第二章 金属与合金的晶体结构

第二章金属与合金的晶体结构第一节金属的晶体结构第二节合金的晶体结构第三节金属的实际晶体结构第一节金属的晶体结构一、晶体与非晶体1、晶体凡原子按一定规律排列的固态物质，称为晶体。(如:金刚石、石墨和一切固态金属及其合金)1）原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列。2）有固定的熔点如铁的熔点1538℃，铜的熔点1083℃。3）晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各向异性。2、非晶体及其特性(如:塑料、玻璃、沥青)

内部质点无规则的堆积在一起的物质称为非晶体。与晶体相反，没有固定的熔点；表现出各向同性。晶体与非晶体在一定条件下可互相转化。非晶体：蜂蜡、玻璃等。晶体金刚石、NaCl、冰等。原子（离子）的刚球模型二、晶体结构的基本知识1、晶格

假设原子为刚性小球，利用假想的几何线条连接起来构成一个空间格架，这种抽象的，用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架就叫晶格。晶格中的每个点称为结点。晶格中各种不同方位的原子面称为晶面。2、晶胞组成晶格的最基本几何单元称为晶胞。实际上整个晶格就是由许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的。3、晶格常数晶胞的各棱边长为a、b、c和棱边夹角α、β、γ。其中，棱边长度称为晶格常数。。XYZabc晶格常数a，b，c三、金属特性和金属键1、金属特性在化学中，金属的特性表现在它与非金属元素发生化学反应并失去价电子；在工程技术中，金属特性表现在他具有金属光泽，一定塑性、良好的导电性与导热性以及正的电阻温度系数良好的导电性、导热性、塑性，具有金属光泽，不透明，正的电阻温度系数。这主要是与金属原子的内部结构以及原子间的结合方式有关。2、金属键金属晶体就是依靠各正离子与共有化自由电子间相互吸引而结合的方式称为金属键。

金属键模型示意图金属特性的金属键理论解释（1）因为金属是金属键结合而成的，自由电子在一定电位差下运动，就构成金属良好的导电性。（2）而这种运动又为金属所独有，同时已能传递热能，所以金属具有良好的导热性。（3）当金属原子相对位移时，正离子和自由电子仍然保持结合，因而金属可变形而不破坏，具有塑性。（4）金属中的自由电子容易吸收可见光而被激发到较高的能级，当他跳回原来能级时把吸收的可见光又重新辐射出来，因而金属不透明，有光泽。（5）金属中正离子是以某一固定位置为中心作热振动，对自由电子的流动有阻碍作用，就是金属具有电阻的原因。（6）随着温度的升高，正离子振动的振幅要加大，对自由电子通过的阻碍作用也加大，因而金属的电阻是随温度升高而增大，即具有正的电阻温度系数。1、体馆心立筐方晶呈格bc触c-F摸e、W、V、Mo等四、姻常见疲金属府晶格惹类型体心偷立方晶胞晶格屡常数小：a=前b=伏c；=匀=夫=9疯0晶胞暖原子倒数：2原子雷半径疾：致密鹅度：0.稍68致密画度=Va/Vc，其中Vc:晶胞膏体积a3Va:原子底总体横积24r3/3XYZabc2r2raa2、面银心立趣方晶构格fc得c-F洗e、Cu、Ni、Al、Au、Ag等面心平立方晶胞晶格仁常数情：a=搞b=辩c；=啄=璃=9鲁0晶胞间原子其数：4原子凭半径榨：致密牲度：0.海74XYZabc密排肌方向3、密排减六方晶格hc旧pC（石墨条）、Mg、Zn等晶格法常数底面慎边长a底面债间距c侧面厉间角12证0侧面暴与底搞面夹是角90丧晶胞条原子波数：6原子汤半径阴：a/椅2致密土度：0.醒7至4五、萝晶体押结构控致密贪度致密咽度：是较指晶塘胞中晨原子燥所占前体积容与该氏晶胞攻体积饭之比演。1、硬体桐心立阻方的救致密斜度2、面外心立遥方与啄密排有六方揪的致螺密度计算啊同体黑心立芳方，胶均为0.晌74。在晶愧体中柜，致洒密度合越大暑，原科子排叹列就咽越紧泉密。汪所以替，当皇铁在厚冷却各时，驱由于匪晶格判致密夫度较轨大（0.污74）的狗面心龟立方字晶格r-园Fe转变鞭为晶田格致墙密度巩较小危（0.疏68）的秋体心住立方剧晶格α-山Fe，就雄会发酸生体蜂积膨抹胀而姓引起售应力天和变闹形。六、谁金属堂晶体仍中的浴晶面租和晶尚向XYZabc在金党属晶差体中本各原盆子组灯成的逝平面巨，称顶为晶面。通杆过两粘个以素上原摇子中坛心连惨线直照线所群指方逼向称乞为晶向。XYZabc立方晶格中不同方向的晶面与晶面指数具有另一定沃晶格量类型舒金属抖，在挤晶体呜的各呆个晶搭面与币晶向欠上原合子排由列紧辱密程竞度是缓不同悄的，解原子茂间相滴互作席用也栽就不廊同，抢因而沫使晶遗体在笼不同姻方向边上性晚能就字有差券异，尊这就径是金勤属晶音体具适有各情向异途性的雄原因袍。立方晶格中不同晶向与晶向指数

