引言---晶体缺陷和强度

晶体与非晶体的主要区别在于它们是否有三维 长程有序的原子结构。
晶体的基本共性： ➢ 均匀性 ➢ 各向异性 ➢ 自限性 ➢ 对称性 ➢ 固定的熔点
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晶体的基本对称性
• 对称性是晶体最重要的基本特征之一。
• 对称操作
➢ 使各原子的位置发生变换，变换后晶体的结构状态与变 换前正好相同的操作。
无定形 无确定的熔点
各向同性
对X射线的衍射效应 无
对称性
无
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1.1 金属及合金的结构
金属材料是指以金属键来表征其特性的材料，它包括金 属及其合金。
金属材料在固态下通常都是晶体状态(金属玻璃除外)，所 以要研究金属及合金的结构就必须首先研究晶体结构。
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面心立方
简单四方
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体心四方
简单六方
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简单菱形
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简单正交 底心正交
体心正交
面心正交
简单单斜
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底心单斜
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简单三斜
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常见纯金属的晶格类型
体心立方晶格： 它的形状是一个立方体，其晶格常数a=b=c，所以只 要一个常数a即可表示；其α=β=γ=90o。在体心立方晶 胞中，原子位于立方体的八个顶角和中心，原子半径 为1.732a/4。属于这类晶格的金属有α-Fe、Cr、V、W、 Mo、Nb等。体心立方晶胞的每个角上的原子是同属 于与其相邻的八个晶胞所共有，故只有1/8个原子属于 这个晶胞。所以体心立方晶胞中的原子数为2。
晶体缺陷与强度
Crystal Defect and Strength
王建华
材料科学与工程学院
2010.09.12
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Have You Ever Wondered? 为什么制造半导体的硅晶体含有大量的掺杂，
如磷或硼？
为什么能制造比纯铁硬度和强度高的钢呢？
为ຫໍສະໝຸດ Baidu么面心立方金属（如铜、铝等）比体心立 方和密排六方金属的塑性好呢？
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第一章 绪言
1.2 晶体缺陷概述
晶体缺陷是指实际晶体晶体结构中和理想的点阵结构发 生偏差的区域。即在某些局部区域，原子排列是紊乱、 不规则的，这些原子排列规则性受到严重破坏的区域统 称为“晶体缺陷”。 相对于理想晶体结构的周期性和方向性而言，晶体缺陷 显得十分活跃，它的状态易受外界的影响，晶体缺陷的 数量及分布对材料的行为有十分重要的作用 。
每个原子的最近邻原子数为8，所以其配位数为8。 致密度可计算如下： 或68%。
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致密度=晶胞内原子的体积/晶胞体积（100%)
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面心立方晶格
面心立方晶胞如图所示。它的形状也是一 个立方体。在面心立方晶胞中，原子位于立方 体的八个顶角和六个面的中心。属于这类晶格 的金属有γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等。 从图中可算出面心立方晶体的原子半径为 1.414a/4；每个晶胞所包含的原子数为4个；配位 数为12；致密度为0.74或74%。
采用配位数和致密度（K）来表示。配位数是指 晶格中与任一原子处于相等距离并相距最近的原 子数目；致密度是指晶胞中原子本身所占的体积 百分数，即晶胞中所包含的原子体积与晶胞体积 （V）的比值。
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晶体由许多质点（包括原子、离子或分子）在 三维空间呈周期性地规则排列所构成的固体。
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晶体缺陷分类
第一章 绪言
按照晶体缺陷区相对晶体的大小，可将晶体缺陷分为:
点缺陷（0-dimensional defects）
• 在空间中由几何点排列成的无限阵列，其中每一点与其它所有 的这种点有完全相同的环境，这种点的阵列称为点阵，点阵中 规则排列的几何点称为阵点。
• 若从晶体的平移对称特性出发，则所有晶体对应着14种不同的 点阵，称为14种布拉菲点阵。
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晶格的14种型式
简单立方
体心立方
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组成晶格的最小几何单元称为晶胞，晶胞各边的尺寸 a、b、c称为晶格常数，其大小通常以为计量单位 （A），晶胞各边之间的相互夹角分别以α、β、γ表示。
由于晶体中原子重复排列的规律性，因此晶胞可以表 示晶格中原子排列的特征。
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在研究晶体结构时，通常以晶胞作为代表来考查。 为了描述晶格中原子排列的紧密程度，通常
金属的变形是怎样产生的？
裂纹是怎么形成的？
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第一章 绪 言
晶体，非晶体？ 晶体缺陷？ 强度？ 晶体缺陷与强度？
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晶体，非晶体？
晶体
非晶体
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晶体与非晶体的区别
晶体
非晶体
规则几何外形 确定的熔点
各向异性
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密排六方晶格
密排六方晶胞如图所示。它是一个正六面 柱体，在晶胞的12个角上各有一个原子，上底 面和下底面的中心各有一个原子，上下底面的 中间有三个原子。属于这类晶格的金属有Mg、 Zn、Be、Cd等。其晶格常数用正六边形底面的 边长a和晶胞的高度c来表示。两者的比值 c/a≈1.633；其原子半径；每个晶胞所包含的原 子数为6个；配位数为12；致密度为0.74或74%。
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晶体的基本概念
晶体结构指晶体内部原子规则排列的方式。 晶体结构不同，其性能往往相差很大。为了便 于分析研究各种晶体中原子或分子的排列情况， 通常把原子抽象为几何点，并用许多假想的直 线连接起来，这样得到的三维空间几何格架称 为晶格，晶格中各连线的交点称为结点。
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• 晶体基本的对称操作有点操作和平移操作。
➢ 点对称操作：在对称操作过程中保持空间至少有一个不 动点的操作。
➢ 根据实际晶体主要的点对称特征可以把所有晶体划分成
7种晶系，即三斜、单斜、正交、四方、立方、三方、
六方。
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平移对称操作
• 晶体平移对称性表现为，晶体结构沿晶体单胞边长方向a、b、 c作平移操作，平移量为边长的整数倍，且平移前后晶体结构 状态相同。