典型金属晶体结构的堆剁模型分析

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1、典型金属晶体结构的堆剁模型分析一、实验目的1、熟悉面心立方、体心立方和密排六方晶体结构中常用的晶面、晶向的几何位置、原子排列和密度。2、熟悉三种晶体结构中四面体间隙和八面体间隙的位置和分布。3、熟悉面心立方和密排六方晶体结构中最密排面的堆垛顺序。4、进一步练习晶面和晶向指数的确定方法。二、实验内容说明1、晶体、晶向、晶面2、最密排面的堆垛：面心立方ABCABCABC…..密排六方ABABAB…..3、晶体间隙的位置、大小、数量4、晶面的面密度计算S/S0晶体——材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则、周期性排列。非晶体：蜂蜡、玻璃等。晶体:金刚石、NaCl、冰

2、等。非晶体——原子无规则堆积，也称为“过冷液体”。液体三、原理概述1、晶体与非晶体2、纯金属的晶体结构晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式称为晶体结构。晶格：通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。这种格架称为晶格。晶格的结点为金属原子(或离子)平衡中心的位置。晶胞：能反映该晶格特征的最小组成单元称为晶胞。晶胞在三维空间的重复排列构成晶格。晶格常数：晶胞的各边尺寸及三个邻边的夹角晶体晶格晶胞可见：晶胞的基本特性即反映该晶体结构(晶格)的特点。晶胞的几何特征：可以用晶胞的三条棱边长a、b、c和三条棱边之间的夹角α、β、γ等六个参数来描述

3、。其中a、b、c为晶格常数。金属的晶格常数一般为1×10-10m～7×10-10m。不同元素组成的金属晶体因晶格形式及晶格常数的不同,表现出不同的物理、化学和机械性能。金属的晶体结构可用x射线结构分析技术进行测定。致密度：晶体中原子本身所占体积与该晶胞体积之比最典型、最常见的晶体结构有三种类型:体心立方结构bcc面心立方结构fcc密排六方结构hcp立方六方四方菱方正交单斜三斜所有晶体的空间点阵只有14种类型，称为布拉菲点阵。3、典型的金属晶体结构自然界中约80种金属元素，其中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。典型晶体的晶胞特征由于不同晶型的晶

4、体或同一晶格中，相应原子的排列的情况不同，晶胞特征参数不同，故机械性能及相应的其它性能有很大的差异。1）晶胞原子数2）原子半径3）配位数4）致密度晶胞特征参数1）晶胞原子数一个晶胞内所包含的原子数目。246bccfcchcp2）原子半径晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子之间距离的一半。bccfcchcp3）配位数晶格中任一原子最邻近、等距离的原子数。bccfcchcpbcc:8fcc:12hcp:124）致密度（K）是指晶胞中所含全部原子的体积总和与该晶胞体积之比：K=nv/V式中，n—晶胞中的原子数；v—单个原子的体积；V—晶胞体积。作用：对晶体原子排列紧密程

5、度进行定量比较。bcc:K=0.68fcc:K=0.74hcp:K=0.74（1）体心立方晶格bcc如：-Fe、W、V、Mo等体心立方晶胞晶格常数：a=b=c；===90晶胞原子数：原子半径r：致密度=Va/Vc，其中Vc:晶胞体积a3Va:原子总体积24r3/3致密度：0.68XYZabc2r2raa2致密度==0.68或68%（2）面心立方晶格fcc如：-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag等面心立方晶胞晶格常数：a=b=c；===90晶胞原子数：原子半径r：XYZabc密排方向4致密度：0.74（3）密排六方晶格hcp如：C（石墨）、M

6、g、Zn等晶格常数：底面边长a底面间距c侧面间角120侧面与底面夹角90晶胞原子数：原子半径r：a/2致密度：0.7461、晶面在晶体中，由一系列原子所组成的平面。该平面通过晶体中原子的中心。2、晶向：原子在空间排列的方向称为晶向。该直线通过原子中心。4、晶面与晶向立方晶系的晶面表示方法：●设定一空间坐标系。●求待标晶面在X、Y、Z轴上的截距pa、qb、rc，得截距系数p、q、r；●取截距系数的倒数比1/p：1/q：1/r=h：k：l（为最小整数比）；●去掉比号、以小括号括起来，写为(hkl)。XZY主要晶面在立方晶系中,由于原子的排列具有高度的对称性

7、,往往存在有许多原子排列完全相同但在空间位向不同(即不平行)的晶面,这些晶面的总称为晶面族,用大括号表示,即{hkl}。在立方晶胞中(111)、()、()、()同属{111}晶面族。可用下式表示：立方晶系的晶向表示方法：●选定晶轴X、Y、Z和a、b、c为轴单位；●平移晶向直线过原点；●在该直线上任取一结点M，将其投影至X、Y、Z轴得截距OX0、OY0、OZ0；●作OX0/a：OY0/b：OZ0/c=u：v：w（最小整数比）；●去掉比号，加中括号，[uvw]即为晶向符号。XYZ原子排列情况相同而在空间位向不同(即不平行)的晶向统称为晶向族,用尖括号表示,

8、即