第二截节苗合金弄的晶书体结薯构一、图合金慕的基寸本概材念合金幻玉：两种劲或两帐种以娇上的强金属田或金围属与袜非金仗属元除素熔吵合而篮成，忆并具静有金饥属特树性的兰物质宗。组元识：组成毁合金母的最星基本妈的、皂独立弄的物例质。例德如：梳元素眼、稳摊定化送合物晴。如盗，Fe乓-C合金辉中，Fe、C均为料组元午。相：是指锋合金怜中成脾分、旺结构逢均相绍同的吗组成弊部分胸，相肿与相析之间鸣有明事显的哨界面该。合金青中有华两类况基本眼相——固溶镜体疮和瘦化合误物二、怀合金籍的相扛结构1、固养溶体合金才在固甩态下惠，组盖元间检仍能中互相捞溶解血而形威成的筛均匀墓相，湖称为固溶计体。形成盲固溶箱体后向，晶晌格保聋持不嫩变的邮组元炼称溶剂，晶哀格消威失的点组元磁称溶质。固始溶体赞的晶互格类墓型与颤溶剂丘组元物相同傲。如，Fe狗(C)固溶殃体。（1）固璃溶体梳的分绩类1）置既换固下溶体蒜：若溶奏质原览子代惩替一怒部分推溶剂悲原子部而占说据溶飞剂中响的某准些结转点位塘置，询称为哨置换摧固溶延体。2）间宫隙固泼溶体攀：溶质进原子务在溶源剂晶墙格中签并不阀占据稼晶格店结点技的位泛置，学而是贫在结盾点间顶的空侧隙中岗，这愤种形章式的锦固溶快体称旅为间弊隙固小溶体谨。固溶颤体分迫类ZXY间隙原子间隙固溶体置换固溶体置换原子YXZ（2）固仓溶体饱的性我能由于军溶质减原子只的溶字入，蚁使固刃溶体暴的晶尾格发哭生畸滥变，但变形梢抗力尝增大敏，使菜金属逃的强枝度硬抓度升碰高的改现象计称为固溶股强化。当溶琴质的杀质量扭分数拴适当响时，国固溶雄体不锐仅有维着较慕纯金征属高抚的强箱度和站硬度鹿，而少且有拌着好暴的塑迹性和凳韧性桃。固溶青强化形成库固溶毛体使迷金属干强度产和硬封度提谎高的只现象正常摧晶格晶格头畸变晶格章畸变小原投子置妥换引粮起的晶格谦畸变间隙拘原子核引起屈的晶格煮畸变2、金乎属化册合物金属融化合饰物是合愉金组层元间犹发生兰相互壳作用重而生故成的歉一种昂新相劫，其雪晶格锹类型葱和性志能不帽同于啊其中令任一愤组元鼠，因乱此性窃能也婶不同弯于组仅元。（1）金帆属化芒合物俊的分垃类1）正常纪价化抓合物——这类终金属机化合筋物通确常由像金属宣元素估与周泪期表日中第IV、V、Ⅵ族的妖元素危组成努的。岭例如Mg嗓S、Mn欠S、Mg划2S奏i等，意其分模子式迹符合沿原子漆价规跨律，茧并且县成分厕是固识定不储变的迹。2)电子丙化合联物——这类尼金属面化合辫物是秘按一宰定电抛子浓柿度组多成的勿具有餐一定叫晶格毛类型线的化茂合物。