一章纯金属的晶体结构ppt课件复习过程.ppt

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1、一章纯金属的晶体结构ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 材料科学发展的里程碑材料科学发展的里程碑 燧石（燧石（神奇的石头）神奇的石头）这种容易制成工具的这种容易制成工具的石头，开始了制陶业石头，开始了制陶业的发展。的发展。（一）石器时代：（一）石器时代：绪绪 论论 材料的发展与人类社会的发展紧密联系材料的发展与人类社会的发展紧密联系-一、材料科学的重要地位：一、材料科学的重要地位：第第2页页铜的熔炼和锤击铜的熔炼和锤击改变了铜的性能改变了铜

2、的性能-材料开始发展。材料开始发展。最早的模铸件最早的模铸件-一个铜制杖头一个铜制杖头 天然金与铜被用作天然金与铜被用作工具与武器，开始工具与武器，开始了人类金属的使用。了人类金属的使用。（二）公元前（二）公元前30003000年为青铜器时代：年为青铜器时代：金属的使用标志着社会生产力的发展，人类开始逐渐进金属的使用标志着社会生产力的发展，人类开始逐渐进人文明的社会。人文明的社会。第第3页页青铜的使用青铜的使用 制造合金制造合金青铜青铜:第一种合金第一种合金 Cu-Sn Cu-Sn 铁的发现铁的发现这是最早制造这是最早制造的铁制车轮的铁制车轮 这张埃及古墓壁画是这张埃及古墓壁画是人类冶金业的最

3、早纪人类冶金业的最早纪录之一。录之一。（三）公元前（三）公元前10001000年年 为铁器时代：为铁器时代：第第4页页Henry Bessemer 炼铁的需要促使了鼓炼铁的需要促使了鼓风机与熔炉的发明风机与熔炉的发明 廉价的冶铁业廉价的冶铁业 电化学方法冶炼电化学方法冶炼铝铝-使铝成为一种使铝成为一种常用金属。使钢铁常用金属。使钢铁制品信能大大改观制品信能大大改观而成本也降低不少。而成本也降低不少。第第5页页到到到到18181818世纪钢时代的来临，引起世界范围的工业革命，因世纪钢时代的来临，引起世界范围的工业革命，因世纪钢时代的来临，引起世界范围的工业革命，因世纪钢时代的来临，引起世界范围的

4、工业革命，因而产生了若干经济发达的强国。而产生了若干经济发达的强国。而产生了若干经济发达的强国。而产生了若干经济发达的强国。（四）公元（四）公元0年为水泥时代：年为水泥时代：（五）（五）1800年为钢铁时代年为钢铁时代：（六）（六）1950年为硅时代：年为硅时代：继钢时代之后，继钢时代之后，继钢时代之后，继钢时代之后，1950195019501950年开始了硅时代，这是信息技术革年开始了硅时代，这是信息技术革年开始了硅时代，这是信息技术革年开始了硅时代，这是信息技术革命的时代，对当今世界产生了深远的影响。在钢时代和命的时代，对当今世界产生了深远的影响。在钢时代和命的时代，对当今世界产生了深远的

5、影响。在钢时代和命的时代，对当今世界产生了深远的影响。在钢时代和硅时代中，人们强烈地认识到材料科学对社会发展与进硅时代中，人们强烈地认识到材料科学对社会发展与进硅时代中，人们强烈地认识到材料科学对社会发展与进硅时代中，人们强烈地认识到材料科学对社会发展与进步的作用。无论是专门从事研究材料的科技人员，还是步的作用。无论是专门从事研究材料的科技人员，还是步的作用。无论是专门从事研究材料的科技人员，还是步的作用。无论是专门从事研究材料的科技人员，还是经济学家、财政金融的银行家、企业界的巨头，直到经经济学家、财政金融的银行家、企业界的巨头，直到经经济学家、财政金融的银行家、企业界的巨头，直到经经济学家

6、、财政金融的银行家、企业界的巨头，直到经济决策人的国家领导阶层，都密切注意材料研究的动向济决策人的国家领导阶层，都密切注意材料研究的动向济决策人的国家领导阶层，都密切注意材料研究的动向济决策人的国家领导阶层，都密切注意材料研究的动向和发展趋势，以便及时把握住时机，作出正确判断与决和发展趋势，以便及时把握住时机，作出正确判断与决和发展趋势，以便及时把握住时机，作出正确判断与决和发展趋势，以便及时把握住时机，作出正确判断与决策，以使在世界经济发展的竞争中占有一席之地策，以使在世界经济发展的竞争中占有一席之地策，以使在世界经济发展的竞争中占有一席之地策，以使在世界经济发展的竞争中占有一席之地。第第6

