金属晶体金属堆积方式(20200706105355)
金属晶体堆积方式
金属晶体堆积方式 的研究意义和展望
提高材料的力学性能，如强度、硬度、韧性等 优化材料的电学、热学和磁学性能 实现材料的功能化与智能化，如传感器、驱动器等 探索新型材料，推动科技进步和产业发展
金属晶体堆积方 式的研究有助于 深入理解物质结 构和性质
金属晶体堆积方 式的多样性是决 定金属材料性能 的重要因素
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金属晶体的堆积方式会影响其物理 性质，如导电性、热导率等。
了解金属晶体的堆积方式对于材料 性能的优化和新型材料的开发具有 重要的意义。
特点：金属晶体堆积方式具有高度 的对称性和规则性，不同金属晶体 堆积方式的差异较大。
影响因素：金属晶体堆积方式受金 属原子半径、金属键类型等因素影 响。
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应用：金属晶体堆积方式对金属的 物理性质和化学性质有重要影响， 如导电性、耐腐蚀性等。
实验研究：通过X射线衍射、中子 衍射等实验手段研究金属晶体堆积 方式。
金属晶体堆积方式在材料科学中的应用 金属晶体堆积方式在电子器件制造中的应用 金属晶体堆积方式在航空航天领域的应用 金属晶体堆积方式在生物医学领域的应用
金属晶体堆积方式的形成原因 是为了实现空间利用率的最大 化。
通过合理的堆积方式，金属晶 体可以获得更高的密度和更强
的机械性能。
金属晶体堆积方式的形成还受 到金属原子间相互作用力的影
响。
金属晶体堆积方式 的特点和应用
金属晶体堆积方式的特点包括周期 性、对称性和密堆积等。
金属晶体的堆积方式在材料科学和 工程领域具有广泛的应用，如金属 材料、催化剂等。
热性能。
金属晶体的堆 积方式决定了 其物理和化学
金属晶体金属堆积方式
如某晶体是右图六棱柱状晶胞， 则晶胞中的原子数是12×1/6+2×.1/2 + 3 = 6
练习
2. 最近发现一种由某金属原子M和非金 属原子N构成的气态团簇分子，如图所 示．顶角和面心的原子是M原子，棱的 中心和体心的原子是N原子，它的化学
式为( C )
A． M4N4 B．MN
C． M14N13
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
Ⅳ.面心立方 金、银、铜、铝等属于面心立方堆积
堆积（铜型）
第四层再排 A，于是形成
A
ABC ABC 三层一个周期。
这种堆积方式可划分出面心
C
立方晶胞。
B
12
6
3
54
配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 )
A
C B A 此种立方紧密堆积的前视图
堆积方式及性质小结
金属晶体
Ti
金属样品 Ti
1、金属共同的物理性质
容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。
金属为什么具有这些共同性质呢? 2、金属的结构
㈠、金属键
（1）定义： 金属离子和自由电子之间的相互作用。 （2）成键微粒: 金属阳离子和自由电子
（3）键的存在: 金属单质和合金中
（4）方向性: 无方向性
（5）键的本质: 电子气理论
自由电子在运动时经常与金属离子碰撞， 引起两者能量的交换。当金属某部分受热时， 那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加 快，通过碰撞，把能量传给金属离子。
金属容易导热，是由于自由电子运动时与 金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度 低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。
金属晶体的四种堆积模型
金属晶体的四种堆积模型
金属晶体是由金属原子按照一定的排列构成的固体，它们具有规则的晶体结构，其中最常见的是四种堆积模型：面心立方模型、面心六方模型、空心六方模型和空心八方模型。
