第4章晶體結(jié)構(gòu)

1、第四章第四章 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)一、一、 晶體與非晶體晶體與非晶體1、晶體的定義、晶體的定義u物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)(分子、原子或離子分子、原子或離子)在三維空間作有規(guī)律的周在三維空間作有規(guī)律的周期性重復(fù)排列所形成的物質(zhì)叫晶體。期性重復(fù)排列所形成的物質(zhì)叫晶體。u非晶體在整體上是無(wú)序的非晶體在整體上是無(wú)序的 ；近程有序；近程有序 。材料中原子的排列3、晶體的特征、晶體的特征u（1）周期性（不論沿晶體的哪個(gè)方向看去，總是相隔一）周期性（不論沿晶體的哪個(gè)方向看去，總是相隔一定的距離就出現(xiàn)相同的原子或原子集團(tuán)。這個(gè)距離稱為周定的距離就出現(xiàn)相同的原子或原子集團(tuán)。這個(gè)距離稱為周期期 ）液體和氣體都是非晶體。）

2、液體和氣體都是非晶體。u（2）有固定的凝固點(diǎn)和熔點(diǎn)）有固定的凝固點(diǎn)和熔點(diǎn)u（3）各向異性（沿著晶體的不同方向所測(cè)得的性能通常）各向異性（沿著晶體的不同方向所測(cè)得的性能通常是不同的是不同的 ：晶體的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、彈性、強(qiáng)：晶體的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、彈性、強(qiáng)度、光學(xué)性質(zhì)度、光學(xué)性質(zhì) ）。）。4 4、晶體與非晶體的區(qū)別、晶體與非晶體的區(qū)別 a a 根本區(qū)別：質(zhì)點(diǎn)是否在三維空間作有規(guī)根本區(qū)別：質(zhì)點(diǎn)是否在三維空間作有規(guī)則的周期性重復(fù)排列。則的周期性重復(fù)排列。 b b 晶體具有確定的熔點(diǎn)晶體具有確定的熔點(diǎn) 純金屬緩慢加熱到一定溫度純金屬緩慢加熱到一定溫度, , 固態(tài)金屬熔固態(tài)金屬熔化成為

3、液態(tài)金屬。熔化過(guò)程中溫度不變?；蔀橐簯B(tài)金屬。熔化過(guò)程中溫度不變。熔化溫度熔化溫度( (T T0 0) )稱為稱為熔點(diǎn)熔點(diǎn)。晶體和非晶體的熔化曲線晶體和非晶體的熔化曲線 非晶體材料在非晶體材料在加熱時(shí)加熱時(shí), , 固態(tài)轉(zhuǎn)變固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)為液態(tài)時(shí), , 溫度變溫度變化?；?。 c c 晶體具有各向異性晶體具有各向異性 在晶體中在晶體中, , 不同晶面和晶向上原子排列不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，它們之間的結(jié)合力的大的方式和密度不同，它們之間的結(jié)合力的大小也不相同，因而金屬晶體不同方向上的性小也不相同，因而金屬晶體不同方向上的性能不同。這種性質(zhì)叫做晶體的能不同。這種性質(zhì)叫做晶體的各向異

4、性各向異性。 單晶體鐵單晶體鐵( (只含一個(gè)晶粒只含一個(gè)晶粒) )的彈性模量，的彈性模量， 方向上為方向上為2.902.9010105 5 MPa, MPa, 方向上只有方向上只有1.351.3510105 5 MPaMPa。 單晶體鐵在磁場(chǎng)中沿單晶體鐵在磁場(chǎng)中沿方向磁化容方向磁化容易。制造變壓器用的硅鋼片的易。制造變壓器用的硅鋼片的方向應(yīng)平方向應(yīng)平行于導(dǎo)磁方向，以降低變壓器的鐵損。行于導(dǎo)磁方向，以降低變壓器的鐵損。 鋅在鹽酸中溶解時(shí)，晶面的溶解速度鋅在鹽酸中溶解時(shí)，晶面的溶解速度的次序從大到小是：的次序從大到小是： 各向異性：各向異性：晶體晶體在不同的方向上的力學(xué)、在不同的方向上的力學(xué)、物理

5、和化學(xué)等性能不一樣。物理和化學(xué)等性能不一樣。 各向同性：各向同性：非晶體非晶體在各個(gè)方向上性能完在各個(gè)方向上性能完全相同，這種性質(zhì)叫非晶體的全相同，這種性質(zhì)叫非晶體的各向同性各向同性。 實(shí)際使用的金屬實(shí)際使用的金屬, , 內(nèi)部由許多晶粒組成，內(nèi)部由許多晶粒組成，每個(gè)晶粒在空間分布的位向不同，在宏觀上每個(gè)晶粒在空間分布的位向不同，在宏觀上沿各個(gè)方向上的性能趨于相同，晶體的各向沿各個(gè)方向上的性能趨于相同，晶體的各向異性顯示不出來(lái)。異性顯示不出來(lái)。 5、晶體與非晶體的相互轉(zhuǎn)化、晶體與非晶體的相互轉(zhuǎn)化u玻璃經(jīng)高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱后能形成晶態(tài)玻璃玻璃經(jīng)高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱后能形成晶態(tài)玻璃u通常呈晶體的物質(zhì)如果將它從

