《金属的晶体结构》课件

《金属的晶体结构》1.1金属金属:具有正的电阻温度系数的物质.非金属:具有负的电阻温度系数的物质.金属原子的结构特点:孤立的自由原子=带正电的原子核+带负电的核外电子核外电子=内层电子+外层电子价电子=最外层的电子金属原子的结构特点:外层4个价电子;正电性元素.非金属原子的结构特点:外层4-7个价电子;负电性元素.过渡族金属原子的结构特点:化合价可变.二.金属键离子键:氯化钠共价键:金刚石金属键:电子云三.结合力与结合能原子间结合力=原子间吸引力+排斥力do:平衡点,吸引力=排斥力.结合力=0.dc:最大结合力=理论抗拉强度.原子间结合能=原子间吸引能+排斥能do:结合能最低,原子的势能最低、最稳定。EAB:原子间结合能

当大量原子结合成固体时，为使固态金属具有最低的能量，以保持其稳定状态，大量原子间必须保持一定的平衡距离，是固态金属的原子趋于规则排列的重要原因。1.2金属的晶体结构晶体:在三维空间作有规律的周期性排列的物质.非晶体：内部原子是散乱分布的。在一定条件下，晶体和非晶体可以互相转换。一.晶体的特性有一定熔点.各向异性.二.晶格与晶胞阵点(结点)：原子（离子、分子、原子群、分子群）抽象的几何点。空间点阵(晶格)：用直线将阵点连接起来，构成一个描述晶体中原子排列规律的三维空间格架。晶胞：晶格中能够完全反映晶格特征的最小的几何单元。晶格常数（点阵常数）：晶胞的棱边长度，X、Y、Z轴为a,b,c.轴夹角：晶胞的棱边夹角，Y-Z、Z-X、X-Y为

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。三.三种典型的金属晶体结构(一)体心立方晶格---BCC(bodycenteredcubic)结构特点原子半径原子数:1+1/8x8=2配位数:8(与任一原子等距离、最近邻的原子总数）致密度：0.68(K=nV1/V)(二)面心立方晶格---FCC(facecenteredcubic)结构特点:原子半径原子数:1/8x8+1/2x6=4配位数:3x4=12致密度:0.74(三)密排六方晶格---HCP(hexagonalclose-packed)结构特点原子半径:a/2原子数:1/6x12+½x2+3=6配位数:6+2x3=12致密度:0.74c/a=1.633(四).晶体中的原子堆垛方式和间隙密排面:晶体中,原子间最紧密排列的平面.

密排六方晶格:底面;

面心立方晶格:(111)

体心立方晶格:(110)(次密排面)1.晶体中的原子堆垛方式体心立方晶格:ABABAB面心立方晶格:ABCABCABC密排六方晶格:ABABAB2.晶体中的间隙体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格四.晶向指数和晶面指数晶向[uvw]:晶体中,任意两个原子之间的连线所指的方向.晶面(hkl):晶体中,由一系列原子所组成的平面.1.晶向指数确定方法:晶向族<uvw>:原子排列相同但是空间位向不同的所有晶向.某一晶体中,一个晶向表示一组平行的原子分布相同的直线.若两个晶向数字和顺序相同,但是符号(正负号)相反表示直线方向相反.2.晶面指数确定方法晶面族{hkl}:在同一晶体结构中,虽然空间位向不同,但是其原子排列的情况完全相同的所有晶面.某一晶体中,一个晶面表示一组平行的原子分布相同的平面.若两个晶面数字和顺序相同,但是符号(正负号)相反表示两组晶面平行.3.六方晶系的晶向指数和晶面指数晶向[uvtw],t=-(u+v)晶面(hkil),i=-(h+k)4.晶向指数和晶面指数的关系五.晶体的各向异性(原因:原子在不同晶向上的紧密程度不同)多晶体伪等向性六.多晶型性多晶型转变(同素异构转变)立方结构的晶体中,当晶向[uvw]平行(位于)晶面(hkl)时,满足:hu+kv+lw=0当晶向[uvw]垂直晶面(hkl)时,满足:h=u;k=v;l=w

1.3实际金属的晶体结构晶体缺陷:一些原子偏离规则排列的不完整区域.晶体缺陷类型:点缺陷,面缺陷,线缺陷.一.点缺陷(一)空位形成;运动;消失;

作用:扩散晶体畸变:(二)间隙原子(三)置换原子二.线缺陷----位错刃型位错,螺型位错.(一)刃型位错位错线分类:正(负)刃型位错形成:切应力滑移面应力场:刃型位错与间隙(置换)原子的相互作用刃型位错的特征1.刃型位错有一个额外的半原子面.2.位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变的管道,有正应变,也有切应变.对于正刃型位错,滑移面上的晶格受压应力,滑移面下的晶格受拉应力.3.位错线与晶体滑移的方向相垂直,既位错运动方向垂直于位错线.(二)螺型位错形成:切应力分类:左(右)螺型位错右(左)手法则:拇指代表螺旋的前进方向,其余四指代表螺旋的旋转方向.螺型位错的位错线平行于晶体滑移方向.螺型位错特征1.螺型位错没有额外半原子面.2.螺型位错线是一个具有一定宽度的细长的晶格畸变管道,只有切应变,无正应变.3.位错线与滑移方向平行,位错线运动的方向与位错线垂直.(三)柏氏失量概念:一个表示位错性质,晶格畸变的大小和方向的矢量.确定方法:三个步骤.柏氏失量确定位错类型位错线方向(习惯正向):由里向外,由左向右,由下向上.刃位错确定方法:如图螺位错确定方法:柏氏失量与位错方向相同的为右螺型位错,相反者为左螺型.柏氏失量重要特性