材料科学导论-第二章ppt课件.ppt

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1、第二章金属及合金相的晶体结构§2.1晶体结构的几何特性(1)配位数（coordinationnumber,CN）一个原子周围的最近邻原子数对纯元素晶体，最近邻原子与考察原子的距离相等对多元素晶体，最近邻原子与考察原子的距离不一定相等(2)晶胞内的原子数n可由晶格图直接读出，但要注意：角、棱、面上的原子为几个相邻晶胞所共有。对立方晶系：顶角原子为八个晶胞所共有棱边原子为四个晶胞所共有表面原子为两个晶胞所共有对六方晶系：顶角原子为六个晶胞所共有棱边原子为三个晶胞所共有表面原子为两个晶胞所共有（3）堆积因子（packingf

2、actor）又叫致密度、堆垛密度、紧密系数等式中V为原子体积V0为晶胞体积一般假设原子为半径r的刚球，最近邻原子是相切的（刚球密排模型）例：对一般立方晶格，晶胞长度为2r，原子个数为1,则有(4)间隙（interstice）位于晶格中可容纳其他原子的格点对晶体性能影响很大§2.2金属中常见的晶体结构1、面心立方（Face-centeredcubic,FCC）(A1,cF4)CN=12;=0.74基元为单个原子如-Fe,Al,Cu,Ni,Pb,Au,Ag,Pt等2、体心立方（Body-centeredcubic,B

3、CC）(A2,cI2)CN=8;=0.68基元为单个原子如-Fe,Cr,W,Mo,V,Nb,-Ti,-Zr等3、密排六方（Hexagonalclose-packed,HCP）(A3,hp2)CN=12;=0.74基元为2个原子如Be,-Ti,-Zr,Mg,Zn,Cd等§2.2密堆积结构中原子的堆积方式二维密排原子面中，每个小球与六个球相切，每个球附近有6个间隙，可分为B,C两类；如图2.8所示每个间隙附近有三个球如第二排原子正好对准B或C，排成ABABABAB…则为密排六方结构如第一排为A，第二排为B，第

4、三排为C，第四排为A，形成ABCABCABC….则为面心立方结构§2.3晶体结构中的间隙一、间隙的种类有三面体、四面体、五面体、八面体、十二面体、二十面体等在BCC,FCC,HCP中，以四面体、八面体为主二、间隙的密度每个四面体间隙有4个原子，每个原子周围有8个四面体间隙；每个八面体间隙有6个原子，每个原子周围有6个四面体间隙；三、BCC,FCC,HCP的间隙BCC:八面体间隙6个(略受压缩的八面体)四面体间隙12个（非正四面体）FCC:八面体间隙4个四面体间隙8个HCP:八面体间隙6个四面体间隙12个§2.4同素异构

5、性同素异构性—元素在温度或压力发生改变时具有不同结构的特性金属元素中，有37种元素具有同素异构性通常在金属符号前加以，，….等表示，如-Fe，-Ti，-Fe等Fe:<912CBCC,-Fe912C~1394CFCC,-Fe1394C~BCC,-Fe同素异构转变时，原子间距与晶胞体积会有一个突变Sn:<13.2C,-Sn(A4,cF8)金刚石结构灰锡>13.2C,-Sn(A5,tI4)体心四方结构白锡二者转变时，晶胞体积变化26%，会使灰锡裂开§2.5金属晶体中原子的大小一般认为原子半径

6、r与最近邻原子间距S0有关系但原子间距会随CN的增加而增加Goldschmidt于1928年提出：将CN=12看成标准密堆积，对其他CN值进行修正CN46810121416%12431.40-1.2-2.2Goldschmidt法只适用于简单结构的元素为消除CN对原子大小的影响，常用原子体积（）参数：一般变化较小§2.6合金相的分类相（Phase）—在任一给定的物质系统中，具有相同化学成分、相同原子聚集状态、相同物理化学性质的均匀连续的组成部分相与相之间有界面分开固体材料可以是单相，如纯金属、聚乙烯等也可以是多相，

7、如钢=-Fe+Fe3陶瓷=晶体相+玻璃相+气相置换固溶体固溶体间隙固溶体合金相价化合物中间相电子相拓扑密堆积相（TCP相）§2.7固溶体(SolidSolution)固溶体—固态下溶质（solute）溶解在溶剂（solvent）中形成的新相固溶体具有溶剂组元的点阵类型溶质原子在溶剂中的最大含量（极限溶解度）称为固溶度（SolidSolubility）一、固溶体的分类按原子占位分类：置换固溶体间隙固溶体按溶解度分类：无限固溶体有限固溶体按秩序分类：无序固溶体有序固溶体二、置换固溶体（SubstitutionalSoli

8、dSolution）置换固溶体—溶质原子占据溶剂原子的格位不少金属间可以形成置换固溶体，但固溶度相差很大主要原因：原子尺寸、结构因素、电负性、电子浓度等对置换固溶体的固溶度影响很大。1、原子尺寸相差越小越易形成置换固溶体2、结构因素结构相同可形成无限固溶体同种原子在面心立方结构中的溶解度大于在体心立方中的溶解度3、电负性电负性相差