山大材料科学基础第一章2.ppt

材料科学基础,2010.9,Email：zhonghaoliMobile2020/5/28,材料科学基础第一章,2,第一章工程材料中的原子排列,认识:材料的制备，结构，品质，服役，变化与损伤乃至破坏全过程并知道如何去控制它们的钥匙。攀登材料科学与工程这一科学殿堂的阶石,2020/5/28,材料科学基础第一章,3,第一章工程材料中的原子排列,先进材料金属，合金,美国航天飞机,2020/5/28,材料科学基础第一章,4,第一章工程材料中的原子排列,先进材料合金热电材料,俄罗斯卫星,2020/5/28,材料科学基础第一章,5,第一章工程材料中的原子排列,纳米材料,荷叶结构,构筑荷叶结构超疏水表面,超疏水布,2020/5/28,材料科学基础第一章,6,第一章工程材料中的原子排列,材料引言,什么是材料：世界万物凡于我有用者皆谓材料。材料科学：是一门以固体材料为研究对象，以固体物理，热力学，动力学，量子力学，冶金，化工为基础的多学科交叉基础应用学科。材料分类：金属材料，无机非金属材料，高分子材料，复合材料。（按化学组成分类）,2020/5/28,材料科学基础第一章,7,第一章工程材料中的原子排列,固体中原子的相互作用、结合及排列方式；晶体的特征及其描述方法；晶体结构的特点；各种晶体之间的差异；晶体结构中缺陷的类型及性质等。,本章主要内容：,2020/5/28,材料科学基础第一章,8,1.1原子键合,材料处于液态和固态时凝聚态，此时，原子(分子、离子)间距很近，产生较强的相互作用力结合力或结合键；,原子间作用力与原子间距的关系,2020/5/28,材料科学基础第一章,9,1.1原子键合,结合键可分为化学键和物理键两类：,化学键：由于电子运动使原子产生聚集的结合力，结合力较强，也称为一次键，包括金属键、共价键和离子键。物理键：也叫二次键，包括分子键由于范德瓦尔斯力作用和氢键多在高分子材料中。,2020/5/28,材料科学基础第一章,10,1.1原子键合,金属键与金属晶体,典型金属原子结构：最外层电子数很少，价电子极易挣脱原子核之束缚而成为自由电子，形成电子云电子共有化；,金属键,金属中的自由电子和金属正离子相互作用所构成键合即为金属键；,特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性。,2020/5/28,材料科学基础第一章,11,1.1原子键合,金属晶体的特点：,自由电子的存在使金属具有良好的导电和导热性能：在外电场的作用下自由电子会做定向移动，形成电流金属导电性强；,金属的一部分受热时，受热部分的自由电子能量增加，运动加剧，不断与金属离子碰撞而交换能量，把热从一部分传向各整体金属导热性好。,由于金属键既无饱和性又无方向性，每个原子可能同更多的原子相结合并趋于形成低能量的密堆结构；当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时不会使金属键破坏，使金属具有良好延展性；,2020/5/28,材料科学基础第一章,12,1.1原子键合,共价键与共价晶体,核外电子云达到最大的重叠,特点：共价键中原子以一定角度邻接，有确定的方位，即有方向性；与某一原子共价结合的原子数最多8N(N表示原子最外层电子数)个，配位数较小，即有饱和性。亚金属(C、Si、Sn、Ge)，聚合物和无机非金属材料多为共价键。结合力大，共价晶体熔点高、质地硬脆、导电能力差。,共价键：由二个或多个电负性差不大的原子间通过共用电子对而形成的键合方式。,2020/5/28,材料科学基础第一章,13,硅的共价键,1.1原子键合,金刚石的共价结合及其方向性,2020/5/28,材料科学基础第一章,14,1.1原子键合,离子键与离子晶体离子键是多数盐类、碱类和金属氧化物的结合方式。实质：金属原子带正电的正离子(Cation)非金属原子带负电的负离子(anion),特点：以离子而不是以原子为结合单元，要求正负离子相间排列，且无方向性，无饱和性。离子晶体性质：离子键正负离子静电引力较强，结合牢固，故熔点高、硬度高、热膨胀系数小、脆性大；很难产生自由运动的电子所以是良好的电绝缘体；高温熔融状态时正负离子在外电场作用下可以自由运动，呈现离子导电性。,2020/5/28,材料科学基础第一章,15,1.1原子键合,离子键,NaCl的离子结合键,2020/5/28,材料科学基础第一章,16,1.1原子键合,分子键(范德瓦尔斯键Vanderwaalsbonding)依靠偶极吸引力使中性原子或分子结合在一起的方式,2020/5/28,材料科学基础第一章,17,1.1原子键合,聚氯乙烯的范德瓦尔斯键,2020/5/28,材料科学基础第一章,18,1.1原子键合,氢键(Hydrogenbonding)存在于HF、H2O、NH3和带有-COOH、-OH、-NH2原子团的高分子聚合物中的极性分子键。