0金属的晶体结构
合集下载
第一章-金属的晶体结构(共118张PPT)可修改全文
(3) 不需最小整数化； (4) 〔1 1 1〕
B面：
(1) 该面与z轴平行，因此x=1，y=2， z=∞； (2) 1/x=1，1/y=1/2，1/z=0； (3) 最小整数化1/x=2，1/y=1，1/z=0； (4) 〔2 1 0〕
C面：
(1) 该面过原点，必须沿y轴进行移动，因此x= ∞ ，y=-1，z=∞ (2) 1/x=0，1/y=-1，1/z=0； (3) 不需最小整数化；(4) 〔0 1 0〕
晶胞在三维空间的重复构成点阵
〔4〕晶格常数
在晶胞中建立三维坐标体系， 描述出晶胞的形状与大小
晶胞参数- 晶格常数:a、b、c 棱间夹角:α、β、γ
2 晶系与布拉菲点阵
依据点阵参数 的不同特点划分为七种晶系
(1) 三斜晶系
α≠β≠γ≠90° a≠ b≠ c
复杂单胞 底心单斜
(2) 单斜晶系
α=γ=90°≠β a≠ b≠ c
3 原子半径： r 2 a
4 配位数= 12
4
5 致密度= nv/V=(4×3πr3/4)/a3=0.74
γ－Fe(912~1394℃)、Cu、Ni、Al、Ag 等
——塑性较高
面心立方晶胞中原子半径与晶 格常数的关系
a
r 2a 4
(三)密排六方结构〔 h.c.p〕 〔 了解〕
金属：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co等
具有光泽：吸收了能量从被激发态回到基态时所 产生的幅射；
良好的塑性：在固态金属中，电子云好似是 一种流动的万能胶，把所有的正离子都结合 在一起，所以金属键并不挑选结合对象，也 无方向性。当一块金属的两局部发生相对位 移时，金属正离子始终“浸泡〞在电子云中， 因而仍保持着金属键结合。这样金属便能经 受较大的变形而不断裂。
B面：
(1) 该面与z轴平行，因此x=1，y=2， z=∞； (2) 1/x=1，1/y=1/2，1/z=0； (3) 最小整数化1/x=2，1/y=1，1/z=0； (4) 〔2 1 0〕
C面：
(1) 该面过原点，必须沿y轴进行移动，因此x= ∞ ，y=-1，z=∞ (2) 1/x=0，1/y=-1，1/z=0； (3) 不需最小整数化；(4) 〔0 1 0〕
晶胞在三维空间的重复构成点阵
〔4〕晶格常数
在晶胞中建立三维坐标体系， 描述出晶胞的形状与大小
晶胞参数- 晶格常数:a、b、c 棱间夹角:α、β、γ
2 晶系与布拉菲点阵
依据点阵参数 的不同特点划分为七种晶系
(1) 三斜晶系
α≠β≠γ≠90° a≠ b≠ c
复杂单胞 底心单斜
(2) 单斜晶系
α=γ=90°≠β a≠ b≠ c
3 原子半径： r 2 a
4 配位数= 12
4
5 致密度= nv/V=(4×3πr3/4)/a3=0.74
γ－Fe(912~1394℃)、Cu、Ni、Al、Ag 等
——塑性较高
面心立方晶胞中原子半径与晶 格常数的关系
a
r 2a 4
(三)密排六方结构〔 h.c.p〕 〔 了解〕
金属：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co等
具有光泽：吸收了能量从被激发态回到基态时所 产生的幅射；
良好的塑性：在固态金属中，电子云好似是 一种流动的万能胶，把所有的正离子都结合 在一起，所以金属键并不挑选结合对象，也 无方向性。当一块金属的两局部发生相对位 移时，金属正离子始终“浸泡〞在电子云中， 因而仍保持着金属键结合。这样金属便能经 受较大的变形而不断裂。
金属学与热处理第一章 金属的晶体结构
金属：Zn、Mg、Be、α -Ti、α -Co等
晶体结构特征：
点阵参数： a1=a2=a3=a，
α 1=α 2=α 3=1200
平面轴X1、X2、X3和Z轴的夹角=90 ——四轴坐标系
O
Z轴的单位长度=c，用a、c两个量来度量
点阵参数：α=β=90º, γ=120º; a1=a2=a3≠c， 理想状态：c/a＝1.633
第一章 金属的晶体结构
本章教学目的
建立金属晶体结构的理想模型 揭示金属的实际晶体结构
§1-1 金属
一. 金属的特性和概念
1. 特性
金属通常表现出的特性：良好的导电性、导 热性、塑性、金属光泽、不透明。
2. 概念
(1) 传统意义上的概念。 (2) 严格意义上的概念：具有正的电阻温度系 数的物质，即电阻随温度的升高而增加的物质。
晶向─晶体点阵中，由阵点组成的任一直线，代 表晶体空间内的一个方向，称为晶向。 晶面─晶体点阵中，由阵点所组成的任一平面， 代表晶体的原子平面，称为晶面。
1.晶向指数的标定
晶向指数─用数字符号定量地表示晶向，这种数字符 号称为晶向指数。 以晶胞为基础建立三维坐标体系： z C′ O′ A′ c
γ O β α
晶体有各向异性， 非晶体则各向同性。
各向异性：不同方向上的性能有差异。
3.晶体与非晶体的相互转化性
玻璃
长时间保温
金属 极快速凝固
“晶态玻璃”
“金属玻璃”
非晶新材料的发展：光、电、磁、耐蚀 性、高强度等方面的高性能等。
二.晶体学简介
1.晶体结构模型的建立
（1） 假设：原子为固定不动的刚性小球，每个原子 具有相同的环境。
O′
z B′
C′
晶体结构特征：
点阵参数： a1=a2=a3=a，
α 1=α 2=α 3=1200
平面轴X1、X2、X3和Z轴的夹角=90 ——四轴坐标系
O
Z轴的单位长度=c，用a、c两个量来度量
点阵参数：α=β=90º, γ=120º; a1=a2=a3≠c， 理想状态：c/a＝1.633
第一章 金属的晶体结构
本章教学目的
建立金属晶体结构的理想模型 揭示金属的实际晶体结构
§1-1 金属
一. 金属的特性和概念
1. 特性
金属通常表现出的特性：良好的导电性、导 热性、塑性、金属光泽、不透明。
2. 概念
(1) 传统意义上的概念。 (2) 严格意义上的概念：具有正的电阻温度系 数的物质，即电阻随温度的升高而增加的物质。
晶向─晶体点阵中，由阵点组成的任一直线，代 表晶体空间内的一个方向，称为晶向。 晶面─晶体点阵中，由阵点所组成的任一平面， 代表晶体的原子平面，称为晶面。
1.晶向指数的标定
晶向指数─用数字符号定量地表示晶向，这种数字符 号称为晶向指数。 以晶胞为基础建立三维坐标体系： z C′ O′ A′ c
