1.2固体材晶料体结构.ppt

1.2 固体材料的晶体结构Crystal Structures of Solid Materials;1. 典型金属的晶体结构 在已知的80余种金属元素中，大都属于体心立方、面心立方或密排六方晶格中的一种。 ①球体堆砌模型； ②晶格常数a ③原子半径r=? ④晶胞原子数n=? ⑤配位数C=? ⑥致密度K=? ⑦同类金属;1.典型金属的晶体结构;1.典型金属的晶体结构;（2）面心立方晶格(face centered cubic，缩写为FCC 或 fcc);晶格常数：晶胞的各条棱边的长度, a 原子半径r：晶胞中相距最近的两个原子间平衡距离的1/2 ，即r= a 晶胞原子数n:指完全属于此晶胞所独有原子数目n=1/8 ×8 +1/2×6=4 致密度K ：晶胞中原子占有体积与整个晶胞体积的比值, 即 K=(n×4/3πr3）/a3 ＝ 0.74 配位数C ：晶格中与任一原子相距最近且等距离原子数目, C = 12 同类金属实例：γ-Fe, Cu, Al, Pb, Au, Ag, Ni 等;（3）密排六方晶格(hexagonal close-packed，缩写HCP或hcp);1. 典型金属的晶体结构;1.典型金属的晶体结构; 晶体中各种方位上的原子面称为晶面;各个方向上的原子列称为晶向。晶体的许多性能(如各向异性等)和行为都和晶体中特定晶面和晶向密切相关。通常用晶面指数和晶向指数分别表示晶面和晶向,晶面指数与晶向指数又统称密勒（Miller）指数。 ;;（2）晶向指数表示法;在确定和运用晶向指数时亦应注意: ①晶向指数的通式可写成［uvw］； ②同一晶向指数表示所有相互平行且方向一致的晶向； ③原子排列相同但空间位向不同的所有晶向可归纳为同一晶向族，以〈uvw〉表示； ④在立方晶系中，当一晶向［uvw］位于或平行于某一晶面(hkl)时，必须满足以下关系:hu+kv+lw=0;当某一晶向与某一晶面垂直时，则其晶向指数和晶面指数必须完全相等，即u=h,v=k,w=l，例如［100］⊥（100），［111］⊥（111）等； ⑤立方晶系中三种重要的晶向为100、110与111。 ;【例题1.2】 在一立方晶胞中，绘出下列晶面与晶向：（011）、（231）；［111］、［231］。 i. 分析：为了绘出(011) 、(231)晶面及[111]、[231]晶向，首先在例题图1.1所示立方晶胞中建立坐标系。;ii. 解答：见例题图1.1所示，（a）中EFGH晶面即为所求（011）晶面，ON晶??即为所求[111]；（b）中BCD晶面即为所求（231）晶面，OA晶向即为所求的[231]。 iii. 归纳与引申：晶面指数与晶向指数的求法不外乎两种。;【例题1.2】 在一立方晶胞中，绘出下列晶面与晶向：（011）、（231）；［111］、［231］。;晶面的原子密度是指该晶面单位面积中的原子数，晶向的原子密度是指该晶向单位长度上的原子数。;由于不同晶面与晶向具有不同的原子密度，因而晶体在不同方向上表现出不同的性能，即晶体各向异性。但实际上纯铁系多晶体，其在不同方向上并不表现各向异性，人们称之谓伪各向同性。;1.2.2 共价晶体与离子化合物的晶体结构Crystal structures of covalent and ionic crystals;（a）陶瓷MgO； （b）陶瓷ZrO2； （c）陶瓷Al2O3 图1-9 常见离子化合物的晶体结构;1.2.3 实际晶体的结构特征Structure Characteristics of Real Crystals;尽管实际晶体材料中所存在晶体缺陷的原子数目至多占原子总数的千分之一，但是这些晶体缺陷不但对晶体材料的性能，特别是对那些结构敏感的性能如强度、塑性、电阻等产生重大影响，而且还在扩散、相变、塑性变形和再结晶等过程中扮演着重要角色。例如，工业金属材料的强度随缺陷密度的增加而提高，而导电性则下降。又如，晶体缺陷可用于提高陶瓷材料的导电性。由此可见，研究实际晶体（即晶体缺陷）的特点具有重要的实际意义。 按实际晶体（晶体缺陷）的几何特征，可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三大类。;点缺陷是指在三维方向上尺度都很小(不超过几个原子直径)的缺陷。常见的点缺陷有三种，即空位、间隙原子和置换原子，如图1-11所示。 （1）空位 晶格中某个原子脱离了平衡位置，形成空结点，即称为空位。如图1-11中的2、5、4均为空位。产生空位的主要原因在于晶体中原子的热振动。一些原子的动能大大超过给定温度下的平均动能而离开原位置，造成原位置原子的空缺。温度的升高使原子动能增大，空位