工程材料与热处理 第2章 金属的晶体结构与结晶.ppt

第2章 金属的晶体结构与结晶 2.1金属的晶体结构 2.2实际金属的晶体结构 2.3纯金属的结晶 问题的提出 材料化学成分不同 性能不同 材料化学成分相同 ？ 性能不同 性能相同 例如 C 金刚石 石墨 结构不同 性能不同 电子结构、晶体结构 金属的电子结构（自由原子的和晶体的电子结构） 晶体结构-----金属原子以金属键的形式结合 金属键：在自由电子形成的电子云的负电场中，原子核相对固定规则的排列，这种原子核和电子之间的关系叫金属键 影响材料性能的因素：化学成分和内部结构。 2.1 金属的晶体结构 一．晶体 原子有规则的排列所形成的物质。反之，叫非晶体。 晶体的特征： 1）原子有规则的排列，有规则的外形； 2）固定的凝固点和熔点； 3) 晶体的各向异性。 二．晶格和晶胞 晶格：形象反映原子排列的空间网格。网格线代表原子之间的相互作用，小球代表原子。 晶胞：在晶格中取出的能反映原子排列规律的有代表性的单元。 晶格常数：反映晶胞的形状和大小。边长a、b、c，边夹角α、β、γ 三．常见的晶格类型 体心立方 面心立方 密排六方 基本概念： 晶胞原子数：指一个晶胞内所包含的原子数目。 原子半径：指晶胞中原子密度最大方向上相邻两原子之间平衡距离的一半。 配位数：晶胞中任一原子周围与其最邻近且等距离的原子数目。 致密度：晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比。 1.体心立方晶格 晶胞是一个立方体，立方体的八个顶点各有一个原子，中心还拥有一个原子。 晶格常数：a=b=c； α=β=γ。 晶胞原子数： 1/8*8+1=2 原子半径： 配位数：8 致密度: 应用：W， MO，V，Cr, α-Fe 2.面心立方晶格 晶胞是一个立方体，立方体的八个顶点各有一个原子，六面中心还各有一个原子。 晶格常数：a=b=c; α=β=γ。 晶胞原子数： 1/8*8+1/2*6=4 原子半径： 配位数：12 致密度: 应用：Cu，Al，Au，Ag，γ-Fe 3.密排六方晶格 晶胞是一个六棱柱，六棱柱的12个顶点各有一个原子，两顶面中心还各有一个原子，中间层拥有三个原子。 晶格常数：a=b≠c; α=β=90,γ=120。 晶胞原子数： 1/6*12+1/2*2+3=6 原子半径：1/2a 配位数：12 致密度:当 c/a=1.633时， 应用： Bi,Mg,Zn,Ti 四 晶面与晶向 晶面：晶格中原子中心所构成的平面。 晶向：晶体中穿过两个以上原子中心的方向（直）线 晶面和晶向指数：表示各种晶面和晶向位向的统一标号 （一） 立方晶体中晶面指数的确定及表示方法 确定坐标系：确定三要素：原点、坐标轴、单位长度 求截距：求出待定晶面在三个轴上的截距 取倒数：取这些截距的倒数 4. 化简：将上述倒数化为最小的整数，并加上园括号“( )”，即为晶面指数。如（110） 晶面指数一般可记为 hkl。如果晶面得到负截距则在所得到指数上方冠以负号，如（ ） （二） 立方晶体中晶向指数的确定及表示方法 1.确定坐标系：确定三要素：原点、坐标轴、单位长度 2.引平行线：通过坐标原点引一直线平行于所求的晶向 3.求坐标：求出该直线上任一点的坐标 4.化简：按比例化为最小整数，加一方括号，“[ ]”，即为所求晶向指数。如[112] 晶向指数一般可记为[uvw]。如果晶向得到负坐标值则在所得到指数上方冠以负号，如[ ] （三） 晶面族{hkl}及晶向族uvw 晶面族{hkl} ：表示位向不同但其原子排列相同的一组晶面 晶向族uvw:表示方向不同但其原子排列相同的一组晶向 如：｛１００｝表示(100)、(010)、(001)等一组晶面 〈１００〉表示[100]、[010]、[001]等一组晶向 在立方晶体的晶格中： 最有实用意义晶面为{111}、{110)、{100}所包含的晶面 最有实用意义晶向为111、110、100所包含的晶向 （ 四）晶面及晶向的原子密度 表 体心立方晶格中三种主要晶面和晶向的原子密度 五、晶体的各向异性 对于同一个完整的晶体，当我们从不同方向上测量某些量时，(如弹性模量E、强度极限?b、屈服极限?s、电阻率、磁导率、线胀系数、耐蚀性等)，将得到不同的数值。如铁(?－Fe) 〈111〉方向E