7、页页制作越来越小的硅芯片制作越来越小的硅芯片 半导体材料的发展半导体材料的发展新材料时代，这一时代的特征是新材料时代，这一时代的特征是新材料时代，这一时代的特征是新材料时代，这一时代的特征是:不像以前的各个材料不像以前的各个材料不像以前的各个材料不像以前的各个材料时代，它是一个由多种材料决定社会和经济发展的时代时代，它是一个由多种材料决定社会和经济发展的时代时代，它是一个由多种材料决定社会和经济发展的时代时代，它是一个由多种材料决定社会和经济发展的时代;新材料以人造为特征新材料以人造为特征新材料以人造为特征新材料以人造为特征，而不是在自然界中有现成的，而不是在自然界中有现成的，而不是在自然界中

8、有现成的，而不是在自然界中有现成的 。（七）（七）1990年至今为新材料时代：年至今为新材料时代：第第7页页高温合金的高温合金的发展，掺镍合发展，掺镍合金促进了喷气金促进了喷气发动机的发展发动机的发展高温超导体，高温高温超导体，高温超导的革命时代。超导的革命时代。尼龙的商业发展是高尼龙的商业发展是高分子材料发展的关键分子材料发展的关键时期时期 第第8页页新材料是根据我们对材料的物理和化学性能的了解，为新材料是根据我们对材料的物理和化学性能的了解，为了特定的需要设计和加工而成的。这些新材料使新技术了特定的需要设计和加工而成的。这些新材料使新技术得以产生和应用，而新技术又促进了新工业的出现和发得以

9、产生和应用，而新技术又促进了新工业的出现和发展，从而使国家财富和就业的增加。展，从而使国家财富和就业的增加。工程材料按属性可分为三类工程材料按属性可分为三类:金属材料、陶瓷材料和高分金属材料、陶瓷材料和高分子材料子材料。也可由此三类相互组合而成。也可由此三类相互组合而成复合材料复合材料。按使用。按使用性能分类，则可分为主要利用其力学性能的性能分类，则可分为主要利用其力学性能的结构材料结构材料和和主要利用其物理性能的主要利用其物理性能的功能材料功能材料。金属材料金属材料用量大，仅用量大，仅钢材全球每年就需求钢材全球每年就需求8亿多吨亿多吨;后者用量虽小得多，但对后者用量虽小得多，但对社会文明的进

10、步起了重大作用。社会文明的进步起了重大作用。二、各种材料概况二、各种材料概况第第9页页（一）金属材料（一）金属材料 这是目前用量最大使用最广的材料。在金属材料中这是目前用量最大使用最广的材料。在金属材料中包括两大类型包括两大类型:黑色金属黑色金属和和有色金属有色金属。有色金属主要包。有色金属主要包括铝合金、钛合金、铜合金、镍合金等。括铝合金、钛合金、铜合金、镍合金等。在机械制造业在机械制造业(如农业机械、电工设备、化工和纺如农业机械、电工设备、化工和纺织机械等织机械等)中，钢铁材料占中，钢铁材料占90%左右，有色金属约占左右，有色金属约占5%。在汽车制造业中，有色金属与塑料的比例稍多些，。在汽

11、车制造业中，有色金属与塑料的比例稍多些，例如，例如，1985年美国福特汽车公司的数据为年美国福特汽车公司的数据为:钢铁占钢铁占72%，铝合金占，铝合金占53%，塑料占，塑料占85%，这几种材料近年来在，这几种材料近年来在汽车中的比例大致如图所示。汽车中的比例大致如图所示。第第10页页据统计，据统计，1994年我年我国钢产量国钢产量9261万万t，其中合金钢其中合金钢566万万t，占钢生产的，占钢生产的61%，即使这样，即使这样，我国特殊钢的消耗我国特殊钢的消耗量仍不能满足要量仍不能满足要求，近几年每年要耗费求，近几年每年要耗费89亿美元进口合金钢材，而其亿美元进口合金钢材，而其中不锈钢板的费用

12、就约占中不锈钢板的费用就约占50%。特别是我国明确提出。特别是我国明确提出要加速发展汽车工业，到要加速发展汽车工业，到2010年，将与钢铁、石油、年，将与钢铁、石油、化工和建筑工业一样形成国民经济的支柱产业。化工和建筑工业一样形成国民经济的支柱产业。1994年我国汽车产量为年我国汽车产量为138万辆，计划到万辆，计划到2010年产量将达到年产量将达到600万辆万辆 。第第11页页 （二）陶瓷材料（二）陶瓷材料 传统的陶瓷材料是由粘土、石英、长石等成分组成，传统的陶瓷材料是由粘土、石英、长石等成分组成，主要作为建筑材料使用。而新型的结构陶瓷材料，其化主要作为建筑材料使用。而新型的结构陶瓷材料，其

13、化学组成和制造工艺都大不相同，其成分主要是学组成和制造工艺都大不相同，其成分主要是Al2O3、SiC、Si2N4等。等。1）优点）优点:重量轻重量轻;压缩强度可以和金属相比甚至超过金属；压缩强度可以和金属相比甚至超过金属；熔点高，耐高温；熔点高，耐高温；耐磨性能好，硬度高；耐磨性能好，硬度高；化学稳定性高，耐蚀性能好；化学稳定性高，耐蚀性能好；是电与热的绝缘材料。是电与热的绝缘材料。2）缺点（严重）：）缺点（严重）：脆性大脆性大;不易加工成型。不易加工成型。第第12页页（三）（三）高分子材料高分子材料（四）（四）复合材料复合材料 金属、陶瓷自身都各有其优点和缺点，如把两种金属、陶瓷自身都各有其