γ O β α
晶体有各向异性， 非晶体则各向同性。
各向异性：不同方向上的性能有差异。
3.晶体与非晶体的相互转化性
玻璃
长时间保温
金属 极快速凝固
“晶态玻璃”
“金属玻璃”
非晶新材料的发展：光、电、磁、耐蚀 性、高强度等方面的高性能等。
二.晶体学简介
1.晶体结构模型的建立
（1） 假设：原子为固定不动的刚性小球，每个原子 具有相同的环境。
O′
z B′
C′
金属的晶体结构
面心立方晶胞特征： ①晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90° ②晶胞原子数：
③原子半径
面心立方晶格示意图
具有面心立方晶格 的金属有铝、铜、镍、 金、银、γ-铁等。
④致密度：0.74(74%)
第一节 金属的晶体结构
(2)密排六方晶格(胞)
金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。 面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。
体心立方晶胞特征： ①晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90° ②晶胞原子数：一个体心立方晶胞所 含的原子数为2个。
体心立方晶格示意图 具有体心立方晶格
的金属有钼、钨、钒、 α-铁等。
第一节 金属的晶体结构
(1)体心立方晶格(胞)
体心立方晶胞特征： ③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原子)。
1.增大金属的过冷度 原理：一定体积的液态金属中,若成核速率N越大,则结晶后的晶粒
越多,晶粒就越细小;晶体长大速度G越快,则晶粒越粗。 随着过冷度的增加,形核速率和长大速度均会增大。但当过冷度超
过一定值后，成核速率和长大速度都会下降。对于液体金属，一般不会 得到如此大的过冷度，通常处于曲线的左边上升部分。所以,随着过冷 度的增大，成核速率和长大速度都增大，但前者的增大更快，因而比值 N/G也增大,结果使晶粒细化。
二、纯金属的晶体结构
晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式称为晶体结构。 通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。 这种格架称为晶格。晶格的结点为金属原子(或离子)平衡中心的位置。
晶体
晶格
第一节 金属的晶体结构
二、纯金属的晶体结构
工程材料与机械制造基础-3-金属的晶体结构与结晶
17:05
金属的结晶
• 纯金属的结晶过程 • 液态金属的结晶过程分为两个阶段：① 形成晶核，② 晶核长大。
17:05
纯金属的结晶过程
• 晶核的形成过程 • 液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时 聚时散，称为晶坯。 • 在T0以下, 经一段时间后(即孕育期), 一些大尺寸的 晶坯将会长大，称为晶核。
刃型位错
螺型位错
刃型位错和螺型位错
刃型位错的形成
实际金属的结构
• 刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半 个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原 子面的边缘就是刃型位错。 • 半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ ┴ ”表示。 • 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ ┬ ”表示。
17:05
{110}
Z （110） （011） （011） （101） （101） Y （110）
X
17:05
金属的晶体结构
立方晶系常见的晶向为：
100 : [100]、 [010]、 [001] 110 : [110]、 [101]、 [011]、 [1 10]、 [1 01]、 [0 1 1] 111 : [111]、 [1 11]、 [1 1 1]、 [111]
密排六方晶格的参数
常见的金属晶格
• 密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
c/a=1.633
1 原子半径 ：r a 2 原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
常见的金属晶格
三种常见晶格的密排面和密排方向
•单位面积晶面上的原子数称晶面原子密度。
17:05 三斜
金属的晶体结构
常见的晶体结构
Ti4+离子填充1/2八面体空隙；
晶胞分子数：Z=2；
晶胞中：2个八面体空隙 4个四面体空隙；
（2）质点坐标：
111 Ti : 000, 222
4
1 1 1 1 1 1 O : uuo, 1 u 1 u 0, u u , u u 2 2 2 2 2 2
1、金刚石结构
——立方晶系
（1）金刚石是面心立方格子
（2）碳原子位于立方体的8个
顶点，6个面心及立方体内4个
小立方体的中心。 （3）单位晶胞原子数：n＝8
（4）晶胞内各原子的空间坐标： 000， ½ ½ 0， ½ 0 ½ ， 0 ½ ½ ， ¼ ¼ ¾ ， ¼ ¾ ¼， ¾ ¼ ¼ ， ¾ ¾ ¾
体结构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离 子分配给这个负离子的静电键强度的总和，其偏差1/4 价”。
静电键强度
S=
正离子电荷数 Z ， 正离子配位数 n
Z Z Si i ni i i
则负离子电荷数
。
电价规则有两个用途： 其一，判断晶体是否稳定；
其二，判断共用一个顶点的多面体的数目。
离子半径、电中性、阴离子多面体之间的连接
1、NaCl型结构
（1）密堆积情况： Cl- 离子面心立方堆积； Na+离子填充八面体空隙；
——立方晶系
晶胞分子数：Z=4；
晶胞中：4个八面体空隙
8个四面体空隙；
Na+离子填充全部八面体空隙
（2）质点坐标：
