材料科學(xué)基礎(chǔ)西交版第二章-材料的結(jié)構(gòu)-純金屬的晶體結(jié)構(gòu)

2.2純金屬的晶體結(jié)構(gòu)

2.2純金屬的晶體結(jié)構(gòu)

金屬在固態(tài)下一般都是晶體。決定晶體結(jié)構(gòu)（crystalstructure）的內(nèi)在因素是原子、離子、分子間結(jié)合鍵的類型及鍵的強(qiáng)弱。金屬晶體是以金屬鍵結(jié)合，其晶體結(jié)構(gòu)比較簡單,常見的有:

面心立方結(jié)構(gòu)

A1或fcc

(face-centeredcubic)

體心立方結(jié)構(gòu)

A2或bcc

(body-centeredcubic)

密排六方結(jié)構(gòu)

A3或hcp(hexagonal

close-packed)2.2.1三種典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)描述晶胞從以下幾個(gè)方面：晶胞中原子的排列方式(原子所處的位置)點(diǎn)陣參數(shù)(晶格常數(shù)和晶軸間夾角)晶胞中原子數(shù)原子半徑R(原子半徑和點(diǎn)陣常數(shù)之間的關(guān)系)配位數(shù)

(CN,coordinativenumber)

和致密度(K)密排方向和密排面晶體結(jié)構(gòu)中的間隙(大小和數(shù)量)原子的堆垛方式三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)剛球模型體心立方面心立方密排六方三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)晶胞中原子數(shù)體心立方面心立方密排六方原子半徑與晶格常數(shù)體心立方面心立方密排六方三種典型金屬晶格密排面的堆垛方式1.面心立方結(jié)構(gòu)(特征）晶胞中原子排列：在立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的面心上各有一個(gè)原子。點(diǎn)陣參數(shù):a=b=c；α=β=γ=90o晶胞中原子數(shù):n=8×1/8＋6×1/2=4個(gè)原子半徑R:原子半徑--兩個(gè)相互接觸的原子中心距離一半配位數(shù)與致密度：

配位數(shù)CN=12

致密度k=0.74密排面和密排方向

密排面：{111}密排方向：<110>面心立方晶格原子位置面心立方晶格晶胞原子數(shù)面心立方晶格原子配位數(shù)面心立方密排面和密排方向密排面：{111}密排方向：〈110〉1.面心立方結(jié)構(gòu)（間隙及堆垛方式）間隙有兩種:四面體間隙和八面體間隙，如圖2-15

八面體間隙（有八個(gè)面的空隙）位于晶胞體中心和每個(gè)棱邊的中點(diǎn)，由6個(gè)面心原子所圍成,其大?。簉B=0.414R，rB為間隙半徑，R為原子半徑，間隙數(shù)量為4個(gè)。

四面體間隙（有四個(gè)面的空隙）由一個(gè)頂點(diǎn)原子和三個(gè)面心原子圍成，其大?。簉B=0.225R，間隙數(shù)量為8個(gè)。堆垛方式：ABCABC…或ACBACB…的順序堆垛具有面心結(jié)構(gòu)金屬:γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag等。面心立方晶格中的八面體間隙面心立方八面體間隙面心立方四面體間隙面心立方四面體間隙面心立方晶體的ABCABC順序密堆結(jié)構(gòu)三種典型金屬晶格密排面的堆垛方式2.體心立方晶格(特征）原子排列：晶胞八個(gè)頂角和晶胞體心各有一個(gè)原子點(diǎn)陣參數(shù)：a=b=c，α=β=γ=90o晶胞中原子數(shù)：n=8×1/8＋1=2個(gè)原子半徑:配位數(shù)和致密度:

配位數(shù)：CN=8

致密度：k=0.68密排面和密排方向：

密排面：{110}密排方向：<111>體心立方晶格原子位置體心立方晶格晶胞中原子數(shù)體心立方晶格原子配位數(shù)體心立方晶格密排面和密排方向密排面：{110}密排方向：〈111〉2.體心立方結(jié)構(gòu)（間隙及堆垛方式）間隙有兩種：八面體和四面體間隙，如圖2-16

八面體間隙位于晶胞六面體每個(gè)面的中心和每條棱的中心。由一個(gè)面上的四個(gè)頂角原子和相鄰兩個(gè)晶胞體心共6個(gè)原子圍成，即數(shù)量為6。大小為rB=0.154R(在<100>)或rB=0.633R(在<110>)。

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rB=0.291R,有12個(gè)。堆垛方式:ABABAB…的順序堆垛bcc結(jié)構(gòu)金屬:α-Fe、δ-Fe、Cr、Mo、W、V等體心立方晶格的間隙八面體間隙四面體間隙

體心立方八面體間隙體心立方四面體間隙體心立方晶格的ABAB密堆結(jié)構(gòu)3.密排六方晶格（特征）原子排列:正六棱柱體12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)原子點(diǎn)陣參數(shù):a1=a2=a3≠c，c/a=1.633，α=β=90o，γ=120o晶胞中原子數(shù)：n=12×1/6＋2×1/2＋3=6個(gè)原子半徑:2R=aR=a/2配位數(shù)和致密度

配位數(shù)：CN=12

致密度:K=0.74密排面和密排方向

密排面：{0001}密排方向：<1120>密排六方晶格原子位置密排六方晶格晶胞原子數(shù)密排六方晶格原子配位數(shù)密排六方晶格密排面和密排方向密排面：{0001}密排方向：〈1120〉3.密排六方晶格(間隙及堆垛方式）間隙:較為復(fù)雜，如圖2-17

八面體間隙：rB=0.414R有6個(gè)

四面體間隙：rB=0.225R有12個(gè)堆垛方式:ABABAB…順序堆垛hcp結(jié)構(gòu)金屬有：Mg、Zn、Be、Cd等密排六方晶格八面體間隙密排六方晶格四面體間隙密排六方結(jié)構(gòu)原子堆垛順序面心立方晶體的ABCABC順序密堆結(jié)構(gòu)三種典型金屬晶格密排面的堆垛方式2.2.2多晶型性（同素異構(gòu)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)。

多晶型性轉(zhuǎn)變指金屬在外部條件(如T和P)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,又稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。例如純鐵:2.2.3晶體的各向異性

各向異性：由于在不同方向上的原子排列的緊密程度不同使晶體在不同方向上的物理、化學(xué)和力學(xué)性能不同。一般整個(gè)晶體不顯示各向異性，稱為偽等向性。2.2.4晶體結(jié)構(gòu)中的原子半徑溫度與壓力的影響結(jié)合