面心立方模型是最常见的金属晶体堆积模型，它由八个原子组成，每个原子都位于晶体的八个顶点上，形成一个立方体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他七个原子有相同的距离，因此它具有良好的稳定性。
面心六方模型是一种比面心立方模型更复杂的晶体堆积模型，它由十二个原子组成，每个原子都位于晶体的六个面上，形成一个六面体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他五个原子有不同的距离，因此它具有较高的热稳定性。
空心六方模型是一种比面心六方模型更复杂的晶体堆积模型，它由十八个原子组成，每个原子都位于晶体的六个面上，形成一个空心六面体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他十一个原子有不同的距离，因此它具有较高的热稳定性和机械稳定性。
空心八方模型是一种比空心六方模型更复杂的晶体堆积模型，它由二十四个原子组成，每个原子都位于晶体的八个面上，形成一个空心八面体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他十七个原子有不同的距离，同样具有较高的热稳定性和机械稳定性。
总之，金属晶体的四种堆积模型是面心立方模型、面心六方模型、空心六方模型和空心八方模型，它们各自具有不同的特点，可以满足不同的应用需求。
金属晶体中原子堆积方式
（三）三维堆积
非密置层 密置层
三、金属晶体基本构型
1.简单立方堆积：
非最紧密堆积， 空间利用率低
边长 = 2r
（2）体心立方堆积（A2）：
例：金属钾 K 的体 心立方堆积
体对角线 = 4r 边长=4 3 r/3
(3)六方紧密堆积（A3）
1 2
6 5 4
3
各层均为密置层
于是每两层形成一个周期，即：AB、 AB 堆积方式，形成六方紧密堆积。
边长 = 2 2 r 面对角线 = 4r
四、晶体中有关计算
1.晶胞中微粒数的计算 (1)简单立方：在立方体顶点的微 粒为8个晶胞共享， 微粒数为：8×1/8 = 1 空间利用率： 4лr3/3 (2r)3
= 52.36%
（2）体心立方：在立方体顶 点的微粒为8个晶胞共享，处 于体心的金属原子全部属于 该晶胞。 微粒数为：8×1/8 + 1 = 2
（3）六方晶胞：在六方体顶 点的微粒为6个晶胞共有，在 面心的为2个晶胞共有，在体 内的微粒全属于该晶胞。
微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6
（4）面心立方：在立方体顶点的微粒为8 个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。 微粒数为： 8×1/8 + 6×1/2 = 4 空间利用率： 4×4лr3/3 (2×1.414r)3
= 74.05%
2.配位数：
每个小球周围距离最近的小球数 简单立方堆积： 体心立方堆积： 六方紧密堆积： 6 8 12 12
面心立方紧密堆积：
(3)六方紧密堆积
A B A B A
A A B B A A
密 置 层
边长 = 2r 高 = 4 6 r/3
金属晶体金属堆积方式
其他金属堆积方式
六方堆积：如 镁、锌等金属 的堆积方式， 原子密排程度 高，强度大，
塑性好。
面心立方堆积： 如铝、铜等金 属的堆积方式， 原子密排程度 较高，强度较 大，导电性好。
体心立方堆积： 如铁、铬等金 属的堆积方式， 原子密排程度 较低，强度较 小，导电性较
差。
简单立方堆积： 如铅、锡等金 属的堆积方式， 原子密排程度 低，强度小，
金属堆积方式的稳定性与其在高温 下的性能表现密切相关，稳定性较 高的堆积方式可以提高金属在高温 下的抗氧化性能和抗蠕变性能。
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紧密堆积方式可以提高金属晶体的 硬度和稳定性，而开放堆积方式则 有利于金属的塑性和延展性。
金属堆积方式的形成还受到原子间 相互作用力和晶体结构的影响，这 些因素可以影响金属的化学性质和 反应活性。
金属晶体的金属堆积方式