11 1 1 11 Cl : 000 , 0, 0 ,0 22 2 2 22
连接（2个配位多面体共用一个顶点），或者和另外3个[MgO6]八面体
晶胞分子数：Z=2；
晶胞中：2个八面体空隙 4个四面体空隙；
（2）质点坐标：
111 Ti : 000, 222
4
1 1 1 1 1 1 O : uuo, 1 u 1 u 0, u u , u u 2 2 2 2 2 2
1、金刚石结构
——立方晶系
（1）金刚石是面心立方格子
（2）碳原子位于立方体的8个
顶点，6个面心及立方体内4个
小立方体的中心。 （3）单位晶胞原子数：n＝8
（4）晶胞内各原子的空间坐标： 000， ½ ½ 0， ½ 0 ½ ， 0 ½ ½ ， ¼ ¼ ¾ ， ¼ ¾ ¼， ¾ ¼ ¼ ， ¾ ¾ ¾
体结构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离 子分配给这个负离子的静电键强度的总和，其偏差1/4 价”。
静电键强度
S=
正离子电荷数 Z ， 正离子配位数 n
Z Z Si i ni i i
则负离子电荷数
。
电价规则有两个用途： 其一，判断晶体是否稳定；
其二，判断共用一个顶点的多面体的数目。
离子半径、电中性、阴离子多面体之间的连接
1、NaCl型结构
（1）密堆积情况： Cl- 离子面心立方堆积； Na+离子填充八面体空隙；
——立方晶系
晶胞分子数：Z=4；
晶胞中：4个八面体空隙
8个四面体空隙；
Na+离子填充全部八面体空隙
（2）质点坐标：
11 1 1 11 Cl : 000 , 0, 0 ,0 22 2 2 22
连接（2个配位多面体共用一个顶点），或者和另外3个[MgO6]八面体
第二章 金属的晶体结构
晶向指数简化确定方法
1 确定三维坐标系：所求晶向的起点为原点，棱 边以长度为坐标轴的长度单位。 2 求坐标：求所求晶向距起 点最近的原子在三个坐标轴 方向上的坐标值。 3 化最简整数，加方括号。 形式为 [uvw] ，坐标中出现 负值，在数字上方冠负号。
晶向指数的例子
所有平行的晶向，都 具有相同的晶向指数
内蒙古科技大学高等职业技术学院
(111) (111) (111) (111) {1 1 1}晶面族：
(111) (111) (111) (111)
(111)
(111)
(111)
(111)
内蒙古科技大学高等职业技术学院
3.4 晶向指数与晶面指数的联系
当某一晶向[uvw]位于或平行于某一晶面（hkl） 时，必须满足：hu+kv+lw=0。 ［100］//(010)；［110］位于(111)上 当某一晶向[uvw]垂直 于某一晶面（hkl） 时，必须满足：u=h， v=k，w=l。 ［111］⊥（111）； ［010］ ⊥（010）
晶面指数的例子
立方晶系中一些重要晶面的晶面指数
内蒙古科技大学高等职业技术学院
二、晶面族
晶面族：原子排列相同但空间位向不同 的所有晶面，以{hkl}表示。 立方晶系中的晶面族： {1 0 0}：(100)+(010)+(001)
内蒙古科技大学高等职业技术学院
{1 1 0}晶面族：
(110) (101) (011) (110) (101) (011)
基本概念
为了便于确定和区别晶体中不同方位的晶向和晶 面，国际上通用密勒指数（Miller indices）来统 一标定晶向指数与晶面指数。 晶面指数(indices of crystal plane )： 表示晶面的符号。 晶向指数(indices of crystal orientation)： 表示晶向的符号。
吉林大学工程材料第1章 金属的晶体结构和结晶
由于金属键无方向性及饱和性，使得大部分金 属都具有紧密排列的趋向，以致其中绝大多数的金 属晶体都属于三种密排的晶格形式。
三、金属晶体中常见的三种晶格类型
度量晶体中原子排列的紧密程度的方法：
常用的有配位数、致密度。
A：配位数： 晶格中任一原子周围所紧邻的最近且 等距的原子数。 （定性的）
B：致密度：
表格 1-3 三种典型晶格的密排面和密排方向
晶格类型 体心立方 面心 密排六方
密排面 ｛１１０｝ ｛１１１｝ 底面
密排方向 〈１１1〉 〈１１0〉 底面对角线
以后我们将看到，金属晶格的密排面及密排方向 的确定，对我们研究金属的特性是有重要意义的。
五、晶体的各向异性
对于同一个完整的晶体，当我们从不同方向 上测量某些量时，(如弹性模量E、强度极限 b、 屈服极限 s 、电阻率、磁导率、线胀系数、耐蚀 性等)，将得到不同的数值。如铁(－Fe) 〈111〉方向E=2.80×105MN／m2 〈100〉方向E=1.30×105MN／m2 这就引出一个新的概念：
晶界这种晶体缺陷的存在，是晶体中不同晶格位向相 邻晶粒之间的过渡所形成的面缺陷（如图1-12a）。
（a）
（b）
图1－12 晶界（a）及亚晶界（b）示意图
而亚晶界这种晶体缺陷，是亚晶粒间所存在的微小 晶格位向差形成的面缺陷（如图1-12b）。可以把 它看作是一种位错的堆积或称“位错墙”。
三、晶体缺陷对金属性能的影响
{111}
1 3 0 . 58 6 a2 3 2 a 2
3a 0.29a 6
〈111〉 <111>
1 2 1 1.16 2 a 3a
6a 0.82a 3
规律 ： 原子间彼此相接触的晶面和晶向为最密排的晶面和晶
第一章 金属的晶体结构-2
h1 h2 h3
k1 k2 k3
l1 l2 0 l3
则三个晶面属于同一个晶带。
（5） 若hu＋kv＋lw＝0，则晶向[u v w] 在晶面 (h k l)上。 （6） 在立方晶系中 [h k l] ⊥(h k l)
求（110）和（121）晶带面的晶带轴[uvw]，根据
晶带定理可得，
晶带轴为：
2 2
，如{0 0 0}面
用间隙的内容解释γ-Fe溶碳能力大于α-Fe的原因？
四、晶向指数与晶面指数P13
能明确的、定量的表示晶格中任意两原子 间连线的方向或任意一个原子面。 能方便地使用数学方法处理晶体学问题。
晶向：空间点阵中各阵点列的方向。 晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。
1)
晶向指数
求法： 定原点 — 建坐标 — 求坐标— 化最小整数 — 加[ ]
1. 2.
