第二章 金属的晶体结构与结晶

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1、金属的晶体结构与结晶第一节金属的理想晶体结构第二节金属的实际晶体结第三节纯金属的结晶学习要求1.正确认识不同金属的晶体结构特征，要善于利用微观理论对材料的宏观性能表现进行分析。如活性炭、石墨和金刚石三种物质，虽然均由碳元素构成，但它们所表现出的宏观性能却截然不同，其差别的主要原因在于它们的晶体结构不同；2.学会对日常生活中的现象进行思考和分析，理解结晶的过程和现象。如雪花是如何形成的？3.学习本章后，希望能在材料的微观知识方面奠定一定的基础，今后能很好地使用“纳米材料”、“功能材料”等。物质由原子组成。原子的结合方式和排列方式决定了物质

2、的性能。原子、离子、分子之间的结合力称为结合键。它们的具体组合状态称为结构。C60第一节金属的理想晶体结构一、晶体与非晶体晶体：是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。非晶体：是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。二、金属的特性金属晶体中，金属原子以“金属键”的方式结合。金属键的特点是没有饱和性和方向性。三、晶体结构的基本概念晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。晶格常数：晶胞个边的尺寸a、b、c。各棱间的夹角用、

3、、表示。（a）晶胞；（b）晶格；（c）晶格常数晶格与晶胞四、常见金属的晶格类型1.体心立方晶格体心立方晶格的参数晶格常数：a(a=b=c)原子个数：2配位数：8致密度：0.68常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等原子半径：原子半径的计算体心立方晶格2．面心立方晶格面心立方晶格的参数晶格常数：a原子个数：4配位数：12致密度：0.74a42r=：原子半径常见金属：-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。3．密排六方晶格密排六方晶格的参数晶格常数：底面边长a和高c，c/a=

4、1.633原子个数：6配位数：12致密度：0.74常见金属：Mg、Zn、Be、Cd等a21r=：原子半径五、配位数和致密度配位数：就是晶格中任一原子周围所紧邻的等距离的原子数。致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。体心立方晶格:面心立方晶格：典型密排六方晶格:晶体的致密度越大，晶体原子排列密度越高，原子结合越紧密；配位数越大，晶体中原子排列就越紧密。体心立方晶格的配位数为8面心立方晶格的配位数为12典型密排六方晶格的配位数为12六、晶面指数和晶向指数晶体中各原子组成的原子平面叫晶面。任意两个原子连成的直线，它所指的方向叫晶向。晶面指数

5、：表示晶面的符号称晶面指数。其确定步骤为：①确定原点，建立坐标系，求出所求晶面在三个坐标轴上的截距。②取三个截距值的倒数并按比例化为最小整数，加圆括弧，形式为（hkl）。晶面指数的确定例一、求截距为、1、晶面的指数。截距值取倒数为0、1、0，加圆括弧得（010）例二、求截距为2、3、晶面的指数。取倒数为1/2、1/3、0,按比例化为最小整数加圆括弧得（320）例三、画出（112）晶面取三指数的倒数1、1、1/2,化成最小整数为2、2、1，即为X、Y、Z三坐标轴上的截距①确定原点，建立坐标系，过原点作所求晶向的平行线。②求直线上任一

6、点的坐标值并按比例化为最小整数，加方括弧。形式为[uvw]。晶向指数：表示晶向的符号称晶向指数。其确定步骤为：晶向指数的确定例一、已知某过原点晶向上一点的坐标为1、1.5、2，求该直晶向指数。将三坐标值按比例化为最小整数加方括弧得[234]。例二、已知晶向指数为[110],画出该晶向。找出1、1、0坐标点,连接原点与该点的直线即所求晶向。[110][234]七、晶面族与晶向族(hkl)与[uvw]分别表示的是一组平行的晶面和晶向。指数虽然不同，但原子排列完全相同的晶面和晶向称作晶面族或晶向族。分别用{hkl}和表示。立方晶系常

7、见的晶面为：{110}（110）（110）（101）（101）（011）（011）XZY立方晶系常见的晶向为：<111>[111][111][111][111]XZY说明：①在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相互垂直。②遇到负指数，“-”号放在该指数的上方。--③晶向具有方向性，如[110]与[110]方向相反。XZY(221)[221][110][110]三种常见晶格的密排面和密排方向单位面积晶面上的原子数称晶面原子密度。单位长度晶向上的原子数称晶向原子密度。原子密度最大的晶面或晶向称密排面或密排方向。密排面数量密排方向数量体心立方晶

8、格{110}6<111>4面心立方晶格{111}4<110>6密排六方晶格六方底面1底面对角线3六方底面底面对角线密排六方晶格体心立方晶格面心立方晶格三种常见晶格的密排面和密排方向第二节金属的实际晶体结构一