14、优点和缺点，如把两种材料结合在一起，发挥各自的长处，又可在一定程度材料结合在一起，发挥各自的长处，又可在一定程度上克服了它们固有的弱点，这就产生了复合材料。现上克服了它们固有的弱点，这就产生了复合材料。现在的复合材料可分为三大类型在的复合材料可分为三大类型:（1）塑料基的复合材料；）塑料基的复合材料；（2）金属基复合材料；）金属基复合材料；（3）陶瓷基复合材料。）陶瓷基复合材料。商业上用得最多的是塑料基复合材料，而陶瓷基复合商业上用得最多的是塑料基复合材料，而陶瓷基复合材料和金属基复合材料还处在开发阶段。材料和金属基复合材料还处在开发阶段。高分子材料又称为聚合物，按用途可分为三类高分子材料又称

15、为聚合物，按用途可分为三类:（1）塑料；（）塑料；（2）合成纤维；（）合成纤维；（3）橡胶。）橡胶。第第13页页（五）电子材料、光电子材料和超导材料（从略）（五）电子材料、光电子材料和超导材料（从略）“陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料”是在金属表面喷涂一层陶瓷涂层从是在金属表面喷涂一层陶瓷涂层从而形成而形成“金属金属/陶瓷复合涂层陶瓷复合涂层”，用以改善陶瓷涂层的脆，用以改善陶瓷涂层的脆性。此种工艺就是获得性。此种工艺就是获得“纳米复合陶瓷涂层纳米复合陶瓷涂层”。此途径。此途径就是通过制备具有纳米尺度的晶粒的途径，使陶瓷材料就是通过制备具有纳米尺度的晶粒的途径，使陶瓷材料得到韧化，以改变陶瓷涂层的

16、脆性，提高涂层的致密性得到韧化，以改变陶瓷涂层的脆性，提高涂层的致密性和涂层与基体的结合强度。从而使其具有金属和涂层与基体的结合强度。从而使其具有金属/陶瓷复合陶瓷复合性能。性能。第第14页页 三、材料性能与内部结构的关系三、材料性能与内部结构的关系金属具有较高的强度和硬度、良好的塑性和韧金属具有较高的强度和硬度、良好的塑性和韧性、导电性和导热性等；陶瓷材料有高的硬度性、导电性和导热性等；陶瓷材料有高的硬度但是很脆，可作绝缘材料；高分子材料的弹性但是很脆，可作绝缘材料；高分子材料的弹性模量、强度、塑性都很低。模量、强度、塑性都很低。性能的不同是由于其内部结构的不同。材料性能的不同是由于其内部结

17、构的不同。材料的内部结构包括：的内部结构包括：原子结构、结合键、原子原子结构、结合键、原子的排列方式以及显微组织。的排列方式以及显微组织。第第15页页 材料科学基础材料科学基础是材料学科本科生重要是材料学科本科生重要的专业基础课，本学科从材料的的专业基础课，本学科从材料的内部结构内部结构探讨其探讨其性质性质与与行为行为，揭示材料，揭示材料结构结构与与性能性能的的内在联系及规律，为认识和改造材料的性能内在联系及规律，为认识和改造材料的性能提供必备的基础知识。提供必备的基础知识。我们所讲述的我们所讲述的材料科学基础材料科学基础课程主课程主要采用多媒体教学与板书教学、电化教学与课要采用多媒体教学与板

18、书教学、电化教学与课堂教学，课堂讨论课教学与习题课教学、单个堂教学，课堂讨论课教学与习题课教学、单个试验与综合教学试验相结合的教学方法，以讲试验与综合教学试验相结合的教学方法，以讲述述金属材料金属材料为主讲课程。为主讲课程。四四.主要讲述以下内容：主要讲述以下内容：第第16页页 材材 料料 科科 学学 基基 础础结构线结构线纯纯金金属属的的晶晶体体结结构构固固态态合合金金的的相相结结构构晶晶体体缺缺陷陷、固固态态扩扩散散金金属属塑塑性性变变形形与与再再结结晶晶凝固线凝固线纯纯金金属属的的凝凝固固二二元元合合金金相相图图铸铸件件与与铸铸锭锭的的凝凝固固铁铁碳碳合合金金相相图图三三元元合合金金相相

19、图图第第17页页微观多、宏观少、抽象、难懂、定性多、定量微观多、宏观少、抽象、难懂、定性多、定量少、概念多、涉及基础理论多（物理、化学、少、概念多、涉及基础理论多（物理、化学、物理化学、理力、材力等学科）。物理化学、理力、材力等学科）。从生产角度讲：掌握影响材料的从生产角度讲：掌握影响材料的性能性能的规律；的规律；从教学角度讲：为后续专业课大好理论基础。从教学角度讲：为后续专业课大好理论基础。六六.学习的目的及意义学习的目的及意义 五五.本门学科的特点本门学科的特点第第18页页金属学与热处理金属学与热处理哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 崔忠圻主编崔忠圻主编金属学金属学上海交通大学上海交通大学 胡