3.
fcc与hcp相比，间隙尺寸相同，分布位置和数量不同。 fcc与bcc相比，fcc间隙数量少。
bcc与hcp相比，间隙尺寸不相同，数量相同。 虽然体心立方结构的致密度比面心立方结构的低，但它的间隙比较分 散，每个间隙的相对体积比较小，因此在体心立方结构中可能掺入杂 质和溶质原子的数量比面心立方结构的少。
正交晶系
d hkl
1 h k l a b c
2 2 2
立方晶系
d hkl
六方晶系
d hkl
a h k l
2 2
1
2
4 h 2 hk k 2 l 2 3 a c
上述公式仅适用于简单晶胞,对于复杂晶胞则要考虑原子链的影响 立方晶系
= < 100 >
金属的晶体结构
2 2 2 2 2 2
两晶面交线的晶向指数[uvw]
h1u k1v l1 w 0 h 2 u k 2 v l2 w 0 u:v: w k1 k2 l1 l1 : l2 l2 h1 h2 : h1 h2 k1 k2
u k1l2 l1k 2 v l1h 2 h 1l2 w h k k h 1 2 1 2
8 × 1 = 8个
(2) 体心立方(bcc)结构的间隙
6 × 1/2 +12 × 1/4 = 6个
24 × 1/2 = 12个
注：体心立方结构的四面体和八面体间隙不对称(其棱边长 度不全相等)，这会对间隙原子的固溶及其产生的畸变有明 显的影响。
(3) 密排六方(hcp)结构的间隙 6 × 1 = 6个
确定六方晶系晶向指数步骤： 先确定三轴坐标系的晶向指数 [UVW]，然后换算成四轴坐标 系的晶向指数 [uvtw]
u = （2U ― V）/3 v = （2V ― U）/3 t = ― (u+v)= ― (U+V) /3 w=W 反之，由指数画晶向：U = u – t ，V = v – t，W = w
配位数： 12
致密度：0.74
常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等。
三种典型金属结构的晶体学特点 晶体结构类型 结构特征 点阵常数 原子半径R 晶胞内原子数 配位数 致密度 面心立方(A1) 体心立方(A2) a
2 a 4
密排六方(A3) a, c (c/a =1.633)
2 2 a 1 a c , 2 2 3 4
(111) ( 1 1 1 )
● 晶体中具有等同条件而只是空间位向不同的各组晶面称为 晶面族，用 { hkl}表示，它代表由对称性相联系的若干组 等效晶面的总和 ； 如：立方晶系中
两晶面交线的晶向指数[uvw]
h1u k1v l1 w 0 h 2 u k 2 v l2 w 0 u:v: w k1 k2 l1 l1 : l2 l2 h1 h2 : h1 h2 k1 k2
u k1l2 l1k 2 v l1h 2 h 1l2 w h k k h 1 2 1 2
8 × 1 = 8个
(2) 体心立方(bcc)结构的间隙
6 × 1/2 +12 × 1/4 = 6个
24 × 1/2 = 12个
注：体心立方结构的四面体和八面体间隙不对称(其棱边长 度不全相等)，这会对间隙原子的固溶及其产生的畸变有明 显的影响。
(3) 密排六方(hcp)结构的间隙 6 × 1 = 6个
确定六方晶系晶向指数步骤： 先确定三轴坐标系的晶向指数 [UVW]，然后换算成四轴坐标 系的晶向指数 [uvtw]
u = （2U ― V）/3 v = （2V ― U）/3 t = ― (u+v)= ― (U+V) /3 w=W 反之，由指数画晶向：U = u – t ，V = v – t，W = w
配位数： 12
致密度：0.74
常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等。
三种典型金属结构的晶体学特点 晶体结构类型 结构特征 点阵常数 原子半径R 晶胞内原子数 配位数 致密度 面心立方(A1) 体心立方(A2) a
2 a 4
密排六方(A3) a, c (c/a =1.633)
2 2 a 1 a c , 2 2 3 4
(111) ( 1 1 1 )
● 晶体中具有等同条件而只是空间位向不同的各组晶面称为 晶面族，用 { hkl}表示，它代表由对称性相联系的若干组 等效晶面的总和 ； 如：立方晶系中
实际金属的晶体结构
实际金属的晶体结构金属的晶体结构是指由金属原子组成的周期性排列的三维结构。
金属晶体具有许多独特的特征和性质，这些特征和性质与金属原子的三维排列有关。
下面将介绍几种常见的金属晶体结构。
1.简单立方晶体结构（SC）：简单立方晶体结构是最简单的晶体结构之一，也是最稀有的金属晶体结构之一、每个金属原子都处于一个立方体角上，每个原子周围有六个邻近原子。
简单立方晶体常见于稀有金属如钠、银等。
2.面心立方晶体结构（FCC）：面心立方晶体结构是最常见的金属晶体结构之一，许多常见的金属如铝、铜、金等都采用该结构。
每个金属原子都处于一个立方体的顶点和立方体每个面的中心，每个原子周围有12个邻近原子。
面心立方结构的密堆率为0.743.体心立方晶体结构（BCC）：体心立方晶体结构是另一种常见的金属晶体结构，一些金属如铁、钢等采用该结构。
每个金属原子都处于一个立方体的顶点和立方体中心，每个原子周围有8个邻近原子，体心立方结构的密堆率为0.684.密堆排列晶体结构（HCP）：密堆排列晶体结构是另一种常见的金属晶体结构，钛、锆等金属常见于该结构。
每个金属原子都处于一个六角形基面的顶点和基面两侧的空间，每个原子周围有12个邻近原子。
密堆排列结构的密堆率为0.74此外，还有一些金属具有其他特殊的晶体结构，例如钻石立方晶体结构、金刚石晶体结构等。
这些结构都与金属原子之间的相互作用力和排列方式有关。
金属的晶体结构对其性质具有重要影响。
例如，面心立方结构的金属具有优良的塑性和导电性，因为金属原子的排列方式使得原子在晶体中能够相对自由地滑动。
相比之下，体心立方结构的金属则具有较高的硬度和较强的磁性。
这些不同的晶体结构直接影响到金属的导电性、热传导性、密度、力学性能等性质。
总之，金属的晶体结构是由金属原子周期性排列而成的三维结构。
不同的金属晶体结构具有不同的特征和性质，进一步影响到金属的性能和用途。
了解金属的晶体结构对于研究和应用金属材料具有重要的意义。