6、液態(tài)快速冷卻下來(lái)也可能得通常呈晶體的物質(zhì)如果將它從液態(tài)快速冷卻下來(lái)也可能得 到非晶態(tài)到非晶態(tài)u獲得非晶態(tài)的金屬和合金（采用特殊的制備方法獲得非晶態(tài)的金屬和合金（采用特殊的制備方法 ）思考題思考題u常見(jiàn)的金屬基本上都是晶常見(jiàn)的金屬基本上都是晶體體,但為什么不顯示各向異但為什么不顯示各向異性性?u多晶中各個(gè)晶粒往往取向多晶中各個(gè)晶粒往往取向不同，所以多個(gè)晶粒集合不同，所以多個(gè)晶粒集合在一起在任一方向上都顯在一起在任一方向上都顯示不出某一個(gè)晶向的特性示不出某一個(gè)晶向的特性來(lái)。來(lái)。 空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣為了便于分析研究晶體中原子或分子的排列情況，為了便于分析研究晶體中原子或分子的排列情況，可把它們抽象為規(guī)

7、則排列于空間的無(wú)數(shù)個(gè)幾何點(diǎn)，可把它們抽象為規(guī)則排列于空間的無(wú)數(shù)個(gè)幾何點(diǎn)，這些幾何點(diǎn)可以是原子或分子的中心，也可以是彼這些幾何點(diǎn)可以是原子或分子的中心，也可以是彼此等同的原子群或分子群的中心，但各個(gè)點(diǎn)子的此等同的原子群或分子群的中心，但各個(gè)點(diǎn)子的周圍環(huán)境必須相同，這種點(diǎn)子的空間排列稱為周圍環(huán)境必須相同，這種點(diǎn)子的空間排列稱為空間點(diǎn)陣。其中的每一個(gè)點(diǎn)稱為陣點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)?？臻g點(diǎn)陣。其中的每一個(gè)點(diǎn)稱為陣點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)。晶格晶格將陣點(diǎn)用一系列平行直線連接起來(lái)，將陣點(diǎn)用一系列平行直線連接起來(lái)，構(gòu)成一空間格架叫晶格。構(gòu)成一空間格架叫晶格。晶胞晶胞從晶格中選取一個(gè)能完全反映晶格特征的從晶格中選取一個(gè)能完全反映晶格特征的

8、基本單元作為空間點(diǎn)陣的組成單元，這種基本單元作為空間點(diǎn)陣的組成單元，這種最小的幾何單元稱晶胞。最小的幾何單元稱晶胞。 晶格 晶胞晶胞大小和形狀表示方法為：晶胞大小和形狀表示方法為：l晶胞的棱邊長(zhǎng)度、（稱為晶胞的棱邊長(zhǎng)度、（稱為點(diǎn)陣常數(shù)、晶格常數(shù)點(diǎn)陣常數(shù)、晶格常數(shù)）l棱邊的夾角為棱邊的夾角為、（稱為晶軸間夾角）。（稱為晶軸間夾角）。選取晶胞的原則：選取晶胞的原則：l1 1、應(yīng)反映出點(diǎn)陣的高度對(duì)稱性、應(yīng)反映出點(diǎn)陣的高度對(duì)稱性l2 2、棱和角相等的數(shù)目最多、棱和角相等的數(shù)目最多l(xiāng)3 3、棱邊夾角為直角時(shí)，直角數(shù)目最多、棱邊夾角為直角時(shí)，直角數(shù)目最多l(xiāng)4 4、晶胞體積最小、晶胞體積最小晶胞晶胞三斜晶系

9、單斜晶系正交晶系四（正）晶系立方晶系六方晶系菱方晶系a ab bc c，9090a ab cb c，9090，=120=120a ab cb c，9090abcabc， 9090abcabc，9090abcabc， 90 90a ab bc c， 9090空間點(diǎn)陣是晶體中質(zhì)點(diǎn)排列的幾何學(xué)抽象，空間點(diǎn)陣是晶體中質(zhì)點(diǎn)排列的幾何學(xué)抽象，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對(duì)稱性，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對(duì)稱性，由于各陣點(diǎn)的周圍環(huán)境相同，它只能有由于各陣點(diǎn)的周圍環(huán)境相同，它只能有1414種。種。晶體結(jié)構(gòu)是指晶體中實(shí)際質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或晶體結(jié)構(gòu)是指晶體中實(shí)際質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）的具體排列情況，它