20、赓祥、钱苗根主编胡赓祥、钱苗根主编金属学基础金属学基础华东冶金学院华东冶金学院包永千主编包永千主编材料科学基础材料科学基础西安交通大学西安交通大学 石德珂主编等书石德珂主编等书 七七.主要教学参考书主要教学参考书第第18页页第第13页页材料科学基础材料科学基础第一章第一章纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构返回第一节晶体学基础第二节典型金属的晶体结构第第20页页材料科学基础第一节第一节 晶体学基础晶体学基础一一.金属原子结合和金属键金属原子结合和金属键二二.晶体与非晶体晶体与非晶体三三.空间点阵、晶格与晶胞空间点阵、晶格与晶胞四四.晶体结构与空间点阵晶体结构与空间点阵五五.布拉非点阵及晶系布拉非点

21、阵及晶系 六六.晶向指数与晶面指数晶向指数与晶面指数第第21页页 第一节第一节第第一一章章晶晶体体学学基基础础一一.金属原子结合和金属键金属原子结合和金属键（一）双原子作用模型（一）双原子作用模型（二）金属键（二）金属键 第第22页页 第一节第一节第第2323页页（一）双原子作用模型双原子作用模型-原子间作用力原子间作用力依据泡利不相容原理，当两个原子相互接近时电子云将依据泡利不相容原理，当两个原子相互接近时电子云将产生重叠，电子动能增加，总能量升高，为使系统总能产生重叠，电子动能增加，总能量升高，为使系统总能量降低从而产生电子间量降低从而产生电子间斥力斥力-为短程力。为短程力。相互作用力相互

22、作用力相互作用力相互作用力当两原子相距无限远时即当两原子相距无限远时即当两原子相距无限远时即当两原子相距无限远时即rr时，时，时，时，原子间作用力原子间作用力原子间作用力原子间作用力f f总总总总=0=0，当两原子相互，当两原子相互，当两原子相互，当两原子相互靠近时靠近时靠近时靠近时吸引力（长程力吸引力（长程力吸引力（长程力吸引力（长程力）首先增大）首先增大）首先增大）首先增大且随且随且随且随r r减小减小减小减小f f吸吸吸吸：(1)(1)当当当当r rr r0 0时，时，时，时，f f吸吸吸吸 f f斥斥斥斥;(2)(2)当当当当r rr f f吸吸吸吸;(3)(3)当当当当r=rr=r0

23、 0时，时，时，时，f f斥斥斥斥=f f吸吸吸吸,合力合力合力合力f=0f=0（平衡位置）（平衡位置）（平衡位置）（平衡位置）原子间作用力及作用能结论原子间作用力及作用能结论 1.1.金属原子呈规则排列。金属原子呈规则排列。2.2.大多数金属原子趋于紧密排列或次紧密排列大多数金属原子趋于紧密排列或次紧密排列原子间作用能原子间作用能-当将两原子拉近当将两原子拉近当将两原子拉近当将两原子拉近r rr rr r0 0 都将使总能量升高，只都将使总能量升高，只都将使总能量升高，只都将使总能量升高，只有在有在有在有在r=rr=r0 0时总能量最低，即为最稳时总能量最低，即为最稳时总能量最低，即为最稳时

24、总能量最低，即为最稳定的位置。可以推广到三原子或多定的位置。可以推广到三原子或多定的位置。可以推广到三原子或多定的位置。可以推广到三原子或多原子间相互作用。原子间相互作用。原子间相互作用。原子间相互作用。相互作用能相互作用能相互作用能相互作用能第第2424页页（二）金属键（二）金属键凝聚态金属中存在大量为全体原子所公有的自由电子它凝聚态金属中存在大量为全体原子所公有的自由电子它们在正离子之间自由运动，形成所谓电子云，而正离子们在正离子之间自由运动，形成所谓电子云，而正离子则沉浸在电子气中。正离子和电子气之间产生强烈的静则沉浸在电子气中。正离子和电子气之间产生强烈的静电吸引力，正离子之间、自由电

25、子之间、正离子与自由电吸引力，正离子之间、自由电子之间、正离子与自由电子之间的相互作用使金属原子牢固的结合在一起，此电子之间的相互作用使金属原子牢固的结合在一起，此种键结合成为金属键。种键结合成为金属键。利用金属键原理可以解释金属具有高强度、高韧性及良利用金属键原理可以解释金属具有高强度、高韧性及良好塑性以及良好的导电、导热性的原因。好塑性以及良好的导电、导热性的原因。第第25页页 金属键无饱和性和无方向性金属键无饱和性和无方向性 二二.晶体与非晶体晶体与非晶体（一）晶体与非晶体的区别（一）晶体与非晶体的区别（二）晶体单晶体与多晶体（二）晶体单晶体与多晶体 晶体 非晶体 组成物质微粒 规则排列