第3章金属的晶体结构
金属的晶体结构
1.1 1.2 1.3 金属的特征 金属的晶体结构 实际金属晶体中的晶体缺陷
1.1
金属的特征
良好的导电性和导热性；
良好的延展性（塑性变形能力）；
不透明，具有光泽；
具有正的电阻温度系数，即电阻随温度升 高而升高。
金属：最外层电子数少，易变 成自由电子——正电性元素
原子结合：电子逸出共有，结合 力较大，无方向性和饱和性；
原子半径： a / 2 配位数：
a
密排六方晶格的配位数
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：
c
1 1 12 2 3 6 6 2
原子半径： a / 2 配位数： 12
a
致密度： 0.74
表 常见晶格类型的晶格参数 BCC 常见金属 原子半径R 原子个数N 配位数CE 致密度K
例：体心立方单晶体Fe其弹性 模量在 <111>方向为290000MN/m 2, 而在<100>方向为135000MN/m 2 体心立方单晶体Fe在磁场中， 沿<100>方向磁化比沿<111>方向磁 化容易。
1.3
实际金属晶体中的晶体缺陷
实际使用的金属是多晶体，并存在晶体缺陷。
单晶体：内部晶格位向完全一致的晶体(理想晶体)。 如单晶Si半导体。 多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。
通常称晶体上半部多出原子面的位错为正刃型位错，用符号“┴”表 示，反之为负刃型位错，用“┬”表示。立体模型
（b）平面图 刃型位错示意图
（2）螺型位错
设想在简单立方晶体右端施加一切应力，使右端ABCD滑移面上下两
1.1 1.2 1.3 金属的特征 金属的晶体结构 实际金属晶体中的晶体缺陷
1.1
金属的特征
良好的导电性和导热性；
良好的延展性（塑性变形能力）；
不透明，具有光泽；
具有正的电阻温度系数，即电阻随温度升 高而升高。
金属：最外层电子数少，易变 成自由电子——正电性元素
原子结合：电子逸出共有，结合 力较大，无方向性和饱和性；
原子半径： a / 2 配位数：
a
密排六方晶格的配位数
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：
c
1 1 12 2 3 6 6 2
原子半径： a / 2 配位数： 12
a
致密度： 0.74
表 常见晶格类型的晶格参数 BCC 常见金属 原子半径R 原子个数N 配位数CE 致密度K
例：体心立方单晶体Fe其弹性 模量在 <111>方向为290000MN/m 2, 而在<100>方向为135000MN/m 2 体心立方单晶体Fe在磁场中， 沿<100>方向磁化比沿<111>方向磁 化容易。
1.3
实际金属晶体中的晶体缺陷
实际使用的金属是多晶体，并存在晶体缺陷。
单晶体：内部晶格位向完全一致的晶体(理想晶体)。 如单晶Si半导体。 多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。
通常称晶体上半部多出原子面的位错为正刃型位错，用符号“┴”表 示，反之为负刃型位错，用“┬”表示。立体模型
（b）平面图 刃型位错示意图
（2）螺型位错
设想在简单立方晶体右端施加一切应力，使右端ABCD滑移面上下两
金属晶体结构
T 度 温
ΔT=T0—Tn
T0 Tn
时间t
2、结晶的过程 晶核的形成和长大过程
3、金属结晶后的晶粒大小
一般来说，晶粒愈细，强度和硬度愈 高，同时塑性和韧性也愈好。
晶粒大小控制:
晶核数目: 多—细(晶核长得慢也细)
冷却速度: 快—细(因冷却速度受限,故 多加外来质点)
晶粒粗细对机械性能有很大影响,若 晶粒需细化,则从上述两方面入手.
金属与合金的 晶体结构与结晶
2.1 金属的晶体结构
一、晶体与晶格
固体物质按其原子排列的特征，可分为晶体和 非晶体。
非晶体 原子作不规则的排列，如松香、玻璃、 沥青等。
晶体 原子则按一定次序作有规则的排列，如金 刚石、石墨及固态金属等。
两者的性能差异 ：
晶体具有一定的凝固点和熔点，非晶体没有； 晶体具有各向异性，非晶体各向同性等。
2、面心立方晶格 ba））每原个子体分心布立在方各晶个胞结中点仅及包上含下两4个个原正子六。方 c面）的致中密心度，0另.74外在六方柱体中心还有三个
3、密排六方晶格
原子。 b）每个密排六方晶胞中包含6个原子。
c）致密度0.74
属于这类晶格的金属有：α-Fe、Cr、V、W、Mo等。
属于这类晶格的金属有：γ-Fe、Al、Cu、Pb等。 属于这类晶格的金属有：Mg、Zn等。
2.1.1 晶体结构的基础知识
晶体中原子在空间是按一定规律堆砌排列的。
晶格 为了便于表明晶体内部原子排列的规 律，有必要把原子抽象化，把每个原子看成一个 点，这个点代表原子的振动中心。把这些点用直 线连接起来，便形成一个空间格子，叫做晶格。
结点 晶格中每个点叫结点。
结点
晶胞
晶胞 晶格的最小单元叫做晶胞，它 能代表整个晶格的原子排列规律。
金属的晶体结构
金属的晶体结构1、金属的晶体结构金属在固态下原子呈有序、有规则排列。
晶体有规则的原子排列，主要是由于各原子之间的相互吸引力与排斥力相平衡。
晶体特点：（1）有固定熔点，（2）原子呈规则排列，宏观断口有一定形态且不光滑（3）各向异性，由于晶体在不同方向上原子排列的密度不同，所以晶体在不同方向上的性能也不一样。
三种常见的晶格及分析（1）体心立方晶格：铬，钒，钨，钼，α-Fe。
1/8*8+1=2个原子（2）面心立方晶格：铝，铜，铅，银，γ-Fe。
1/8*8+1/2*6=4个原子（3）密排六方晶格：镁，锌。
6个原子•用以描述原子在晶体中排列的空间格子叫晶格体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格2、金属的结晶结晶的概念：金属材料通常需要经过熔炼和铸造，要经历有液态变成固态的凝固过程。
金属由原子的不规则排列的液体转变为规则排列的固体过程称为结晶。
结晶过程：不断产生晶核和晶核长大的过程冷却曲线：过冷现象：实际上有较快的冷却速度。
过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差，过冷度。
