第2章晶体结构

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1、第2章　金属的晶体结构与结晶2.1金属的晶体结构2.2金属的实际晶体结构2.3纯金属的结晶与铸锭C602.1金属的晶体结构晶体：指原子呈规则排列的物质，如金刚石、石墨和固态金属及合金等。晶体具有固定的熔点、规则的外形、各向异性。非晶体：原子呈无规则排列的物质，如玻璃、松香、沥青、石蜡等。非晶体没有固定的熔点、规则的外形，各向同性。2.1.1、晶体基础1、晶体与非晶体晶态非晶态金属的结构晶态非晶态SiO2的结构非晶态晶态2、晶格、晶胞与晶格常数⑴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。由结点形成的空间点的阵列称空间点阵晶胞：从晶格中取出来的、能够完

2、全反映晶格特征的最小几何单元。⑷晶系：根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。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立方六方四方菱方正交单斜三斜⑶晶格常数：晶胞个边的尺寸a、b、c。各棱间的夹角用、、表示。⑸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。⑹晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。⑺配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。(8)致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。图2-1简单立方晶格与晶胞示意图a)晶体中原子排列b)晶格c)晶胞及晶格参数体心立方：（BC

3、C）a＝b＝c，α＝β＝γ＝90α－Fe、W、Mo、Cr、V等金属为bcc结构面心立方：（FCC）a＝b＝c，α＝β＝γ＝90℃,γ－Fe、Cu、Al、Ni、Pb等金属为fcc结构密排六方：（HCP）边长为a，高为c，c/a≈1.633,例如：Zn、Mg、Be等金属为hcp结构体心立方：（bcc）面心立方：（fcc）密排六方（hcp）2.1.2常见的金属晶体结构BCCFCCHCP1）体心立方晶格BCC（BodyCenteredCube）晶格常数：a(a=b=c)原子半径：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：晶胞中原子密度最大方向上相邻原

4、子间距的一半。体心立方晶格的参数2）面心立方晶胞FCCFace-CentereCube晶格常数：a原子个数：4配位数：12致密度：0.74常见金属：-Fe、Ni、Al、Cu、Pb等原子半径：面心立方晶格的参数InNaCl,biggerChlorineatomspacktogetherinFCCstructure,leavingNatosqueezeintotheremainingholes.3)密排六方晶胞HCPHexagonalClose-Packed晶格常数：底面边长a和高c，c/a=1.633原子个数：6配位数：12致密度：0.74常见金属：Mg、Zn、Be、Cd等原子半径：密排六方晶

5、格的参数BCC、FCC、HCP晶胞的重要参数晶胞晶体学参数原子半径晶胞原子数致密度FCCa=b=c,α=β=γ=90o268%BCCa=b=c,α=β=γ=900474%HCPa=bc,c/a=1.633,α=β=90o,γ=120oa/2674%课堂讨论1.一个BCC和FCC晶胞有多少个原子?2.BCC,FCC晶体胞致密度是多少？（列出计算公式）单晶体：整块金属晶粒取向完全一致，力学性能呈各向异性，体心立方铁：A向：E＝290000Mpa;X轴：E＝135000Mpa;多晶体：由许多晶取向各不相同的单晶体块组成，所以整体呈各向同性，各向平均E＝210000Mpa;X轴A向体心立方(bcc)理

6、想晶体+晶体缺陷——实际晶体实际晶体——单晶体和多晶体2.2金属的实际晶体结构2.1.1多晶体光学金相显示的纯铁晶界多晶体示意图2.2.2实际金属晶体缺陷（点、线、面缺陷）晶格的不完整部位称晶体缺陷。实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三类，即点、线、面缺陷。1.点缺陷空间三维尺寸都很小的缺陷。空位间隙原子置换原子点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生畸变，性能产生变化，如强度、硬度提高，塑性、韧性下降。空位间隙原子小置换原子大置换原子刃型位错螺型位错位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错。有刃型位错和螺型位错两种类型。2.线缺陷：

7、原子的不规则排列在一个方向尺寸很大，其余两个方向的尺寸很小。如位错。刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就是刃型位错。半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ㅗ”表示。半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ㅜ”表示。位错密度：单位体积内所包含的位错线总长度。=S/V(cm/cm3或1/cm2)金属中的位错密度为104~1012/cm2。