26、 组成物质微粒无无规则排列 固定熔点 无无固定熔点 单晶体具有 各向异性 各向同性第第26页页 单晶体单晶体ABC单晶体与多晶体单晶体与多晶体第第27页页 三三.空间点阵、晶格与晶胞空间点阵、晶格与晶胞1.空间点阵空间点阵-由具有由具有相同的周围环相同的周围环 境的境的阵点构成的阵列阵点构成的阵列,且无限大。且无限大。2.晶格晶格-空间几何格架。空间几何格架。3.晶胞晶胞-晶格中最小的几何单元。晶格中最小的几何单元。规律性、对称性、周期性规律性、对称性、周期性 和直观性和直观性 晶胞参数晶胞参数-晶格常数晶格常数:a:a、b b、c c 棱间夹角棱间夹角:、第第28页页空间点阵和晶体结构的区别

27、与联系空间点阵和晶体结构的区别与联系 空空 间间 点点 阵阵 晶晶 体体 结结 构构 质点实际排列质点实际排列 的抽象的抽象 晶体中原子或分晶体中原子或分 子实际排列子实际排列 点阵中的点都点阵中的点都 具有相同的周具有相同的周 围环境围环境 质点周围几何环质点周围几何环 境不完全相同境不完全相同 只有只有1414种种 有无限种有无限种 联系联系不同的晶体结构可以归属于同一空间点阵不同的晶体结构可以归属于同一空间点阵第第29页页区别区别 空间点阵和晶体结构的区别与联系空间点阵和晶体结构的区别与联系 (a)、(b)、(c)和它们的空间点阵和它们的空间点阵(d)三种晶体结构三种晶体结构三种晶体结构

28、三种晶体结构第第30页页如如-Fe、NaCl、金刚石、金刚石、CaF2、ZnS晶体结构虽然不同，但都属于晶体结构虽然不同，但都属于同一点阵即面心立方点阵（简称同一点阵即面心立方点阵（简称fcc点阵）。点阵）。第第31页页 四、布拉非点阵及晶系四、布拉非点阵及晶系布拉非点阵布拉非点阵(空间点阵空间点阵)1414种，归属于七个晶系：种，归属于七个晶系：（一）立方晶系（一）立方晶系-a=b=c,=90o（二）四方晶系（二）四方晶系-a=bc,=90o（三）六方晶系（三）六方晶系-a1=a2=a3c,=90o=120o（四）三斜晶系（四）三斜晶系-abc，90o（五）单斜晶系（五）单斜晶系-abc，=

29、90o（六）棱方晶系（六）棱方晶系-a=b=c,=90o（七）正交晶系（七）正交晶系-a bc，=90o第第32页页（一）立方晶系简单立方、体心立方（一）立方晶系简单立方、体心立方 和面心立方点阵（主讲内容）和面心立方点阵（主讲内容）第第33页页（二）四方晶系简单四方和体心四方点阵（二）四方晶系简单四方和体心四方点阵第第34页页 （三）六方晶系简单六方点阵（三）六方晶系简单六方点阵第第35页页（四）三斜晶系简单三斜点阵（四）三斜晶系简单三斜点阵第第36页页（五）单斜晶系（五）单斜晶系-简单单斜和底心单斜点阵简单单斜和底心单斜点阵第第37页页（六）（六）菱方晶系菱方晶系-简单棱方点阵简单棱方点阵

30、第第38页页 （七）正交晶系（七）正交晶系-简单正交、底心正交简单正交、底心正交 体心正交和面心正交点阵体心正交和面心正交点阵第第39页页 布拉非点阵及晶系布拉非点阵及晶系立方晶系立方晶系-a=b=c,=90o四方晶系四方晶系-a=bc,=90o六方晶系六方晶系-a1=a2=a3 c,=90o,=120o三斜晶系三斜晶系-abc，90o单斜晶系单斜晶系-abc，=90o 棱方晶系棱方晶系-a=b=c,=90o正交晶系正交晶系-a bc，=90o，第第40页页五五.晶向指数与晶面指数晶向指数与晶面指数(一）一）立方晶系的晶向立方晶系的晶向 指数与晶面指数指数与晶面指数(二）二）六方晶系的晶向六方

31、晶系的晶向 指数与晶面指数指数与晶面指数第第41页页2.2.晶面指数的表示方法晶面指数的表示方法 3.晶向指数与晶面指数的位向关系晶向指数与晶面指数的位向关系4.4.晶面间距晶面间距 5.晶带（晶带轴与晶带面）晶带（晶带轴与晶带面）1.晶向指数的表示方法晶向指数的表示方法第第42页页(一一).立方晶系的晶向指数与晶面指数立方晶系的晶向指数与晶面指数（1）晶向指数的表示方法：）晶向指数的表示方法：在晶向中任选一点为原点作在晶向中任选一点为原点作OX、OY、OZ三坐标轴，建立直角坐标系。三坐标轴，建立直角坐标系。以一个晶格常数以一个晶格常数a a为度量单位，求出为度量单位，求出 晶向任意一点的坐标