,氢原子中唯一电子被其它原子所共有(共价键结合)，裸露的氢原子核将与近邻分子的负端相互吸引氢桥，可表示为：X-HY,2020/5/28,材料科学基础第一章,19,1.1原子键合,水分子H2O有稳定的电子结构，但氢原子单个电子的特性使H2O具有明显的极性，氢原子与另一水分子中的氧原子相互吸引，在两个水分子的氧原子之间起桥键作用。氢键介于化学键与物理键之间，结合力较范德瓦尔斯键强，具有饱和性，在高分子中占重要地位。,冰中水分子的排列及氢键的作用,2020/5/28,材料科学基础第一章,20,1.2原子的规则排列晶体学基础,固体材料可分为：,晶体：原子(分子,离子或原子集团)在三维空间按一定规律作周期性重复排列的固体。非晶体：原子散乱分布，或局部区域为短程规则排列。主要差别:晶体非晶体长程有序短程有序有固定熔点液、固转变温度不定各向异性各向同性,2020/5/28,材料科学基础第一章,21,1.2原子的规则排列晶体学基础,海盐,蓝宝石,雪花,常林钻石,2020/5/28,材料科学基础第一章,22,1.2原子的规则排列晶体学基础,晶体的特征,1)自范性:晶体具有自发地形成封闭的凸几何多面体外形能力的性质,又称为自限性.2)均一性:指晶体在任一部位上都具有相同性质的特征.3)各向异性:在晶体的不同方向上具有不同的性质.4)对称性:指晶体的物理化学性质能够在不同方向或位置上有规律地出现,也称周期性.5)与非晶体相比:最小内能和最大稳定性,有固定的熔点.,2020/5/28,材料科学基础第一章,23,1.2原子的规则排列晶体学基础,晶体结构与空间点阵,晶体结构:原子、分子、离子或原子集团按一定几何规律的具体排列方式。结构基元:在空间排布上,每隔相同距离重复出现的微粒(原子、离子、分子)或由微粒按一定结构组成的集团,简称基元。结点:将实际结构基元抽象成无体积的几何点,也称阵点周围环境相同。晶体格子:把结点用直线联起来构成的空间格架即晶体格子，简称晶格。,2020/5/28,材料科学基础第一章,24,1.2原子的规则排列晶体学基础,不同晶体的差别：不同晶体的晶胞，其形状、大小可能不同；围绕每个结点的原子种类、数量、分布可能不同。,空间点阵:由这些结点构成的三维空间总体称为空间点阵(空间格子或晶体点阵),结点又叫阵点,它仅有几何意义,并不真正代表任何质点。空间点阵中所有阵点的周围环境都是相同的,或者说，所有阵点都具有等同的晶体学位置.,晶体结构=结构基元+空间点阵,2020/5/28,材料科学基础第一章,25,1.2原子的规则排列晶体学基础,晶体的周期性：整个晶体可看作由结点沿三个不同的方向按一定间距重复出现形成的，结点间的距离称为该方向上晶体的周期。同一晶体不同方向的周期不一定相同。,晶胞：从晶格中取出来、能完全反映晶体特征(周期性和对称性)的最小几何单元平行六面体。晶胞在空间的重复堆垛即构成空间点阵。,2020/5/28,材料科学基础第一章,26,1.2原子的规则排列晶体学基础,晶胞参数：晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示，此即晶格特征参数，称晶胞参数、晶格参数或点阵参数。它们是：3条棱边的长度a、b、c;3条棱边两两的夹角、。,晶胞坐标及晶胞参数,晶胞类型:点阵晶胞：仅反映周期性最小的固体物理学原胞；结构晶胞：既反映周期性，也反映对称性结晶学原胞。,2020/5/28,材料科学基础第一章,27,1.2原子的规则排列晶体学基础,点阵晶胞,结构晶胞,2020/5/28,材料科学基础第一章,28,1.2原子的规则排列晶体学基础,简单晶胞:也称初级晶胞,在平行六面体的八个顶点上各有八分之一个阵点,故每个简单晶胞只含有一个阵点.复合晶胞:非初级晶胞,除在平行六面体八个顶点上有阵点外,体心、面心和底心上也有阵点,所以每个复合晶胞中含有一个以上阵点.晶轴:以晶胞角上的某一阵点为原点,以过原点的三个棱边为坐标轴x、y、z晶轴.点阵矢量:原点到各坐标轴上最近的第一个阵点的单位矢量。,2020/5/28,材料科学基础第一章,29,1.2原子的规则排列晶体学基础,布拉菲点阵(Bravaislattice),布拉菲(Bravais)依据晶格特征参数之间关系的不同，把所有晶体的空间点阵划归为7类,即7个晶系.