金属结晶后晶粒大小一般来说，晶粒越细小，材料的强度和硬度越高，塑性韧性越好为了提高金属的力学性能，必须控制金属结晶后晶粒的大小。
细化晶粒的根本途径：控制形核率及长大速度。
细化晶粒的方法：（1）增大过冷度，增加晶核数量（2）加入不熔物质作为人工晶核（3）机械振动、超声波振动和电磁振动金屬晶體缺陷：金屬材料以肉眼觀察其外表似乎是完美的；實際不然，金屬晶體含有許多缺陷，這些缺陷可分類為點缺陷、線缺陷及面缺陷。
這些缺陷對金屬材料的性質有很重要的影響。
點缺陷：金屬最簡單形式的點缺陷就是空孔空孔是最簡單形式的點缺陷，原子在結晶格子位置上消失间隙原子置代原子線缺陷：線缺陷一般通稱為「差排」(dislocation) 。
差排的產生主要與金屬在機機加工時的塑性變形有關；亦即金屬塑性變形量愈大，差排也就愈多。
面缺陷金屬的缺陷有：外表面、晶粒界面（簡稱晶界）及疊差等。
工程材料学2金属的晶体结构与结晶
§2.1 晶体学基础知识
注意:晶面指数特征与与原点位置无关；每一指数对应一组平行的晶面 。
§2.1 晶体学基础知识
晶面族：原子排列情况相同，但空间位向不同的各组晶面的集合。
§2.1 晶体学基础知识
立方晶系常见的晶面 Z
（011）
（110
） （011
（101）
）
（101 ）
Y
（110
） X
§2.1 晶体学基础知识
柱体。
四轴定向：晶面符号一般写为（hkil），指
数的排列顺序依次与a1轴、 a2轴、 a3轴、c轴相对
应，其中a1、a2、a3三轴间夹角为120o，c轴与它 们垂直。它们之间的关系为：i =－（h＋k）。
2.2.3、六方晶系晶面、晶向表示方法
1、晶面指数：
方法同立方晶系， (hkil)为在四个坐标 轴的截距倒数的化简 ，自然可保证关系式 h＋k＋i＝0。底面指 数为(0001)。
铅锭宏观组织
沿晶断口
§2.3 金属材料的实际晶体结构
点缺陷对材料性能的影响
（1）提高材料的电阻 定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡 力(陷阱)，增加了阻力，加速运动提高局部温度(发热)。
（2）加快原子的扩散迁移 空位可作为原子运动的周转站。 ( 3 ) 使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
§2.3 金属材料的实际晶体结构
体心立方晶格为单斜晶系
§2.2 纯金属的典型晶体结构
１．体心立方、面心立方为何不在前述七大晶系之内？
面心立方晶格为菱方晶系
§2.2 纯金属的典型晶体结构
２．面心立方、密排六方的致密度相同，原子堆积方式的主要差异是什么？
密排六方晶格的堆垛顺序为ABABAB… 面心立方晶格的堆垛顺序为ABCABCABC…
第01章 晶体结构
1、体心立方晶格
① 体心立方晶格的晶胞（见右图）是由 八个原子构成的立方体，并在其立方 体的中心还有一个原子 ② 因其晶格常数 a=b=c ，通常只用常数 a 表示。由图可见，这种晶胞在其立方 体对角线方向上的原子是彼此紧密相 接触排列着的，则立方体对角线的长 度为31/2a，由该对角线长度31/2a上所分 布的原子数目（共2个），可计算出其 原子半径的尺寸r= 31/2a /4。 ③ 在体心立方晶胞中，因每个顶点上的 原子是同时属于周围八个晶胞所共有， 实际上每个体心立方晶胞中仅包含有： 1/8×8+1=2个原子。 ④ 属于这种晶格的金属有铁（＜912℃， α-Fe) 、 铬 （ Cr ） 、 钼 （ Mo ） 、 钨 （w）、钒（V）等。
4 3 2 a 3 4 体心立方致密度= ＝68％ 3 a
3
1.晶格的致密度及配位数
配位数：指晶格中任一原子周围所紧邻的最近且等距离的原子 数。配位数越大，原子排列也就越紧密。在体心立方晶格中， 以立方体中心的原子来看，与其最近邻等距离的原子数有8个， 所以体心立方晶格的配位数为8。面心立方晶格的配位数为12。 密排六方的配位数为12。
确定晶向指数的方法2
1. 建立坐标系 结点为原点，三棱 为方向，点阵常数为单位 ； 2. 在晶向上任两点的坐标(x1,y1,z1) (x2,y2,z2)。(若平移晶向或坐标， 让在第一点在原点则下一步更简 单)； 3. 计算x2-x1 ： y2-y1 ： z2-z1 ； 4. 化成最小、整数比u：v：w ； 5. 放在方括号[uvw]中，不加逗号， 负号记 晶格模型
(C) 体心立方晶胞原子数
2、面心立方晶格
① 面心立方晶格的晶胞见右图也是由八个原 子构成的立方体，但在立方体的每一面的 中心还各有一个原子。 ② 在面心立方晶胞中，在每个面的对角线上 各原子彼此相互接触，其原子半径的尺寸 为r=21/2a/4。 ③ 因每一面心位置上的原于是同时属于两个 晶胞所共有，故每个面心立方晶胞中包含 有：1/8×8＋1/2×6=4个原子。 ④ 属于这种晶格的金属有铝（Al）、铜（Cu ）、镍（Ni）、铅（Pb）等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
粒内部其结晶方位基本相同，但也存在着许多尺寸更 小，位向差更小的小晶粒，它们相互嵌镶成一颗晶粒，
这些小晶块称为 亚晶粒，亚晶粒之间的界面称为 亚 晶界。
多晶体示意图
不同含碳量钢的显微组织
（二）、 晶体缺陷
晶体内部的某些局部区域，原子的规则排列 受到干扰而破坏，不象理想晶体那样规则和完
整。把这些区域称为 晶体缺陷 。这些缺陷的
2、线缺陷——位错
晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律的错
排现象，称为 位错 。其特征是在一个方向上的尺寸
很长，而另两个方向的尺寸很短。晶体中位错的数量
通常用位错密度表示， 位错密度是指单位体积内，
位错线的总长度。
位错的存在以及位错密度的变化，对金属的性能如 强度、塑性、疲劳等都起着重要影响。如金属材料的 塑性变形与位错的移动有关。冷变形加工后金属出现
（二）、晶格、晶胞、晶格常数
1、晶格
为了便于表明晶体内部原子排列的规律，把每个原子 看成是固定不动的刚性小球，并用一些几何线条将晶格 中各原子的中心连接起来，构成一个空间格架，各原子 的中心就处在格架的几个结点上，这种抽象的、用于描