32、值（晶向任意一点的坐标值（x,y,zx,y,z）。）。化简成最小的整数放入化简成最小的整数放入 uvwuvw 内。内。1.1.晶向指数表示某晶向的空间几何晶向指数表示某晶向的空间几何 方位。方位。用用uvwuvw表示。表示。第一节第一节第第43页页（2）晶向指数小结晶向指数小结 一个晶向指数代表空间相互平行且一个晶向指数代表空间相互平行且 方向相同的一组晶向。方向相同的一组晶向。将各指数乘以将各指数乘以-1-1如如001001与与 代代 表空间另一组晶向。表空间另一组晶向。晶向上原子排列规律相同但空间方晶向上原子排列规律相同但空间方 位不同位不同的晶向属于同一的晶向属于同一晶向族晶向族，用，用

33、 表示。表示。第一节第一节第第44页页（3）晶向族所包括的晶向指数计算方法）晶向族所包括的晶向指数计算方法 第一节第一节第第45页页 若若u、v、w三数都不等且都不等于三数都不等且都不等于0 时，此晶向族包括时，此晶向族包括23!4组晶向。组晶向。若若u、v、w三数中有两个数相等则保三数中有两个数相等则保 括：括：有三个数相等则保括有三个数相等则保括:若若u、v、w三数中有一位数为三数中有一位数为0,则晶则晶 向向指数除于指数除于2，有两位数为，有两位数为0，则晶向，则晶向 指数再除于指数再除于2。其晶向指数分别为：。其晶向指数分别为：2 和和 2 晶向族包括：晶向族包括：23！448 组组

34、晶向族包括：晶向族包括：晶向族包括：晶向族包括：晶向族包括：晶向族包括：、等等第第46页页 2.晶面指数表示某晶面的空间晶面指数表示某晶面的空间 几何方位。用（几何方位。用（hklhkl）表示。）表示。以以O O为原点建立直角坐标系为原点建立直角坐标系OXOX、OYOY、OZOZ（晶面与原点（晶面与原点O O不能有交点）不能有交点）以一个晶格常数以一个晶格常数a a为度量单位求出为度量单位求出 该晶面与坐标轴的截距。该晶面与坐标轴的截距。取截距的倒数取截距的倒数化简成最小整数放化简成最小整数放 入（入（hklhkl）内）内 。第一节第一节第第47页页（1 1）晶面指数的表示方法：）晶面指数的表

35、示方法：一个晶面指数代表空间相互平一个晶面指数代表空间相互平 行的一组晶面行的一组晶面，将各指数乘以，将各指数乘以 1 1表示同一组晶面。表示同一组晶面。晶面空间方位不同，但原子排晶面空间方位不同，但原子排 列规律相同属于同一晶面族用列规律相同属于同一晶面族用 hklhkl表示。表示。晶面族所包括的晶面指数的计晶面族所包括的晶面指数的计 算方法算方法在晶向指数确定方法的晶向指数确定方法的 基础上除于基础上除于2 2。第一节第一节第第48页页（2）晶面指数小结）晶面指数小结 100=(100)+(010)+(001)100=(100)+(010)+(001)111=(111)+111=(111)

36、+第第49页页110=(110)+(101)+(011)+110=(110)+(101)+(011)+112、121、123等晶面指数呢？等晶面指数呢？第第50页页3晶晶向向与与晶晶面面指指数数的的位位向向关关系系（1）晶向与晶面的夹角：）晶向与晶面的夹角：指数相同的晶向与晶面相互垂直。指数相同的晶向与晶面相互垂直。晶向平行于晶面的条件是：晶向平行于晶面的条件是：uh+vk+wl=0（3）晶面与晶面的夹角：）晶面与晶面的夹角：（2）晶向与晶向的夹角：）晶向与晶向的夹角：第一节第一节第第51页页结结论论 4.晶面间距用晶面间距用d dhklhkl的大小表示的大小表示 晶面间距：相邻两平行晶面间的

37、距离晶面间距：相邻两平行晶面间的距离 。面密度大的晶面面间距大，面密度小的面密度大的晶面面间距大，面密度小的晶面面间距较小。晶面面间距较小。立方晶系立方晶系d dhklhkl 六方晶系六方晶系d dhkl hkl 第一节第一节第第52页页 各种不同晶面的面间距示意图各种不同晶面的面间距示意图第第53页页判判断断有有无无隐隐藏藏面面的的条条件件点阵点阵 类型类型无隐藏晶面无隐藏晶面 的条件的条件有隐藏晶面有隐藏晶面的条件的条件 bccbcch hk+lk+l偶数偶数 h hk+lk+l奇数奇数 fccfcc h h、k k、l l全奇全奇 数或全偶数数或全偶数h h、k k、l l不全奇不全奇数