汇报人：XX
金属晶体的基本概念 金属晶体的金属堆积方式 金属堆积方式的形成与特点 金属堆积方式的实际应用 金属堆积方式的研究进展与展望
金属晶体的基本概念
金属晶体的定义
金属晶体是由金属原子或金属离子通过金属键结合而成的晶体。 金属晶体具有金属光泽和良好的导电、导热性能。 金属晶体的结构取决于金属原子的半径和堆积方式。 金属晶体的性质与金属键的强度和方向有关，受到温度、压力等因素的影响。
密排六方堆积
定义：密排六方 堆积是一种金属 晶体的堆积方式， 其中金属原子在 三维空间中以六 方最密堆积的方 式排列。
特点：具有高度 的空间利用率和 稳定性，是金属 晶体中最常见的 堆积方式之一。
应用：广泛存在 于各种金属晶体 中，如镁、锌、 镉等。
形成过程：金属 原子在结晶过程 中，首先形成二 维平面排列，然 后逐渐堆积形成 三维结构。
金属晶体的堆积模型
精品课件
金属晶体原子平面排列方式有几种？
探究
2 1A3
4
2
1
3
A
6
4
5
配位数为4 非密置层
精品课件
配位数为6 密置层
非密置层层层堆积情况1： 相邻层原子在同一直线上的堆积
金属晶体的堆积方式──简单立方堆积
精品课件
简单立方堆积
配位数：6 晶胞含金属原子数 1
例： （Po） 精品课件
精品课件
2）.立方面心结构 立方面心结构的配位数＝12（即每个圆球有12个最
近的邻居，同一层有六个，上一层三个，下一层三 个）。立方密堆积中可以取出一个立方面心的单位 来，每个单位中有四个圆球，球心的位置是000；0 1/2 1/2；1/2 0 1/2；1/2 1/2 0。
等径圆球的最紧密堆积方式，在维持每个球的周围 的情况等同的条件下，就只有上述两种，它们的空 间利用率最高（74．05％）。
精品课件
立方体边长=a'；
立方体对角线＝
a'；
四面体边长=
a'；
精品课件
精品课件
设圆半径为R，晶胞棱长为a，晶胞面对角
线长
则
晶胞体
积
立方面心晶胞中含4个圆球，每个球体积
为:
立方最密堆积虽晶胞大小不同，每个晶胞中 含球数不同。但计算得到空间占有率相同。
精品课件
而体心立方堆积（bcp）则空间占有率低一些。 体对角线长为 晶胞体积 体心立方晶胞含2个球
精品课件
2、某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子按面心 立方的形式紧密堆积，即在晶体结构中可以 划出一块正立方体的结构单元，金属原子处 于正立方体的八个顶点和六个侧面上，试计 算这类金属晶体中原子的空间利用率。
金属晶体堆积模型及计算公式
A
3
5
6
8
7
1
2
4
3
这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞含
2 个原子，属于非密置层堆积，配位数
8 为
，许多金属（如 Na、K、Fe等）采取这种堆
积方式。
A
4
空间利用率的计算
（2）体心立方：在立方体顶
点的微粒为 8个晶胞共享，处 于体心的金属原子全部属于 该晶胞。
微粒数为： 8×1/8 + 1 = 2
空间利用率：
4×4л r3/3
= 74.05%
(2 ×1.414r)
3 A
8
堆积方式及性质小结
简单立 方堆积
体心立方 堆积
六方最
密堆积
面心立方
最密堆积
简单立方
体心立方 六方
面心立方
52％
68%
74% 74%
A
6
Po
8
Na 、K、Fe
12 Mg 、Zn 、Ti
12 Cu 、 Ag、Au
9
A
10
小结：三种晶体类型与性质的比较
A
5
1200
平行六面体
每个晶胞含 2 个原子
A
6
铜型（面心立方紧密堆积）
7
1 9
6
8 2
3
5
4
12
10
11
这种堆积晶胞属于最密置层堆集，配位数
为 12 ，许多金属（如 Cu、Ag、Au等）采取这
种堆积方式。
A
7
（3）面心立方：在立方体顶点的微粒为 8个
晶胞共有，在面心的为 2个晶胞共有。
微粒数为： 8×1/8 + 6 ×1/2 = 4
金属晶体中原子堆积方式ppt课件
15
四、晶体中有关计算
1.晶胞中微粒数的计算
(1)简单立方：在立方体顶点的微 粒为8个晶胞共享，
微粒数为：8×1/8 = 1
