材料科学与工程第二章固体结构

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1、2.2金属的晶体结构8/27/20211§2.2.1三种典型的金属晶体结构金属在固态下一般都是晶体。决定晶体结构（crystalstructure）的内在因素是原子，离子，分子间键合的类型及键的强弱。金属晶体是以金属键结合，内部原子趋向于密集排布，构成高度对称性的简单晶体结构。面心立方结构A1或fcc（face-centeredcubic）立方晶系体心立方结构A2或bcc（body-centeredcubic）立方晶系密排六方结构A3或hcp（hexagonalclose-packed）六方晶系8/27/202122.

2、2.1典型的金属晶体结构（1）面心立方结构（face-centeredcubic,FCC）FCC:γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pt等约20种金属。刚球模型质点模型8/27/20213①晶胞中的原子数8/27/20214②点阵常数与原子半径的关系RR2Ra（100）8/27/20215③配位数与致密度配位数（CN）：(coordinationnumber)晶体结构中，任一原子周围最近邻且等距的原子数。配位数越大，原子排列的紧密程度越高。最近邻的原子间距:RR2Ra8/27/20216致密度（atomicpac

3、kingfactor,APF）:8/27/20217（2）体心立方结构（body-centeredcubic,BCC）BCC:α-Fe、δ-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等约30种金属。刚球模型质点模型8/27/20218①晶胞中的原子数8/27/20219②点阵常数与原子半径的关系RR2Raa（110）8/27/202110③配位数与致密度最近邻的原子间距:次近邻的原子间距:a8/27/202111（3）密排六方结构（hexagonalclosed-packed,HCP）HCP:α-Ti、Be、Zn、Cd、Mg等金属

4、。刚球模型质点模型8/27/202112①晶胞中的原子数8/27/202113②点阵常数与原子半径的关系当c/a=1.633时，a=2Rc/a≠1.633时，a8/27/202114③配位数与致密度最近邻的原子间距:a8/27/202115cHaHbHcRaRbRTransformationofhexagonaltorhombohedralindicesandviceversa8/27/202116Ⅳ.Transformationofhexagonaltorhombohedralindicesandviceversac

5、HaHbHcRaRbR8/27/2021178/27/2021188/27/202119晶体结构类型FCCBCCHCP晶胞原子数426原子半径配位数128,（8+6）12,(6+6)致密度0.740.680.74三种典型的金属的晶体结构小结最密排面{111}{110}{0001}最密排方向<110><111>8/27/2021201.晶向的原子密度（线密度）：该晶向单位长度上的节点(原子)数。ρL=NL/LL:晶向的长度NL:单一晶胞内一晶向上原子数2.晶面的原子密度（面密度）：该晶面单位面积上的节点(原子)数。ρA=

6、NA/A线密度和面密度8/27/202121a密排面：原子密度最大的晶面{100}{110}{111}晶面原子排列示意图a晶面原子密度(原子数/面积）晶面原子排列示意图晶面原子密度(原子数/面积）aaa密排面{110}{111}体心立方晶格面心立方晶格8/27/202122a密排方向：原子密度最大的晶向<100><110><111>晶向原子排列示意图晶向原子密度(原子数/长度）晶向原子排列示意图晶向原子密度(原子数/长度）a密排方向<111><110>体心立方晶格面心立方晶格8/27/202123结构类型最密排面最密排

7、方向bccfcchcp原子最密排面和最密排方向线密度和面密度8/27/202124试计算体心立方铁受热而变为面心立方铁时出现的体积变化。在转变温度下,体心立方铁的点阵参数是2.863埃，而面心立方铁的点阵参数是3.591埃。思考题这表明铁在加热时出现收缩。8/27/202125分别画出面心立方晶格和体心立方晶格{100},{110},{111}晶面上原子排列示意图。思考题8/27/202126面心立方和密排六方结构的致密度均为0.74，是纯金属中最密集的结构面心立方与密排六方虽然晶体结构不同，但配位数与致密度却相同，为

8、搞清其原因，必须研究晶体中原子的堆垛方式面心立方与密排六方的最密排面原子排列情况完全相同，但堆垛方式不一样1.晶体中原子的堆垛方式2.2.2晶体的原子堆垛方式和间隙8/27/202127原子堆垛方式密排六方：ABABAB……或ACACAC……面心立方：ABCABC……或ACBACB……二维排列方式密排面原子排列方式空隙位置和密排面