38、或不全偶数数或不全偶数有隐藏面的面间距公式为（有隐藏面的面间距公式为（0 0为偶数）：为偶数）：（立方晶系的面间距（立方晶系的面间距 ）dhkl=第一节第一节第第54页页bccbcc（110110）无；（）无；（111111）、（）、（100100）有）有结结论论fcc（111）无；（）无；（110）、（）、（100）有）有 隐隐 藏藏 面面在在在在fccfcc点阵中点阵中点阵中点阵中（110110）晶）晶）晶）晶面的隐藏面面的隐藏面面的隐藏面面的隐藏面晶带晶带-相交于同一晶向（或平行于同一晶向）相交于同一晶向（或平行于同一晶向）的所有晶面的组合称为晶带；的所有晶面的组合称为晶带；晶带轴晶带轴

39、-该晶向称为晶带轴；该晶向称为晶带轴；晶带面晶带面-同一晶带轴中的晶面为晶带面；同一晶带轴中的晶面为晶带面；晶带面的法线均与晶带轴垂直。晶带面的法线均与晶带轴垂直。5.晶带晶带第第55页页（1 1）晶带轴与晶带面存在如下关系：）晶带轴与晶带面存在如下关系：uhvkwl0 （晶带面（晶带面晶带轴）晶带轴）（2 2）已知晶带面）已知晶带面（h h1 1 k k1 1 l l1 1）和和（h h2 2 k k2 2 l l2 2）求晶带轴求晶带轴uvwuvw：u=k1 l2-k2 l1，v=l1 h2 l2 h1，w h1 k2 h2 k1第一节第一节第第56页页或或第第57页页k=w1 u2 w2

40、 u1，或，或 l u1 v2 u2 v1 或或h=v1 w2-v2 w1，或，或（3 3）已知晶带轴）已知晶带轴 u1 v1 w1 和和u2 v2 w2 求晶带面求晶带面 （hklhkl）第第58页页（011）、（）、（112）和（）和（123）晶面属于同一晶带）晶面属于同一晶带第第59页页 习题课习题习题课习题(一一)1.标出立方晶系标出立方晶系111晶面族构晶面族构 成的八面体的各晶面指数。成的八面体的各晶面指数。2.标出下列各晶面和晶向指数：标出下列各晶面和晶向指数：第第60页页3.3.写出写出写出写出、晶向族所包括的各组晶向族所包括的各组晶向族所包括的各组晶向族所包括的各组 晶向指数

41、。晶向指数。晶向指数。晶向指数。4.4.在立方晶系中的一个晶胞中画出位于在立方晶系中的一个晶胞中画出位于在立方晶系中的一个晶胞中画出位于在立方晶系中的一个晶胞中画出位于(101),(011)(101),(011)和和和和 (112)(112)晶面上的晶面上的晶面上的晶面上的 晶向；并说明它们之间的位向关晶向；并说明它们之间的位向关晶向；并说明它们之间的位向关晶向；并说明它们之间的位向关 系。系。系。系。第第61页页第一节第一节 四坐标值表示法：四坐标值表示法：晶向指数晶向指数 uvtw uvtw 、a a1 1、a a2 2、a a3 3 互呈互呈120120o o角度，角度，CaCa 必须满

42、足必须满足u uv vt t0 0 “依次平移归位法依次平移归位法”晶面指数（晶面指数（hkilhkil）或）或 hkil hkil 必须满足必须满足h hk ki i 0 0 第第62页页（二）（二）六方晶系的晶向指数与晶面指数六方晶系的晶向指数与晶面指数 三坐标值与四坐标的关系三坐标值与四坐标的关系 三坐系用（三坐系用（a1、a2、c）表示；）表示；1.晶向指数用晶向指数用uvw 表示：表示：四座标四座标UVTW换算成三座标换算成三座标 uvw(晶向）：晶向）：u=U-t ,v=V-t,wW第一节第一节第第63页页 三座标三座标uvw换算成四座标换算成四座标UVTW（晶向）：（晶向）：U=

43、(2u v),V=(2v-u),T=-(u+v),W=w2.2.晶面指数用（晶面指数用（hklhkl）表示，直接求出指数即）表示，直接求出指数即 可。可。六方晶系晶向及晶面指数的确定（四坐标与三座标的关系）六方晶系晶向及晶面指数的确定（四坐标与三座标的关系）第第64页页柱面（四坐标）：柱面（四坐标）：柱面（四坐标）：柱面（四坐标）：或（三坐标）：或（三坐标）：或（三坐标）：或（三坐标）：第第65页页材料科学基础材料科学基础材料科学基础材料科学基础作业（一）作业（一）作业（一）作业（一）1.写出立方晶系的写出立方晶系的112晶面族所包含的所有晶面。晶面族所包含的所有晶面。2.在一个单胞中画图并表