10、們能組成各種類型分子）的具體排列情況，它們能組成各種類型的排列，因此實(shí)際存在的晶體結(jié)構(gòu)是無(wú)限的。的排列，因此實(shí)際存在的晶體結(jié)構(gòu)是無(wú)限的。空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣晶體結(jié)構(gòu)注意：注意： 晶體結(jié)構(gòu)差異很大，而空間點(diǎn)陣可能相同晶體結(jié)構(gòu)差異很大，而空間點(diǎn)陣可能相同 晶體結(jié)構(gòu)相似，而空間點(diǎn)陣可能不同。晶體結(jié)構(gòu)相似，而空間點(diǎn)陣可能不同。圖圖 布拉菲點(diǎn)陣布拉菲點(diǎn)陣晶面晶面晶體結(jié)構(gòu)中一系列原子所構(gòu)成的平面。晶體結(jié)構(gòu)中一系列原子所構(gòu)成的平面。晶向晶向通過(guò)晶體中任意兩個(gè)原子中心連成直線來(lái)通過(guò)晶體中任意兩個(gè)原子中心連成直線來(lái)表示晶體結(jié)構(gòu)的空間的各個(gè)方向。表示晶體結(jié)構(gòu)的空間的各個(gè)方向。晶向指數(shù)晶向指數(shù)和和晶面指數(shù)晶面指數(shù)是分別

11、表示晶向和晶面的符號(hào)，是分別表示晶向和晶面的符號(hào)，國(guó)際上用國(guó)際上用iller指數(shù)指數(shù)來(lái)統(tǒng)一標(biāo)定。來(lái)統(tǒng)一標(biāo)定。 晶向指數(shù)的標(biāo)定晶向指數(shù)的標(biāo)定u(1)建立以晶軸建立以晶軸a，b，c為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系，各軸上的坐為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系，各軸上的坐標(biāo)長(zhǎng)度單位分別是晶胞邊長(zhǎng)標(biāo)長(zhǎng)度單位分別是晶胞邊長(zhǎng)a，b，c，坐標(biāo)原點(diǎn)在待標(biāo)晶向，坐標(biāo)原點(diǎn)在待標(biāo)晶向上；上；u(2)選取該晶向上原點(diǎn)以外的任一點(diǎn)選取該晶向上原點(diǎn)以外的任一點(diǎn)P(xa，yb，zc)；u(3)將將xa，yb，zc化成最小的簡(jiǎn)單整數(shù)比化成最小的簡(jiǎn)單整數(shù)比u，v，w，且，且u v w = xa yb zc；u(4)將將u，v，w三數(shù)置于方括號(hào)內(nèi)就得到晶向指數(shù)三

12、數(shù)置于方括號(hào)內(nèi)就得到晶向指數(shù)uvw。晶向指數(shù)的標(biāo)定晶向指數(shù)的標(biāo)定確定確定立方晶系晶向指數(shù)立方晶系晶向指數(shù) 的步驟如下：的步驟如下：1、設(shè)坐標(biāo)系2、求坐標(biāo)值3、化整數(shù)4、化為最小整數(shù)，列括號(hào)化為最小整數(shù)，列括號(hào) 負(fù)值則在指數(shù)上加一負(fù)號(hào)。負(fù)值則在指數(shù)上加一負(fù)號(hào)。 晶向指數(shù)的說(shuō)明：晶向指數(shù)的說(shuō)明：ua.指數(shù)意義：代表相互平行、方向一致的所有晶向。指數(shù)意義：代表相互平行、方向一致的所有晶向。ub.負(fù)值：標(biāo)于數(shù)字上方，表示同一晶向的相反方向。負(fù)值：標(biāo)于數(shù)字上方，表示同一晶向的相反方向。uc.晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不同晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不同 的一組晶向，用的一組晶向

13、，用表示。數(shù)字相同，表示。數(shù)字相同， 但排列順序不同或正負(fù)號(hào)不同的晶向?qū)儆诘帕许樞虿煌蛘?fù)號(hào)不同的晶向?qū)儆?同一晶向族。同一晶向族。 晶面指數(shù)的標(biāo)定晶面指數(shù)的標(biāo)定u(1)建立一組以晶軸建立一組以晶軸a，b，c為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系。為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系。u(2)求出待標(biāo)晶面在求出待標(biāo)晶面在a，b，c軸上的截距軸上的截距xa，yb，zc。如。如該晶面與某軸平行，則截距為該晶面與某軸平行，則截距為。u(3)取截距的倒數(shù)取截距的倒數(shù)1/xa，1/yb，1/zc。u(4)將這些倒數(shù)化成最小的簡(jiǎn)單整數(shù)比將這些倒數(shù)化成最小的簡(jiǎn)單整數(shù)比h，k，l，使，使h k l= 1/xa 1/yb 1/zc。u(5)如有某一

