典型金属晶体结构的钢球堆垛模型分析实验报告.doc

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1、典型金属晶体结构的钢球堆垛模型分析实验报告1）熟悉面心立方、体心立方和密排六方晶体结构中常用晶面、晶向的几何位置、原子排列和密度；2）熟悉三种晶体结构中的四面体间隙和八面体间隙的位置和分布；3）熟悉面心立方和密排六方晶体结构中，最密排面的堆垛顺序；4）进一步练习晶面和晶向指数的确定方法。二、原理概述1、晶体原子、分子或它们的集团，按一定规则呈周期性重复排列，即构成晶体。自然界中迈80种金属元素，其中大多数属于面心立方、体心立方和窑排六方三种典型晶阵结构。其结构特点如图4-1所示。2、晶面同处于一个平面中的原子构成晶面。任一

2、晶面指数表示晶体中险乎平行的所有晶面。不同指数的晶面空间方位、原子排列方式和原子面密度不同。立方晶体结构中常用晶面的方位和原子排列如图4-2所示。3、晶向晶体中任一原子列均构成一晶向。任一晶向指数代表晶体中险乎平行并同向的所有原子列。不同指数的晶向有不同的空间方位和原子问距。面心立方和体心立方晶体的最密排晶向如图4-3所示。4、面心立方和密排六方晶体结构最密排面的堆垛顺序面心立方和密排六方晶体结构均为等径原子最密排结构，二者致密度均为0.74，配位数均为12，它们的区别在于最密排面的堆垛顺序不同。面心立方晶你的最密排面{1

3、11}按ABCABC……顺序堆垛，而密徘六方晶体的最密排面{0001}按ABABAB……顺序堆垛。A、B、C均表示堆垛时原子所占据的相应位置，如图4-4所示。5、晶体中间隙的意义、位置、大小和数量从原子排列刚球模型可见，除最近邻原子外，球间都有空隙，就是这些空隙构成了晶体中的间隙（又称空腔）。尺寸较大的间隙，因具备溶入其它小原子的可能而被人们所重视。按周围原子的分布可将间隙分为两种，即四面体间隙和八面体间隙。其位置如图4-5至图4-7所示。间隙的大小和数量如表4-1所示。表4-1间隙的大小和数量晶体结构间隙大小数量/每个晶

4、胞面心立方八面体间隙rB=0。414rA4四面体间隙rB=0。225rA8体心立方八面体间隙rB=0。0。155rA6四面体间隙rB=0。0。291rA12密排六方八面体间隙rB=0。414rA6四面体间隙rB=0。0。225rA12注：rB为间隙半径，rA为原子半径。6、晶面上原子面密度的计算晶面上原子排列的紧密程度可以用h表示。即h＝S／S0式中，S为晶面上所有原子所占面积之和、S0为晶面的总面积，三、实验内容1）把钢球作为金属原子，堆垛出面心立方和体心立方晶体的（100）、（110）、（l11）和（112）晶面。2）

5、在已堆出的上述晶面上，至少确定三个不同方位原子列的晶向指数。3）用钢球按最密排面堆垛的顺序堆垛出面心立方和密排六方晶体结构。4）借助模型，找出三种晶体结构中两种间隙的位置。四、材料及设备1）有机玻璃盒或玻璃盒、涂有凡士林油的钢球或乒乓球、医用镊子，每人一套。2）晶体结构模型。五、实验步骤1）用镊子将球一个一个放入盒内，堆垛出面心立方和体心立方晶体的（l00）、（110）、（111）和（112）晶面；2）逐个分析上述所堆晶面上原子的分布特征，如实画出原子分布3）在上述平面图上，至少标出三个不同方位的晶向指数；4）参照图4-4

6、，用球堆垛出密排六方和面心立方晶体结构；5）借助晶体结构模型和4）分析间隙位置。六、实验报告要求1）实验目的；2）画出面心立方和体心立方晶体结构的（110）、（110）、（111）和（112）晶面的原子分布图；3）上述每个图中至少标出三个不同方位的晶向；4）求出上述各晶面的原子面密度；5）指出三种晶体结构的最密排晶面和最密排晶向。