材料科学基础第2章-2.ppt

2 2金属的晶体结构 2 2金属的晶体结构 金属在固态下一般都是晶体 决定晶体结构的内在因素是原子 离子 分子间键合的类型及键的强弱 金属晶体是以金属键结合 其晶体结构比较简单 常见的有 心立方结构A1或fcc face centeredcubic 立方晶系 Al Cu Ni Fe Au Ag 体心立方结构A2或bcc body centeredcubic 立方晶系 Cr V Mo Fe Nb W Ti 密排六方结构A3或hcp hexagonalclose packed 六方晶系 Mg Zn Re Ti 面心立方结构A1或fcc 体心立方结构A2或bcc 密排六方结构A3或hcp 2 2 1三种典型金属晶体结构 对晶胞的描述包括一下几个方面 晶胞中原子的排列方式 原子所处的位置 点阵参数 晶格常数和晶轴间夹角 晶胞中原子数原子半径R 原子的半径 和点阵常数关系 配位数 coordinativenumber 和致密度密排方向和密排面晶体结构中的间隙 大小和数量 原子的堆垛方式 配位数 CN 是指晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数 面心立方结构 12 体心立方结构 8 8 6 见课本P 38表2 7表注 密排六方结构 12 6 6 见课本P 38表2 7表注 面心立方原子配位数 体心立方原子配位数 密排六方结构原子配位数 三种典型金属晶体结构晶胞原子数 2 4 6 原子半径与晶格常数 见P 36表2 5 致密度 K 是指晶体结构中原子体积占总体积的百分比 如以一个晶胞来计算 则致密度就是晶胞中原子体积与晶胞体积之比值 即 0 680 740 74 三种典型金属晶格密排面的堆垛方式 三种典型金属晶格密排面的堆垛方式 三种典型金属晶格密排面的堆垛方式 三种典型金属晶格密排面的堆垛方式 面心立方原子堆垛顺序 面心立方晶体的ABCABC顺序密堆结构 体心立方晶格原子堆垛顺序 体心立方晶格的ABAB密堆结构 密排六方晶格原子堆垛顺序 密排六方的ABAB堆垛结构 1 面心立方结构 特征 晶胞中原子排列 在立方体的八个顶角和六个面的面心各有一个原子 点阵参数 a b c 90 晶胞中原子数 n 8 1 8 6 1 2 4个原子半径R 原子半径 两个相互接触的原子中心距离一半配位数与致密度 配位数CN 12致密度k 0 74 1 面心立方结构 间隙及堆垛方式 间隙有两种 四面体间隙和八面体间隙 如图2 32八面体间隙 有八面的空隙 位于晶胞体中心和每个棱边的中点 由6个面心原子所围成 大小rB 0 414R rB为间隙半径 R为原子半径 间隙数量为4个 四面体间隙 有四面的interstice 由一个顶点原子和三个面心原子围成 其大小 rB 0 225R 间隙数量为8个 堆垛方式 ABCABC 或ACBACB 的顺序堆垛具有面心结构金属 Fe Al Cu Ni Au Ag等 2 体心立方晶格 特征 原子排列 晶胞八个顶角和晶胞体心各有一个原子点阵参数 a b c 90 晶胞中原子数 n 8 1 8 1 2个原子半径 配位数和致密度 配位数 CN 8致密度 k 0 68 2 体心立方晶格 间隙及堆垛方式 间隙 也是两种 为八面体和四面体间隙 如图2 33八面体间隙位于晶胞六面体每个面的中心和每个棱的中心由一个面上四个角和相邻两个晶胞体心共6个原围成 即数量为6 大小为rB 0 154R 在 或rB 0 633R 在 四面体间隙由两个体心原子和两个顶角原子所围成大小rB 0 291R 有12个 堆垛方式 ABABAB 的顺序堆垛bcc结构金属 Fe Fe Cr Mo W V等 3 密排六方晶格 特征 原子排列 正六棱柱体12个顶角和上下底中心各有一个原子 正六棱柱体中心有三个原子点阵参数 a1 a2 a3 c 90 120 晶胞中原子数 n 12 1 6 2 1 2 3 6个原子半径 2R aR a 2配位数和致密度配位数 CN 12致密度 K 0 74 3 密排六方晶格 间隙及堆垛方式 间隙 较为复杂 如图2 34八面体间隙rB 0 414R有6个四面体间隙rB 0 225R有12个堆垛方式 ABABAB 顺序堆垛hcp结构金属有 Mg Zn Be Cd等 面心立方八面体间隙 面心立方四面体间隙 面心立方四面体间隙 体心立方的间隙 体心立方八面体间隙 体心立方四面体间隙 密排六方晶格八面体间隙 密排六方晶格四面体间隙 2 2 2多晶型性 多晶型性指某些金属在不同温度和压力下具有不同的晶体结构 多晶型性转变指金属在外部条件 如T和P 改变时 其内部从一种晶体结构向另一种晶体结构的转变 又称同素异构 同素异性 转变例如纯铁 2 2 3晶体的各向异性 各向异性 由于在不同方向上的原子排列的紧密程度不同使晶体在不同方向上的物理 化学和力学性能不同 而一般整个晶体不显示各向异性 称为伪等向性 晶粒 组成晶体的结晶颗粒 多晶体 凡由两颗以上晶粒组成的晶体一般金属都是多晶体 晶粒 多相合金 本节的基本要求 需掌握如下的概念和术语 各向同性与各向异