纯金属晶体结构第1节剖析.ppt

?第1章 材料的结构与性能 内容提要： ??? 本章介绍金属材料的结构与组织，包括纯金属的晶体结构、晶体缺陷和合金的结构、金属材 料的组织。 介绍金属材料的工艺性能、机械性能和理化性能。 学习目标：?? ??? 本章重点掌握金属材料的晶体结构、晶体缺陷和合金的结构，了解金属材料的组织及性能。 学习建议： ??? 1．晶体结构部分应弄清三种常见金属的晶体结构及其特点，应充分发挥空间想象力。2．晶面指数及晶向指数的确定在学习时会感到困难。应掌握常见的晶面和晶向的表示方法， 需要多练多画。??? 晶体与非晶体 固态物质按其内部的原子（离子或分子）的聚集状态分为晶体和非晶体两大类。 其根本区别是晶体的质点（原子、离子、分子）在空间成规则的排列，即相同的 质点在空间有周期性的重复排列。 相同的指点在空间周期性地重复出现称为长程有序排列； 非晶体内部的质点排列不规则，至多有些局部的短程有序排列。 　　液体中的原子处于紧密排列状态，但不存在长程的周期排列，从物质的质点排列 是否规则而言，固态的非晶体实际上是一种过冷状态的液体，只是其物理性质与通常 意义上的液体不同。 晶体与非晶体内部结构的不同，造成两者性能上的一些重要差异。 （1）冷却或熔化时晶体有一定的凝固点或熔点（即固体和液体之间转变的临界温 度） （2）晶体和非晶体另一个重要的差异是：单晶体具有各向异性，（多晶体由于晶 粒之间原子排列具有一定的位向差因此宏观上表现出各向同性），而非晶体的性能则 不因方向而异。 晶体和非晶体在一定条件下可以互相转化， 例如玻璃经高温长期加热能形成所谓的晶态玻璃璃，而液态金属快速冷却的可获 得非晶态的固态金属（也就是所说的金属玻璃）。 晶态和非晶态的转变，物质的性能也会发生极大的改变。 例如非晶态金属的强度、硬度会有很大提高，因此人们利用（晶态和非晶态的转 变，物质的性能也会发生极大的改变），这一性质开发出了具有特殊用途的材料满足 特殊场合的应用。 金属是由金属键结合，其内部的金属离子在空间有规则的排列，因此固态金属一 般情况下是晶体。 1.1.1 纯金属的晶体结构 (Crystal Structure) 　　 周期表中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ族元素的原子在满壳层外有一个或几个价电子。 原子很容易丢失其价电子而成为正离子。 被丢失的价电子不为某个或某两个原子所专有或共有，而是为全体原子所公有。 这些公有化的电子叫做自由电子，它们在正离子之间自由运动，形成所谓电子气。 正离子在三维空间或电子气中呈高度对称的规则分布。 　　　　 晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式称为 晶体结构。 通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直 线，这些直线将形成空间格架。这种格架称为晶格。 晶格的结点为金属原子(或离子)平衡中心的位置。 能反映该晶格特征的最小组成单元称为晶胞。 晶胞在三维空间的重复排列构成晶格。 晶胞的基本特性即反映该晶体结构（晶格）的 特点。 晶胞的几何特征可以用晶胞的三条棱边长a、b、 c和三条棱边之间的夹角α、β、γ等六个参数来 描述。其中a、b、c 、α、β、γ 为晶格常数。 金属的晶格常数一般为:? 1×10-10 m～7×10-10 m。 体心立方晶胞特征： （1）晶格常数? a=b=c, α=β=γ=90° （2）晶胞原子数? 在体心立方晶胞中, 每个角上的原子在晶格中同时属于8个相邻的晶胞，因 而每个角上的原子属于一个晶胞仅为1/8, 而中心的那个原子则完全属于这个晶胞 ，所以一个 体心立方晶胞所含的原子数为2个。? （3）原子半径 晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半, 或晶胞中原子密度最大的方向上 相邻两原子之间距离的一半称为原子半径（ r 原子）。体心立方晶胞中原子相距最近的方向是 体对角线, 所以原子半径与晶格常数a之间的关系为： （4）致密度?晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比称为致密度（也称密排系数） 。致密度越大, 原子排列紧密程度越大。体心立方晶胞的致密度为： 即晶胞(或晶格)中有68%的体积被原子所占据, 其余为空隙。 （5）空隙半径? 若在晶胞空隙中放入刚性球，则能放入球的最大半径为空隙半径。体心立方 晶胞中有两种空隙。 四面体空隙半径为:? r四=0.29r原子??????????? 八面体空隙半径为:? r八=0.15r原子????????? （6）配位数? 配位数为晶格中与任一个原子相距最近且距离相等的原子数目。配位数越大, 原 子排列紧密程度就越大。体心立方晶格的配位数为8。 2. 面心立方晶胞（格） （F.C.C.晶格）（原子如何排列） 金属原子分布在