第二章 金属材料的基础知识21~23 优质课件
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致密度：0.74
配位数：12 （c/a=1.633时）
实际晶体中的缺陷
理想晶体：是指晶体中原子严格地成完全规则和完整的排列，在每 个晶格结点上都有原子排列而成的晶体。如理想晶胞在三维空间重 复堆砌就构成理想的单晶体。
实际晶体：多晶体+晶体缺陷 晶体缺陷：是晶体内部存在的一些原子排列不规则和不完整的微观
二、线缺陷
实际晶体中的缺陷
线缺陷的概念: 晶体中在一维方向上尺寸很大，而在另外二维方向上
的尺寸很小的晶体缺陷，它的主要形式是位错。 位错
是晶体中一列或若干列原子，发生某种有规律的错排 现象。 位错的类型:刃型位错 螺型位错
刃位错
刃型位错示意图
实际晶体中的缺陷
刃位错
实际晶体中的缺陷
螺型位错示意图
区域，按其几何尺寸特征，可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。
晶粒（单晶体）
一、点缺陷
实际晶体中的缺陷
1.点缺陷的概念 晶体中在X,Y,Z三维方 置换原子
向上尺寸都很小的晶体缺陷。
空位
置换 原子
2. 点缺陷的类型 空位；间隙原子（有
同类和异类之分）；置换原 子（有大小之分）；复合空 位。
复合空位
间隙原子
金属的晶体结构
Z
c
b
Y
a
X 面心立方晶胞
晶格常数：a=b=c； ===90
晶胞原子数： 4
原子半径： 2a
4
致密度：0.74 配位数：12
密排六方晶格 Mg、Zn 、Be等
金属的晶体结构
晶格常数 底面边长a 底面间距c 侧面间角120 侧面与底面夹角90 晶胞原子数：6
原子半径：a/2
蜂蜡、玻璃、橡胶
液体
金属的晶体结构
z
c
a
x
y b
d 晶胞
a 原子堆垛模型
b 空间点阵
c 晶格（晶体点阵）
金属的晶体结构
空间点阵
将晶体内部的原子（离子）或原子群（离子群）抽象为无 数点子按一定的方式在空间做有规则的周期性分布，这些几何点 子的总体称为空间点阵，这些点称为阵点或节点。
晶格（晶体点阵）
三、面缺陷
实际晶体中的缺陷
概念：是指晶体中在二维方向上尺寸很大，而在另一维方向上尺寸很 小的晶体缺陷。 类型：主要包括晶体的外表面、堆垛层错、晶界、亚晶界、孪晶界和 相界面等。
1. 晶界
晶界是多晶体中晶粒与晶粒之间 的交界面，由于各晶粒中原子排列方 式相同（如都是体心立方），只是晶 格位向不同，因此晶界实际上是不同 位向晶粒之间的过渡层。该过渡层有 一定的厚度，为了同时适应两侧不同 位向晶粒的过渡，而使过渡层处的原 子总是不能规则排列，产生晶格畸变， 所以它是晶体中的一种重要的面缺陷。
体心立方晶胞 Z
c
a
2r
a
2a
b
Y
金属的晶体结构
晶格常数：a=b=c； ===90
晶胞原子数： 2
原子半径： 3a
4
致密度：0.68 配位数：8
X
面心立方晶格
金属的晶体结构
晶胞的八个顶角上和六个面上各有一个原子。 属于这种晶体结构的纯金属有 Fe、Al、Cu、Ag、 Pb、Ni等。
致密度 晶胞中原子本身所占的体积与晶胞体积之比。
金属的晶体结构
常见的金属晶体结构
工业上常用的金属绝大多数具有比较简单的晶体结构， 其中最典型的为以下三种：
（1）体心立方晶格 （2）面心立方晶格 （3）密排六方晶格
体心立方晶格
金属的晶体结构
在立方晶胞的八个顶角上各有一个原子，在体中心 有一个原子，每个原子与空间点阵中的一个阵点相对应。 属于这种晶体结构的纯金属有α- Fe、Cr、Mo、W、V等。
良好的导电、导热性： 自由电子定向运动（在电场作用下）导电、（在热场作用下）导热。
不透明，有光泽： 自由电子容易吸收可见光，使金属不透明。自由电子吸收可见光
后由低能轨道跳到高能轨道，当其从高能轨道跳回低能轨道时，将吸 收的可见光能量辐射出来，产生金属光泽。
具有延展性（塑性变形能力）： 金属键没有方向性和饱和性，所以当金属的两部分发生相对位移
是大量金属原子结合成固体时，彼此失去最外层 子电子（过渡族元素也失去少数次外层电子）， 成为正离子，而失去的外层电子穿梭于正离子之 间，成为公有化的自由电子云或电子气，而金属 正离子与自由电子云之间的强烈静电吸引力（库 仓引力），这种结合方式称为金属键。
ຫໍສະໝຸດ Baidu播放
暂停
以金属键方式结合，从而使金属材料具有以下特征：
c
Y
b
a
Y
X
