chap2-2 Solid Structure (Metal Crystal Structure)

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1、材料物理（材料科学基础）物理科学与技术学院李强2007.1stTerm第二章固体结构§2-2金属的晶体结构由于金属键不具有饱和性和方向性，使金属的晶体结构倾向于紧密堆垛排列。所以金属的晶体结构通常为以下三种：面心立方结构(face—centeredcubic,fcc)体心立方结构(body—centeredcubic,bcc)密排六方结构(hexagonalclose-packed,hcp)2021/8/3XinjiangUniversity§2.2.1三种典型的金属晶体结构描述晶胞从以下几个方面：点阵参数：晶格常数和

2、晶轴间夹角晶胞中原子数原子半径R(和点阵常数的关系)：采用刚球模型(见后)配位数(coordinativenumber)：最近邻原子数致密度：钢球模型中,晶胞中原子所占体积与晶胞总体积之比密排方向和密排面晶体结构中的间隙(大小和数量)原子的堆垛方式2021/8/3XinjiangUniversity§2.2.1三种典型的金属晶体结构原子半径：不同晶体中原子的半径是不同的，它与晶体的结构以及原子间价键的类型有关。对于金属和共价键晶体，一般采用刚球模型，原子半径R定义为最近邻原子距离的一半：(1)共价键晶体：R取决于原子间

3、是单键，双键或是三键。键数越多，R越小。一般书中列的都是单键半径。(2)金属键晶体：R与原子的配位数CN有关。CN，R。一般来说，CN从12变到8,6,4,R分别收缩3%,4%,12%。一般书中列的金属原子的半径都是对于CN=12下的。对于离子晶体，情况较简单，实验发现，在不同的化合物中，离子半径基本保持不变。Case：纯Fe在915℃会发生同素异构转变，从fcc转变为bcc。如果认为发生转变时，Fe原子的半径不变，则体积应该膨胀(0.74-0.68)/0.74=8%。但实际上，转变时体积只膨胀了约0.87%。这是

4、因为金属原子半径与CN有关，CN，R。所以从fcc→bcc(CN:12→8)时,原子半径收缩。实际测量结果:Rbcc=0.1251nm,Rfcc=0.1284nm,△R/Rfcc=2.6%。2021/8/3XinjiangUniversity§2.2.1三种典型的金属晶体结构面心立方fcc晶体：2021/8/3XinjiangUniversity§2.2.1三种典型的金属晶体结构面心立方fcc晶体：密排面：{111}密排方向：<110>配位数(最近邻数):122021/8/3XinjiangUniversity§2

5、.2.1三种典型的金属晶体结构面心立方的堆垛顺序：密排面{111}上的原子排布B位置()C位置()A面fcc的堆垛顺序为ABCABCA原子面B原子面C原子面2021/8/3XinjiangUniversity§2.2.1三种典型的金属晶体结构体心立方bcc晶体：2021/8/3XinjiangUniversity§2.2.1三种典型的金属晶体结构体心立方bcc晶体：密排面：{110}密排方向：<111>配位数(最近邻数):82021/8/3XinjiangUniversity§2.2.1三种典型的金属晶体结构体心立

6、方的堆垛顺序：密排面{110}上的原子排布bcc的堆垛顺序为ABAB2021/8/3XinjiangUniversity§2.2.1三种典型的金属晶体结构密排六方hcp晶体：密排六方属于六方晶系，红色部分为它的晶胞，画出六棱柱只是为了表示出其对称性。其晶胞为初基晶胞，基元含两个原子。2021/8/3XinjiangUniversity§2.2.1三种典型的金属晶体结构密排六方hcp晶体：密排六方理想的轴比（此比例下实现最紧密排列）为：配位数为122021/8/3XinjiangUniversity§2.2.1三种典型的

7、金属晶体结构密排六方的堆垛顺序：密排面{0001}上的原子排布B位置()C位置()A面hcp的堆垛顺序为ABABA原子面B原子面2021/8/3XinjiangUniversity§2.2.1三种典型的金属晶体结构面心立方的间隙位置：八面体间隙(100)面八面体间隙数目：中心1个＋棱12/4=4个2021/8/3XinjiangUniversity§2.2.1三种典型的金属晶体结构面心立方的间隙位置：四面体间隙四面体间隙数目：8个见左图，四面体间隙在体对角线上，根据对称性可知：2021/8/3XinjiangUni

8、versity§2.2.1三种典型的金属晶体结构体心立方的间隙位置：八面体间隙(不对称)八面体间隙数目：面心6/2＋棱12/4=6个(110)面[001][110]2021/8/3XinjiangUniversity§2.2.1三种典型的金属晶体结构体心立方的间隙位置：四面体间隙四面体间隙数目：24/2=12个四面体间隙的半径：2