14、數(shù)為負(fù)值，則將負(fù)號(hào)標(biāo)注在該數(shù)字的上方，如有某一數(shù)為負(fù)值，則將負(fù)號(hào)標(biāo)注在該數(shù)字的上方，將將h，k，l置于圓括號(hào)內(nèi)，寫成置于圓括號(hào)內(nèi)，寫成(hkl)，則，則(hkl)就是待標(biāo)晶面就是待標(biāo)晶面的晶面指數(shù)。的晶面指數(shù)。圖 晶面指數(shù)的標(biāo)定圖 晶面指數(shù)的標(biāo)定 晶面指數(shù)的說(shuō)明：晶面指數(shù)的說(shuō)明：u晶面指數(shù)所代表的不僅是某一晶面，而是代表著一組相晶面指數(shù)所代表的不僅是某一晶面，而是代表著一組相互平行的晶面互平行的晶面 ua.指數(shù)意義：代表一組平行的晶面；指數(shù)意義：代表一組平行的晶面；ub.0的意義：面與對(duì)應(yīng)的軸平行；的意義：面與對(duì)應(yīng)的軸平行；uc.平行晶面：指數(shù)相同，或數(shù)字相同但正負(fù)號(hào)相反；平行晶面：指數(shù)相同，

15、或數(shù)字相同但正負(fù)號(hào)相反；ud.晶面族：晶體中具有相同條件（原子排列和晶面間距晶面族：晶體中具有相同條件（原子排列和晶面間距完全相同），空間位向不同的各組晶面，用完全相同），空間位向不同的各組晶面，用hkl表示。表示。 ue.若晶面與晶向同面，則若晶面與晶向同面，則hu+kv+lw=0;uf.若晶面與晶向垂直，則若晶面與晶向垂直，則u=h, k=v, w=l。110 晶面族確定確定立方晶系晶面指數(shù)（立方晶系晶面指數(shù)（hklhkl）的步驟如下：的步驟如下：1、設(shè)坐標(biāo)、設(shè)坐標(biāo)2、求截距、求截距3、取倒數(shù)、取倒數(shù)4 4、將三個(gè)倒數(shù)化為互質(zhì)的整數(shù)比，并加上圓、將三個(gè)倒數(shù)化為互質(zhì)的整數(shù)比，并加上圓括號(hào)，即

16、表示該晶面的晶面指數(shù)，記為（括號(hào)，即表示該晶面的晶面指數(shù)，記為（hkl)hkl)原點(diǎn)設(shè)在待求晶面以外。原點(diǎn)設(shè)在待求晶面以外。求晶面在三個(gè)軸上的截距求晶面在三個(gè)軸上的截距。晶帶晶帶晶帶定律所有平行或相交于同一直線的晶面所有平行或相交于同一直線的晶面構(gòu)成一個(gè)晶帶，此直線稱為晶帶軸。構(gòu)成一個(gè)晶帶，此直線稱為晶帶軸。屬此晶帶的晶面稱為晶帶面。屬此晶帶的晶面稱為晶帶面。同一晶帶上晶帶軸同一晶帶上晶帶軸uvwuvw和晶帶面和晶帶面（hklhkl）之間存在以下關(guān)系：）之間存在以下關(guān)系：hu+kv+lw=0hu+kv+lw=0 通過(guò)晶帶定理可以：通過(guò)晶帶定理可以：1 1、求兩不平行的晶面（、求兩不平行的晶面（

17、h h1 1k k1 1l l1 1）和（）和（h h2 2k k2 2l l2 2）的晶帶軸。）的晶帶軸。 2 2、求兩個(gè)不平行的晶向、求兩個(gè)不平行的晶向uu1 1v v1 1w w1 1 和和uu2 2v v2 2w w2 2 所決定的晶面。所決定的晶面。3 3、判斷某一晶向是否在某個(gè)晶面上。、判斷某一晶向是否在某個(gè)晶面上。4 4、判斷幾個(gè)晶面是否屬于同一晶帶。、判斷幾個(gè)晶面是否屬于同一晶帶。晶面間距晶面間距相鄰兩個(gè)平行晶面之間的距離，相鄰兩個(gè)平行晶面之間的距離，用用d dhklhkl表示。表示。低指數(shù)的晶面間距較大，高指低指數(shù)的晶面間距較大，高指數(shù)的則較小。數(shù)的則較小。晶面間距最大的面總

18、是原子密排面。晶面間距最大的面總是原子密排面。晶面間距越小則晶面上的陣點(diǎn)就越稀疏。晶面間距越小則晶面上的陣點(diǎn)就越稀疏。 上述晶面間距的計(jì)算公式只適應(yīng)上述晶面間距的計(jì)算公式只適應(yīng)簡(jiǎn)單晶胞簡(jiǎn)單晶胞。復(fù)雜晶胞由。復(fù)雜晶胞由于中心型原子的存在而使晶面層數(shù)增加，應(yīng)根據(jù)具體情況對(duì)于中心型原子的存在而使晶面層數(shù)增加，應(yīng)根據(jù)具體情況對(duì)上述計(jì)算公式進(jìn)行修正。上述計(jì)算公式進(jìn)行修正。三、純金屬晶體結(jié)構(gòu) 決定晶體結(jié)構(gòu)類型的內(nèi)在因素是原子（分子、離決定晶體結(jié)構(gòu)類型的內(nèi)在因素是原子（分子、離子）間結(jié)合鍵的類型以及鍵的強(qiáng)弱。金屬晶體的結(jié)合子）間結(jié)合鍵的類型以及鍵的強(qiáng)弱。金屬晶體的結(jié)合鍵是金屬鍵，由于金屬鍵沒(méi)有方向性，使金屬

