ch2-2 金属的晶体结构.ppt

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1、 2.2 2.2 金属的晶体结构金属的晶体结构 2.2 2.2 金属的晶体结构金属的晶体结构 金金属属在在固固态态下下一一般般都都是是晶晶体体。决决定定晶晶体体结结构构（crystal crystal structurestructure ）的的内内在在因因素素是是原原子子，离离子子，分分子子间间键键合合的的类类型型及及键键的的强强弱弱。金金属属晶晶体体是是以以金金属属键键结结合合，其晶体结构比较简单其晶体结构比较简单,常见的有常见的有:。面心立方结构面心立方结构 A1 A1 或或 fccfcc （facecenteredfacecentered cubic cubic）立方晶系）立方晶系 体

2、心立方结构体心立方结构 A2 A2 或或 bccbcc （bodycenteredbodycentered cubic cubic）立方晶系）立方晶系 密排六方结构密排六方结构 A3 A3 或或 hcp hcp（hexagonalhexagonal closepacked closepacked）六方晶系）六方晶系2.2.1 2.2.1 三种典型金属晶体结构三种典型金属晶体结构描述晶胞从以下几个方面：描述晶胞从以下几个方面：描述晶胞从以下几个方面：描述晶胞从以下几个方面：晶胞中原子的排列方式晶胞中原子的排列方式 (原子所处的位置原子所处的位置)点阵参数点阵参数 (晶格常数和晶轴间夹角晶格常数和

3、晶轴间夹角)晶胞中原子数晶胞中原子数原子半径原子半径 R(R(原子的半径原子的半径)()(和点阵常数关系和点阵常数关系)配位数配位数配位数配位数 (coordinative number)(coordinative number)(coordinative number)(coordinative number)和致密度和致密度和致密度和致密度密排方向和密排面密排方向和密排面晶体结构中间隙晶体结构中间隙 (大小和数量大小和数量)原子的堆垛方式原子的堆垛方式三种典型金属晶体结构刚球模型三种典型金属晶体结构刚球模型三种典型金属晶体结构晶胞原子数三种典型金属晶体结构晶胞原子数原子半径与晶格常数原子半

4、径与晶格常数三种典型金属晶格密排面的堆垛方式三种典型金属晶格密排面的堆垛方式1.1.面心立方结构面心立方结构(特征）特征）晶晶胞胞中中原原子子排排列列 在在立立方方体体的的八八个个顶顶角角和和六六个个面面的的面面心心各有一个原子。各有一个原子。点阵参数点阵参数:a=b=c:a=b=c；=90=90晶胞中原子数晶胞中原子数:n=81/8n=81/861/2=4 61/2=4 个个原原子子半半径径 R:R:原原子子半半径径-两两个个相相互互接接触触的的原原子子中中心心距距离离一一半半 配位数与致密度配位数与致密度 配位数配位数 CN=12CN=12 致密度致密度 k=0.74k=0.74面心立方晶

5、格原子位置面心立方晶格原子位置面心立方晶格晶胞原子数面心立方晶格晶胞原子数面心立方原子配位数面心立方原子配位数面心立方密排面面心立方密排面1.1.面心立方结构（间隙及堆垛方式）面心立方结构（间隙及堆垛方式）间隙有两种间隙有两种:四面体间隙和八面体间隙，如图四面体间隙和八面体间隙，如图2.322.32 八八面面体体间间隙隙（有有八八面面的的空空隙隙）位位于于晶晶胞胞体体中中心心和和每每个个棱棱边边的的中中点点，由由 6 6 个个面面心心原原子子所所围围成成,大大小小r rB B=0.414R=0.414R，r rB B为为间间隙半径，隙半径，R R为原子半径，间隙数量为为原子半径，间隙数量为4

6、4个。个。四四面面体体间间隙隙（有有四四面面的的 intersticeinterstice）由由一一个个顶顶点点原原子子和和三个面心原子围成，其大小：三个面心原子围成，其大小：r rB B=0.225R=0.225R，间隙数量为，间隙数量为8 8个。个。堆垛方式堆垛方式：ABCABCABCABC或或ACBACBACBACB的顺序堆垛的顺序堆垛具有面心结构金属具有面心结构金属:FeFe、AlAl、CuCu、NiNi、AuAu、AgAg等。等。面心立方八面体间隙面心立方八面体间隙面心立方八面体间隙面心立方八面体间隙面心立方四面体间隙面心立方四面体间隙面心立方四面体间隙面心立方四面体间隙面心立方原子

7、堆垛顺序面心立方原子堆垛顺序面心立方晶体的面心立方晶体的 ABCABC ABCABC 顺序密堆结构顺序密堆结构2.2.体心立方晶格体心立方晶格(特征）特征）原子排列原子排列:晶胞八个顶角和晶胞体心各有一个原子晶胞八个顶角和晶胞体心各有一个原子点阵参数点阵参数:a=b=c:a=b=c，=90=90晶胞中原子数晶胞中原子数:n=81/8n=81/81=21=2个个原子半径原子半径:配位数和致密度配位数和致密度:配位数：配位数：CN=8CN=8 致密度：致密度：k=0.68k=0.68体心立方晶格原子位置体心立方晶格原子位置体心立方晶格晶胞中原子数体心立方晶格晶胞中原子数体心立方晶格密排面体心立方晶