空间利用率：
4лr3/3 (2r)3
= 52.36%
16
（2）体心立方：在立方体顶 点的微粒为8个晶胞共享，处 于体心的金属原子全部属于 该晶胞。
微粒数为：8×1/8 + 1 = 2
物质结构与性质
金属晶体的堆积方式
1
一、理论基础：
由于金属键没有方向性，每个金属原 子中的电子分布基本是球对称的，所以 可以把金属晶体看成是由直径相等的圆 球的三维空间堆积而成的。
二、金属堆积方式
（一）一维堆积
2
（二）二维堆积
I型
II 型
非密置层
行列对齐四球一 空 非最紧密排列
密置层
行列相错三球一 空最紧密排列
（3）六方晶胞：在六方体顶 点的微粒为6个晶胞共有，在 面心的为2个晶胞共有，在体 内的微粒全属于该晶胞。
微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6 17
（4）面心立方：在立方体顶点的微粒为8个 晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。
微粒数为： 8×1/8 + 6×1/2 = 4
空间利用率：
3
（三）三维堆积
非密置层
密置层
4
三、金属晶体基本构型
1.简单立方堆积：
非最紧密堆积， 空间利用率低
边长 = 2r
5
（2）体心立方堆积（A2）：
例：金属钾 K 的体 心立方堆积
体对角线 = 4r 边长=4 3r/3
6
(3)六方紧密堆积（A3）
金属晶体的三种密堆积方式
金属晶体的三种密堆积方式金属晶体的三种密堆积方式中，原子排列的密堆积方式是指原子在三维空间中紧密排列，以使得晶体的空间利用率达到最大。
密堆积方式可以有效影响金属的密度、强度、硬度等物理性质，因此在材料科学和固体物理中具有重要意义。
通常，金属晶体的密堆积方式主要分为以下三种：面心立方堆积（FCC）、六方最密堆积（HCP）和体心立方堆积（BCC）。
一、面心立方堆积（FCC）面心立方堆积（Face-Centered Cubic, FCC）是一种常见的密堆积方式，其中每个立方体的面上都有一个原子，且每个顶点上也有一个原子。
FCC结构可以看作是由许多面心立方单元重复堆积而成，其代表性金属包括铜（Cu）、铝（Al）、银（Ag）和金（Au）等。
1. 结构特点：在FCC结构中，每个原子都有12个最近邻原子，即配位数为12。
该结构单胞中包含4个原子（8个顶点上的原子分别与相邻单元共享，6个面的原子与邻近单元共享），堆积因子达到0.74，即约74%的空间被原子占据，属于最密堆积结构。
2. 性质：FCC结构由于其紧密的堆积方式，具有较高的塑性和延展性。
因此，FCC金属在室温下一般较易发生滑移，从而产生延展变形。
例如，铜和铝具有良好的延展性，易于加工成型。
3. 堆积方式：在面心立方堆积中，原子在平面上形成紧密的六边形排列，层间顺序为ABCABC 的排列模式。
这意味着每三层后结构重复，形成周期性排列。
4. 应用：FCC结构的金属由于其良好的延展性和抗冲击性，常用于制造电线、金属薄膜和结构材料等。
二、六方最密堆积（HCP）六方最密堆积（Hexagonal Close-Packed, HCP）是一种与面心立方相似的密堆积方式，但其晶体结构为六方柱体，且具有不同的堆积顺序。
HCP结构的代表性金属包括镁（Mg）、钛（Ti）、锌（Zn）和钴（Co）等。
1. 结构特点：在HCP结构中，原子的配位数同样为12，说明其紧密度与FCC相似。
金属晶体三维空间堆积方式
金属晶体三维空间堆积方式
金属晶体是由金属原子按照一定的规律排列组合而成的，其三维空间堆积方式对于金属的性质和应用具有重要的影响。
在金属晶体的三维空间堆积中，最常见的有密堆积和简单堆积两种方式。
密堆积是指金属原子在晶体中以最紧密的方式排列，形成密堆积结构。
在密堆积结构中，金属原子的排列是非常紧密的，它们之间的间隙非常小。
密堆积结构通常分为面心立方密堆积和六方最密堆积两种类型。
在面心立方密堆积中，每个原子周围有12个最近邻原子，而在六方最密堆积中，每个原子周围有12个最近邻原子。
密堆积结构使得金属晶体具有较高的密度和强度，因此在制造高强度金属材料和合金中得到广泛应用。
