第3章晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶副本

1、一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)二、實(shí)際金屬結(jié)構(gòu)二、實(shí)際金屬結(jié)構(gòu)三、金屬的結(jié)晶三、金屬的結(jié)晶第第3 3章章 晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 第一節(jié)第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體：指原子呈規(guī)則排列的固體，具有晶體：指原子呈規(guī)則排列的固體，具有各向異性各向異性和和固定的固定的熔點(diǎn)熔點(diǎn)。金屬主要以晶體形式存在。金屬主要以晶體形式存在。雪花晶體雪花晶體 玻璃玻璃晶態(tài)晶態(tài)一、晶體的概念一、晶體的概念非晶體：指原子呈無(wú)序排列的固體。非晶體：指原子呈無(wú)序排列的固體。在一定條件下晶體和非晶體可在一定條件下晶體和非晶體可互相轉(zhuǎn)化互相轉(zhuǎn)化。 食鹽食鹽1 1、晶格：、晶格：晶體中原子排列的空間格子晶體中

2、原子排列的空間格子。各連線的交點(diǎn)。各連線的交點(diǎn)稱稱結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)。2 2、晶胞：、晶胞：構(gòu)成晶格最小幾何單元。構(gòu)成晶格最小幾何單元。3 3、晶格常數(shù)：、晶格常數(shù)：晶胞三個(gè)棱邊的尺寸晶胞三個(gè)棱邊的尺寸 a a、b b、c c。各棱間的夾角用。各棱間的夾角用 、 、 表示。表示。假設(shè)：原子為固定不動(dòng)的剛性小球假設(shè)：原子為固定不動(dòng)的剛性小球二、晶系二、晶系 立方晶系立方晶系：a a = =b b = =c c， = = = = = 90= 90 根據(jù)晶胞內(nèi)根據(jù)晶胞內(nèi)6 6個(gè)參數(shù)不同，將晶體分為七種晶系。個(gè)參數(shù)不同，將晶體分為七種晶系。90%90%以上的金屬具有以上的金屬具有立方晶系立方晶系和和六方晶系六方

3、晶系。六方晶系：六方晶系：五、常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)五、常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)（1 1）體心立方晶格）體心立方晶格bccbcc90%90%以上的金屬具有以下三種典型的晶體結(jié)構(gòu)。以上的金屬具有以下三種典型的晶體結(jié)構(gòu)。（2 2）面心立方晶格）面心立方晶格fccfcc（3 3）密排六方晶格）密排六方晶格hcphcp1 1、體心立方晶格、體心立方晶格 BCC BCC 體心立方晶格體心立方晶格原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)：晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：a (a=b=c)a (a=b=c)原子半徑：原子半徑：4/3ar配位數(shù)：配位數(shù)：致密度：致密度：常見金屬：常見金屬： -Fe-Fe、CrCr、WW、MoMo、V V、NbNb等等2

4、 22 2、面心立方晶格、面心立方晶格 FCC FCC a42r 原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)： 面心立方晶格面心立方晶格原子半徑：原子半徑：常見金屬：常見金屬： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等等晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：a (a=b=c)a (a=b=c)配位數(shù)：配位數(shù)：致密度：致密度：4：r = a / 2r = a / 2原子半徑原子半徑原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)：6 6配位數(shù)：配位數(shù)： 1212致密度：致密度：0.740.74常見金屬：常見金屬： MgMg、ZnZn、 BeBe、CdCd等等晶格常數(shù)：底面邊長(zhǎng)晶格常數(shù)：底面邊長(zhǎng) a a 和高和高 c c，c/a=1.633c/a=1.6333 3、密排

5、六方晶格、密排六方晶格 HCP HCP致密度和配位數(shù)致密度和配位數(shù)1 1、配位數(shù)：、配位數(shù)：晶格中與任一原子距離晶格中與任一原子距離最近且等距離的原子數(shù)目。最近且等距離的原子數(shù)目。反映原子排列的緊密程度反映原子排列的緊密程度2 2、致密度：、致密度：晶胞中原子本身所晶胞中原子本身所占的體積百分?jǐn)?shù)。占的體積百分?jǐn)?shù)。三、晶向指數(shù)三、晶向指數(shù)建坐標(biāo)系建坐標(biāo)系過(guò)原點(diǎn)過(guò)原點(diǎn)求坐標(biāo)值求坐標(biāo)值化整數(shù)化整數(shù)加加 晶向指數(shù)確定方法晶向指數(shù)確定方法晶向：晶胞中任意兩點(diǎn)間的直線，矢量晶向：晶胞中任意兩點(diǎn)間的直線，矢量表示晶向的符號(hào)稱為晶向指數(shù)。表示晶向的符號(hào)稱為晶向指數(shù)。（1 1）建立坐標(biāo)系，晶格常數(shù)分別作為三個(gè)坐

6、標(biāo)軸的長(zhǎng)度單位；）建立坐標(biāo)系，晶格常數(shù)分別作為三個(gè)坐標(biāo)軸的長(zhǎng)度單位；（2 2）過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)做待定晶向的直線；）過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)做待定晶向的直線；（3 3）求出直線上結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值。）求出直線上結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值。（4 4）將三個(gè)坐標(biāo)值按比例化為最?。⑷齻€(gè)坐標(biāo)值按比例化為最小整數(shù)，加方括號(hào)，整數(shù)，加方括號(hào)，443443。ZYXcba例如：求下列晶向的晶向指數(shù)(a=b=c=1)4431 1、1 1、3/43/4；注意：注意：ZYX110110指指110110、101101、011011、110110、101101、011011、負(fù)指數(shù)改變截距的方向負(fù)指數(shù)改變截距的方向晶向族晶向族: :uvwuvw指原子排列規(guī)律