描述金属晶体结构的一些重要概念
金属的晶体结构
晶一胞个原晶胞子内数所含的原子数目。注意相邻晶胞的共有原子的计算方法
原子半径 晶胞中最近邻的两个原子（原子密度最大的方向）之间
（平衡）距离的一半。 配位数
晶格中和某一原子相邻的原子数目称为配位数。 （晶格中与任一原子处于相等距离并相距最近的原子数目）
2. 各种金属晶体之间，这些特征的差别也很大： 鈈、锰的导电能力比银、铜相差近百倍 锑、铬、钒等金属是一种“脆性”金属。
因此，只根据以上的一些特性来区分金属和 非金属是不够充分的。
金属为何具有上述这些特性呢？
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
金属键 金属键是金属原子之间的结合键，它
时，其结合键不会被破坏，从而具有延展性。
第一节 金属的晶体结构 1）晶体与非晶体
2）金属的晶体结构 3）晶面和晶向及其表示方法 4）金属晶体的特点
晶体：
晶体与非晶体
材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。
非晶体：
原子无规则堆积，也称为 “过冷液体”。
晶体 金刚石、NaCl、冰
非晶体
用一系列假想的平行直线将空间点阵的阵点联结起来，形 成的空间网络称为空间格子，也称晶格。
晶胞
为了研究空间点阵的排列特点，从点阵中取出一个反映点 阵特征的基本单元（通常是一个平行六面体）作为其组成单元， 这个平行六面体称为晶胞。
晶面 通过原子中心的平面
Z
c b
a
X
晶向 通过原子中心的直线所指的方向
Z
• 位错密度 ：单位体积中位错线的总长度，或单位面积上位错线 的根数，单位cm-2
• 位错线附近的原子偏离了平衡位置,使晶格发生了畸变,对晶体的 性能有显著的影响。
• 实验和理论研究表明:晶体的强度和位错密度有如图的对应关系, • 在晶体中位错密度很高时,其强度很高。提高位错密度是金属强
化的重要途径之一。
第二章 金属材料的基础知识
金属的特 性
与非金属相比，固态金属具有它独特的性能， 如良好的导电性、导热性、延展性（塑性变形 能力）和金属光泽。
思考
这些是金属独有的特性么？能否据此来区 分金属与非金属呢？
不是
1. 有的非金属也可能表现出上述某些特性： 如：石墨能导电 金刚石导热 无机化合物的金属光泽；
配位数：12 （c/a=1.633时）
实际晶体中的缺陷
理想晶体：是指晶体中原子严格地成完全规则和完整的排列，在每 个晶格结点上都有原子排列而成的晶体。如理想晶胞在三维空间重 复堆砌就构成理想的单晶体。
实际晶体：多晶体+晶体缺陷 晶体缺陷：是晶体内部存在的一些原子排列不规则和不完整的微观
二、线缺陷
实际晶体中的缺陷
线缺陷的概念: 晶体中在一维方向上尺寸很大，而在另外二维方向上
的尺寸很小的晶体缺陷，它的主要形式是位错。 位错
是晶体中一列或若干列原子，发生某种有规律的错排 现象。 位错的类型:刃型位错 螺型位错
刃位错
刃型位错示意图
实际晶体中的缺陷
刃位错
实际晶体中的缺陷
螺型位错示意图
区域，按其几何尺寸特征，可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。
晶粒（单晶体）
一、点缺陷
实际晶体中的缺陷
1.点缺陷的概念 晶体中在X,Y,Z三维方 置换原子
向上尺寸都很小的晶体缺陷。
空位
置换 原子
2. 点缺陷的类型 空位；间隙原子（有
同类和异类之分）；置换原 子（有大小之分）；复合空 位。
复合空位
间隙原子
金属的晶体结构
Z
c
b
Y
a
X 面心立方晶胞
晶格常数：a=b=c； ===90
晶胞原子数： 4
原子半径： 2a
4
致密度：0.74 配位数：12
密排六方晶格 Mg、Zn 、Be等
金属的晶体结构
晶格常数 底面边长a 底面间距c 侧面间角120 侧面与底面夹角90 晶胞原子数：6
原子半径：a/2
蜂蜡、玻璃、橡胶
液体
金属的晶体结构
z
c
a
x
y b
d 晶胞
a 原子堆垛模型
b 空间点阵
c 晶格（晶体点阵）
金属的晶体结构
空间点阵
将晶体内部的原子（离子）或原子群（离子群）抽象为无 数点子按一定的方式在空间做有规则的周期性分布，这些几何点 子的总体称为空间点阵，这些点称为阵点或节点。
晶格（晶体点阵）
三、面缺陷
实际晶体中的缺陷
概念：是指晶体中在二维方向上尺寸很大，而在另一维方向上尺寸很 小的晶体缺陷。 类型：主要包括晶体的外表面、堆垛层错、晶界、亚晶界、孪晶界和 相界面等。