晶胞中有的阵点只位于顶点,有的还占据上下底面的面心,各面的面心或晶胞的体心等位置,尽管阵点(结点)在空间排列方式不同,但按照点阵对称性要求通过数学方法可以证明,7个晶系共包括14种点阵,称为布拉菲点阵.,2020/5/28,材料科学基础第一章,30,1.2原子的规则排列晶体学基础,简单三斜,abc90,三斜晶系,2020/5/28,材料科学基础第一章,31,1.2原子的规则排列晶体学基础,正交晶系,简单正交,底心正交,体心正交,面心正交,abc90,2020/5/28,材料科学基础第一章,32,1.2原子的规则排列晶体学基础,六方晶系,简单六方,简单菱方,abc90120,2020/5/28,材料科学基础第一章,33,1.2原子的规则排列晶体学基础,正方晶系,简单正方,体心正方,abc,90,2020/5/28,材料科学基础第一章,34,1.2原子的规则排列晶体学基础,立方晶系,abc,90,简单立方,体心立方,面心立方,2020/5/28,材料科学基础第一章,35,1.2原子的规则排列晶体学基础,注意点：晶体结构与空间点阵的区别；空间点阵只有14种，晶体结构是无限多的；晶体结构=结构基元+空间点阵,2020/5/28,材料科学基础第一章,36,1.2原子的规则排列晶体学基础,具有相同点阵的晶体结构,晶体结构相似而点阵不同,2020/5/28,材料科学基础第一章,37,1.2原子的规则排列晶体学基础,晶向指数与晶面指数,晶向:空间点阵中各阵点列的方向代表晶体中原子列的方向,称为晶向.晶面:通过空间点阵中的任意一组阵点的平面代表晶体中的原子平面,称为晶面.密勒指数(Millerindices):国际通用、用以表示晶向和晶面空间位置的符号,分晶向指数和晶面指数.,2020/5/28,材料科学基础第一章,38,正交点阵中几个晶向的晶向指数,1.2原子的规则排列晶体学基础,晶向指数,确定方法:建立坐标系以晶胞的某一阵点为原点,三条棱边为坐标轴(x,y,z),并以晶胞棱边长度作为坐标轴的单位长度(a,b,c).则任一阵点可表示为:,2020/5/28,材料科学基础第一章,39,晶向指数的确定,1.2原子的规则排列晶体学基础,画出待定晶向过原点作一有向直线OP平行于待定晶向AB.,确定坐标值在直线OP上选取离原点最近的阵点并确定其坐标(x,y,z).,化整并加方括号将坐标值的比化为简单整数比,用u,v,w表示并加上方括号uvw(112)即为AB晶向的晶向指数,若为负号加在字符上面.,2020/5/28,材料科学基础第一章,40,1.2原子的规则排列晶体学基础,通式:uvw:代表相互平行、方向一致的所有晶向；若两晶向指数数字相同、符号相反表示晶体中两晶向相互平行但方向相反。,2020/5/28,材料科学基础第一章,41,1.2原子的规则排列晶体学基础,常用晶向坐标轴面对角线体对角线,2020/5/28,材料科学基础第一章,42,1.2原子的规则排列晶体学基础,晶面指数,化整并加圆括号：将上述倒数化为互质的最小整数h,k,l,加上圆括号，(hkl)即为待定晶面的晶面指数。,确定方法：建立坐标系原点不要取在待定晶面上。,晶面指数的确定,求截距找出待定晶面在三个坐标轴上的截距，晶面平行某坐标轴时截距为。取倒数：三个截距值的倒数。,2020/5/28,材料科学基础第一章,43,1.2原子的规则排列晶体学基础,反之，已知晶面指数可画出该晶面，如已知晶面指数(421)：(421)代表一组晶面，可画最靠近原点的一个，分别在三个坐标轴上确定其截距1/4、1/2、1/1后两两相连即可得到要求的晶面。,已知晶面指数画晶面,2020/5/28,材料科学基础第一章,44,1.2原子的规则排列晶体学基础,(hkl)：代表一组平行晶面；若晶面在坐标轴上的截距为负值，将负号标在相应指数上方；数字相同而正负号相反的晶面指数表示平行晶面；hkl：晶面族，表示晶面上原子排列情况和晶面间距完全相同、只是空间位向不同的各组晶面,晶面族中所有晶面性质相同,各平行晶面的面间距相等。如立方晶系中有：,通式:,2020/5/28,材料科学基础第一章,45,1.2原子的规则排列晶体学基础,100晶面族表面,111晶面族三角面,常用晶面族:,2020/5/28,材料科学基础第一章,46,1.2原子的规则排列晶体学基础,110晶面族对角面,2020/5/28,材料科学基础第一章,47,1.2原子的规则排列晶体学基础,晶面族hkl中的晶面数：将hkl中的h、k、l，改变符号和顺序，进行任意排列组合，就可构成这个晶面族所包括的所有晶面的指数,如:,hkl三个数不等，且都0，则此晶面族中有3!4=24组，如123hkl有两个数字相等且都0，则有3!/2!4=12组，如112hkl三个数相等，则有3!/3!4=4组，如111hkl有一个为0,应除以2,则有3!