金属学--第1章：金属及合金的固态结构

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1、第一章：金属及合金的固态结构1．纯金属的典型结构模型：面心立方(fcc)、密集六方(hcp)和体心立方(bcc)结构模型。2．合金中的典型结构：（1）代位固溶体和有序固溶体——异类原子按任意比例（在一定成分范围内）统计式的分布在各类结构中各相应晶面上，并处于与主组元相似的正常位置，犹如主组元的一部分原子被其它组元的原子所取代似的，但始终保持着主组元的结构类型。这类结构叫代位固溶体结构。若异类原子不是统计式的分布，而是按一定的顺序分布，这类结构叫有序固溶体结构。（2）异类原子分布在主组元原子间的空

2、隙中，这种结构属于间隙固溶体结构。（3）各组元原子按一定比例和一定顺序，共同组成一个新的，不同于其任一组元的典型结构，这种结构属于金属化合物类型。3．空间点阵：在空间由点排列成的无限阵列，其中每一个点都和其他所有的点具有相同的环境，这种点的排列就称为空间点阵。4．单胞：我们在空间点阵中选取一个能够点阵特点的最小单元来作为分析代表，一般来说，只要取最邻近的这样八个阵点，以其为顶点能够构成一个体积最小，对称性最高的平行六面体，这个六面体构成了点阵的基元，称之为单胞，有时也叫基胞。5．点阵参数：选取单

3、胞的一个顶点作为参考坐标原点，并以通过此顶点的三个棱边分别作为坐标的三个轴X、Y、Z，，称之为晶轴。晶轴分别以单胞各相应边的长度a、b、c作为量度单位。对一定的点阵来说，各晶轴之间的夹角为定值，通常以α、β、γ本别表示YZ、ZX、XY轴间的夹角。这六个量就是表征点阵特征的六个参量，通常叫点阵参数，前三个有时叫点阵常数。6．七大晶系：三斜、单斜、正交、六方、棱方、正方、立方。1．复合单胞：单胞中若除了八个顶角上的阵点外，还在其它位置，如面心、体心或棱的中心等处也分布着阵点，那么这种单胞就叫复合单胞

4、。复合单胞沿三个晶轴在空间重复平移而组成的点阵称复合点阵。2．布喇菲点阵：布喇菲证明除了7种简单单胞外，还可以有7种不同的复合单胞，即共有14种点阵，这14种点阵，无论是简单的或复合的，都可以看做是单胞中的阵点沿三个晶轴，分别以三个点阵常数为单位矢量做平移运动而组成的，称布喇菲点阵。3．空间点阵与晶体结构的关系：空间点阵+结构基元=晶体结构。空间点阵只具有几何意义，它可以用来描叙晶体内部原子排列的规律性。当在空间点阵中按大小比例安置具体物质的原子、分子、离子或原子群时，它便成为这一物质的理想晶体

5、结构模型。如果在空间点阵上，用一些点标出具体物质的原子、分子、离子或原子集团的中心位置时，那么这种点阵可称之为晶体点阵，它的单胞称晶胞。晶体点阵是用来表示具体物质的理想结构的。空间点阵只有14种，但可以描叙许多相似的晶体结构，因为（1）点阵参数可以变化（2）每个阵点既可以是单原子或但离子，也可以是分子或原子群。总之，晶体点阵或晶胞是表示具体晶体结构的，而14种空间点阵或单胞则是用来区分晶体结构类型的。4．晶面指数和晶向指数。5．原子结合键的类型（1）离子键：当一正电性元素和一负电性元素相接触时，

6、由于电子一失一得，使它们各自变成正离子和负离子，二者靠静电作用互相结合起来，这种结合方式叫离子键。（2）共价键：处于周期表偏中间的一些元素，得失电子的机会近似，大多既可形成正离子也可形成负离子。这些元素化合时多形成共价键。所谓共价键，其特点是相邻原子各给出一个电子，作为二者所共有，两个正离子即靠运动于期间的这对共有电子作用而相互结合起来。（3）金属键：处于集聚状态的金属原子，全部或大部分将它们的价电子贡献出来，作为整个原子集体所公有。这些公有化的电子也称自由电子，它们组成电子云，在点阵的周期场中

7、按量子力学规律运动着；而贡献出电子的原子则变成正离子，它沉浸在电子云中，它们依靠运动于其间的公有化自由电子的静电作用而结合起来，它无所谓饱和性和方向性的问题。（4）极化键：当一些不易得失电子的中性原子和分子接触时，若各自内部的电子发生不均匀的重分布，那么便会出现电荷的不均匀性，使其一端呈现负电荷，另一端呈现正电荷，这种现象叫原子或分子的极化。被极化了的原子或分子之间，依靠正、负极的相互作用而结合起来叫极化键。6．金属键的来源：正离子和自由电子之间的引力；正离子之间各自内部已满额的电子层的斥力；正

8、离子之间由于电荷相似而引起的斥力；当原子接近到一定距离时，由于电子云的重叠而引起的泡里斥力。1．开放型金属与封闭型金属：不同金属间的差别在于作用力曲线或作用能曲线的曲率或势阱深度不同。曲线在原子平衡点附近较平缓，势阱也小，说明原子间作用力弱或结合能小，此类金属原子在平衡时内层电子实际上并没有相接触，正离子之间还有相当大的间隔，原子易压缩，刚度小，称之为开放型金属；另一类作用力强，结合能大，内层电子已有相当的重叠，原子很不易压缩，刚度大，因此称为封闭型金属。封闭型金属一般弹性模量大，热膨胀系数小，