19、內(nèi)部的鍵是金屬鍵，由于金屬鍵沒(méi)有方向性，使金屬內(nèi)部的原子趨向于緊密排列，構(gòu)成高度對(duì)稱性的簡(jiǎn)單晶體結(jié)原子趨向于緊密排列，構(gòu)成高度對(duì)稱性的簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu)。構(gòu)。金屬在固態(tài)下一般都是晶體。決定晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素是原子，離子，分子間鍵合的類型及鍵的強(qiáng)弱。金屬晶體是以金屬鍵結(jié)合，由于金屬鍵具有無(wú)飽和性和無(wú)方向性的特點(diǎn)，從而使金屬內(nèi)部的原子趨于緊密排列，構(gòu)成高度對(duì)稱性的簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu)：密排六方結(jié)構(gòu)密排六方結(jié)構(gòu) A3 A3 或或 hcp hcp 六方晶系六方晶系體心立方結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu) A2 A2 或或 bcc bcc 立方晶系立方晶系面心立方結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu) A1 A1 或或 fcc fcc 立方晶系立方晶系配

20、位數(shù)和致密度配位數(shù)和致密度原子半徑原子半徑 R(R(原子的半徑原子的半徑)()(和點(diǎn)陣常數(shù)關(guān)系和點(diǎn)陣常數(shù)關(guān)系) )晶胞中原子數(shù)晶胞中原子數(shù)點(diǎn)陣參數(shù)點(diǎn)陣參數(shù) ( (晶格常數(shù)和晶軸間夾角晶格常數(shù)和晶軸間夾角) )原子的堆垛方式原子的堆垛方式密排方向和密排面密排方向和密排面晶體結(jié)構(gòu)中間隙晶體結(jié)構(gòu)中間隙 ( (大小和數(shù)量大小和數(shù)量) )晶胞中原子的排列方式晶胞中原子的排列方式 ( (原子所處的位置原子所處的位置) )原子半徑原子半徑晶胞中相距最近的兩個(gè)原子之晶胞中相距最近的兩個(gè)原子之 間距離的一半稱為原子半徑間距離的一半稱為原子半徑( (r r原子原子) )。致密度致密度晶胞中原子占有的體積與該晶胞體

21、積之晶胞中原子占有的體積與該晶胞體積之 比稱為致密度比稱為致密度( (也稱密排系數(shù)也稱密排系數(shù)) )。 致密度越大，原子排列緊密程度越大。致密度越大，原子排列緊密程度越大。配位數(shù)配位數(shù)為晶格中與任一個(gè)原子相距最近且距離為晶格中與任一個(gè)原子相距最近且距離 相等的原子數(shù)目。相等的原子數(shù)目。 配位數(shù)越大，原子排列緊密程度就越大。配位數(shù)越大，原子排列緊密程度就越大。面心（面心（fccfcc、A1) A1) 體心（體心（bccbcc、A2) (A2) (密排六方（密排六方（hcphcp、 A3)A3)1 1、晶胞中原子排列：在立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的面心各、晶胞中原子排列：在立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的

22、面心各有一個(gè)原子。有一個(gè)原子。2 2、晶胞中原子數(shù)、晶胞中原子數(shù): n=8: n=81/81/86 61/2=4 1/2=4 個(gè)個(gè)3 3、密排面和密排方向：、密排面和密排方向：111 111 4 4、點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑的關(guān)系：、點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑的關(guān)系：5 5、配位數(shù)與致密度、配位數(shù)與致密度 配位數(shù)配位數(shù) CN=12CN=12 致密度致密度 k=0.74k=0.746 6、原子堆垛方式：、原子堆垛方式：ABCABCABCABC7 7、間隙：八面體間隙、四面體間隙、間隙：八面體間隙、四面體間隙Ra42 n=8n=81/81/86 61/2=4 1/2=4 個(gè)個(gè)密排面：111 密排方向：面心立方點(diǎn)

23、陣常數(shù)與原子半徑的關(guān)系面心立方點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑的關(guān)系Ra42 配位數(shù)為12致密度74.0VnvK面心立方結(jié)構(gòu)中原子密排面的堆垛順序面心立方結(jié)構(gòu)中原子密排面的堆垛順序位于晶胞體中心和每個(gè)棱邊的中點(diǎn)，由位于晶胞體中心和每個(gè)棱邊的中點(diǎn)，由 6 6 個(gè)面心原子所個(gè)面心原子所圍成圍成, ,大小大小r rB B=0.414R=0.414R，r rB B為間隙半徑，為間隙半徑，R R為原子半徑。為原子半徑。由一個(gè)頂點(diǎn)原子和三個(gè)面心原子圍成，其大小：由一個(gè)頂點(diǎn)原子和三個(gè)面心原子圍成，其大?。簉 rB B=0.225R=0.225R。aRaR43,341 1、晶胞中原子排列：在立方體的八個(gè)頂角和體心各有一個(gè)原

