海南大材料科学基础课件Chapter 2-3 固体结构-金属晶体结构

材料科学基础FundamentalsofMaterialsScienceE-mail:rentong.yu@于人同博士2.2金属的晶体结构

金属在固态下一般是晶体。决定晶体结构的内部因素是原子或离子、分子间键合的类型及键的强弱。金属晶体的结合键是金属键，由于其无饱和性、无方向性的特点从而使内部的原子趋于紧密排列，构成高度对称性的简单晶体结构；而亚金属晶体的主要结合键是共价键，由于共价键具有方向性从而使其具有较复杂的晶体结构。体心立方结构，缩写为BCC（body-centeredcubic）面心立方结构，缩写为FCC（face-centeredcubic）密排六方结构，缩写为HCP（hexagonalclose-packed）或HCP2.2.1三种典型的金属晶体结构1.BCC

例如:α-Fe,难熔金属（V,Nb,Ta,Cr,Mo,W）

碱金属

n=

2一个晶胞内的原子数

CN=8

配位数：一个原子周围的最近邻原子数——CoordinationNumber

紧密系数：又称堆垛密度

＝

计算ξ

时,假定原子是半径为r的刚性球，而且相距最近的原子是彼此相切的∴对于BCC,晶胞中各原子的体积之和

晶胞的体积配位数：最近的原子间距：d(=)

点阵常数：a

致密度：0.68晶胞中的原子数：心原子上下各为4个=

{8×1/8(角)+1(心)}=822.FCC

例如:

γ-Fe,Al,Ni,Pb,Cu,Ag,Au,不锈钢

n=8×1/8+6×1/2=4原子/晶胞

CN=12

配位数：12（上、同、下层各为4个）晶胞中的原子数：4{=8×1/8（角）+6×1/2（面）}=最近的原子间距：d()点阵常数：a()

致密度：APF=晶胞内原子总体积/晶胞体积=4120.743.HCP

例如:Be,Mg,Zn,Cd,Zr,Hf，Ti(低温)

n＝

CN＝12

ξ＝0.74理想情况下：配位数：12（同层6个、上、下两层各为3个）点阵常数：a，c致密度：0.74最近的原子间距：

d()晶胞中的原子数：6{=12×1/6(边角)+2×1/2(面)+3(内)}结构特征结构类型

体心立方

面心立方

密排六方

点阵类型体心立方面心立方简单六方点阵常数aaa，c，c/a=1．633最近的原子间距（原子直径）晶胞中原子数6配位数81212致密度0.74典型金属结构晶体学特点

最密排层间堆垛方式为ABAB…,即第三层重叠在第一层位置，余类推

2.2.2晶体的原子堆垛方式和间隙面心立方密排六方1.

密置列,密置层和密置双层金属单质晶体中的原子可以被近似看作等径圆球。等径圆球要以最密集的方式排成一列（密置列），进而并置成一层（密置层），再叠成两层（密置双层），都只有下图所示的一种方式：

密置列密置层密置双层层上有3个特殊位置:球的顶部A、取向相反的两种三角形凹坑B和C。叠加到A层上的第二层各个球都要置于A层的凹坑B或C,一旦有一个球置入B，其余的球只能都置于B；若第二层某个球一开始置入凹坑C，第二层就是C层。由于B和C的取向只是相对而言,所以总可将第二层称为B。

无论如何，第二层不是A，也不可能同时为B和C。所以，两个相邻层不会同名，一个密置层也没有两个名称。第三层叠加到第二层B上时，当然不可能为B,而只可能为C或A。由于第一层只有3个特殊位置A、B、C，所以，无论叠加多少密置层，其球心投影到第一层也不外乎这3个位置，换言之，密置层最多只有A、B、C三种;又因相邻层不会同名,所以,密置层最少有A、B两种。

若各层均按此方式循环,每三层或每两层重复一次，只会产生两种结构：

（1）ABCABC…,这种结构称为A1型,可以取出立方面心晶胞;

（2）ABABAB…,称为A3型,从中可取出六方晶胞。

四面体间隙

八面体间隙常见晶体结构中的重要间隙晶体中重要的间隙有两种八面体间隙四面体间隙在晶体结构中，球形原子不可能无空隙地填满整个空间，在原子间有很多孔洞，更小的原子可以填充入其中，这些位置称之为间隙面心立方四面体间隙数：每晶胞：8间隙大小（半径）

==0.225R八面体间隙数：每晶胞：[1(体)+1/4×12(棱)]=4间隙大小

（半径）

=a/2-R=0.414R

实心圆圈代表金属原子，令其半径R；空心圆圈代表间隙，其半径实质表示能放入间隙内的小球的最大半径。四面体间隙数：体心立方间隙大小每晶胞：

[4×1/2×6(面)]=12==0.291R

体心立方

八面体间隙数

四面体间隙数每晶胞：每晶胞：[1/2×6(面)+1/4×12(棱)]=6

[4×1/2×6(面)]=12间隙大小（半径）间隙大小（半径）

<110><001>密排六方八面体间隙6个HCPHCP密排六方四面体间隙数总结：三种典型晶体的四面体与八面体间隙nCNξ间隙数/