金属的晶体结构

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1、第二章金属的晶体结构物质由原子组成。原子的结合方式和排列方式决定了物质的性能。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。C601晶体金刚石、NaCl、冰等。液体非晶体：蜂蜡、玻璃等。（一）晶体学基础※一纯金属的晶体结构1晶体与非晶体晶体——原子（或离子、分子）在三维空间呈周期性重复，即存在长程有序具有固定的熔点，各向异性非晶体——原子呈无序排列的固体，具有各向同性。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。22晶格与晶胞（1）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。直线的交点（原子中心）称结点。由结点形成的

2、空间点的阵列称空间点阵（2）晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元（3）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。特征：a可能存在局部缺陷；b可有无限多种。3（4）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。特征：a原子的理想排列；b有14种。阵点－空间点阵中的点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。注：晶体中原子的集合（或分布）构成晶体结构，而结点的集合构成布拉菲点阵，结点是基元的几何抽象，构成基元的可以是单个原子、几个原子（离子）或原子（离子）团。空间点阵＋基元＝晶体结构454晶系：根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶

3、系。90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。立方晶系：a=b=c，===90六方晶系：a1=a2=a3c，==90，=1203晶格参数：描述晶胞大小与形状的几何参数晶胞各边的尺寸a、b、c各棱间的夹角用α、β、γ6晶胞选取的原则同一空间点阵可因选取方式不同而得到不相同的晶胞7晶胞晶胞：构成空间点阵的最基本单元。选取原则：a能够充分反映空间点阵的对称性；b相等的棱和角的数目最多；c具有尽可能多的直角；d体积最小。形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。晶胞中点的位置表示（坐标法）。8布拉菲点阵14种布拉菲点

4、阵分属7个晶系。9简单三斜简单单斜底心单斜10简单正交底心正交面心正交体心正交11简单菱方简单六方简单四方体心四方12简单立方体心立方面心立方13(二)金属中常见的晶格香港国际机场案例讨论：工程上大量使用钢铁材料，钢和铁在性能上差别较大，各有优势，设想这种差别的来源。14三种常见晶体结构在金属元素中，约有90%以上的金属晶体都属于如下三种密排的晶格形式：体心立方（A2,BCC）面心立方（A1,FCC）密排六方（A3,HCP）致密度（K）：晶体结构中原子体积占总体积的百分数K=nv/V。定量评定晶体中的原子排列紧密程度，15配位数（CN）：晶体结

5、构中任一原子周围最近且等距离的原子数。定性评定晶体中的原子排列紧密程度，显然配位数越大，原子排列也就越紧密。晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半161体心立方晶格bcc-Fe、W、V、Mo等17体心立方晶胞晶格常数：a=b=c；===90晶胞原子数：2原子半径：致密度：0.68致密度=Va/Vc，其中Vc:晶胞体积a3Va:原子总体积24r3/3XYZabc2r2raa182面心立方晶格fcc-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag等19面心立方晶胞晶格常数：a=b=c；==

6、=90晶胞原子数：4原子半径：XYZabc密排方向致密度：0.74203密排六方晶格hcpC（石墨）、Mg、Zn等底面边长a底面间距c侧面间角120侧面与底面夹角90晶胞原子数：6原子半径：a/2致密度：0.74晶格常数2122结构间隙正四面体正八面体正四面体正八面体正四面体正八面体（个数）84126126（rB/rA）0.2250.4140.290.150.2250.414间隙半径（rB）：间隙中所能容纳的最大圆球半径。4晶体结构中的间隙23245晶体中原子的堆垛顺序密排六方晶格的堆垛顺序为ABABAB…面心立方晶格的堆垛顺序为ABC

7、ABCABC…25（三）晶向指数与晶面指数晶向：空间点阵中各阵点列的方向。晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。1晶向指数的标定a建立坐标系。确定原点（阵点）、坐标轴和度量单位（棱边）。b过原点作所求晶向的平行线。c求坐标。u’,v’,w’。d化整数。u,v,w.加[]。[uvw]（最小整数）。26说明：a指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。b负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。c晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向。用表示，数字相同，但排列顺序不同或正负号不同的晶

8、向属于同一晶向族。2h27确定原点，建立坐标系，过原点作所求晶向的平行线。求直线上任一点的坐标值并按比例化为最小整数，加方括弧。形式为[uvw]。28