述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称 晶格。
2、晶胞
由于晶体中原子有规则排列且有周期性的特点， 为了便于讨论 通常只从晶格中，选取一个能够完全反 映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子排
第二讲 金属的晶体结构
一、金属与合金的晶体结构
? 内容:
金属的晶体结构 合金的晶体结构 实际金属的晶体结构
? 目的:
掌握晶体结构及其对材料的物理化学性能、力学性能及工艺 性能的影响，为后续课程的学习做好理论知识的准备
一、晶体的基本知识
（一）、晶体与非晶体
固态物质按其原子（或分子）聚集状态可分为 晶体 和非晶体 两大类。在晶体中，原子（或分子）按一定 的几何规律作周期性地排列 。非晶体中原子（或分子） 则是无规则的堆积在一起。（如松香、玻璃、沥青）
由于空位、置换原子和间隙原子的存在 ， 使晶体发生了 晶格畸变，晶体性能发生改变， 如强度、硬度和电阻增加。
晶体中的空位和间隙原子 处于不断地运动 和变化之中 ，在一定温度下，晶体内存在一定 平衡浓度的空位和间隙原子，空位和间隙原子 的运动，是金属中原子扩散的主要方式，对金 属材料的热处理过程极为重要。
列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞 ，整个晶
格就是有许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重 复堆积而成的。
3、晶格常数
在晶体学中，通常取晶胞角上某一结点作为原点，沿 其三条棱边作三个坐标轴 X、Y、Z，并称之为晶轴，而 且规定坐标原点的前、右、上方为轴的正方向，反之
为反方向，并以棱边长度 a、b、c 和棱面夹角
（五）、晶面指数和晶向指数
晶面指数：取晶面与坐标轴截距的倒数，并化 简为最小整数，用圆括号顺序表示。 （x y z） 晶面族: {x y z}
晶向指数：通过原点直线上某点的坐标，用方括 号顺序表示。
[x y z]
晶向族: <x y z> 密排面： 密排方向：
Fig 铁的单晶体（晶胞）及其各方 向上弹性模量（E）示意图
有 a ? Fe 、Cr 等。
2、面心立方晶格
面心立方晶格也是一个立方体，在晶胞的每个角上 和晶胞的六个面的中心都排一个原子，晶胞角上的原 子为相邻的八个晶胞所共有，而每个面中心的原子为 两个晶胞共有。所以，面心立方晶胞中原子数为 8×1 ／8＋6×1／2＝4（个）。
具有面心立方晶格的金属有r ? Fe 、Al 等。
（四）、晶体结构的致密度
晶体结构的 致密度是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之
比，可用来原子排列的紧密程度进行定量比较。 在体心立方晶胞中，含有 2个原子。这2个原子的体积为 2×（4
／3）π r3，式中r为原子半径 。故体心立方晶格的致密度为： 2 个原子的体积与晶胞体积之比等于0.68 。
这表明在体心立方晶格中，有 68％的体积被所占据，其余为空 隙。同理亦可求出面心立方及密排立方晶格的致密度为 0.74 。 显然，致密度数值越大，则原子排列越紧密。所以， 当铁由面心 立方晶格变为体心立方晶格时，由于致密度减小而使体积膨胀 。
二、实际金属的晶体结构
（一）、金属材料都是多晶体
我们把晶格位向完全一致的晶体ห้องสมุดไป่ตู้做 单晶体 。
单晶体只有经过特殊制作才能获得。实际上，常使用 的金属材料，由于受结晶条件和其它因素的限制，其 内部结构都是由许多尺寸很小，各自结晶方位都不同
的小单晶体组合在一起构成，叫 多晶体。这些小晶 体就是晶粒，它们之间的交界即为 晶界 。在一个晶
? 、? 、r 来表示晶胞的形状和大小 。
（三）、金属中常见晶格
由于金属键结合力较强，是金属原子总趋于紧密排列 的倾向，故大多数金属属于以下三种晶格类型。
1、体心立方晶格
体心立方晶格的晶胞它是一个立方体。在晶胞的中 心和八个角上各有一个原子，晶胞角上的原子为相邻的 八个晶胞所共有，每个晶胞实际上只占有 1／8个原子。 而中心的原子为该晶胞所独有。故晶胞中 实际原子数 为 8×1 ／ 8 ＋ 1 ＝ 2 （ 个 ） 。 具 有 体 心 立 方 晶 格 的 金 属
3、密排六方晶格
密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体，有六个呈长方形的侧面 和两个呈六边形的底面所组成。因此，要用两个晶格常数表示。 一个是柱体的高度 c，另一个是六边形的边长，在晶胞的每个角 上和上、下底面的中心都排列一个原子，另外在晶胞中间还有三 个原子。
密排六方晶胞每个角上的原子为相邻的六个晶胞所共有，上、 下底面中心的原子为两个原子所共有，晶胞中三个原子为该晶胞 独有。所以，密排六方晶胞中原子数为 12×1／6＋2×1／2＋3＝ 6（个）。具有密排六方晶格的金属有 Mg 、Zn 。
存在，对金属的性能（物理性能、化学性能、 机械性能）将产生显著影响，如钢的耐腐蚀性， 实际金属的屈服强度远远低于通过原子间的作 用力计算所得数值。
根据晶体缺陷的几何形态特征，可将其分 为以下三类：
点缺陷 线缺陷 面缺陷
1、点缺陷——空位和间隙原子
在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原 子所占据，这种空着的位置称为空位。同时又可能在 个别空隙处出现多余的原子，这种不占有正常的晶格 位置，而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。
这些小晶块称为 亚晶粒，亚晶粒之间的界面称为 亚 晶界。
多晶体示意图
不同含碳量钢的显微组织
（二）、 晶体缺陷
晶体内部的某些局部区域，原子的规则排列 受到干扰而破坏，不象理想晶体那样规则和完
整。把这些区域称为 晶体缺陷 。这些缺陷的
2、线缺陷——位错
晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律的错
排现象，称为 位错 。其特征是在一个方向上的尺寸
很长，而另两个方向的尺寸很短。晶体中位错的数量
