金属的晶体结构.ppt
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第一章-金属的晶体结构(共118张PPT)可修改全文
(3) 不需最小整数化； (4) 〔1 1 1〕
B面：
(1) 该面与z轴平行，因此x=1，y=2， z=∞； (2) 1/x=1，1/y=1/2，1/z=0； (3) 最小整数化1/x=2，1/y=1，1/z=0； (4) 〔2 1 0〕
C面：
(1) 该面过原点，必须沿y轴进行移动，因此x= ∞ ，y=-1，z=∞ (2) 1/x=0，1/y=-1，1/z=0； (3) 不需最小整数化；(4) 〔0 1 0〕
晶胞在三维空间的重复构成点阵
〔4〕晶格常数
在晶胞中建立三维坐标体系， 描述出晶胞的形状与大小
晶胞参数- 晶格常数:a、b、c 棱间夹角:α、β、γ
2 晶系与布拉菲点阵
依据点阵参数 的不同特点划分为七种晶系
(1) 三斜晶系
α≠β≠γ≠90° a≠ b≠ c
复杂单胞 底心单斜
(2) 单斜晶系
α=γ=90°≠β a≠ b≠ c
3 原子半径： r 2 a
4 配位数= 12
4
5 致密度= nv/V=(4×3πr3/4)/a3=0.74
γ－Fe(912~1394℃)、Cu、Ni、Al、Ag 等
——塑性较高
面心立方晶胞中原子半径与晶 格常数的关系
a
r 2a 4
(三)密排六方结构〔 h.c.p〕 〔 了解〕
金属：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co等
具有光泽：吸收了能量从被激发态回到基态时所 产生的幅射；
良好的塑性：在固态金属中，电子云好似是 一种流动的万能胶，把所有的正离子都结合 在一起，所以金属键并不挑选结合对象，也 无方向性。当一块金属的两局部发生相对位 移时，金属正离子始终“浸泡〞在电子云中， 因而仍保持着金属键结合。这样金属便能经 受较大的变形而不断裂。
B面：
(1) 该面与z轴平行，因此x=1，y=2， z=∞； (2) 1/x=1，1/y=1/2，1/z=0； (3) 最小整数化1/x=2，1/y=1，1/z=0； (4) 〔2 1 0〕
C面：
(1) 该面过原点，必须沿y轴进行移动，因此x= ∞ ，y=-1，z=∞ (2) 1/x=0，1/y=-1，1/z=0； (3) 不需最小整数化；(4) 〔0 1 0〕
晶胞在三维空间的重复构成点阵
〔4〕晶格常数
在晶胞中建立三维坐标体系， 描述出晶胞的形状与大小
晶胞参数- 晶格常数:a、b、c 棱间夹角:α、β、γ
2 晶系与布拉菲点阵
依据点阵参数 的不同特点划分为七种晶系
(1) 三斜晶系
α≠β≠γ≠90° a≠ b≠ c
复杂单胞 底心单斜
(2) 单斜晶系
α=γ=90°≠β a≠ b≠ c
3 原子半径： r 2 a
4 配位数= 12
4
5 致密度= nv/V=(4×3πr3/4)/a3=0.74
γ－Fe(912~1394℃)、Cu、Ni、Al、Ag 等
——塑性较高
面心立方晶胞中原子半径与晶 格常数的关系
a
r 2a 4
(三)密排六方结构〔 h.c.p〕 〔 了解〕
金属：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co等
具有光泽：吸收了能量从被激发态回到基态时所 产生的幅射；
良好的塑性：在固态金属中，电子云好似是 一种流动的万能胶，把所有的正离子都结合 在一起，所以金属键并不挑选结合对象，也 无方向性。当一块金属的两局部发生相对位 移时，金属正离子始终“浸泡〞在电子云中， 因而仍保持着金属键结合。这样金属便能经 受较大的变形而不断裂。
金属学与热处理-1.2-金属的晶体结构课件.ppt
C
B
A
C
C层
B
A
A
ABABABAB ABCABCABC
B层 ACACACAC ACBACBACB
25
26
ABCA ABA
27
面心立方晶格密排面的堆垛方式 28
密排六方晶格密排面的堆垛方式
29
典型金属晶体中原子间的间隙
四面体空隙（tetrahedral interstice），由4个球体所构成， 球心连线构成一个正四面体； 八面体空隙（octahedral interstice），由6个球体构成，球 心连线形成一个正八面体。
r 3a 4
r 2a 4
ra 2
14
配位数与致密度
➢配位数和致密度定量地表示原子排列的紧密程度。 ➢配位数（coordination number，CN）：晶体结构中 任一原子周围最近且等距离的原子数。 ➢致密度（K）：晶胞中原子所占的体积分数，