8、格密排面2.2.体心立方晶格（间隙及堆垛方式）体心立方晶格（间隙及堆垛方式）间隙间隙:也是两种，为八面体和四面体间隙，如图也是两种，为八面体和四面体间隙，如图2.332.33 八八面面体体间间隙隙位位于于晶晶胞胞六六面面体体每每个个面面的的中中心心和和每每个个棱棱的的中中心心由由一一个个面面上上四四个个角角和和相相邻邻两两个个晶晶胞胞体体心心共共6 6个个原原围围成成，即即数数 量量 为为 6 6。大大 小小 为为 r rB B=0.154R(=0.154R(在在)或或 r rB B=0.633R(=0.633R(在在)。四四面面体体间间隙隙由由两两个个体体心心原原子子和和两两个个顶顶角角原原

9、子子所所围围成成大大小小rB=0.291R,rB=0.291R,有有 12 12 个。个。堆垛方式堆垛方式:ABABAB:ABABAB的顺序堆垛的顺序堆垛bccbcc结构金属结构金属:FeFe、FeFe、CrCr、MoMo、W W、V V等等体心立方的间隙体心立方的间隙体心立方八面体间隙体心立方八面体间隙体心立方四面体间隙体心立方四面体间隙体心立方晶格原子堆垛顺序体心立方晶格原子堆垛顺序体心立方晶格的体心立方晶格的 ABAB ABAB 密堆结构密堆结构3.3.密排六方晶格（特征）密排六方晶格（特征）原原子子排排列列:正正六六棱棱柱柱体体 12 12 个个顶顶角角和和上上下下底底中中心心各各有有

10、一一个个原原子，正六棱柱体中心有三个原子子，正六棱柱体中心有三个原子点阵参数点阵参数:a:a1 1=a=a2 2=a=a3 3cc，=90=90，=120=120晶胞中原子数：晶胞中原子数：n=121/6n=121/621/221/23=63=6个个原子半径原子半径:2R=a R=a/22R=a R=a/2配位数和致密度配位数和致密度 配位数：配位数：CN=12CN=12 致密度致密度:K=0.74:K=0.74密排六方晶格原子位置密排六方晶格原子位置密排六方晶格晶胞原子数密排六方晶格晶胞原子数密排六方晶格密排面密排六方晶格密排面密排六方晶格原子配位数密排六方晶格原子配位数3.3.密排六方晶格

11、密排六方晶格(间隙及堆垛方式）间隙及堆垛方式）间隙间隙:较为复杂，如图较为复杂，如图2.342.34 八面体间隙八面体间隙r rB B=0.414R =0.414R 有有 6 6 个个 四面体间隙四面体间隙r rB B=0.225R =0.225R 有有 12 12 个个堆垛方式堆垛方式:ABABAB:ABABAB顺序堆垛顺序堆垛hcphcp结构金属有结构金属有:MgMg、ZnZn、BeBe、CdCd等等密排六方晶格八面体间隙密排六方晶格八面体间隙密排六方晶格四面体间隙密排六方晶格四面体间隙密排六方晶格原子堆垛顺序密排六方晶格原子堆垛顺序密排六方的密排六方的ABCABC ABCABC 堆垛结构

12、堆垛结构2.2.2 2.2.2 多晶型性多晶型性 多多晶晶型型性性指指某某些些金金属属在在不不同同温温度度和和压压力力下下具具有有不不同同的的晶晶体结构。体结构。多多晶晶型型性性转转变变指指金金属属在在外外部部条条件件 (如如 T T 和和 P)P)改改变变时时，其其内内部部从从一一种种晶晶体体结结构构向向另另一一种种晶晶体体结结构构的的转转变变,又又称称同同素素异构（同素异性）转变异构（同素异性）转变例如纯铁例如纯铁:2.2.3 2.2.3 晶体的各向异性晶体的各向异性 各向异性：各向异性：由于在不同方向上的原子排列的紧密程由于在不同方向上的原子排列的紧密程度不同使晶体在不同方向上的物理、化

13、学和力学性度不同使晶体在不同方向上的物理、化学和力学性能不同。而一般整个晶体不显示各向异性，称为伪能不同。而一般整个晶体不显示各向异性，称为伪等向性。等向性。晶粒：晶粒：组成晶体的结晶颗粒。组成晶体的结晶颗粒。多晶体：多晶体：凡由两颗以上晶粒组成的晶体一般金属都凡由两颗以上晶粒组成的晶体一般金属都是多晶体。是多晶体。晶晶 粒粒多相合金多相合金本节的基本要求本节的基本要求 需掌握如下的概念和术语：需掌握如下的概念和术语：各向同性与各向异性；同素异构转变（重结各向同性与各向异性；同素异构转变（重结晶）晶）三种典型晶体结构的特征三种典型晶体结构的特征（包括：晶胞形状、（包括：晶胞形状、晶格常数、晶胞原子数、原子半径、配位数、晶格常数、晶胞原子数、原子半径、配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，最密排面致密度、各类间隙尺寸与个数，最密排面（滑移面）和最密排方向的指数与个数，滑（滑移面）和最密排方向的指数与个数，滑移系数目等）。移系数目等）。多晶体与单晶体、晶粒、晶界；多晶体与单晶体、晶粒、晶界；