/24=12组，如120有二个为0,应除以22，则有3!/2!224=3组，如100,2020/5/28,材料科学基础第一章,48,1.2原子的规则排列晶体学基础,六方晶系中的晶向、晶面指数,六方晶系在三轴系中的晶向与晶面指数,2020/5/28,材料科学基础第一章,49,1.2原子的规则排列晶体学基础,解决方法：采用密勒-布拉菲指数(Miller-Braviasindices)表示，即三轴坐标系四轴坐标系,四轴坐标系中的六方晶系,2020/5/28,材料科学基础第一章,50,1.2原子的规则排列晶体学基础,四轴坐标系中用uvtw表示晶向指数,u、v、t分别对应于a1、a2、a3轴，相互间夹角为120，w对应于c轴，其中t=-(u+v)。确定晶向指数的方法：换算法,2020/5/28,材料科学基础第一章,51,1.2原子的规则排列晶体学基础,六方晶系的晶向指数,换算公式为：,先用三轴系确定待定晶向的指数UVW后换算成四轴系指数uvtw。,2020/5/28,材料科学基础第一章,52,确定晶向指数的方法：方法1矢量法从原点出发，沿平行四个晶轴方向依次移动，最后到达晶向上某一结点，各方向移动距离化为最小整数即得晶向指数。注意，沿a3轴移动距离应为沿a1、a2轴移动距离之和的负值由晶向确定晶向指数时较困难，但已知晶向指数画晶向时特别方便,2020/5/28,材料科学基础第一章,53,晶向指数的例子,正交晶系一些重要晶向的晶向指数,2020/5/28,材料科学基础第一章,54,晶面指数的例子,正交点阵中一些晶面的面指数,（010）（100）（120）（102）（111）（321）,2020/5/28,材料科学基础第一章,55,1.2原子的规则排列晶体学基础,四轴坐标系中的晶面指数中用(hkil)表示;晶面指数标定方法与三轴系相同：确定晶面在四个轴上的截距；取倒数，化整，加括号；同样有：i=-(h+k),六方晶系的晶面指数,2020/5/28,材料科学基础第一章,56,1.2原子的规则排列晶体学基础,晶向与晶面的关系,立方晶系中,同指数的晶向与晶面相互垂直，即hkl晶向是(hkl)晶面的法向。如：100(100)111(111)其它晶系中该规律不一定成立。当一晶向uvw位于或平行于某一晶面(hkl)时，必有hu+kv+lw=0。,立方系:111(111),2020/5/28,材料科学基础第一章,57,六方晶系一些晶面的指数,2020/5/28,材料科学基础第一章,58,1.2原子的规则排列晶体学基础,晶面间距晶面间距：相邻两个平行晶面之间的垂直距离。,简单立方点阵中的晶面间距,低指数晶面面间距大，高指数晶面面间距小。晶面间距越大，晶面上原子排列越密，越小，原子排列越稀。部分点阵的密排面：简单立方100体心立方110面心立方111,2020/5/28,材料科学基础第一章,59,1)确定晶向上某点的坐标值:012：0，1/2，1123：1/3，-2/3，12)根据坐标值正负确定原点，保证晶向在一个晶胞内：012均为正，原点定在O1，123Y轴为负，原点定在O2；3)由坐标值确定坐标点：P1，P2；4)连接O1P1和O2P2，得所求晶向。,1.2原子的规则排列晶体学基础,2020/5/28,材料科学基础第一章,60,1.2原子的规则排列晶体学基础,例2：在一个面心立方晶胞中画出(012)和(123)晶向。1)取晶面指数三数值的倒数,即晶面在三个坐标轴上的截距：(012)：，1，1/2(123)：1，-1/2，1/32)根据坐标值正负确定原点，保证晶向在一个晶胞内：(012)原点定在O3，(123)原点定在O4；3)确定各截距坐标点并连接相应坐标点，得所求晶面。,2020/5/28,材料科学基础第一章,61,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,典型金属的晶体结构是最简单的晶体结构。由于金属键的性质使典型金属的晶体具有高对称性，高密度的特点。