反应堆材料第二章 金属学基础课件.ppt

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1、第二章金属学基础2.1晶体结构2.2晶体缺陷2.3热处理基础2.4材料的常见缺陷2.1晶体结构自然界存在的固态物质可分为晶体和非晶体两大类。在晶体中，组成晶体的原子、离子、分子等质点是呈规则排列的。而在非晶体中，这些质点是无规则的堆积在一起的。在反应堆中使用的金属和非金属大多是晶体。为了研究晶体中物质质点排列的规律性，将实际存在的原子、离子或原子集团等物质质点，抽象为纯粹的几何点而完全忽略它们的物质性。这样抽象出的几何点称为阵点。阵点在空间周期性的规则排列就称为空间点阵。晶体是规则排列的2.1.1空间点阵的主要特征：空间点阵的主要特征：每个阵点在空间都具有完全相同的环境，

2、如果把连接任意两个阵点矢量的始端放到第三个结点上，则此矢量的终点必定落在第四个结点上。晶胞---在空间点阵中我们可以选择一个小的平行六面体作基本单元，称为晶胞。整个空间点阵可以看作是由很多大小和形状完全相同的晶胞紧密地堆垛在一起而形成的。空间点阵选择晶胞应满足下列条件：1）晶胞的几何形状应与宏观晶体具有同样的对称性。2）平行六面体内相等的棱和角的数目应最多。3）当平行六面体的棱间存在直角时，直角数目应最多。4）在满足上述条件的前提下，晶胞应具有最小的体积。晶胞的表示方法晶胞的棱边分别用单位矢量a、b、c来表示；棱边之间的夹角分别用α（c、b间），β（a、c间），γ（a、b

3、间）来表示。参数a、b、c称为点阵常数；而a、b、c、α、β、γ称为晶胞的六个参数。根据6个点阵参数间的相互关系，可将全部空间点阵归属于7种类型(晶系)。按照"每个阵点的周围环境相同"的要求，能够反映空间点阵全部特征的单位平面六面体只有14种，称空间点阵(布拉菲点阵)。表示晶胞的六个参数2.1.2七大晶系：a.三斜晶系：a≠b≠c，α≠β≠γ≠90°b.单斜晶系：a≠b≠c，α=γ=90°≠βc.六角晶系（六方）：a=b≠c，α=β=90°，γ=120°d.三角晶系（菱方）：a=b=c，α=β=γ≠90°e.正交晶系：a≠b≠c，α=β=γ=90°f.四方晶系：a=b≠c

4、，α=β=γ=90°g.立方晶系：a=b=c，α=β=γ=90°图2.1各晶系的单位晶胞三斜晶系：a≠b≠c，α≠β≠γ≠90°b.单斜晶系：a≠b≠c，α=γ=90°≠βc.正交晶系：a≠b≠c，α=β=γ=90°d.六角晶系（六方）：a=b≠c，α=β=90°，γ=120°e.三角晶系（菱方）：a=b=c，α=β=γ≠90°四方晶系：a=b≠c，α=β=γ=90°g.立方晶系：a=b=c，α=β=γ=902.1.3晶面指数和晶向指数晶面指数是根据晶面与单位晶胞的三个座标轴相交的截距大小的倒数来确定的。确定晶面指数可按下列步骤进行：1）用轴长单位量出该面在三个晶轴的截距

5、。2）取得数值的倒数。3）求出三个倒数的比值，使其成简单倒数比。4）再把所得到的三个整数放入小括弧中，（hkl）。晶面指数并非只代表一个晶面的方位，而是代表一族平行晶面。另外，在晶体内凡晶面间距和晶面上原子的分布完全相同，只是空间位向不同的晶面可以归并为同一晶面族，以{hkl}表示。晶向指数：表示空间点阵中由原子组成的某一平行直线族中任一直线的方位。可以从这一族中选定通过原点的直线来表示。用该直线上离原点最近的原子坐标表示该直线的方位，即得到晶向指数。晶向指数常用字母uvw表示，并用方括号括起来，[uvw]。在立方晶系中，点阵中的晶向指数与相同的晶面指数的晶面相垂直。如：

6、（111）晶面族，其晶向指数是[111]相同指数的晶面与晶向互相垂直立方晶系的一些重要晶面立方晶系的一些重要晶向六方晶系的一些重要晶面六方晶系的一些重要晶向2.1.4典型的晶胞结构典型的金属晶体结构FCC，BCC，HCP典型晶胞-1（FCC）图2-2面心立方点阵典型晶胞-2（BCC）图2-3体心立方点阵典型晶胞-3（HCP）图2-4密排六方点阵面心立方体心立方密排六方晶胞原子数8ⅹ1/8+1=2晶格常数aaa,c晶胞中最小原子间距aa密排方向<110><111>致密度0.740.680.74配位数12812Ag，Cu，Al，AuCr，Fe，WMg，Zr，BeFCC结构间隙

7、BCC结构的间隙HCP结构间隙2.2晶体缺陷实际金属的晶体结构是有缺陷的。缺陷形成的原因很多，金属在凝固、冷加工、热加工、形变、辐照、再结晶、同素异构转变中等都可以使原子排列的规律性在局部区域遭到破坏，产生晶体缺陷。1点缺陷空位－当原子受到热震动、辐照、形变等，阵点原子获得能量离开平衡位置而产生一种点缺陷。间隙原子－若该离位原子迁移到晶格间的空隙处，并停留在那儿，成为一个间隙原子，那麽就成为了另一种点缺陷。若该离位原子迁移到金属表面，则称该缺陷为肖脱基（Schottky）缺陷。若该原子留在间隙中，形成空位-间隙对，则称该缺陷为