《金属的晶体结构》PPT课件.ppt

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1、2.2金属的晶体结构主要内容金属晶体结构类型合金相结构固溶体金属间化合物金属中常见的晶体结构类型体心立方(BCC)面心立方(FCC)密排六方(HCP)铁(-Fe)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)等a=b=c,===90°铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、镍(Ni)、铅(Pb)、铁(－Fe)等a=b=c,===90°钛(Ti)、锆(Zr)、镁(Mg)、锌(Zn)等a=bc,==90°=120°晶体结构与材料性能：(一般规律)面心立方的金属塑性最好，体心

2、立方次之，密排六方的金属较差。一、金属的晶体结构常见的晶体学参数用来衡量晶胞的大小，是表征物质晶体结构的一个很重要的物理量，可用X射线衍射法测定。立方晶系：a=b=c，点阵常数用晶胞的一个棱边长a表示即可。六方晶系：a1=a2=a3≠c，常用a和c两个点阵常数。当密排六方用等径原子作紧密排列时，c/a=1.633。具有六方结构的金属，其c/a值在1.568到1.886之间变动。点阵常数配位数在晶体中，与某一原子最临近且等距离的原子数称为配位数(CN)。体心立方的配位数是8面心立方的配位数是12密排六

3、方当c/a=1.633时，CN=12致密度晶体中原子堆垛的紧密程度称为致密度(K)。就是原子晶胞内原子球所占体积与晶胞体积的比值。K=nVa/V，n为晶胞中的原子数Va为原子体积，V为晶胞体积。以面心立方为例：常见的晶体学参数晶体中的间隙晶体中是存在空隙的，从钢球的模型中(右侧)可以看出这些空隙就是钢球之间的间隙。体心立方晶体中(110面上原子的排列)晶体间隙有两种：四面体和八面体最近邻的两个原子中心之间的距离一半，用r表示。原子半径常见的晶体学参数体心立方面心立方密排六方是指晶体中每个原子占有的体

4、积，用晶胞体积V除以晶胞中的原子数m，得到结构原子体积Va。结构原子体积常见的晶体学参数其中Vv是摩尔晶体中总间隙体积NA是阿佛加德罗常数三种典型金属结构的晶体学特征参数结构特征晶体结构类型面心立方(A1)体心立方(A2)密排六方(A3)点阵常数aaa,c(c/a=1.633)原子半径R晶胞内原子数426配位数12812致密度0.740.680.74间隙四面体间隙数量大小80.225R120.291R120.225R八面体间隙数量大小40.414R60.154R<100>0.633R<110>60.

5、414R其它类型结构A4结构结构特点：由于共价键的饱和性和方向性的特点，使得共价键晶体中原子的配位数要比离子型晶体和金属型晶体的小。常见结构：典型的共价晶体有金刚石(单质型)、石墨、Ge、Si、ZnS(AB型)和SiO2。金刚石为复杂的面心立方点阵，看见每个阵点上有两个原子，原子间最近距离为每个原子被4个邻近原子所包围，临近原子组成一个四面体。该原子位于四面体中心，配位数为4。满足8－N规律。金刚石结构中心原子三角(菱方系结构)A7结构正方系结构三斜系结构A8其它类型结构二、合金中的相结构固溶体金属

6、间化合物主体金属金属元素非金属元素制备新型合金添加添加新型合金中的合金相固溶体：晶体结构与其某一组元相同的相。溶剂-溶质。中间相(金属化合物)：组成原子有固定比例，其结构与组成组元均不相同的相。共析钢片状珠光体Mg中添加Nd形成的Al11Nd3金属间化合物相共析钢球化退火相的分类结构基本特征：（1）在原子尺度上是相互混合的。（2）不破坏主晶相原有的晶体结构，但晶胞参数可能有少许改变，基本保持了主晶相的特性。(一)、固溶体晶体生长过程中溶液或熔体析晶金属冶炼烧结如:Al2O3晶体中溶入一定量Cr2O3

7、生成红宝石，可以用作饰品及激光器少量锌溶解于铜中生成黄铜产生固溶体的过程固溶体中由于杂质质点占据正常格点位置或者占据间隙位置，破坏了基本晶体质点排列的有序性，引起了晶体内周期性势场的畸变，故也属于点缺陷的范畴固溶体特点采用固溶体原理来制备或开发各种新的材料，满足科技的发展对材料性能提出的特殊性要求。固溶体的意义按溶质原子位置不同1、固溶体的分类置换固溶体间隙固溶体如陶瓷材料中的MgO-CoO、MgO-CaO、PbTiO3-PbZrO3、Al2O3-Cr2O3Cu-Zn系和固溶体在合金中较为常见

8、，的是金属和H、B、C、N等元素形成的固溶体按固溶浓度不同无限固溶体有限固溶体溶质和溶剂可以按任意比例相互固溶所生成的固溶体溶质只能以一定的溶解限度(固溶度)溶入溶剂中，低于固溶度条件下生成的固溶体是单相的，一旦溶质超出这一限度即出现第2相。按溶质原子分布不同有序固溶体无序固溶体各组元质点分别按照各自的布拉维点阵进行排列，整个固溶体就是由各组元的分点阵组成的复杂点阵，称超点阵或超结构。各组元质点分布是随机的、无规则的有序固溶体有序固溶体无序固溶体无序固溶体2、置换式固