24、子。、晶胞中原子排列：在立方體的八個(gè)頂角和體心各有一個(gè)原子。2 2、晶胞中原子數(shù)、晶胞中原子數(shù): n=8: n=81/81/81=2 1=2 個(gè)個(gè)3 3、密排面和密排方向：、密排面和密排方向：110 110 4 4、點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑的關(guān)系：、點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑的關(guān)系：5 5、配位數(shù)與致密度、配位數(shù)與致密度 配位數(shù)配位數(shù) CN=8CN=8 致密度致密度 k=0.68k=0.686 6、間隙：八面體間隙、四面體間隙、間隙：八面體間隙、四面體間隙n=8n=81/81/81=2 1=2 個(gè)個(gè)密排面110 密排方向體心立方晶格中點(diǎn)陣常數(shù)和原子半徑的關(guān)系體心立方晶格中點(diǎn)陣常數(shù)和原子半徑的關(guān)系aRaR43

25、,34體心立方結(jié)構(gòu)的配位數(shù)及致密度體心立方結(jié)構(gòu)的配位數(shù)及致密度配位數(shù)為8致密度為0.68四面體間隙由兩個(gè)體心原子和兩個(gè)頂角原子所圍成，四面體間隙由兩個(gè)體心原子和兩個(gè)頂角原子所圍成，大小大小rB=0.291R,rB=0.291R,有有 12 12 個(gè)。個(gè)。1 1、晶胞中原子排列：正六棱柱體、晶胞中原子排列：正六棱柱體 12 12 個(gè)頂角和上下底中心各個(gè)頂角和上下底中心各 有一個(gè)原子，正六棱柱體中心有三個(gè)原子有一個(gè)原子，正六棱柱體中心有三個(gè)原子2 2、晶胞中原子數(shù)、晶胞中原子數(shù): n=12: n=121/61/62 21/2 + 3 = 6 1/2 + 3 = 6 個(gè)個(gè)3 3、密排面和密排方向：、

26、密排面和密排方向：0001 0001 4 4、點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑的關(guān)系：、點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑的關(guān)系：a=2R (c/a=1.633)a=2R (c/a=1.633)5 5、配位數(shù)與致密度、配位數(shù)與致密度 配位數(shù)配位數(shù) CN=12CN=12 致密度致密度 k=0.74k=0.746 6、原子堆垛方式：、原子堆垛方式：ABABABAB7 7、間隙：八面體間隙、四面體間隙、間隙：八面體間隙、四面體間隙2n=12n=121/61/62 21/2 + 3 = 6 1/2 + 3 = 6 個(gè)個(gè)密排面0001 密排方向2密排六方晶格中點(diǎn)陣常數(shù)和原子半徑的關(guān)系密排六方晶格中點(diǎn)陣常數(shù)和原子半徑的關(guān)系a = 2R

27、 (c/a=1.633)配位數(shù)為12致密度 74.0VnvK密排六方結(jié)構(gòu)中原子密排面的堆垛順序密排六方結(jié)構(gòu)中原子密排面的堆垛順序ABABABAB八面體間隙有八面體間隙有6 6個(gè)，當(dāng)個(gè)，當(dāng)c/a=1.633c/a=1.633時(shí)，時(shí)，r rB B=0.414=0.414r rA A四面體間隙有四面體間隙有1212個(gè)，當(dāng)個(gè)，當(dāng)c/a=1.633c/a=1.633時(shí)，時(shí)，r rB B=0.225=0.225r rA A0.74126密排六方密排六方0.74124面心立方面心立方0.6882體心立方體心立方致密度致密度配位數(shù)配位數(shù)原子數(shù)原子數(shù)原子半徑原子半徑ar43ar21ar42u分別畫出面心立方晶格

28、和體心立方晶格分別畫出面心立方晶格和體心立方晶格100, 110, 100, 110, 111111晶面上原子排列示意圖。晶面上原子排列示意圖。思考題思考題 多晶型性多晶型性指某些金屬在不同溫度和壓力下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。指某些金屬在不同溫度和壓力下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。 多晶型性轉(zhuǎn)變多晶型性轉(zhuǎn)變指金屬在外部條件指金屬在外部條件 ( (如如 T T 和和 P) P) 改變時(shí)，其內(nèi)部改變時(shí)，其內(nèi)部從一種晶體結(jié)構(gòu)向另一種晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變從一種晶體結(jié)構(gòu)向另一種晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變, ,又稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。又稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。例如純鐵例如純鐵: :)(bccFe)(bccFe)(fccFe1394C912 C具有多

29、晶型性的金屬還有具有多晶型性的金屬還有MnMn、TiTi、SnSn、ZrZr等。等。 概述概述合金合金：兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬 經(jīng)熔煉或其它方法制成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元組元：組成合金的基本的獨(dú)立的物質(zhì)， 組元可以是純金屬、非金屬元素、或化合物。相相：合金中具有同一聚集狀態(tài)、同一晶體結(jié)構(gòu) 和性質(zhì)并以界面相互隔開(kāi)的均勻組成部分。單相合金：由一種相組成的合金。多相合金：由幾種不同的相組成的合金。 固溶體固溶體中間相中間相固溶體是以某一組元為溶劑，在其晶體點(diǎn)陣中溶人其他固溶體是以某一組元為溶劑，在其晶體點(diǎn)陣中溶人其他組元原子（溶質(zhì)原子）所形成的均勻混合的固態(tài)溶體，組元原子（溶質(zhì)原子）