电子刷浓度C为化豆合物张中的浊价电盾子数等与原怜子数古之间避的比跃值，临即：C电=价电钳子数/原子唇数3)间隙匀化合族物——间隙众化合殖物一旗般是拔由原拜子直质径较皇大的销过渡像族金蚀属元栗素（Fe、Cr、Mo、W、V等）挨与原确子直充径较乐小的颜非金乌属元漫素（H、C、N、B等）桨组成滑。间隙苦化合援物桑例中分坛为两街类，菊一类需是具蹄有简剥单晶委格形将式的抵间隙删化合桑物。想如VC、WC、TI搭C等。另一遗类是念具有践复杂概结构优的间良隙化穷合物旦，如Fe3C、Cr23C6、Cr7C3、Fe4W2C等方。VC的晶粱体结拘构Fe3C的晶救体结牢构Fe3C是铁拖碳合耽金中嫁的一应种重衡要间误隙化品合物篮，其侄碳原压子与刻铁原堡子的胃半径竖之比芝为0.僚63。（2）金添属化槐合物员的性办能金属义化合悉物的继熔点冬一般侍较高屠，具副有较帆高硬歌度，黄但脆格性较小大。贝当它崇呈细第小颗绩粒均和匀分忠布在竭固溶泊体基折体上电时，丹将使饥合金麻的强筑度、词硬度员及耐惹磨性嘱明显数提高技，这考一现割象称色为弥散妨强化。因推此，忆金属床化合局物在狠合金姑中作寒为强吴化相种存在姨，它据是许筝多合粉金钢立、有举色金拍属和腊硬质舒合金但的重县要组涝成相子。第三达节金栋属的课实际踪蝶晶体截结构一、墨单晶跌体与躲多晶畅体单晶鸟体：晶体池内部锄的晶防格方笛位完浇全一微致，届这晶穿体称裤为单状晶体扣。如单励晶Si半导晶体。多晶破体：这种酸实际足上由精许多重晶粒江组成绣的晶镜体称渗为多采晶体晕。其中盼每个捐小晶萍体的拴外形多为渣不规纽奉则的终颗粒抖，通常称璃为晶粒。晶粒岭与晶世粒之洽间的刮界面称为晶界扬。晶粒（单晶体）二、寺晶体校的缺届陷晶体熊中原促子完孕全为患规则垂排列涝时，兵称为理想苗晶体。实际愤上，上金属盟由于户多种烦原因角的影羽响，挡内部沈总是怕存在士着大罩量缺烤陷。根据秃晶体握缺陷脂的几册何特队点，峰常分春为：点缺个陷：农空位直、间掩隙原矿子、懒异类溉原子线缺用陷：打位错面缺自陷：构晶界界与亚把晶界1、点倚缺陷戴：点缺加陷是指井长、翁宽、爪高尺密寸都兽很小旨的缺溪陷。染常见凳的点晴缺陷漠是空秧位和臂间隙赚原子偿。如果去间隙越原子辈是其腥它元未素就哪称为:异类暖原子（杂啦质原猎子）空位间隙冶原子置换幅原子在空坚位和弯间隙虫原子贪附近扇，由棵于原锡子间犹作用雅力的假平衡屿被破凭坏，哈使周晚围原查子发亚生靠化拢或这撑开确，因舞此，尊发生颠晶格熟畸变鸽，使宿金属蚂的强拍度提期高，嚷塑性炊下降。正刃可位错负刃拢位错2、线瞒缺陷—刃型底位错线缺况陷是在帖