材料的结构和性能.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * 在FCC晶胞中，密排面是{111}晶面族，如图3-21所示。当平行的（111）面进 行堆垛时，B面上的原子堆在A面的凹处，而C面上的原子则既堆在A面的凹处也同 时堆在B面的凹处。因此，采用（111）面的堆垛次序是…ABCABC…。 同样FCC晶胞 的配位数是12。 不像HCP晶胞， FCC晶胞有四个非 平行的密排面： 各向同性和各向异性： 由于晶体内各晶向和晶面上原子排列的不同，因此晶体也表现出一些性能会随 晶向发生变化。如果材料的性能随晶向发生变化，则说这种材料是各向异性的。如 铝在111晶向的弹性模量是75.9GPa，而在100晶向上的弹性模量则只有 63.4GPa。 如果材料性能在各个方向上是相同的，我们说这种材料在晶体学上是各向同性 的。注意一种材料如铝，其晶体是各向异性的，但如果出于多晶状态，则可能是各 向同性的。这是因为在多晶材料中，晶体的随机位向导致其各向异性的消失。 晶面间距：是指两个相邻的具有相同米勒指数的平行原子面间的距离，就叫做 晶面间距（dhkl)。在立方晶系中，晶面间距计算式为， 其中，a0是晶格参数，h, k, l是邻近面的米勒指数。 结点（阵点）空隙：上述晶体结构中，在阵点原子间有一些可以放进更小原子 的空隙，这些位置就是结点（阵点）空隙。当把一个原子放进空隙时，和它接触的 原子数就是空隙原子的配位数。图3-22给出了SC,BCC, FCC晶胞中的空隙位置。 SC晶胞中存在立方空隙，其配位数是8。八面体空隙的配位数是6（而非8）。 之所以叫八面体空隙是因为和空隙原子接触的格点原子形成了一个八面体，其中可 以放进较大的空隙原子。如BCC结构中的八面体空隙位于立方晶格的面上，八面体 空隙中的空隙原子，同时和面上四个角上的原子，晶胞中心原子，以及相邻晶胞的 中心原子相接触，故其配位数是6。而FCC结构中的八面体间隙则位于立方的每个 棱边中心，以及晶胞的中心位置。四面体空隙的配位数是4。 原子半径略大于空隙半径的空隙原子或离子可以将周围原子挤开而进入空隙位 置。但如果空隙原子半径小于空隙半径则其无法进入空隙，因为此时空隙原子可能 在空隙周围‘振颤’。如果空隙原子更大，它会优先进入配位数大的空隙，如表3- 5所示。因此，原子比率在0.22~0.414间的空隙原子一般进入四面体空隙；如原子 比率大于0.414，则进入八面体间隙。如 原子尺寸相同如纯金属，原子比率为1， 设配位数12，那就是FCC和BCC金属。 许多离子晶体可以看作是原子半径 稍大的阴离子密排而成，而阳离子则可 视作进入密排阴离子空隙的较小离子。 因此，表3-5中的原子比率也可以视为阴、 阳离子的比率。离子晶体中的原子堆垛 密度低于FCC和BCC晶胞。 金属键结构的材料 在金属晶体中，金属键使原子/离子的排列趋于尽可能地紧密，构成 高度对称性的简单的晶体结构。最常见的金属晶体结构有三种典型，即 面心立方结构（A1），体心立方结构（A2），密排六方结构（A3）。 除少数例外，绝大多数仅数都趋于这三类结构。 金属原子/离子的堆垛方式不同， 就会产生不同的晶体结构。面心立 方（A1）结构原子最密排面是{111}， 密排六方结构的最密排面是（0001） 面，这两个镜面上的原子排列情况 是一样的，如右图所示。 A1 型最密堆积是将密堆积层的相对位置按照ABCAB C……方式作 最密堆积，重复的周期为3层。这种堆积方式堆积出来的就是面心立方晶 胞。配位数 ：12。 Al, Cu, Ag, Au等金属就是面心立方结构。 A2型体心立方堆积不是最密堆积形式。每个球有八个最近的配体（处于边长为a的立方体的8个顶点）和6个稍远的配体，分别处于和这个立方体晶胞相邻的六个立方体中心。故其配位数是8，空间利用率为68.02%.体心立方结构的金属有：Mo、V等。 A3型密排六方结构的金属晶体是最密堆积排列。 排列方式：ABABAB… 配位数：12。 实例： Mg 、 Zn、Ti等。 离子键结构的材料 许多陶瓷材料在阳离子和阴离子间包含相当大比例的离子键。这些离子键结构 的材料具有电中性的电子结构，并使不同尺寸的离子有效排列。如前所示，离子键 晶体可以看作阴离子的密排结构，并形成四面体或者八面体空隙，并允许阳离子进 入其适合的空隙位置。 CsCl（氯化铯）结构：CsCl是简单立方结构，其立方空隙被Cl阴离子占据。如 图3-23（a）所示。其原子比率，