K nv V
式中，n为晶胞原子数，v原子体积，V晶胞体积。
22
晶体中原子的堆垛方式
面心立方和密排六方结构的致密度均为0.74， 是纯金属中最密集的结构。 面心立方与密排六方虽然晶体结构不同，但配 位数与致密度却相同，为搞清其原因，必须研究 晶体中原子的堆垛方式。 面心立方与密排六方的最密排面原子排列情况 完全相同，但堆垛方式不一样。
23
24
A
A
C
B A
(11 1)
59
练习4：下图标注了立方晶体的4个晶面，在每个晶 面上给出了3个晶面指数，选择正确的答案。
60
ACF
FN
ABD’E’
A’F’
AFI
BC
ADE’F’
O’M
B
A
C
C层
B
A
A
ABABABAB ABCABCABC
B层 ACACACAC ACBACBACB
25
26
ABCA ABA
27
面心立方晶格密排面的堆垛方式 28
密排六方晶格密排面的堆垛方式
29
典型金属晶体中原子间的间隙
四面体空隙（tetrahedral interstice），由4个球体所构成， 球心连线构成一个正四面体； 八面体空隙（octahedral interstice），由6个球体构成，球 心连线形成一个正八面体。
r 3a 4
r 2a 4
ra 2
14
配位数与致密度
➢配位数和致密度定量地表示原子排列的紧密程度。 ➢配位数（coordination number，CN）：晶体结构中 任一原子周围最近且等距离的原子数。 ➢致密度（K）：晶胞中原子所占的体积分数，
K nv V
式中，n为晶胞原子数，v原子体积，V晶胞体积。
22
晶体中原子的堆垛方式
面心立方和密排六方结构的致密度均为0.74， 是纯金属中最密集的结构。 面心立方与密排六方虽然晶体结构不同，但配 位数与致密度却相同，为搞清其原因，必须研究 晶体中原子的堆垛方式。 面心立方与密排六方的最密排面原子排列情况 完全相同，但堆垛方式不一样。
23
24
A
A
C
B A
(11 1)
59
练习4：下图标注了立方晶体的4个晶面，在每个晶 面上给出了3个晶面指数，选择正确的答案。
60
ACF
FN
ABD’E’
A’F’
AFI
BC
ADE’F’
O’M
第三节金属晶体结构ppt课件
=4
则：
16
V球 =
πr3 3
C B
B
C CC C A
A BBB B C
立方F
8个顶角
n1
=
8×
1 8
=1
6个面心
n2
=
6×
1 2
=3
⑵立方面心晶胞的体积
V晶 = a3
c
C B
B
C CC C A
b a A BBB B C
立方F
每层采取最紧 密堆积
a
A
B
a
D
C
(100)晶面
∵⊿ABC是直角三角形。根据勾股定律得有：
……
第4层 A 第2层 C 第2层 B 第1层 A
A1型最紧密堆积
2.A1型堆积的晶胞类型
根据晶胞划分的规则，我们可从金属的 A1 型最紧密堆积中抽取出立方 面心晶胞。
第4层 A 第2层 C 第2层 B 第1层 A
抽取出
A1型最紧密堆积
BCCC A
B
CC
A BB B堆积 C C堆积
B 堆积和 C 堆积——（111）晶面 c
b a
3.立方面心晶胞的正八面体空隙
立方面心晶胞
立方面心晶胞内 的正八面体空隙
3个晶胞共有的正八面 体空隙
即，立方面心晶胞有两种八
面体空隙。
3个晶胞共用 顶点
⑴6各面心“点”构成的晶
晶胞1、3的 面心
胞内八面体空隙。 ⑵3个晶胞共同拥有的八面
体空隙（共用1条棱边） 。
二、A3型最紧密堆积及其晶胞
The A3 type is most close to pile up and its crystal lattice
金属的晶体结构PPT课件
2.2 金属的晶体结构
主要内容
金属晶体结构类型 合金相结构
固溶体 金属间化合物
一、金属的晶体结构
金属中常见的晶体结构类型
体心立方(BCC)
a=b=c, ===90°
铁(-Fe)、钨(W) 、铬(Cr)、 钼(Mo)、钒(V)等
面心立方(FCC)
a=b=c, ===90°
铝(Al)、铜(Cu)、 银(Ag)、 金(Au)、镍(Ni)、铅(Pb)、 铁(－Fe)等
间隙固溶体
如陶瓷材料中的 MgO-CoO、MgO-CaO、
PbTiO3-PbZrO3、Al2O3-Cr2O3 Cu-Zn系 和 固溶体
在合金中较为常见，的是金属和 H、B、C、N等元素形成的固溶 体
按固溶浓度不同
无限固溶体
溶质和溶剂可以按任意比例 相互固溶所生成的固溶体
A sse sse d A l-M g p h a se d ia g r a m .
