也只有一种唯一堆积方式，就是将两个密置层平行错开一点，使上层球的投影位置正落在下层三个球所围成的空隙的中心上，并使两层紧密接触。这是，每一个球将与另一层的三个球向接触。把下层球标记为A层，上层为B层。当B层上面再放第三层，就有两种方式，一种是将这层球的正落在B层三个球所围成的空隙的川心且投影位置完全与A层重合，放在B层上而与B层紧密接触，以后依次AB相间排列，这样的密集对应的晶体结构为密排立方结构；另一种第三层球的投影位置正落在下层三个球所围成的空隙的屮心上，并使两层紧密接触但与A层不重合，定为C

4、层，以后依次ABC相间排列。体心立方结构屮心有一个球。每一个顶点各有一个球。体心立方不是最密堆积结构。2、晶体中间隙的意义、位置、大小和数量从原子排列刚球模型可见，除最近邻原子外，球间都有空隙，就是这些空隙构成了晶体小的间隙（又称空腔）。尺寸较大的间隙，因具备溶入其它小原子的可能而被人们所重视。按周围原子的分布可将间隙分为两种，即四面体间隙和八面体间隙。其位置如右图所示。间隙的大小和数量如表4J所示。表4-1间隙的人小和数量晶体结构间隙大小数量/每个晶胞面心立方八面体间隙rB=Oo414rA4四面体间隙rB=Oo225rA8体心立方八面体间隙rB=OoOo155rA6

5、四面体间隙rB=OoOo291rA12密排六方八面体间隙rB=Oo414rA6四面体间隙rB=OoOo225rA12注：rB为间隙半径，rA为原子半径。3、原子密排面、原子密排方向在材料科学屮讨论有关晶体的生长、变形、相变及性能等问题时，常须设计晶体屮原子的位置、原子列的方向（称为晶向）和原子构成的平面（称为晶而）。为了便于确定和区别晶体屮不同方位的晶向和晶面，国际上通常用米勒指数来统一标定晶而指数和晶向指数。同处于一个平面屮的原子构成晶面。任一晶面指数表示晶体中平行的所有晶面。不同指数的晶面空间方位、原子排列方式和原子面密度不同。原子密排面即原子面密度最人晶面，原子

6、密排面为晶面内原子的总面积该晶面的面积晶体中任一原子列均构成一晶向。任一晶向指数代表晶体中险乎平行并同向的所有原子列。不同指数的晶向有不同的空间方位和原子问距。面心立方和体心立方晶体的最密排晶向如图4・3所示。三、实验内容1）把乒乓球作为金属原子，按最密排血堆垛的顺序堆垛出面心立方和密排六方晶体结构，堆垛出体心立方晶体。2）借助模型比较面心立方、密排六方晶体原子堆垛的异同3）借助模型，找出三种晶体结构中两种间隙的位置，并汁算三种晶体结构中各类间隙的大小。4）借助模型找出三种晶体结构的原子密排面和原子密排方向。5）借助模型了解肖克莱不全位错、弗兰克不全位错及李晶的形成过

7、程。四、实验材料1）乒乓球、双面胶、每人一套。2）晶体结构模型。五、实验步骤1）用乒乓球按最密排面堆垛的顺序堆垛出面心立方和密排六方晶体结构，堆垛出体心立方晶体；2）借助晶体结构模型分析面心立方和密排六方原子堆垛的特点；3）借助晶体结构找出各晶体的间隙位置并计算间隙的大小。3）找出品胞中原子排列最密排的品向和原子排列最紧密的品面；6）借助模型分析肖克莱不全位错、弗兰克不全位错及李晶的形成过程；六、实验报告要求1）实验目的；2）实验原理与实验步骤3）密排六方与面心立方堆垛方式有何异同；4）画出面心立方和体心立方晶体结构的（100）、（110）和（111