面心立方结构(A1)face-centredcubiclatticefccAl,贵金属,-Fe,Ni,Pb,Pd,Pt等体心立方结构(A2)body-centredcubiclatticebcc碱金属,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,-Fe等密排六方结构(A3)hexagonalclose-packedlatticehcp-Ti,Be,Zn,Mg,Cd等,金属中常见晶体结构,2020/5/28,材料科学基础第一章,62,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,体心立方：,刚球模型,晶胞模型(质点模型),晶胞中的原子数,2020/5/28,材料科学基础第一章,63,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,面心立方：,刚球模型,晶胞模型(质点模型),晶胞中的原子数,2020/5/28,材料科学基础第一章,64,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,密排六方：,刚球模型,晶胞模型(质点模型),晶胞中的原子数,2020/5/28,材料科学基础第一章,65,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,计算公式:n=ni+nf/2+nr/m式中:ni、nf、nr分别表示位于晶胞内部、面心和角顶上的原子数，m为晶胞类型参数，立方晶系m=8，六方晶系m=6。由此：面心立方：ni=0，nf=6，nr=8晶胞原子数：n=0+6/2+8/8=4体心立方：ni=1，nf=0，nr=8晶胞原子数：n=1+0+8/8=2密排六方：ni=3，nf=2，nr=12晶胞原子数：n=3+2/2+12/6=6,晶胞中的原子数n,2020/5/28,材料科学基础第一章,66,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,以钢球模型确定点阵常数与原子半径的关系，设R为原子半径，a为点阵参数，有：面心立方：面对角线上原子紧密接触(相切)，故有4R=aR=(/4)aa=2R体心立方：体对角线上原子紧密接触(相切)，故有4R=aR=(/4)aa=(4/3)R密排六方：底边原子相切，故：2R=aR=a/2c/a=1.633,点阵常数,2020/5/28,材料科学基础第一章,67,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,晶体原子排列的紧密程度配位数CN每个原子周围最近邻且等距离的原子数目,体心立方CN=8,密排六方CN=12,面心立方CN=12,2020/5/28,材料科学基础第一章,68,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,致密度k=nv/Vn：晶胞原子数v：单原子的体积V：晶胞体积面心立方a=2Rn=4k=4(4/3)R3/a3=4(4/3)R3/(16R3)=0.74体心立方a=(4/3)Rn=2k=2(4/3)R3/a3=2(4/3)R3/(643/27)R3=0.68密排六方k=0.74,2020/5/28,材料科学基础第一章,69,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,2020/5/28,材料科学基础第一章,70,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,由钢球模型及致密度可知，金属晶体内存在间隙。面心立方中的间隙八面体间隙位于6个原子组成的正八面体中心；每个晶胞有1+12/4=4个八面体间隙；间隙半径rB与原子半径rA之比rB/rA=0.414,间隙中所能容纳的最大圆球半径,晶体结构中的间隙,2020/5/28,材料科学基础第一章,71,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,四面体间隙位于四个原子构成的正四面体中心的间隙；每个晶胞有8个四面体间隙；间隙半径：rB/rA=0.225,八面体间隙四面体间隙,2020/5/28,材料科学基础第一章,72,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,体心立方中的间隙八面体间隙：扁八面体间隙数目：6/2+12/4=6个间隙半径：rB/rA=0.155,四面体间隙：四面体间隙数目：每面4个，共24/2=12个间隙半径：rB/rA=0.291,四面体间隙八面体间隙,两种间隙形状均不对称，棱边长度不全相等。,2020/5/28,材料科学基础第一章,73,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,密排六方中的间隙密排六方结构中的八面体间隙和四面体间隙亦为正八面体和正四面体，有6个八面体间隙，6+2+12/3=12个四面体间隙。