a, c (c/a=1.633)
a 1 a2 c2
(
)
22 3 4
6
12
0.74 12 0.225R 6
0.414R
其它类型结构
A4结构
结构特点：由于共价键的饱和性和方向性的特点，使得共价键晶
体中原子的配位数要比离子型晶体和金属型晶体的小。
常见结构：典型的共价晶体有金刚石(单质型)、石墨、Ge、Si、
二、合金中的相结构
金属元素 非金属元素
添加
主体金属
添加
制
备
新型合金
新型合金 中的合金相
固溶体 金属间化合物
Hale Waihona Puke 相的分类结构固溶体：晶体结构与其某一组元相同的相。溶剂-溶质。 中间相(金属化合物)：组成原子有固定比例，其结构与组成组元均不相
主要内容
金属晶体结构类型 合金相结构
固溶体 金属间化合物
一、金属的晶体结构
金属中常见的晶体结构类型
体心立方(BCC)
a=b=c, ===90°
铁(-Fe)、钨(W) 、铬(Cr)、 钼(Mo)、钒(V)等
面心立方(FCC)
a=b=c, ===90°
铝(Al)、铜(Cu)、 银(Ag)、 金(Au)、镍(Ni)、铅(Pb)、 铁(－Fe)等
间隙固溶体
如陶瓷材料中的 MgO-CoO、MgO-CaO、
PbTiO3-PbZrO3、Al2O3-Cr2O3 Cu-Zn系 和 固溶体
在合金中较为常见，的是金属和 H、B、C、N等元素形成的固溶 体
按固溶浓度不同
无限固溶体
溶质和溶剂可以按任意比例 相互固溶所生成的固溶体
A sse sse d A l-M g p h a se d ia g r a m .
a, c (c/a=1.633)
a 1 a2 c2
(
)
22 3 4
6
12
0.74 12 0.225R 6
0.414R
其它类型结构
A4结构
结构特点：由于共价键的饱和性和方向性的特点，使得共价键晶
体中原子的配位数要比离子型晶体和金属型晶体的小。
常见结构：典型的共价晶体有金刚石(单质型)、石墨、Ge、Si、
二、合金中的相结构
金属元素 非金属元素
添加
主体金属
添加
制
备
新型合金
新型合金 中的合金相
固溶体 金属间化合物
Hale Waihona Puke 相的分类结构固溶体：晶体结构与其某一组元相同的相。溶剂-溶质。 中间相(金属化合物)：组成原子有固定比例，其结构与组成组元均不相
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a 晶态
b 非晶态
二氧化硅结构示意图
晶体具有明显、固定的熔点，伴有体积与性 能的突变。非晶体没有固定的熔点。
如：Tm(Fe)=1538℃, Tm(Cu)=1083℃
晶体有各向异性， 非晶体则各向同性。 各向异性：不同方向上的性能有差异。
3、晶体与非晶体的相互转化性
玻璃
金属
长时间保温
极快速凝固
“晶态玻璃”
不象玻璃板，金属玻璃不透明，不发脆，它们罕见的原子
结构使它们有着特殊的机械特性及磁力特性。普通金属由于晶 格缺陷而容易变形或弯曲导致永久性地变形。相比之下，金属 玻璃在变形后更容易弹回到初始形状。没有结晶缺陷使得金属 玻璃成为卓有成效的磁性材料。
2000年9月20日，在北京钢铁研究总院的非晶带材生产线上 成功地喷出了宽220mm、表面质量良好的非晶带材，它标志着 我国在该材料的研制和生产上达到国际先进水平。
• 二、金属键
在金属晶体中，金属原子失去价 电子后成为正离子， 所有价电 子成为自由电子并为整个原子集 团所公有， 所有自由电子围绕 所有原子核运动，形成电子云或 电子气。金属正离子沉浸在电子 云中，并依靠与自由电子之间的 静电作用结合起来，这种结合方 式称为金属键。
金属键没有方向性和饱和性。
结合键
1.1 金 属
• 一、金属原子的结构特点
金属原子最外层电子少，一般1-2个，最多不超 过3个。外层电子与原子核的结合力弱，容易脱离 原子核的束缚而变成自由电子，此时原子变为正离 子。因此金属元素常称为正电性元素。
过渡族金属元素（钛、钒、铬、锰、铁、钴、 镍等）的原子不仅容易丢失最外层的电子，还容易 丢失次外层1~2个电子。
1.2 金属的晶体结构
一、晶体的特性
1、晶体的概念