30、所形成的均勻混合的固態(tài)溶體，它保持著溶劑的晶體結(jié)構(gòu)類型。它保持著溶劑的晶體結(jié)構(gòu)類型。兩組元兩組元ABAB組成合金時(shí)，除了可形成以組成合金時(shí)，除了可形成以A A為基或以為基或以B B為基的固溶為基的固溶體，還可能形成晶體結(jié)構(gòu)與體，還可能形成晶體結(jié)構(gòu)與A A、B B兩組元均不相同的新相。由兩組元均不相同的新相。由于它們?cè)诙鄨D上的位置總是位于中間，故通常稱為中間于它們?cè)诙鄨D上的位置總是位于中間，故通常稱為中間相。中間相可以是化合物，也可以是以化合物為基的固溶體。相。中間相可以是化合物，也可以是以化合物為基的固溶體。固溶體固溶體固溶體 合金組元通過(guò)溶解形成一種成合金組元通過(guò)溶解形成一種成分和性

31、能均勻的、且結(jié)構(gòu)與組元之一相分和性能均勻的、且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相。同的固相。溶劑溶劑 與固溶體晶格相同的組元與固溶體晶格相同的組元溶質(zhì)溶質(zhì) 其他另一組元（含量較少）其他另一組元（含量較少） 固溶體用固溶體用、等符號(hào)表示。等符號(hào)表示。A A、B B組元組成的固溶體也可表示為組元組成的固溶體也可表示為A(B), A(B), 其中其中A A為為溶劑溶劑, B, B為溶質(zhì)。為溶質(zhì)。 例如銅鋅合金中鋅溶入銅中形成的固溶例如銅鋅合金中鋅溶入銅中形成的固溶體一般用體一般用表示表示, , 亦可表示為亦可表示為Cu(Zn)Cu(Zn)。 1. 1. 固溶體的分類固溶體的分類 （1 1）按溶質(zhì)原子在溶劑晶格

32、中的位置分）按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置分 置換固溶體置換固溶體: :溶質(zhì)原子代換了溶劑晶格某些溶質(zhì)原子代換了溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)上的原子結(jié)點(diǎn)上的原子; ; 間隙固溶體間隙固溶體溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙之中。之中。置換固溶體置換固溶體 間隙固溶體間隙固溶體 （2 2）按溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解度分）按溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解度分 有限固溶體、無(wú)限固溶體有限固溶體、無(wú)限固溶體兩種。兩種。 固溶體中溶質(zhì)的含量即為固溶體的固溶體中溶質(zhì)的含量即為固溶體的濃度濃度，用，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)表示。質(zhì)量分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)表示。 在一定溫度和壓力條件下，溶質(zhì)在固溶體中在一定溫度和壓力條件下，溶

33、質(zhì)在固溶體中的的極限濃度極限濃度即為溶質(zhì)在固溶體中的即為溶質(zhì)在固溶體中的溶解度溶解度。 有限固溶體有限固溶體 超過(guò)溶解度有其它相形成。超過(guò)溶解度有其它相形成。 無(wú)限固溶體無(wú)限固溶體 溶質(zhì)可以任意比例溶入，即溶質(zhì)可以任意比例溶入，即溶質(zhì)溶解度可達(dá)溶質(zhì)溶解度可達(dá)100%100%。 （3 3）按溶質(zhì)原子在固溶體中分布是否規(guī)律分）按溶質(zhì)原子在固溶體中分布是否規(guī)律分 無(wú)序固溶體：無(wú)序固溶體：溶質(zhì)原子無(wú)規(guī)則分布溶質(zhì)原子無(wú)規(guī)則分布 有序固溶體：有序固溶體：溶質(zhì)原子規(guī)則分布溶質(zhì)原子規(guī)則分布無(wú)序固溶體無(wú)序固溶體有序固溶體有序固溶體有序化轉(zhuǎn)變：有序化轉(zhuǎn)變：在一定條件下，一些合金的無(wú)序在一定條件下，一些合金的無(wú)序固

34、溶體可轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w。固溶體可轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w。2. 2. 影響置換固溶體溶解度的因素影響置換固溶體溶解度的因素電負(fù)性原子尺寸晶體結(jié)構(gòu)原子價(jià)相同可形成無(wú)限固溶體，不同則只能形成有限固溶體原子半徑差小于15%，可形成溶解度較大的固溶體；原子半徑差大于15%時(shí)，半徑差越大，溶解度越低；原因：點(diǎn)陣畸變隨原子半徑差增大而增加。溶劑和溶質(zhì)之間的化學(xué)親和力越大，越容易形成化合物；電負(fù)性相近的元素間可能有較大的固溶度當(dāng)原子尺寸因素較為有利時(shí)，在某些以一價(jià)金屬為基的固溶體中，溶質(zhì)的原子價(jià)越高，其固溶度越小。 3. 3. 固溶體的性能固溶體的性能 固溶體隨著溶質(zhì)原子的溶入晶格發(fā)生畸變。固溶體隨著溶質(zhì)原子的溶入

