1-1金属的晶体结构

晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界 每个晶粒有时又由若干个位向稍有 差异的亚晶粒所组成,相邻亚晶粒间的 界面称为亚晶界
面缺陷
亚晶界
晶界过渡结构示意图
亚晶界结构示意图
对性能的影响
晶界处的原子排列极不规则，造成 晶格畸变处于不稳定状态，高温下晶界 处的原子极易扩散。而在常温下，晶界 使金属的塑形变形阻力增大。 在宏观上表现为晶界较晶粒内部具 有更高的强度和硬度。因此，晶界越多， 金属材料的力学性能越好。
第一章 金属的结构与结晶
我们身边有很多金属，虽然 它们都属于同一类物质，但其性 能差异很大。比如铜丝和钢丝， 它们一个柔软而另一个坚硬，这 些差异是由其内部结构决定的。 因此，掌握金属的内部结构及其 对金属性能的影响，对于选用和 加工金属材料具有非常重要的意 义。
§1－1 金属的晶体结构 §1－2 纯金属的结晶 §1－3 观察结晶过程（实验）
晶体缺陷对金属材料的许多性 能都有很大的影响，特别是在金属 的塑形变形及热处理过程中起着重 要作用。
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课堂小结：
三、单晶体与多晶体 四、晶体的缺陷 1、点缺陷 间隙原子 空位原子 置代原子 2、线缺陷 刃位错 3、面缺陷 晶界 亚晶界
课堂练习:
一、填空题 3、晶体中的某些原子偏离正常位置，造成原子紊乱排 列的现象称为（ ），常见的类型有（ ）、（ ）、 （ ）。 二、判断题 2、单晶体具有各向异性。 3、多晶体中各晶粒的位向是完全相同的。 三、选择题 3、金属晶体结构中的晶界属于晶体缺陷中的（ ） A、点缺陷 B、线缺陷 C、面缺陷
晶胞——晶格中能够完整地 反映晶体晶格特征的最小几 何单元。
提示
晶胞是可以反映金属原 子排列规律的最小单元，所 以一般都是取出晶胞来研究 金属的晶格结构。
常见的三种金属晶格类型
体心立 方晶格
面心立 方晶格
密排六 方晶格
体心立方晶格
结构特点： 晶胞是一个立方体，原子 位于立方体的八个顶点和立方 体的中心。 典型金属： 钨（W）、钼（Mo）、钒（V） 铌（Nb）、钽（Ta）、铬（Cr） α-铁（α-Fe）
三、认识单晶体与多晶体
单晶体 只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体 单晶体的晶格排列方位完全一致。单晶体必 须人工制作，如生产半导体元件的单晶硅、单晶 锗等。 单晶体在不同方向上具有不同性能的现象称 为各向异性。 是由很多大小、外形和晶格排列方向 均不相同的小晶体组成。 组成金属的小晶体称为晶粒，晶粒交界 的地方称为晶界。
线缺陷
刃位错
晶体某一平面中呈线性分布的缺陷，它的具体形式为位错。最常见的位 错为刃位错。 对性能的影响： 在位错周围，由于错排晶格产生较严重的畸变，所以内应力较大。位错 很容易在晶体中移动，位错的存在在宏观上边线为使金属材料的塑性变形更 加容易，金属材料的塑性变形就是通过位错的运动来实现的。
晶界
常见的几种晶体缺陷
点缺陷
线缺陷
面缺陷
间隙原子
点缺陷
空位原子
置代原子
无论是空位、间隙原子还是置 代原子，在其周围都会使晶格产生 变形，这种现象称为晶格畸变。 这三种晶体缺陷造成的晶格畸 变区仅限于缺陷原子周围的较小区 域，不超过几个原子直径，故统称 为点缺陷。 对性能的影响： 在宏观上，使材料的强度、 硬度和电阻增加，同时使处于缺 陷处的原子易于移动。
作业：
习题册: 1-1金属的晶体结构 一、二、三、四、五
下节课再见
提示
即使是相同原子构成的晶体，只 要原子排列的晶格形式不同，则它们 之间的性能也会存在很大的差别，如 金刚石与石墨就是典型的例子。
小结
一、晶体与非晶体
体心立方晶格
二、金属的晶格类型
面心立方晶格 密排六方晶格
练习
一、填空 1、原子呈无序、无规则堆积状态的物质称为（ ），原子呈有序、规则 排列的物质称为（ ）。一般固态金属都属于（ ）。 2、常见的金属晶格类型有（ ）晶格、（ ）晶格和（ ）晶格 三种。铬属于（ ）晶格，铜属于（ ）晶格，锌属于（ ）晶格。 二、判断题 1、非晶体具有各向同性。 4、相同原子构成的晶体，它们的性能相似。 三、选择题 1、α-Fe是具有（ ）晶格的铁。 A、体心立方 B、面心立方 C、密排六方 2、固态物质按内部微粒的排列方式，可分为（ ） A、金属与非金属 B、原子与分子 C、晶体与非晶体
面心立方晶格
结构特点： 晶胞是一个立方体，原 子位于立方体的八个顶点和 六个面的中心。 典型金属： 金（Au）、银(Ag)、铜 (Cu)、铝(Al)、铅(Pb)、镍 (Ni)、γ-铁(γ-Fe)等
密排六方晶格
结构特点： 晶胞是一个正六棱柱，原子 除排列于柱体的每个顶点和上 下两个底面的中心外，正六棱 柱的中心还有三个原子 典型金属： 镁（Mg）、铍(Be)、镉 (Cd)、锌(Zn)等
什么是金属的晶格类型？ 金属中原子排列的规律。
如果把金属原子看做一个直径一定的 小球，则某金属中原子的排列情况如 图所示
金属中原子排列情况
晶格——为了清楚地表示晶 体中原子排列的规律，将原 子简化为一个质点，再用假 想的线将它们连接起来，形 成一个能反映原子排列规律 的空间格架。
晶格和晶胞示意图
a） 晶格 b） 晶胞
多晶体
普通金属材料都是多晶体，虽然 每个晶粒具有各向异性，但由于各个 晶粒位向不同，加上晶界的作用，这 就使得各晶粒的有向性相互抵消，因 而整个多晶体呈现出无向性，即各向 同性。
四、分析晶体的缺陷
什么是晶体缺陷？
晶体缺陷——由于各种原因，实际晶体 中原子的规律排列受到干扰和破坏，使晶体 中的某些原子偏离正常位置，我们把这种晶 体中原子紊乱排列的现象称为晶体缺陷。
非晶体
原子呈无序、无规则 堆积的物质 没有规则的几何形状 没有固定的熔点，性 能呈各向同性 玻璃、蜂蜡、松香、 沥青、橡胶
实验1 熔化的石蜡在云母片上呈椭圆形， 而在玻璃片上呈圆形，这说明了什 么？ 云母片是晶体，所以各向导热 性不同，才呈现了椭圆形 玻璃片是非晶体，各向导热性 相同，呈现圆形
二、认识金属的晶格类型
§1－1
金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
二、金属的晶格类型
三、单晶体与多晶体
四、晶体的缺陷
一、认识晶体与非晶体
存在状态
想一想
你能区分下列物质是晶体还是非晶体吗？ 玻璃
石英
食盐 蜂蜡
对比晶体和非晶体
项目
定义 性能 特点 典型 物质
晶体
原子呈有序、有规则 排列的物质 具有规则的几何形状 有一定的熔点，性能 呈各向异性 石英、云母、明矾、 食盐、硫酸铜、糖、 味精