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1、工程材料 机械制造基础-Ⅰ第二章金属的晶体结构机电工程学院金工学部王志海第二章金属的晶体结构CrystalStructureofMetal晶体结构的基础知识实际金属的体结构与晶体缺陷第一节晶体结构的基础知识一.晶体与非晶体的基本概念1.晶体(crystal)的基本概念:物体内部的原子(或分子)在三维空间中,按一定规律作周期性排列的固体。晶体物质所具有的性质:固定的熔点;各向异性等。例如,所有的金属、食盐等。2.非晶体(non-crystal)的基本概念:物体内部的原子呈散乱分布,其物理和力学性能各向同性。例如,普通玻璃、松香等。金属的结构晶态非晶态SiO2的
2、结构非晶态晶态二.晶体学(crystallography)的基本知识1.晶格(crystallattice):用以描述晶体中原子排列规律的空间点阵格架。2.晶胞(unitcell):能完全反映晶格特 征的最小几何单元。3.晶格常数(latticeconstant):cXZYOαβγba4.晶系与布拉菲点阵1855年,法国学者布拉维(Bravais)用数学方法证明了空间点阵共有且只能有十四种,并归纳为七个晶系:4.晶系与布拉菲点阵1855年,法国学者布拉维(Bravais)用数学方法证明了空间点阵共有且只能有十四种,并归纳为七个晶系:1).三斜晶系a=b=c,
3、α=β=γ=90°;2).单斜晶系a=b=c,α=γ=90°=β;3).正交晶系a=b=c,α=β=γ=90°;4).六方晶系a=b=c,α=β=90°,γ=120°;5).菱方晶系a=b=c,α=β=γ=90°;6).正方晶系a=b=c,α=β=γ=90°;7).立方晶系a=b=c,α=β=γ=90°;布拉菲空间点阵晶胞5.晶面(crystalface):在晶格中由一系 列原子所构成的平面称为晶面。6.晶面指数(indicesofcrystallographic plane):用密勒(Miller)指数对晶格中 某一晶面进行标定。使用方法:设置坐标;求截距
4、;取倒数。7.晶向(crystaldirection):在晶格中,任 意两原子之间的连线所指的方向。8.晶向指数:用密勒(Miller)指数对晶格 中某一原子排列在空间的位向进行标 定。使用方法:设置坐标;求截距;取最小整数。三.常见的三种晶体结构1.体心立方晶格(body-centercubiclattice)*晶胞中的原子数:n=8×1／8＋1=2个*晶胞的特征参数:a=b=c,α=β=γ=90°;*原子的体积:v=4πR3／3*致密度:K=nV原子／V晶体=0.68=68%*配位数(N)是指晶格中与任一原子处于相等距离并相距最近的原子数目。*原子的半径
5、:R=√3×a／4N=8(原子间的最近距离d=√3×a／2)属于体心立方晶格的金属有:钠(Na);钾(K);铬(Cr);钼(Mo);钨(W);钒(V);钽(Ta);铌(Nb);α-铁(α-Fe)等。2.面心立方晶格(face-centercubiclattice)*晶胞中的原子数:n=8×1/8+6×1/2=4个*晶胞的特征参数:a=b=c,α=β=γ=90°;*原子的体积:v=4πR3／3*致密度:K=nV原子／V晶体=0.74=74%*配位数(N)是指晶格中与任一原子处于相等距离并相距最近的原子数目。*原子的半径:R=√2×a／4N=12(原子间的最近距
6、离d=√2×a／2)属于面心立方晶格的金属有:金(Au);银(Ag);铜(Cu);铝(Al);镍(Ni);铂(Pt);铅(Pb);γ-铁(γ-Fe)等。3.密排六方晶格(c/a=1.633) (close-packedhexagonallattice)*晶胞中的原子数:n=12×1/6+2×1/2+3=6个*晶胞的特征参数:*原子的体积:v=4πR3／3*致密度:K=nV原子／V晶体=0.74=74%*配位数(N)是指晶格中与任一原子处于相等距离并相距最近的原子数目。*原子的半径:R=a/2N=12(原子间的最近距离d=a)a=b=c,α=β=90°,γ=1
7、20°;属于密排六方晶格的金属有:镁(Mg);锌(Zn);镉(Cd);α–钛(α–Ti);铍(Be)等。四.纯金属的晶体结构与特性1.金属键---金属原子间的结合键。2.金属键的基本特点是电子公有化。3.电子气---当金属原子结合成晶体时,价电子不再被束缚在各个原子上,而是在整个晶体内运动,从而形成电子气。4.金属晶体---失去价电子的金属正离子与组成电子气的自由电子之间产生的静电引力使金属原子结合在一起,从而形成了金属晶体。第二节实际金属的体结构 与晶体缺陷一.单晶体与多晶体的基本概念1.单晶体(singlecrystal)的特征:*晶体由一个晶格排列方位
8、完全一致的晶粒组成。*晶体具有各向异性(aeolot