原子（离子、分子等）在三维空间有规则地周概念：原子（离子、分子等）在三维空 间无规则排列的物质。 ——玻璃、多数高分子材料等。
晶体：金刚石、NaCl等。
非晶体：蜂蜡、玻璃等。
二、晶体结构与空间点阵 1、晶体结构模型的建立
（1） 假设：原子为固定不动的刚球，每个原 子具有相同的环境。
（2）将原子、离子等抽象为几何点（阵点），建 立空间点阵、晶格的概念。
空间点阵
晶格
空间点阵：几何质点(原子)在空间排列的阵列。
晶 格：用假想的线连接各原子中心所构成的描述 原子排列方式的空间格架。
d0为原子的平衡距离， 此时吸引力与排斥 力相等，任何对平 衡位置的偏离，都 会立刻受到一个力 的作用，促使其回 到平衡位置。
结合能EAB（键能） 是排斥能和吸引能 的代数和。当原子 移至平衡距离d0时， 原子能量最低，最 稳定。
双原子作用模型说明： 1、当吸引力与排斥力相等时原子处于平衡位置。 2、当原子在平衡距离时，原子的能量最低、最稳定。 3、常见金属中的原子总是自发的趋于紧密排列，以保持最 稳定的状态。 4、所有的离子和原子都在各自的平衡位置上以平衡位置为 中心作微弱的热振动。温度越高热振动的振幅越大。
“金属玻璃”
非晶态新材料的发展：光、电、磁、耐蚀性、 高强度等方面的高性能。
金属玻璃是使金属熔体在瞬间冷凝，以致金属原子还处在
杂乱无章的状态，来不及排列整齐就被“冻结”。它兼有金属 和玻璃的优点，又克服了各自的弊病。金属玻璃具有一定的韧 性和刚性，强度高于钢，硬度超过高硬工具钢，断裂强度也比 一般的金属材料高得多。由于避免了晶间腐蚀，有着良好的化 学稳定性；还有良好的磁学性质。金属玻璃可用以制造高压容 器、火箭等关键部位的零部件。非晶态软磁材料还可以制造录 音、录像的磁头、磁带。人们赞扬金属玻璃为“敲不碎、砸不 烂”的“玻璃之王”。美国、西欧称之为“21世纪的材料”。
晶体的刚球模型
金属特性的金属键理论解释
金属特性的金属键理论解释
（4）金属键没有方向 性和饱和性，当金属 的两部分发生相对位 移时，金属正离子始 终被包围在电子云中， 结合键不会遭到破坏， 这样金属就能经受变 形而不断裂，使其具 有良好的塑性变形能 力。
•三、结合力与结合能
双原子作用模型 固态金属中两个原子之间的相互作用力包括：正离子与周 电子间的吸引力，正离子与正离子之间以电子与电子之间的 相互排斥力，吸引力力图使两个原子拉近，而排斥力却力图 使两个子分开。
共价键
碳的价电子是4个，得失电子的机会近似。 原子之间不产生电子的转移，相邻原子以 共用价电子形成稳定的电子满壳层，这种 由共用价电子对产生的结合键称为共价键 。
共价键结合力大，具有方向性， 故共价键材料强度高，硬度高， 脆性大，具有很好的绝缘性。
金刚石、单质硅、SiC等属 于共价键。
金属的一些特性，如具有良好的导电性、导热 性、塑性（延展性），具有金属光泽、不透明、 正的电阻温度系数等都与金属键有关。
液体
——固态物体按原子(离子、分子等)是否规则 排列分为两种：晶态、非晶态。
——晶态是热力学稳定的状态，而非晶态是热 力学不稳定的状态。理论上固态物体均应形成 晶态，但当动力学条件不具备时，就可能转变 为非晶态。
2、晶体与非晶体的区别 晶体中原子等质点是规则排列的， 非晶体中原子等质点无规则堆积在一起的。
第1章 金属的晶体结构
1.1 金属 1.2 金属的晶体结构 1.3 实际金属的晶体结构
本章重点与难点
• ①金属键；建立金属原子的结构模型 。 • ②建立晶格和晶胞的概念；最常见的晶体结构：
体心立方结构、面心立方结构、密排六方结构； 立方晶系的晶向指数和晶面指数。 • ③晶体中存在的缺陷：点缺陷、线缺陷（位错）、 面缺陷。
组成物质整体的质点(原子、分 子或离子)间的相互作用力。
原子间相互作用时，其吸引和排斥情况 的不同，从而形成了不同类型的结合键
离子键
结合键
共价键 金属键
离子键
当两种电负性相差大的原子(如碱金属元素 以与Na卤Cl族晶元体素为的例原，子离)子相晶互体靠中近，时正，负其离中子正间电有 很性强元的素吸钠引失力去，电故子离成子为晶正体离材子料，硬负度电高性，元强度 大素静，电氯脆引获性力得大结电，合子导在成电一为性起负差形离。成子离，子正键负。离子依靠