第二章 金属的晶体结构与结晶.ppt

金属的晶体结构与结晶 第一节 金属的理想晶体结构 第二节 金属的实际晶体结 第三节 纯金属的结晶 学习要求 1.正确认识不同金属的晶体结构特征，要善于利用微观理论对材料的宏观性能表现进行分析。如活性炭、石墨和金刚石三种物质，虽然均由碳元素构成，但它们所表现出的宏观性能却截然不同，其差别的主要原因在于它们的晶体结构不同； 2.学会对日常生活中的现象进行思考和分析，理解结晶的过程和现象。如雪花是如何形成的？ 3.学习本章后，希望能在材料的微观知识方面奠定一定的基础，今后能很好地使用“纳米材料”、“功能材料”等。 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。 第一节 金属的理想晶体结构 一、晶体与非晶体 晶体：是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。 非晶体：是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。 二、金属的特性 金属晶体中，金属原子以“金属键”的方式结合。金属键的特点是没有饱和性和方向性。 三、晶体结构的基本概念 晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间格架。 晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。 晶格常数：晶胞个边的尺寸 a、b、c。 各棱间的夹角用?、?、?表示。 四、常见金属的晶格类型 1.体心立方晶格 晶格常数：a(a=b=c) 原子个数：2 配位数： 8 致密度：0.68 常见金属：?-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等 原子半径： 晶格常数：a 原子个数：4 配位数： 12 致密度：0.74 3．密排六方晶格 晶格常数：底面边长 a 和高 c， c/a=1.633 原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等 五、配位数和致密度 配位数：就是晶格中任一原子周围所紧邻的等距离的原子数。 致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。 体心立方晶格: 面心立方晶格： 典型密排六方晶格: 晶体的致密度越大，晶体原子排列密度越高，原子结合越紧密；配位数越大，晶体中原子排列就越紧密。 六、晶面指数和晶向指数 晶体中各原子组成的原子平面叫晶面。任意两个原子连成的直线，它所指的方向叫晶向。 晶面指数：表示晶面的符号称晶面指数。 其确定步骤为： ① 确定原点，建立坐标系，求出所求晶面在三个坐标轴上的截距。 ② 取三个截距值的倒数并按比例化为最小整数，加圆括弧，形式为（hkl）。 例一、求截距为?、1、?晶面的指数。 截距值取倒数为0、1、0，加圆括弧得（010） 例二、求截距为2、3、?晶面的指数。 取倒数为1/2、1/3 、 0, 按比例化为最小整数加圆括弧得（320） 例三、画出（112）晶面 取三指数的倒数1、1、1/2, 化成最小整数为2、2、1，即为X、Y、Z三坐标轴上的截距 ① 确定原点，建立坐标系，过原点作所求晶向的平行线。 ② 求直线上任一点的坐标值并按比例化为最小整数，加方括弧。形式为[uvw]。 例一、已知某过原点晶向上一点的坐标为1、1.5、2，求该直晶向指数。 将三坐标值按比例化为最小整数加方括弧得[234]。 例二、已知晶向指数为[110], 画出该晶向。 找出1、1、0坐标点,连接原点与该点的直线即所求晶向。 七、晶面族与晶向族 (hkl)与[uvw]分别表示的是一组平行的晶面和晶向。 指数虽然不同，但原子排列完全相同的晶面和晶向称作晶面族或晶向族。分别用{hkl}和uvw表示。 {110} 111 说明： ① 在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相互垂直。 ② 遇到负指数，“-”号放在该指数的上方。 第二节 金属的实际晶体结构 一、单晶体与多晶体 单晶体：其内部晶格方位完全一致的晶体。 多晶体：由很多晶粒组成的晶体。通常用的金属都是多晶体。 二、晶体缺陷 晶格的不完整部位称晶体缺陷。 实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三类，即点、线、面缺陷。 ① 点缺陷 空间三维尺寸都很小的缺陷。 空位：晶格中某些缺排原子的空结点。 间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。可以是基体金属原子，也可以是外来原子。 置换原子：取代原来原子位置的外来原子称置换原子。 点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变。从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。 刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