通常用位错密度表示， 位错密度是指单位体积内，
位错线的总长度。
位错的存在以及位错密度的变化，对金属的性能如 强度、塑性、疲劳等都起着重要影响。如金属材料的 塑性变形与位错的移动有关。冷变形加工后金属出现
（二）、晶格、晶胞、晶格常数
1、晶格
为了便于表明晶体内部原子排列的规律，把每个原子 看成是固定不动的刚性小球，并用一些几何线条将晶格 中各原子的中心连接起来，构成一个空间格架，各原子 的中心就处在格架的几个结点上，这种抽象的、用于描
述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称 晶格。
2、晶胞
由于晶体中原子有规则排列且有周期性的特点， 为了便于讨论 通常只从晶格中，选取一个能够完全反 映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子排
第二讲 金属的晶体结构
一、金属与合金的晶体结构
? 内容:
金属的晶体结构 合金的晶体结构 实际金属的晶体结构
? 目的:
掌握晶体结构及其对材料的物理化学性能、力学性能及工艺 性能的影响，为后续课程的学习做好理论知识的准备
一、晶体的基本知识
（一）、晶体与非晶体
固态物质按其原子（或分子）聚集状态可分为 晶体 和非晶体 两大类。在晶体中，原子（或分子）按一定 的几何规律作周期性地排列 。非晶体中原子（或分子） 则是无规则的堆积在一起。（如松香、玻璃、沥青）
由于空位、置换原子和间隙原子的存在 ， 使晶体发生了 晶格畸变，晶体性能发生改变， 如强度、硬度和电阻增加。
晶体中的空位和间隙原子 处于不断地运动 和变化之中 ，在一定温度下，晶体内存在一定 平衡浓度的空位和间隙原子，空位和间隙原子 的运动，是金属中原子扩散的主要方式，对金 属材料的热处理过程极为重要。
列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞 ，整个晶
格就是有许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重 复堆积而成的。
3、晶格常数
在晶体学中，通常取晶胞角上某一结点作为原点，沿 其三条棱边作三个坐标轴 X、Y、Z，并称之为晶轴，而 且规定坐标原点的前、右、上方为轴的正方向，反之
为反方向，并以棱边长度 a、b、c 和棱面夹角
（五）、晶面指数和晶向指数
晶面指数：取晶面与坐标轴截距的倒数，并化 简为最小整数，用圆括号顺序表示。 （x y z） 晶面族: {x y z}
晶向指数：通过原点直线上某点的坐标，用方括 号顺序表示。
[x y z]
晶向族: <x y z> 密排面： 密排方向：
Fig 铁的单晶体（晶胞）及其各方 向上弹性模量（E）示意图
有 a ? Fe 、Cr 等。
2、面心立方晶格
面心立方晶格也是一个立方体，在晶胞的每个角上 和晶胞的六个面的中心都排一个原子，晶胞角上的原 子为相邻的八个晶胞所共有，而每个面中心的原子为 两个晶胞共有。所以，面心立方晶胞中原子数为 8×1 ／8＋6×1／2＝4（个）。
具有面心立方晶格的金属有r ? Fe 、Al 等。
（四）、晶体结构的致密度
晶体结构的 致密度是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之
比，可用来原子排列的紧密程度进行定量比较。 在体心立方晶胞中，含有 2个原子。这2个原子的体积为 2×（4
／3）π r3，式中r为原子半径 。故体心立方晶格的致密度为： 2 个原子的体积与晶胞体积之比等于0.68 。
这表明在体心立方晶格中，有 68％的体积被所占据，其余为空 隙。同理亦可求出面心立方及密排立方晶格的致密度为 0.74 。 显然，致密度数值越大，则原子排列越紧密。所以， 当铁由面心 立方晶格变为体心立方晶格时，由于致密度减小而使体积膨胀 。
二、实际金属的晶体结构
（一）、金属材料都是多晶体
我们把晶格位向完全一致的晶体ห้องสมุดไป่ตู้做 单晶体 。
单晶体只有经过特殊制作才能获得。实际上，常使用 的金属材料，由于受结晶条件和其它因素的限制，其 内部结构都是由许多尺寸很小，各自结晶方位都不同
的小单晶体组合在一起构成，叫 多晶体。这些小晶 体就是晶粒，它们之间的交界即为 晶界 。在一个晶
? 、? 、r 来表示晶胞的形状和大小 。
（三）、金属中常见晶格
由于金属键结合力较强，是金属原子总趋于紧密排列 的倾向，故大多数金属属于以下三种晶格类型。
1、体心立方晶格
体心立方晶格的晶胞它是一个立方体。在晶胞的中 心和八个角上各有一个原子，晶胞角上的原子为相邻的 八个晶胞所共有，每个晶胞实际上只占有 1／8个原子。 而中心的原子为该晶胞所独有。故晶胞中 实际原子数 为 8×1 ／ 8 ＋ 1 ＝ 2 （ 个 ） 。 具 有 体 心 立 方 晶 格 的 金 属
3、密排六方晶格
密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体，有六个呈长方形的侧面 和两个呈六边形的底面所组成。因此，要用两个晶格常数表示。 一个是柱体的高度 c，另一个是六边形的边长，在晶胞的每个角 上和上、下底面的中心都排列一个原子，另外在晶胞中间还有三 个原子。
密排六方晶胞每个角上的原子为相邻的六个晶胞所共有，上、 下底面中心的原子为两个原子所共有，晶胞中三个原子为该晶胞 独有。所以，密排六方晶胞中原子数为 12×1／6＋2×1／2＋3＝ 6（个）。具有密排六方晶格的金属有 Mg 、Zn 。
存在，对金属的性能（物理性能、化学性能、 机械性能）将产生显著影响，如钢的耐腐蚀性， 实际金属的屈服强度远远低于通过原子间的作 用力计算所得数值。
根据晶体缺陷的几何形态特征，可将其分 为以下三类：
点缺陷 线缺陷 面缺陷
1、点缺陷——空位和间隙原子
在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原 子所占据，这种空着的位置称为空位。同时又可能在 个别空隙处出现多余的原子，这种不占有正常的晶格 位置，而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。