3、第2章 2.2 金属的晶体结构.ppt

2.2 金属的晶体结构 本节的基本要求 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（重结晶） 三种典型晶体结构的特征（包括：晶胞形状、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（滑移面）和最密排方向的指数与个数，滑移系数目等）。 多晶体与单晶体、晶粒、晶界； 重点和难点 （1）3种典型金属晶体结构的晶体学特点。 （2）晶体中原子堆垛方式和间隙。 概述 金属在固态下一般都是晶体。决定晶体结构（crystal structure ）的内在因素是原子，离子，分子间键合的类型及键的强弱。金属晶体是以金属键结合，其晶体结构比较简单,常见的有:。 面心立方结构 A1 或 fcc （face—centered cubic ）立方晶系 体心立方结构 A2 或 bcc （body—centered cubic ）立方晶系 密排六方结构 A3 或 hcp （hexagonal close—packed ）六方晶系 2.2.1 三种典型金属晶体结构 描述晶胞从以下几个方面： 晶胞中原子的排列方式 (原子所处的位置) 点阵参数 (晶格常数和晶轴间夹角) 晶胞中原子数 原子半径 R(原子的半径)(和点阵常数关系) 配位数 (coordinative number) 和致密度 密排方向和密排面 晶体结构中间隙 (大小和数量) 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晶胞原子数 原子半径与晶格常数 三种典型金属晶格密排面的堆垛方式 1. 面心立方结构(特征） 晶胞中原子排列 在立方体的八个顶角和六个面的面心各有一个原子。 点阵参数: a=b=c；α=β=γ=90o 晶胞中原子数: n=8×1/8＋6×1/2=4 个 原子半径 R:原子半径---两个相互接触的原子中心距离一半 配位数与致密度 配位数 CN=12 致密度 k=0.74 面心立方晶格原子位置 面心立方晶格晶胞原子数 面心立方原子配位数 面心立方密排面 1.面心立方结构（间隙及堆垛方式） 间隙有两种:四面体间隙和八面体间隙，如图2.33 八面体间隙（有八面的空隙）位于晶胞体中心和每个棱边的中点，由 6 个面心原子所围成,大小rB=0.414R，rB为间隙半径，R为原子半径，间隙数量为4=12/4+1个。 四面体间隙（有四面的 interstice）由一个顶点原子和三个面心原子围成，其大小：rB=0.225R，间隙数量为8个（顶点）。 堆垛方式：ABCABC…或ACBACB…的顺序堆垛 具有面心结构金属:γ－Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag等。 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 面心立方原子堆垛顺序 2.体心立方晶格(特征） 原子排列:晶胞八个顶角和晶胞体心各有一个原子 点阵参数:a=b=c，α=β=γ=90o 晶胞中原子数:n=8×1/8＋1=2个 原子半径: 配位数和致密度: 配位数： CN=8 致密度： k=0.68 体心立方晶格原子位置 体心立方晶格晶胞中原子数 体心立方晶格密排面 2.体心立方晶格（间隙及堆垛方式） 间隙: 也是两种，为八面体和四面体间隙，如图2.34 八面体间隙位于晶胞六面体每个面的中心和每个棱的中心由一个面上四个角和相邻两个晶胞体心共6个原围成，即数量为6。大小为rB=0.154R(在100) 或rB=0.633R(在110) 。 四面体间隙由两个体心原子和两个顶角原子所围成大小rB=0.291R,有 12 个。 堆垛方式: ABABAB…的顺序堆垛 bcc结构金属: α－Fe、δ－Fe、Cr、Mo、W、V等 体心立方的间隙 体心立方八面体间隙 体心立方四面体间隙 体心立方晶格原子堆垛顺序 3.密排六方晶格（特征） 原子排列: 正六棱柱体 12 个顶角和上下底中心各有一个原子，正六棱柱体中心有三个原子 点阵参数: a1=a2=a3≠c，α=β=90o ，γ =120o 晶胞中原子数：n=12×1/6＋2×1/2＋3=6个 原子半径:2R=a R=a/2 配位数和致密度 配位数： CN=12 致密度: K=0.74 密排六方晶格原子位置 密排六方晶格晶胞原子数 密排六方晶格密排面 密排六方晶格原子配位数 3.密排六方晶格(间隙及堆垛方式） 间隙