无机材料科学基础22元素晶体的常见晶体结构 ppt课件.ppt

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1、上一讲主要内容回顾1晶体与非晶体2质点、结点、晶胞、点阵等概念3晶体的对称性元素4晶向指数与晶面指数5晶面间距（重点是立方晶系）2.2元素晶体的常见晶体结构一、典型金属的晶体结构二、非金属的晶体结构三、多晶型性一、典型金属的晶体结构金属的通过失去价电子的离子实与运动于所有离子实之间的非局域电子间形成的金属键而结合成的固体。为了使体系的能量达到最低，晶态金属的离子实在空间往往具有最紧密堆积结构，形成面心立方、体心立方和密排六方等晶体结构。体心立方面心立方密排六方常见金属晶体的结构面心立方（A1）face-centredc

2、ubiclattice→fcc体心立方（A2）body-centredcubiclattice→bcc密排六方（A3）hexagonalclose-packedlattice→hcp面心立方（face-centeredcubic，fcc）面心立方晶胞示意图（a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图体心立方（body-centeredcubic，bcc）体心立方晶胞示意图（a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图密排六方（hexagonalclose-packed，hcp）密排六方晶胞示意图（

3、a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图体心立方面心立方密排六方1.晶胞中原子数每个晶胞所含有的原子数（N）可用下式计算：N=Ni+Nf/2+Nr/mNi,Nf,Nr分别表示位于晶胞内部，面心和角顶上的原子数，m为晶胞类型参数，立方晶系m=8，六方晶系m=6.Cu型常见面心立方的金属有Au、Ag、Cu、Al、-Fe等，晶格结构中原子坐标分别为[0,0,0],[0,1/2,1/2]，[1/2,0,1/2]，[1/2,1/2,0]。晶胞中所含原子数为4。W型常见体心立方的金属有-Fe、K、W、V、Mo等，

4、晶格中原子坐标为[0,0,0]，[1/2,1/2,1/2]。晶胞中原子数为：Mg型Zn、Mg、Li等是常见的密排六方结构的金属，原子分布除了简单六方点阵的每个阵点[0,0,0]上有原子外，在六方棱柱体内还有3个原子。如用平行六面体坐标表示，其坐标为[1/3,2/3,1/2]或[2/3,1/3,1/2]。在六方柱晶胞中，顶点的每个原子为6个晶胞所共有，上下底面中心的原子为2个晶胞所共有，所以六方柱晶胞所包含的原子数为：体心立方面心立方密排六方2.原子半径与点阵常数的关系晶胞中棱边长度a,b,c称为点阵常数。如把原子看作半

5、径为r的刚性球，则可据几何关系求出点阵常数与r之间的关系。配位数和致密度定量地表示原子排列的紧密程度。配位数（coordinationnumber，CN）：晶体结构中任一原子周围最近且等距离的原子数。致密度（K）：晶胞中原子所占的体积分数，式中，n为晶胞原子数，v原子体积，V晶胞体积。3.配位数与致密度面心立方配位数为12体心立方配位数为8密排六方配位数为120.74126密排六方0.74124面心立方0.6882体心立方致密度配位数原子数原子半径小结：思考题试计算体心立方铁受热而变为面心立方铁时出现的体积变化。在转变

6、温度下,体心立方铁的点阵参数是2.863Å，而面心立方铁的点阵参数是3.591Å。这表明铁在加热时出现收缩。面心立方和密排六方结构的致密度均为0.74，是纯金属中最密集的结构面心立方与密排六方虽然晶体结构不同，但配位数与致密度却相同，为搞清其原因，必须研究晶体中原子的堆垛方式面心立方与密排六方的最密排面原子排列情况完全相同，但堆垛方式不一样4.晶体中原子的堆垛方式等径球最紧密堆积时，在平面上每个球与6个球相接触，形成第一层（球心位置标记为A。此时，每3个彼此相接触的球体之间形成1个弧线三角形空隙，每个球周围有6个弧线三

7、角形空隙，其中3个空隙的尖角指向图的下方（其中心位置标记为B），另外3个空隙的尖角指向图的上方（其中心位置标记为C），这两种空隙相间分布。等径球体在平面上的最紧密堆积AAAAAAAAAAAAAAAAAAABC面心立方最紧密堆积和六方最紧密堆积球体在空间的堆积是按照ABAB……的层序来堆积。这样的堆积中可以取出一个六方晶胞，称为六方最紧密堆积（A3型）。另一种堆积方式是按照ABCABC……的堆积方式。这样的堆积中可以取出一个面心立方晶胞，称为面心立方最紧密堆积。面心立方堆积中，ABCABC……重复层面平行于（111）晶面

8、（A1型）。两种最紧密堆积中，每个球体周围同种球体的个数均为12。123456123456123456ABC面心立方最紧密堆积ABCAABC面心立方最紧密堆积ABCABC……,即每三层重复一次123456面心立方最紧密堆积BCA密排面面心立方晶胞——面心立方最紧密堆积面心立方最紧密堆积六方最紧密堆积123456ABAB……的层序堆