44、示出四面体所包含的在一个单胞中画图并表示出四面体所包含的 111 晶晶 面族的四组晶面，并准确标定出四组晶面指数。面族的四组晶面，并准确标定出四组晶面指数。3.画图表示画图表示110晶面族所包括的各组晶面（要求在一晶面族所包括的各组晶面（要求在一 个单胞中画出两组晶面）个单胞中画出两组晶面）,并准确标定出各个晶面指并准确标定出各个晶面指 数。数。4.和和(112)晶面是否属于同一晶带？为什么？画图晶面是否属于同一晶带？为什么？画图 表示出晶带轴和晶带面。表示出晶带轴和晶带面。5.分别在三个晶胞中画图表示分别在三个晶胞中画图表示 与（与（与（与（110110）、）、）、）、与与 、与与 晶向和晶

45、面；并说明晶向和晶面；并说明 它们之间的位向关系？并说明理由。它们之间的位向关系？并说明理由。6.在六方晶系中，画图表示在六方晶系中，画图表示 晶面晶面晶面晶面;晶向并用三坐标系写出其晶向指数及晶面指数。晶向并用三坐标系写出其晶向指数及晶面指数。晶向并用三坐标系写出其晶向指数及晶面指数。晶向并用三坐标系写出其晶向指数及晶面指数。第第66页页 第二节2-1 2-1 典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构2-2 2-2 晶体结构中原子的堆垛晶体结构中原子的堆垛2-3 2-3 原子半径原子半径 2-4 2-4 晶体结构中的间隙晶体结构中的间隙2-5 2-5 晶体的各向异性晶体的各向异性2-6 2-6

46、晶体的多晶型性晶体的多晶型性2-7 2-7 亚金属及镧系金属的晶体结构亚金属及镧系金属的晶体结构第第6767页页 第二节第二节 典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构 第二节一一.面心立方结构（面心立方结构（fcc或或A1）二二.体心立方结构（体心立方结构（bcc或或A2）三三.密排六方结构（密排六方结构（hcp或或A3）返回首页第第6868页页 2-1 典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构 第一章返回首页 第第6969页页 一、面心立方结构（一、面心立方结构（fccfcc或或A A1 1）（2 2）晶格参数）晶格参数:a=b=c;=900 2-1 典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构（3 3）

47、原子半径：）原子半径：-Fe、Cu、Ni、Au、Ag.20种元素种元素（1）结构特点）结构特点（4）fcc单胞中的原子个数单胞中的原子个数:N=8 6 4（个）（个）（5 5）fccfcc致密度和配位数致密度和配位数:致密度致密度-单胞原子体积与单胞原子体积与 单胞体积之比。单胞体积之比。第第7070页页 第一章返回首页 第第7171页页致密度和配位数是用来衡量原子排列疏密程致密度和配位数是用来衡量原子排列疏密程度的重要物理量，致密度和配位数数字越大，度的重要物理量，致密度和配位数数字越大，原子排列的越紧密原子排列的越紧密 。配位数配位数-距任一原子最近邻且等距离的原子个数。距任一原子最近邻且

48、等距离的原子个数。fcc的配位数是的配位数是12 第第7272页页 二、体心立方结构（二、体心立方结构（bccbcc或或A A2 2）返回（1 1）结构特点：）结构特点：Bcc Bcc配位数和致密度：配位数和致密度：（2 2）晶格参数：）晶格参数：a=b=c;=900（3）原子半径：）原子半径：-Fe、W、Mo、Cr、V.30种元素种元素 bcc bcc单胞中的原子个数：单胞中的原子个数：配位数配位数=8致密度致密度 第一章返回首页 第第7373页页 三、密排六方结构（三、密排六方结构（hcphcp或或A A3 3）返回（1 1）结构特点：）结构特点：（2 2）晶格参数：）晶格参数：a1a2a

49、 a3 3a a；C Ca a且且Ca;Ca;（3 3）原子半径：）原子半径：（4 4）单胞中的原子个数：单胞中的原子个数：（5 5）致密度）致密度74%;74%;配为数配为数=12=12或或6 66 6 Mg、Zn、Cd、Be20种元素种元素轴比轴比；a1、a2、a a3 3互成互成120120o o角角 第一章返回首页 第第7474页页 四、晶体结构小结晶体结构小结 晶体类型晶体类型原子原子半径半径 （R R）单胞原子个数单胞原子个数（n n）致密度致密度 （K K）配位数配位数（CN CN）常见金属常见金属 fcc474%12-Fe、Cu、Ni等等20种种bcc268%8-Fe、Cr、W

50、等等30种种hcp674%12（6+6）Mg、Zn、Cd 等等20种种一些体心立方结构金属的点阵常数和原子间距一些体心立方结构金属的点阵常数和原子间距一些体心立方结构金属的点阵常数和原子间距一些体心立方结构金属的点阵常数和原子间距一些面心立方结构金属的点阵常数和原子间距一些面心立方结构金属的点阵常数和原子间距一些面心立方结构金属的点阵常数和原子间距一些面心立方结构金属的点阵常数和原子间距 一些密排六方结构金属的轴比一些密排六方结构金属的轴比一些密排六方结构金属的轴比一些密排六方结构金属的轴比 第第7575页页 五五.元素周期表各个元素的晶体结构元素周期表各个元素的晶体结构 第第7676页页 第