金属与合金的晶体结构
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▪能量低的，通常在离核近的区域(壳层)运动；能量高的， 通常在离核远的区域运动
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金属学与热处理
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二、金属键
共价键 有些同类原子，例如周期表 IVA，VA，VIA族中大多数 元素或电负性相差不大的原 子互相接近时，原子之间不 产生电子的转移，此时借共 用电子对所产生的力结合。
SiO2结构示意图
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三、三种典型的金属晶体结构
晶胞的大小显然取决于三条棱的长度a，b和c，而晶胞的形 状则取决于这些棱之间的夹角α、β和γ ➢按照晶胞的大小和形状的特点，共有7种晶系 ➢由7种晶系可以形成多少种空间点阵呢？ ➢似乎每种晶系包括4种点阵，即简单点阵、底心点阵、面 心点阵和体心点阵。7种晶系总共似乎可以形成4×7=28种 点阵。 ➢按照“每个阵点的周围环境相同”的要求，最先是布拉菲 （A. Bravais）用数学方法证明了只能有14种空间点阵。通 常人们所说的点阵就是指布拉菲点阵。
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离子键 当两种电负性相差大的原 子(如碱金属元素与卤族元 素的原子)相互靠近时，其 中电负性小的原子失去电 子，成为正离子，电负性 大的原子获得电子成为负 离子，两种离子靠静电引 力结合在一起形成离子键。
NaCl结构示意图
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金属键 由金属正离子和自由电子之间互相作用而结合称为金属键 。
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上图所示分别为γ-Fe、金刚石、NaCl、CaF2四种晶体的晶体结构、空间 点阵和结构基元，尽管它们的晶体结构完全不同，但是它们的点阵类
型相同，都是面心立方。
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（a）原子堆垛模型（b）晶格（c）晶胞 图 晶体中原子排列示意图
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晶胞 ▪从点阵中取出一个仍能保持点阵特征的最基本单元叫晶胞 ▪在空间点阵中，能代表空间点阵结构特点的是小平行六面体 ▪整个空间点阵可由晶胞作三维的重复堆砌而构成 (1) 晶胞的选取原则
▪a.晶胞几何形状能够充分反映空间点阵的对称性； ▪b.平行六面体内相等的棱和角的数目最多； ▪c.当棱间呈直角时，直角数目应最多； ▪d.满足上述条件，晶胞体积应最小。 （2）描述晶胞的六参数 ▪a.晶胞的三条棱的长度a、b和c ▪b.棱边夹角α、β和γ
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(1)原子半径 晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半，或晶胞中原 子密度最大的方向上相邻两原子之间距离的一半称为原子 半径(r)。体心立方晶胞中原子相距最近的方向是体对角线， 所以原子半径与晶格常数a之间的关系为：
(2)原子数
r 3a 4
n 181 2 8
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简单四方点阵 体心四方点阵
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立方晶系
特征 a=b =c α =β=γ=90
简单立方点阵
体心立方点阵 面心立方点阵
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1.体心立方晶格
图 体心立方晶胞示意图 （a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图
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三斜晶系
特征 a≠b≠c α ≠β≠γ≠90
简单三斜点阵
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单斜晶系
特征 a≠b≠c α =γ=90≠β
简单单斜点阵 底心单斜点阵
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正交晶系 简单正交点阵
特征 a≠ b≠ c α =β=γ =90
金属键型晶体的特征 良好的延展性 良好的导电性 具有正的电阻温度系数 导热性好 金属不透明、具有金属光泽
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三、结合力与结合能
▪用双原子模型很容易理解， 当大量金属原子结合成固体 时，为使金属具有最低的能 量，以保持稳定状态，原子 之间必须保持一定的平衡距 离，这是固态金属中原子趋 于规则排列的原因。 ▪金属中的原子总是自发地趋 于紧密地排列，以保持最稳 定的状态。
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▪每个质子和中子的质量大致为1.67×10-24g，而电子的质 约为9.11×10-28g，仅为质子的1/1836。
▪电子云（电子在原子核外空间作高速旋转运动，就好像 带负电荷的云雾笼罩在原子核周围 ）
▪电子运动没有固定的轨道，但可根据电子的能量低，用
▪统计方法判断其在核外空间某一区域内出现的几率的大 小
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1.2 金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
晶体的定义 物质的质点(分子、原子或离子)在三维空间作有规律的 周期性重复排列所形成的物质叫晶体。
晶体的特征 ➢周期性 ➢有固定的凝固点和熔点 ➢各向异性
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二、晶体结构与空间点阵
空间点阵、阵点
为了便于研究晶体中原子、分子或离子的排列情况，近 似地将晶体看成是无错排的理想晶体，忽略其物质性， 抽象为规则排列于空间的无数几何点。这些点代表原子 (分子或离子)的中心，也可是彼此等同的原子群或分子 群的中心，各点的周围环境相同。这种点的空间排列称 为空间点阵，简称点阵，这些点叫阵点 。 可能在每个结点处恰好有一个原子，也可能围绕每个结 点有一群原子（原子集团）。
体心正交点阵
底心正交点阵
面心正交点阵
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金属学与热ຫໍສະໝຸດ Baidu理
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六方晶系
特征 a1=a2=a3≠c α =β=90，γ =120
简单六方点阵
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菱方晶系
特征 a=b=c α =β=γ≠90
简单菱方点阵
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四方晶系
特征 a=b ≠c α =β=γ=90
第一章 金属与合金的晶体结构
1.1 金属原子间的结合
一、金属原子的结构特点
▪一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集而成的（分子、 原子或离子 ）
