固体结构(3-4)-金属的晶体结构.ppt

第二章 固体结构,第一节 晶体学基础 第二节 金属的晶体结构 第三节 合金相结构 第四节 离子晶体结构 第五节 共价晶体结构 第六节 聚合物的晶态结构 第七节 非晶态结构,第二节 金属的晶体结构,2.1 典型金属的晶体结构 2.2 晶体中的原子堆垛方式 2.3 晶体中的间隙 2.4 晶体的多晶型性,化学元素周期表中，金属元素占80余种 常见的金属晶体结构有： 体心立方（ bcc，body-centered cubic） 面心立方（ fcc，face-centered cubic） 密排六方（ hcp，hexagonal close-packed）,2.1 典型金属的晶体结构,体心立方（bcc，body-centered cubic）,体心立方晶胞示意图 （a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图,面心立方（fcc，face-centered cubic）,面心立方晶胞示意图 （a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图,密排六方（hexagonal close-packed，hcp）,密排六方晶胞示意图 （a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图,体心立方,面心立方,密排六方,一、晶胞中的原子数,体心立方 面心立方 密排六方,二、点阵常数与原子半径,配位数和致密度定量地表示原子排列的紧密程度。 配位数（coordination number，CN）：晶体结构中任一原子周围最近且等距离的原子数。 致密度（K）：晶胞中原子所占的体积分数，,三、配位数与致密度,式中，n为晶胞原子数，v原子体积，V晶胞体积。,体心立方配位数为8,面心立方配位数为12,密排六方配位数为12,分别画出面心立方晶格和体心立方晶格100, 110, 111晶面上原子排列示意图。,思考题,面心立方和密排六方结构的致密度均为0.74，是纯金属中最密集的结构； 面心立方与密排六方虽然晶体结构不同，但配位数与致密度却相同，为搞清其原因，必须研究晶体中原子的堆垛方式； 面心立方与密排六方的最密排面原子排列情况完全相同，但堆垛方式不一样。,2.2 晶体中的原子堆垛方式,ABA,ABCA,图 面心立方晶格密排面的堆垛方式,图 密排六方晶格密排面的堆垛方式,2.3 晶体结构中的间隙,四面体间隙的数目 四面体间隙半径,八面体间隙的数目 八面体间隙半径,四面体间隙的数目 四面体间隙半径,八面体间隙的数目 八面体间隙半径,面心立方结构中间隙的刚球模型八面体间隙,面心立方结构中间隙的刚球模型四面体间隙,几点说明: (1)fcc和hcp都是密排结构，而bcc则是比较“开放”的结构，因为它的间隙较多。因此，碳、氮、氢、氧、硼等原子半径较小的元素（即间隙原子）在bcc金属中的扩散速率往往比在fcc及hcp金属中高得多。 (2)fcc和hcp金属中的八面体间隙大于四面体间隙，故这些金属中的间隙原子往往位于八面体间隙中。 (3)fcc和hcp中的八面体间隙远大于bcc中的八面体或四面体间隙，因而间隙原子在fcc和hcp中的固溶度往往比在bcc中大得多。,2.4 晶体的多晶型性,多晶型性：有些固态金属在不同温度和压力下具有不同的晶体结构。 转变的产物称为同素异构体。 在多晶型性转变过程中伴随有体积的突变。 同素异构转变对于金属能否通过热处理来改变性能具有重要意义。,思考题,试计算体心立方铁受热而变为面心立方铁时出现的体积变化。在转变温度下，体心立方铁的点阵参数是2.863埃，而面心立方铁的点阵参数是3.591埃。,这表明铁在加热到一定温度时出现收缩,本节小结,1、典型金属