简单堆积则是指金属原子在晶体中以较为松散的方式排列，形成简单堆积结构。
在简单堆积结构中，金属原子之间的间隙相对较大，原子排列比较稀疏。
简单堆积结构通常分为体心立方堆积和立方密堆积两种类型。
在体心立方堆积中，每个原子周围有8个最近邻原子，而在立方密堆积中，每个原子周围也有8个最近邻原子。
简单堆积结构使得金属晶体具有较低的密度和较好的延展性，因此在制造易加工的金属材料和导电材料中得到广泛应用。
金属晶体的三维空间堆积方式对于金属的物理性质、化学性质以及加工性能都有着重要的影响。
通过对金属晶体的三维空间堆积方式进行深入研究，可以为金属材料的设计和制备提供重要的理论指导，推动金属材料领域的发展和创新。
因此，金属晶体三维空间堆积方式的研究具有着重要的科学意义和工程价值。
金属堆积课件
（1）简单立方堆积 Po
简 单 立 方 晶 胞
①配位数： 6 同层4，上下层各1
2
1
3
4
6
2
1
3
4
5
（2）金属原子半径 r 与正方体边长 a 的关系：
a
a
a
a
a=2r
（3）简单立方晶胞平均占有的原子数目：
1 8
×8
=
1
金属晶体的原子堆积模型
简单立方堆积的空间占有率 =52%
c=4r = 3 a
三维空间里密置层的 金属原子的堆积方式
（1） ABAB… 堆积方式
（2）
ABCABC 堆积方式
俯视图
2
1
3
6
4
5
2
1
364Fra bibliotek5AB
第二层小球的球心对准第一层的 1、3、5 位 （▽）或对准 2、4、6 位（△）。 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层 可以有两种最紧密的堆积方式。
a
金属晶体的原子堆积模型
（2）ABCABC…堆积方式
——面心立方最密堆积 （铜型）
ABC
①配位数： 12 同层 6，上下层各 3
2 13 64
5
1
2
7
8
6
9
3
5
4
12 10 11
②面心立方最密堆积晶胞平均占有的原子数目：
1 8
×8
+
1 2
×6
=
4
金属原子的半径r与正方体的边长a的关系
a
a
a
第三章 第三节 金属晶体
金属晶体中原子的基本堆积模型
cu晶体的堆积方式
cu晶体的堆积方式Cu晶体的堆积方式Cu晶体是一种金属晶体，其堆积方式对于材料的性质和应用有着重要影响。
Cu晶体的堆积方式可以分为紧密堆积和面心立方堆积两种。
一、紧密堆积紧密堆积是指晶体中原子之间的距离较近，形成紧密的排列。
在Cu 晶体中，紧密堆积的方式包括面心立方堆积和六方最密堆积。
1. 面心立方堆积面心立方堆积是Cu晶体最常见的堆积方式之一。
在面心立方堆积中，每个晶胞内部有4个原子，分别位于正方形的4个顶点和一个中心位置。
晶胞之间的连接方式是由于每个晶胞内的原子与其相邻晶胞内的原子之间有接触。
面心立方堆积的特点是原子之间的距离相等，形成了紧密的排列。
这种堆积方式使得Cu晶体具有较高的密度和强度，适用于制造高强度的材料。
此外，Cu晶体的面心立方堆积还赋予了材料较好的导电性和热传导性。
2. 六方最密堆积六方最密堆积是Cu晶体另一种常见的堆积方式。
在六方最密堆积中，每个晶胞内部有6个原子，分别位于一个正六边形的顶点和一个中心位置。
晶胞之间的连接方式是由于每个晶胞内的原子与其相邻晶胞内的原子之间有接触。
六方最密堆积的特点是原子之间的距离相等且密度最大，形成了更加紧密的排列。
这种堆积方式使得Cu晶体具有更高的密度和强度，适用于制造高强度、高硬度的材料。
二、面心立方堆积与六方最密堆积的比较面心立方堆积和六方最密堆积是Cu晶体中最常见的堆积方式，它们在结构和性质上有一些区别。
1. 结构上的区别面心立方堆积的晶胞结构是由一个面心立方晶胞和一个中心原子组成，而六方最密堆积的晶胞结构是由一个六方最密晶胞和一个中心原子组成。
因此，面心立方堆积的晶胞比六方最密堆积的晶胞更简单。
2. 密度和强度的区别六方最密堆积的密度比面心立方堆积的密度更大，因此六方最密堆积的材料具有更高的密度和强度。
然而，面心立方堆积的密度和强度也相对较高。
3. 导电性和热传导性的区别由于面心立方堆积和六方最密堆积都具有紧密的排列方式，所以它们的导电性和热传导性都较好。