7、相同，但指原子排列規(guī)律相同，但互不平行互不平行的所有晶向。的所有晶向。110110101ZYX四、晶面指數(shù)四、晶面指數(shù)表示晶胞中任意平面的符號(hào)稱為晶面指數(shù)。表示晶胞中任意平面的符號(hào)稱為晶面指數(shù)。建坐標(biāo)建坐標(biāo)（不能過(guò)該晶面）（不能過(guò)該晶面）求截距求截距取倒數(shù)取倒數(shù) 化整數(shù)化整數(shù)加（）加（）（1 1）建立坐標(biāo)系）建立坐標(biāo)系XYZXYZ，如圖。，如圖。（原點(diǎn)不能在待定晶面上）（原點(diǎn)不能在待定晶面上）（2 2）求晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距。）求晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距。 （3 3）取三個(gè)截距的倒數(shù)）取三個(gè)截距的倒數(shù) 1 1、0 0、0 0（4 4）化為最小整數(shù)，加圓括號(hào)）化為最小整數(shù)，加圓括號(hào)(100)

8、(100)例如：求下列晶面的晶面指數(shù)例如：求下列晶面的晶面指數(shù)（100100）1 1、 練習(xí)：求出下面晶面的晶面指數(shù)練習(xí)：求出下面晶面的晶面指數(shù)(111)(120)(110)(112)注意：注意：晶面族：晶面族： hkl hkl 指原子排列規(guī)律相同，但指原子排列規(guī)律相同，但互不平行互不平行的一族晶面的一族晶面(110)(110)(011)(011)(110)(110)110110指指(110)(110)、(101)(101)、(011)(011)(110)(110)、(101)(101)、(011)(011)六、單晶體的各向異性六、單晶體的各向異性在某個(gè)晶向上力學(xué)、物理性能不同，如單晶硅在某個(gè)

9、晶向上力學(xué)、物理性能不同，如單晶硅多數(shù)金屬晶體為多晶體，不顯示各向異性多數(shù)金屬晶體為多晶體，不顯示各向異性“單晶硅的制取單晶硅的制取”單晶體多晶體單晶體多晶體 第二節(jié)第二節(jié) 實(shí)際金屬結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬結(jié)構(gòu) 一、多晶體一、多晶體單晶體單晶體：原子按規(guī)律周期排列，所有晶格方位完全一致的晶體。（需人工獲得）原子按規(guī)律周期排列，所有晶格方位完全一致的晶體。（需人工獲得）多晶體多晶體：由許多晶格方位不同的晶粒構(gòu)成。每個(gè)小晶體稱為晶粒，晶粒之間由許多晶格方位不同的晶粒構(gòu)成。每個(gè)小晶體稱為晶粒，晶粒之間的界面稱為晶界。的界面稱為晶界。單晶冰糖和多晶冰糖單晶冰糖和多晶冰糖金屬晶粒尺寸約金屬晶粒尺寸約1 m幾個(gè)幾個(gè)m

10、m，鑄造金屬可達(dá)幾，鑄造金屬可達(dá)幾mm。純鐵組織純鐵組織晶粒示意圖晶粒示意圖鉛錠宏觀組織鉛錠宏觀組織二、晶體缺陷二、晶體缺陷（1 1）點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、異類原子）點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、異類原子（2 2）線缺陷：位錯(cuò)）線缺陷：位錯(cuò)（3 3）面缺陷：晶界與亞晶界）面缺陷：晶界與亞晶界點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，稱點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，稱晶格畸變晶格畸變。導(dǎo)電性下降，強(qiáng)度提高。導(dǎo)電性下降，強(qiáng)度提高。小置換原子小置換原子大置換原子大置換原子1 1、點(diǎn)缺陷：空間三維尺寸都很小的缺陷。、點(diǎn)缺陷：空間三維尺寸都很小的缺陷。（1 1）空位：晶格中某些結(jié)點(diǎn)未被原子占

11、據(jù)。）空位：晶格中某些結(jié)點(diǎn)未被原子占據(jù)。（2 2）間隙原子：擠進(jìn)晶格間隙中的原子。）間隙原子：擠進(jìn)晶格間隙中的原子。（3 3）置換原子：取代原來(lái)原子位置的外來(lái)原子。）置換原子：取代原來(lái)原子位置的外來(lái)原子。空位空位間隙原子間隙原子刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)2 2、線缺陷：、線缺陷： 一維尺寸相對(duì)大的缺陷（位錯(cuò)）一維尺寸相對(duì)大的缺陷（位錯(cuò)）位錯(cuò)：晶體中若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。位錯(cuò)：晶體中若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。正刃型位錯(cuò)正刃型位錯(cuò)負(fù)刃型位錯(cuò)負(fù)刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)：某一原子面在晶體內(nèi)部中斷，宛如用一把刀刃切入刃型位錯(cuò)：某一原子面在晶體內(nèi)部中斷，宛如用一把刀刃切入晶體，沿切口插入一額外半原子面。晶體，沿切口插入一額外半原子面。螺型位錯(cuò)：刀刃切入晶體后，上下部螺型位錯(cuò)：刀刃切入晶體后，上下部分沿著刃口相