八面体间隙：rB/rA=0.414四面体间隙：rB/rA=0.225同样有：八面体间隙四面体间隙,2020/5/28,材料科学基础第一章,74,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,球体最紧密堆积原理：晶体中各质点间的相互结合可以看作是球体堆积，球体堆积的密度越大，系统的势能越低，晶体越稳定适合于典型的离子晶体和金属晶体。根据质点的大小不同可分为等径球和不等径球两种情况，金属晶体中的金属离子可看作等径球体。,晶体中原子的堆垛方式,2020/5/28,材料科学基础第一章,75,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,等径球最紧密堆积时，在平面上每个球与6个球相接触，形成第一层(球心位置A)。每3个彼此相接触的球体之间形成一个弧线三角形空隙，每个球周围有6个弧线三角形空隙，其中3个空隙的尖角指向图的下方(中心位置B)，另外3个空隙的尖角指向图的上方(中心位置C)，这两种空隙相间分布。,球体在平面上的最紧密堆积,晶体中原子的堆垛方式,2020/5/28,材料科学基础第一章,76,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,面心立方最紧密堆积按照ABCABC的方式堆积；重复层面平行于(111)晶面。,2020/5/28,材料科学基础第一章,77,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,密排六方最紧密堆积按照ABABA的方式堆积，第三层位于第一层正上方同样位置；重复层面平行于(0001)晶面。,C=A,2020/5/28,材料科学基础第一章,78,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,两种最紧密堆积中，每个球体周围同种球体的个数均为12。,不同堆积方式侧视图,a)密排六方结构,b)面心立方结构,2020/5/28,材料科学基础第一章,79,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,晶体结构的多晶型性,从热力学角度来看,每一种晶体都有其形成和稳定存在的热力学条件;化学组成相同的物质在不同的热力学条件(不同温度或不同压力范围)下形成结构不同的晶体的现象，称为同质多晶现象,所产生的每一种化学组成相同但结构不同的晶体称为变体;如Fe:912体心立方结构-Fe9121394面心立方结构-Fe1394熔点体心立方结构-Fe,2020/5/28,材料科学基础第一章,80,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,在具有多晶型的金属中，各个变体都有自己稳定存在的热力学范围。当外界条件(温度、压力)改变到一定程度时，各变体之间就可能发生结构上的转变,由一种结构转变成另一种结构，这种转变称为多晶型转变，也叫同素异构转变;同素异构转变将带来金属性能的突变，因此对能否通过热处理来改变金属性能有重要意义。,2020/5/28,材料科学基础第一章,81,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,与金属晶体结构的区别:晶体结构复杂、原子排列不紧密、配位数较低。按离子键结合的陶瓷由正负离子通过离子键,按一定方式堆积起来的晶体为离子晶体，陶瓷材料中的晶相多为离子晶体,如MgO,CaO,ZrO,Al2O3等。按共价键结合的陶瓷由同种非金属元素或异种元素的原子以共价键结合而成的无限大分子为共价晶体，多为金刚石型结构。,陶瓷的晶体结构,2020/5/28,材料科学基础第一章,82,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,配位数:离子晶体中与某一考察离子邻接的异号离子的数目称为该考察离子的配位数.正负离子的配位数决定于正、负离子的半径比：R+/R-.R+/R-不同，正离子选取不同的配位数。,离子键晶体陶瓷的结构,负离子配位多面体：与某一个正离子成配位关系而邻接的各个负离子中心线所构成的多面体。,2020/5/28,材料科学基础第一章,83,1.2原子的规则排列晶体结构及其几何特征,负离子(Cl-)构成面心立方点阵,正离子(Na+)占据全部八面体间隙.若将一个(Cl-)离子和一个(Na+)离子合成一个基元,亦可看出是面心立方结构.单胞离子数8个,4个(Cl-)离子、4个(Na+)离子.正负离子的配位数均为6.,NaCl晶体晶格,陶瓷材料中MgO、CaO、FeO和NiO，钢中碳化物VC、TiC、NbC等都属该晶型。,典型离子晶体的结构NaCl晶型,2020/5/28,