第3章金属的晶体结构与结晶.pptVIP

物质由原子组成。原子的结合方式和排列方式决定了物质的性能。 原子、离子、分子之间的结合力称为结合键。它们的具体组合状态称为结构。;金属的结构;第一节 金属的晶体结构 ;晶胞 从晶格中取一个最小的立体单元（最小的平行六面体）称为晶胞。晶格是晶胞在空间的叠加，晶胞是构成晶格的最基本几何单元。 晶胞的选择原则： ①能充分反映整个空间点阵的对称性。 ②晶胞内的棱、角相等的数目最多，且具有尽可能多的直角。 ③体积要最小。 ;晶格常数;晶向与晶面的概念 ;二、常见的晶格类型;结构特征：每个角顶上各有 一个原子,体心中有一个原子 a=b=c，α=β=γ＝90° 每个晶胞中实际含有的原子数为1+8×1/8=2个 常见金属：α-Fe，V，Ta，Nb， Cr，Mo，W等 ;特征：每个角顶上各有一个 原子,各个面中心有一个原子。 a=b=c，α=β=γ＝90° 每个晶胞中实际含有的原子数为8×1/8+6×1/2=4个 常见金属：Ag，Au，Ni，Cu Pd，Pt，γ-Fe等 ;特征：12个顶角各一个原子、上下面中心各一个原子，体内3个原子（位于对称中心处） a=b?c, ?=?=90?，? =120 ? 通常： c/a=1.633 每个晶胞中实际含有的原子数为(1/6)×12+2×(1/2)+3=6个。 常见金属：Mg，Zn，Ti，Zr，等 ;三、晶格的致密度 致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数，即 晶格的致密度是指晶胞中所含原子的体积与该晶胞的体积之比。 金属晶体的一个显著特点是其原子趋于最紧密的排列，因而金属晶格中原子排列的紧密程度是反映金属晶体结构特征的一个重要因素。晶体中原子排列的紧密程度常用晶格的致密度表示。　;表3-1 三种常见金属晶格的结构特点 ; 第二节 实际金属的结构;⑴ 单晶体结构 单晶体：结晶位向完全一致的晶体。即整个材料是一个晶体，这块晶体就称之为“单晶体”。如单晶硅，水晶石，金刚石。单晶体在不同的晶面和晶向的的力学性质不同，这种现象称为各向异性。 ;多晶体： 由众多外观不规则，位向不同的单晶体（晶粒）组成的晶体结构。 一般实际材料均为多晶体。 晶粒：实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成，这些小晶体称为晶粒。 晶界：晶粒之间的交界面。晶界上原子排列是不规则的，晶界不一定是平整的。;沿晶断口;光学金相显示的纯铁晶界;　同一颗晶粒内还存在着许多尺寸更小、位向差也很小的小晶快，称为亚晶粒，亚晶粒构成的边界成为亚晶界。;晶体缺陷：正常晶体中原子排列受到破坏——缺陷。 实际金属中存在着大量的晶体缺陷，缺陷会引起材料性能的巨大变化，如：理想完整晶体的强度通常是实际晶体的数十倍，甚至数百倍。;点缺陷：点缺陷是指长、宽、高三个方向上尺寸都很小(原子尺寸范围内)的缺陷。;空位;线缺陷：线缺陷是指晶体内部一个方向尺寸较大，在另外两个方向上尺寸较小的缺陷，呈线状分布的缺陷，常见的是各种类型的位错（Dislocation）。;刃型位错：在晶体的某一个晶面的上、下两部分的原子面产生错排，就好像沿着某方位的晶面插入的一个多余原子面，但又未插到底，犹如插入刀刃一般，故称为刃型位错，刃型位错。 多余原子列位于滑移面以上的称正位错，用“ ┴ ”表示。 多余原子列位于滑移面以下的称负位错，用“ ┬ ”表示。;面缺陷：在三维空间的两个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另外一个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷，是指金属的晶界和亚晶界。;一、金属的结晶 　 结晶：液态金属冷却到熔点温度时，原子由无序状态转变为按一定几何形状作有序排列的过程，称为结晶。 一切物质从液态到固态的转变过程称为凝固，如凝固后形成晶体结构，则称为结晶。结晶可以是液—固转变，也可以是固—固相变。;1、通过热分析法测定冷却曲线 将纯金属加热熔化成液体，然后使其缓慢冷却，在冷却过程中，每隔一段时间测量液体的温度，可得到纯金属的温度—时间曲线(又称冷却曲线)， 　;1、通过热分析法测定冷却曲线;1）、?冷却曲线分析 纯金属结晶时，在冷却曲线上出现水平台阶的原因，是由于金属在结晶过程中，释放的结晶潜热补偿了向外界散失的热量，使温度并不随冷却时间的增加而下降，直到金属结晶终了后，已没有结晶潜热补偿散失的热量，故温度又重新下降。 2）、?过冷现象 金属的实际结晶温度Tn低于理论结晶温度T0的现象，称为过冷。 过冷度ΔT= T0－Tn，过冷是结晶的必要条件。 同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。;2、纯金属的结晶过程;当液体金属冷到实际结晶温度后，液体中存在着许多类似于晶体的小集团，这些小集团中的一部分就