非晶体和晶体结构

五、晶面指数和晶向指数
晶面——通过晶体中原子中心的平面。 晶面指数——表示晶面的符号。
(111)
晶向——任意两个原子之间 的连线所指的方向。 晶向指数——表示晶向的符号。
[110]
（一）晶面指数的确定方法 1）建立坐标系，如图。（原点不能在待定晶面上）
Z
c
（100）
2）求待定晶面在三个 坐标轴上的截距。 1、∞、∞
（一）体心立方晶格（bcc） 晶胞特征：晶胞是一个立方体，原子分布在立方体 的八个结点和立方体的中心处。 常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V等
模型
晶胞
体心立方结构
1．晶胞内原子个数
2．原子半径 3．配位数 4．致密度 8
2
3 r a 4
3 3 4 2 a a3 0.68 4 3
光学显微镜下工业纯铁的组织 光学显微镜物镜 晶界
经 过 物 镜 的 漫 射 光 线
晶面 晶界
对晶粒形状进行讨论
作业：
教材P19，习题5、6。
思考题：
习题集P1选择题11~40， P3判断题9~15 。
预习：
P41-46
(110)
(101)和(101)
练习：求出下面晶面的晶面指数
(111)
(110)
a)
b)
(210) (221) c) d)
（二）晶向指数的确定方法 建坐标系→做直线→求坐标值→化整数→加 [ ]
晶向指数确定方法
1）建立坐标系，晶格常数分别作为相应三个坐标轴 的长度单位；
2）过坐标原点做平行 于待定晶向的直线；

间隙原子在运动时，有可能落入空位中， 而使两者消失。
二、线缺陷
（一）线缺陷
在二维尺度上都很小，另一维尺度上很大的缺陷。 晶格中的“位错线” —简称位错。可视为晶格中 一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移所致其相 对滑移的交界线即为位错线。可分为刃型和螺型位错。
正刃型位错
G H D
负刃型位错
EF线为 位错线 立体模型
晶界原子排列示意图
亚晶界位错结构示意图
（二）晶界特性
晶界上的原子排列因受到相临晶粒的影响，其规 律性较差，但不是完全混乱无序的，因而原子常占据 不同位向的折衷位置，致使晶格畸变较大，能量高； 位错密度高；杂质原子含量一般高于晶粒内部；易腐 蚀和氧化；熔点低等。 一般来说，金属的晶粒越细，单位体积金属中 的晶界和亚晶界面积越大，金属的强度便越高，这 就是金属的细晶强化。此外，晶界同样对金属的塑 性变形、相变和扩散等过程有重要的影响。
模型
晶胞
晶胞原子数
七、单晶体的各向异性与多晶体的伪各向同性
单晶体——晶体内部的原子都按 同一规律同一位向排列的晶体。
多晶体——由许多位向不同的单 晶体所组成的晶体。
（a）
晶粒—外形不规则的 颗粒状的小晶体。 晶界—晶粒与晶粒之 间的界面，简称晶界。
（b）
晶体在不同方向上的性能(力学性能、物理性能、 化学性能)各异——晶体的各向异性。
复习
一、原子的结合键
金属键（金属）
离子键（化合物、陶瓷） 共价键（高分子材料）
二、晶体和非晶体概念
非晶态金属
三、非晶体结构
非晶陶瓷（玻璃相） 非晶态高分子材料
四、晶体结构基本概念
晶格——是指描述晶体排列规 律的空间格架。 晶胞——从晶格中取出一个 最能代表原子排列特征 的最基本的几何单元。 晶格常数——晶胞各棱边的尺寸。 棱间夹角——各棱边之间的夹角。
4
2 r a 4
12
3 2 4 4 a a3 0.74 4 3
5．密排方向 <110> 6．密排面 {111}
<110>
{111}
（三）密排六方晶格（hpc） 晶胞特征：晶胞是一个正六方棱柱，原子分布在正六 方柱体的十二个结点和上、下底面的中心 处，另外三个原子排列在上、下底面之间。 常见金属： Mg、Zn、Be、Cd、 -Ti等。
三、面缺陷
（一）面缺陷 是指两个维度尺寸很大而在另一个维度上尺寸
很小的缺陷，金属晶体中的面缺陷主要是指晶界、
亚晶界和相界等。
晶界：不同位向晶粒与晶 粒之间的界面（过渡区） 叫“晶粒间界”—简称晶 界。
亚晶界：每个晶粒内的晶格 位向在不同区域上有微小差 别的界面（过渡区），由一 系列刃型位错组成。
[332]
Z
c a X b

