第01章晶体结构与结晶.ppt

第一章 金属的晶体结构与结晶 §1 金属的晶体结构 一、晶体的基本概念 　　在自然界中除了一些少数的物质（如普通玻璃、松香等）以外，包括金属在内的绝大多数固体都是晶体。 1．晶体 　　所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体。 非晶体 晶体 图1-1 晶体与非晶体示意图 ２．晶体结构 晶体中原子（离子或分子）在空间的具体排列。 ３．晶格 把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空间格子称为晶格。 ４．晶胞 构成晶格的最基本单元。 由于晶体中原子排列的规律性， 可以用晶胞来描述其排列特征。 ５．晶格常数 晶胞的棱边长度a、b、c和棱间夹角α、β、γ是衡量晶胞大小和形状的六个参数，其中a、b、c称为晶格常数或点阵常数。 其大小用A来表示（1A=10-8cm） 若a=b=c，α=β=γ=90°这种晶胞就称为简单立方晶胞。具有简单立方晶胞的晶格叫做简单立方晶格。 X Y Z a b c 晶格常数 a，b，c ? ? ? ６．晶面：点阵中的结点所构成的平面。 ７．晶向：点阵中的结点所组成的直线。 X Y Z a b c X Y Z a b c 二、常见金属的晶体结构类型 （一）体心立方晶格 晶格常数a=b=c，通常只用a表示。 这种晶胞在其立方体的对角线 方向上原子是紧密接触排列着的。故其对角线长度 a方向上所分布的原子数目为2，这样可计算出其原子半径 ： 在这种晶胞中，因每个顶点上的原子是同时属于周围八个晶胞所共有。 每个体心立方晶胞中仅含有： 个原子。 属于这种体心立方晶格的金属有Fe(＜912℃,α-Fe)、Cr、Mo、W、V等。 （二）面心立方晶格 晶格常数a=b=c，通常只用a表示。 在这种晶胞中，在每个面的对角线上各原子彼此相互接触，因而其原子半径： 又因每一面心位置上的原子是同时属于两个晶胞所共有，故面心立方晶格的晶胞中包含有： 个原子。 属于这种晶格的金属有： Fe(912℃,γ-Fe)、 Al、Cu、Ni、Pb等。 （三）密排六方晶格 密排六方晶格由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下两个六方面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3个原子。 晶格常数a＝b≠c，c/a=1.633 密排六方晶格晶胞中所含原子数： 个原子 致密度K=0.74 属于这种晶格的金属有Be、Mg、 Zn、Cd等。 密排六方晶格 三、金属的实际结构和晶体缺陷 （一）单晶体与多晶体 单晶体：一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，称这块晶体为单晶体。 在一块很小的金属中也含着许多的小晶体，每个小晶体的内部，晶格位向都是均匀一致的，而各个小晶体之间，彼此的位向都不相同。这种小晶体的外形呈颗粒状，称为“晶粒”。 晶粒与晶粒之间的界面称为“晶界”。在晶界处，原子排列为适应两晶粒间不同晶格位向的过度，总是不规则的。 多晶体：实际上由多个晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 对于单晶体，由于各个方向上原子排列不同，导致各个方向上的性能不同，即“各向异性”的特点； 而多晶体对每个小晶粒具有“各向异性”的特点，而就多晶体的整体，由于各小晶粒的位向不同，表现的是各小晶粒的平均性能，故具备“各向同性”的特点。 单晶体 多晶体 　1.点缺陷 晶体中的空位、间隙原子、杂质原子都是点缺陷。 在空位和间隙原子附近，由于原子间作用力的平衡被破坏，使周围原子发生靠拢或撑开，因此，发生晶格畸变，使金属的强度提高，塑性下降。 　点缺陷示意图 （二）晶体缺陷 　按其几何形式的特点，分为如下三类： 2.线缺陷 晶体中的线缺陷通常是指各种类型的位错。 位错就是在晶体中某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。 线缺陷示意图 （二）晶体缺陷 3.面缺陷：主要指晶界与亚晶界。 晶界处实际上是原子排列逐渐从一种位向过渡到另一种位向的过渡层。亚晶界实际上是由一系列刃型位错所组成的小角度晶界。 ? ? ? ? §2 金属的结晶 一、纯金属的冷却曲线和过冷现象 　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。 1、? 通过热分析法测定冷却曲线