1. 晶界
晶界是多晶体中晶粒与晶粒之间 的交界面，由于各晶粒中原子排列方 式相同（如都是体心立方），只是晶 格位向不同，因此晶界实际上是不同 位向晶粒之间的过渡层。该过渡层有 一定的厚度，为了同时适应两侧不同 位向晶粒的过渡，而使过渡层处的原 子总是不能规则排列，产生晶格畸变， 所以它是晶体中的一种重要的面缺陷。
体心立方晶胞 Z
c
a
2r
a
2a
b
Y
金属的晶体结构
晶格常数：a=b=c； ===90
晶胞原子数： 2
原子半径： 3a
4
致密度：0.68 配位数：8
X
面心立方晶格
金属的晶体结构
晶胞的八个顶角上和六个面上各有一个原子。 属于这种晶体结构的纯金属有 Fe、Al、Cu、Ag、 Pb、Ni等。
致密度 晶胞中原子本身所占的体积与晶胞体积之比。
金属的晶体结构
常见的金属晶体结构
工业上常用的金属绝大多数具有比较简单的晶体结构， 其中最典型的为以下三种：
（1）体心立方晶格 （2）面心立方晶格 （3）密排六方晶格
体心立方晶格
金属的晶体结构
在立方晶胞的八个顶角上各有一个原子，在体中心 有一个原子，每个原子与空间点阵中的一个阵点相对应。 属于这种晶体结构的纯金属有α- Fe、Cr、Mo、W、V等。
良好的导电、导热性： 自由电子定向运动（在电场作用下）导电、（在热场作用下）导热。
不透明，有光泽： 自由电子容易吸收可见光，使金属不透明。自由电子吸收可见光
后由低能轨道跳到高能轨道，当其从高能轨道跳回低能轨道时，将吸 收的可见光能量辐射出来，产生金属光泽。
具有延展性（塑性变形能力）： 金属键没有方向性和饱和性，所以当金属的两部分发生相对位移
是大量金属原子结合成固体时，彼此失去最外层 子电子（过渡族元素也失去少数次外层电子）， 成为正离子，而失去的外层电子穿梭于正离子之 间，成为公有化的自由电子云或电子气，而金属 正离子与自由电子云之间的强烈静电吸引力（库 仓引力），这种结合方式称为金属键。
ຫໍສະໝຸດ Baidu播放
暂停
以金属键方式结合，从而使金属材料具有以下特征：
c
Y
b
a
Y
X
描述金属晶体结构的一些重要概念
金属的晶体结构
晶一胞个原晶胞子内数所含的原子数目。注意相邻晶胞的共有原子的计算方法
原子半径 晶胞中最近邻的两个原子（原子密度最大的方向）之间
（平衡）距离的一半。 配位数
晶格中和某一原子相邻的原子数目称为配位数。 （晶格中与任一原子处于相等距离并相距最近的原子数目）
2. 各种金属晶体之间，这些特征的差别也很大： 鈈、锰的导电能力比银、铜相差近百倍 锑、铬、钒等金属是一种“脆性”金属。
因此，只根据以上的一些特性来区分金属和 非金属是不够充分的。
金属为何具有上述这些特性呢？
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
金属键 金属键是金属原子之间的结合键，它
时，其结合键不会被破坏，从而具有延展性。
第一节 金属的晶体结构 1）晶体与非晶体
2）金属的晶体结构 3）晶面和晶向及其表示方法 4）金属晶体的特点
晶体：
晶体与非晶体
材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。
非晶体：
原子无规则堆积，也称为 “过冷液体”。
晶体 金刚石、NaCl、冰
非晶体
用一系列假想的平行直线将空间点阵的阵点联结起来，形 成的空间网络称为空间格子，也称晶格。
晶胞
为了研究空间点阵的排列特点，从点阵中取出一个反映点 阵特征的基本单元（通常是一个平行六面体）作为其组成单元， 这个平行六面体称为晶胞。
晶面 通过原子中心的平面
Z
c b
a
X
晶向 通过原子中心的直线所指的方向
Z
• 位错密度 ：单位体积中位错线的总长度，或单位面积上位错线 的根数，单位cm-2
• 位错线附近的原子偏离了平衡位置,使晶格发生了畸变,对晶体的 性能有显著的影响。
• 实验和理论研究表明:晶体的强度和位错密度有如图的对应关系, • 在晶体中位错密度很高时,其强度很高。提高位错密度是金属强
化的重要途径之一。
第二章 金属材料的基础知识
金属的特 性
与非金属相比，固态金属具有它独特的性能， 如良好的导电性、导热性、延展性（塑性变形 能力）和金属光泽。
思考
这些是金属独有的特性么？能否据此来区 分金属与非金属呢？
不是
1. 有的非金属也可能表现出上述某些特性： 如：石墨能导电 金刚石导热 无机化合物的金属光泽；