2 3
3）求出直线上任意一点 的坐标值。1、1、2/3； 4）将三个坐标值按比例 化为最小整数，加方 括号，[332]。
c
Y
注意： 晶向组：[uvw]指原子排列规律相同，相互平行的 所有晶向。 晶向族：〈uvw〉指原子排列规律相同，但互不平 行的所10]、[101]、[011]、
[110]
[110]、[101]、[011]、
X
Y
[110]
六、三种常见的晶体结构
晶体中的晶体结构通常分为7个晶系，14种晶 格。绝大多数金属的晶体结构为体心立方、面心 立方和密排六方三种紧密而简单的结构。
致密度——是指晶胞中所包含的原子所占有的体积 与该晶胞体积之比。 配位数——是指晶格中与任一原子最临近且等距离 的原子数。
3）取三个截距的倒数 1、 0、 0
Y
a X
b
4）化为最小整数， 加圆括号，（100）
晶面（hkl）指原子排列规律相同，相 互平行的一组晶面。 右图上有几个（100）晶面？
晶面族{hkl}指原子排列规律相同，但 互不平行的一族晶面 {110}包括： (110)和(110) (011)和(011) (110)
（a）
在多晶体的金属中，整块金属 在各个方向上的性能是均匀一致的， 称为“伪各向同性”。
（b）
应用：铁的单晶体在磁场中沿<100>方向的磁化比
沿<111>方向容易，所以，制造变压器铁心的硅钢 片的<100>晶向应平行于导磁方向，以降低变压器 的铁损。
第二节 晶体缺陷
理想晶体—— 若整个晶体完全是由晶胞规则重复 排列的，这种晶体为理想晶体。 晶体缺陷—— 实际晶体中，由于各种因素的影响， 总会存在一些不完整、原子排列 偏离理想状态的区域，这些区域 称为晶体缺陷。 点缺陷 线缺陷 面缺陷
5．密排方向 <111> 6．密排面 {110}
<111>
{110}
（二）面心立方晶格（fcc）
晶胞特征：晶胞是一个立方体，每个顶角上均有一 个原子，每个面的中心均有一个原子。 常见金属：-Fe、Au、Ag、Al、Cu、Pb、Ni等。
模型
晶胞
1．晶胞内原子个数
2．原子半径 3．配位数 4．致密度
平面示意图
刃型位错示意图
（二）线缺陷的运动 位错滑移：在受到外力时，晶体中的位错会沿 一定的方向，在一定的晶面上滑动。
位错攀移：刃型位错攀移的实质是多余的半原 子面通过空位（原子）扩散而扩大或缩小。
讨论“滑移面”和“滑移方 向”
原子密度（单位面 积上原子数）最大 的晶面=面间距最大 的晶面
原子密度（单位长 度上原子数）最大 的晶向=原子间距最 小的晶向
按几何形态分为
一、点缺陷
（一）点缺陷 在三维尺度上都很小，不超过几个原子直径的缺陷。
空位
间隙原子、 点缺陷示意图
置换原子
点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生了扭 曲——晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增 加，金属的密度发生变化。
（二）点缺陷的运动
晶体中的点缺陷在一定的温度下有一定的平 衡浓度，处于动态平衡状态下，但这些点缺陷并 非固定不动，而是处于不断的运动过程中。例如: 空位周围的原子，由于热振动能量的起伏， 有可能获得足够的能量而跳入空位，并占据这个 平衡位置。这时在这个原子的原来位置上，就形 成一个空位。这个过程就是空位的迁移。 同样间隙原子也可能由一个间隙位置迁移 到另一个间隙位置。