35、晶格發(fā)生畸變。 晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬的滑晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬的滑移變形變得更加困難，從而提高合金的強(qiáng)度和硬移變形變得更加困難，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。度。通過(guò)形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)度和硬通過(guò)形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱為度提高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。 固溶強(qiáng)化是金屬?gòu)?qiáng)化的一種重要形式。固溶強(qiáng)化是金屬?gòu)?qiáng)化的一種重要形式。 在溶質(zhì)含量適當(dāng)時(shí)，可顯著提高材料的強(qiáng)在溶質(zhì)含量適當(dāng)時(shí)，可顯著提高材料的強(qiáng)度和硬度，而塑性和韌性沒(méi)有明顯降低。度和硬度，而塑性和韌性沒(méi)有明顯降低。 如：如： 純銅的純銅的b b為為220 MPa, 220 MPa, 硬度為硬度為40 HB,

36、 40 HB, 斷面收縮率斷面收縮率為為70%70%。 當(dāng)加入當(dāng)加入1%1%的鎳形成單相固溶體后的鎳形成單相固溶體后, , 強(qiáng)強(qiáng)度升高到度升高到390 MPa, 390 MPa, 硬度升高到硬度升高到70 HB, 70 HB, 而斷而斷面收縮率仍有面收縮率仍有50%50%。 固溶體綜合機(jī)械性能很好固溶體綜合機(jī)械性能很好, , 常作為結(jié)構(gòu)常作為結(jié)構(gòu)合金的基體相。合金的基體相。 固溶體與純金屬相比固溶體與純金屬相比, , 物理性能有較大物理性能有較大的變化的變化, , 如電阻率上升如電阻率上升, , 導(dǎo)電率下降導(dǎo)電率下降, , 磁矯磁矯頑力增大。頑力增大。v中間相是合金組元間發(fā)生相互作用而形成的一

37、種新相中間相是合金組元間發(fā)生相互作用而形成的一種新相, ,它它可以是化合物可以是化合物, ,也可以是以化合物為基的固溶體也可以是以化合物為基的固溶體( (二次固溶二次固溶體體),),一般可以用化學(xué)分子式來(lái)表示一般可以用化學(xué)分子式來(lái)表示, ,但不一定符合化合價(jià)但不一定符合化合價(jià)規(guī)律。規(guī)律。v中間相中原子的結(jié)合方式為金屬鍵與其它結(jié)合鍵相混合的中間相中原子的結(jié)合方式為金屬鍵與其它結(jié)合鍵相混合的方式。它們都具有金屬特性。方式。它們都具有金屬特性。v中間相分類：正常價(jià)化合物、電子化合物、原子尺寸有關(guān)中間相分類：正常價(jià)化合物、電子化合物、原子尺寸有關(guān)化的化合物化的化合物( (間隙相、間隙化合物間隙相、間隙

38、化合物) )、超結(jié)構(gòu)。、超結(jié)構(gòu)。是一些金屬與電負(fù)性較強(qiáng)的是一些金屬與電負(fù)性較強(qiáng)的AA、AA、AA族的一些元素按照化學(xué)上的原子價(jià)規(guī)律所形成的化合物。族的一些元素按照化學(xué)上的原子價(jià)規(guī)律所形成的化合物。其特點(diǎn)是符合化合物規(guī)律。具有嚴(yán)格的化合比、成分固其特點(diǎn)是符合化合物規(guī)律。具有嚴(yán)格的化合比、成分固定不變，成分可用化學(xué)式表示定不變，成分可用化學(xué)式表示, ,一般為一般為ABAB型、型、ABAB2 2型或型或A A2 2B B型、型、A A3 3B B2 2型。型。例如。例如:A:A2 2B B型型 MgMg2 2Pb MgPb Mg2 2Sn MgSn Mg2 2Ge Ge MgMg2 2Si ABSi AB型型 MgS MnS FeSMgS MnS FeS。在工業(yè)合。在工業(yè)合金中金中, ,能起到提高材料強(qiáng)度和硬度的作用能起到提高材料強(qiáng)度和硬度的作用, ,稱為強(qiáng)化相。稱為強(qiáng)化相。如如AlAlMgMgSiSi合金中合金中MgMg2 2SiSi；但有時(shí)也是有害相；但有時(shí)也是有害相, ,如鋼中如鋼中FeSFeS會(huì)引起鋼的脆性。會(huì)引起鋼的脆性。 是由是由BB族（族（CuCu、AuAu、AgAg）或過(guò)）或過(guò) 渡族金屬（渡族金屬（FeFe、CoCo、NiNi）與）與BB、AA、AA族元素形成的金屬化合物。電子價(jià)化合物的特族元素形成的金屬化合物。電子價(jià)化合物的特點(diǎn)是不遵循原子