▪近代科学实验证明：原子是由质子和中子组成的原子核， 以及核外的电子所构成的。
▪原子的体积很小，直径约为10-10m数量级，而其原子核直 径更小，仅为10-15m数量级。然而，原子的质量恰主要集 中在原子核内。
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二、金属键
共价键 有些同类原子，例如周期表 IVA，VA，VIA族中大多数 元素或电负性相差不大的原 子互相接近时，原子之间不 产生电子的转移，此时借共 用电子对所产生的力结合。
SiO2结构示意图
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三、三种典型的金属晶体结构
晶胞的大小显然取决于三条棱的长度a，b和c，而晶胞的形 状则取决于这些棱之间的夹角α、β和γ ➢按照晶胞的大小和形状的特点，共有7种晶系 ➢由7种晶系可以形成多少种空间点阵呢？ ➢似乎每种晶系包括4种点阵，即简单点阵、底心点阵、面 心点阵和体心点阵。7种晶系总共似乎可以形成4×7=28种 点阵。 ➢按照“每个阵点的周围环境相同”的要求，最先是布拉菲 （A. Bravais）用数学方法证明了只能有14种空间点阵。通 常人们所说的点阵就是指布拉菲点阵。
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离子键 当两种电负性相差大的原 子(如碱金属元素与卤族元 素的原子)相互靠近时，其 中电负性小的原子失去电 子，成为正离子，电负性 大的原子获得电子成为负 离子，两种离子靠静电引 力结合在一起形成离子键。
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金属键 由金属正离子和自由电子之间互相作用而结合称为金属键 。
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上图所示分别为γ-Fe、金刚石、NaCl、CaF2四种晶体的晶体结构、空间 点阵和结构基元，尽管它们的晶体结构完全不同，但是它们的点阵类
型相同，都是面心立方。
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（a）原子堆垛模型（b）晶格（c）晶胞 图 晶体中原子排列示意图
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晶胞 ▪从点阵中取出一个仍能保持点阵特征的最基本单元叫晶胞 ▪在空间点阵中，能代表空间点阵结构特点的是小平行六面体 ▪整个空间点阵可由晶胞作三维的重复堆砌而构成 (1) 晶胞的选取原则
▪a.晶胞几何形状能够充分反映空间点阵的对称性； ▪b.平行六面体内相等的棱和角的数目最多； ▪c.当棱间呈直角时，直角数目应最多； ▪d.满足上述条件，晶胞体积应最小。 （2）描述晶胞的六参数 ▪a.晶胞的三条棱的长度a、b和c ▪b.棱边夹角α、β和γ
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(1)原子半径 晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半，或晶胞中原 子密度最大的方向上相邻两原子之间距离的一半称为原子 半径(r)。体心立方晶胞中原子相距最近的方向是体对角线， 所以原子半径与晶格常数a之间的关系为：
(2)原子数
r 3a 4
n 181 2 8
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简单四方点阵 体心四方点阵
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立方晶系
特征 a=b =c α =β=γ=90
简单立方点阵
体心立方点阵 面心立方点阵
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1.体心立方晶格
图 体心立方晶胞示意图 （a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图
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三斜晶系
特征 a≠b≠c α ≠β≠γ≠90
简单三斜点阵
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单斜晶系
特征 a≠b≠c α =γ=90≠β
简单单斜点阵 底心单斜点阵
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正交晶系 简单正交点阵
特征 a≠ b≠ c α =β=γ =90
金属键型晶体的特征 良好的延展性 良好的导电性 具有正的电阻温度系数 导热性好 金属不透明、具有金属光泽
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三、结合力与结合能
▪用双原子模型很容易理解， 当大量金属原子结合成固体 时，为使金属具有最低的能 量，以保持稳定状态，原子 之间必须保持一定的平衡距 离，这是固态金属中原子趋 于规则排列的原因。 ▪金属中的原子总是自发地趋 于紧密地排列，以保持最稳 定的状态。
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▪每个质子和中子的质量大致为1.67×10-24g，而电子的质 约为9.11×10-28g，仅为质子的1/1836。
▪电子云（电子在原子核外空间作高速旋转运动，就好像 带负电荷的云雾笼罩在原子核周围 ）
▪电子运动没有固定的轨道，但可根据电子的能量低，用
▪统计方法判断其在核外空间某一区域内出现的几率的大 小
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1.2 金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
晶体的定义 物质的质点(分子、原子或离子)在三维空间作有规律的 周期性重复排列所形成的物质叫晶体。
晶体的特征 ➢周期性 ➢有固定的凝固点和熔点 ➢各向异性
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二、晶体结构与空间点阵
空间点阵、阵点
为了便于研究晶体中原子、分子或离子的排列情况，近 似地将晶体看成是无错排的理想晶体，忽略其物质性， 抽象为规则排列于空间的无数几何点。这些点代表原子 (分子或离子)的中心，也可是彼此等同的原子群或分子 群的中心，各点的周围环境相同。这种点的空间排列称 为空间点阵，简称点阵，这些点叫阵点 。 可能在每个结点处恰好有一个原子，也可能围绕每个结 点有一群原子（原子集团）。
体心正交点阵
底心正交点阵
面心正交点阵
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六方晶系
特征 a1=a2=a3≠c α =β=90，γ =120
简单六方点阵
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菱方晶系
特征 a=b=c α =β=γ≠90
简单菱方点阵
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四方晶系
特征 a=b ≠c α =β=γ=90
第一章 金属与合金的晶体结构
1.1 金属原子间的结合
一、金属原子的结构特点
▪一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集而成的（分子、 原子或离子 ）
▪近代科学实验证明：原子是由质子和中子组成的原子核， 以及核外的电子所构成的。
▪原子的体积很小，直径约为10-10m数量级，而其原子核直 径更小，仅为10-15m数量级。然而，原子的质量恰主要集 中在原子核内。