第三章金属的晶体结构与结晶
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● 各棱间的夹角用、、表示。
§3-1 纯金属的晶体结构
一、 晶体结构的基本概念
3、晶面与晶向
⑴ 晶面：晶格中由一系列原子组成的平面。 （2）晶向：晶格中任意两个结点的连线。
§3-1 纯金属的晶体结构
二、 常见的金属晶格类型
常见纯金属的晶格类型有体心立方(bcc)、面心 立方(fcc)和密排六方(hcp)晶格。
§3-2 实际金属的晶体结构
一、 金属是多晶体
2、多晶体的各向同性
晶粒：这种外形
不规则的小晶体。
晶界：晶粒之间
的界面。
§3-2 实际金属的晶体结构
二、 金属的晶格缺陷
1、点缺陷
空间三维尺寸都 很小的缺陷。
（1）空位 （2）间隙原子 （3）置换原子
§3-2 实际金属的晶体结构
二、 金属的晶格缺陷
这种由多晶粒构成的晶体结构称为多晶体，多晶 体呈各向同性。
§3-2 实际金属的晶体结构
一、 金属是多晶体
2、多晶体的各向同性
（2） 钢铁材料的晶粒尺寸一般为10-3 ～10 -1mm左右， 须通过显微镜放大几十倍乃至几百倍以上才能观察到 各种晶粒的形态、大小和分布情况，叫做显微组织。
（3）同一颗晶粒内还存在着许多尺寸更小、位向差 也很小的小晶块，称为亚晶粒，亚晶粒构成的边界称 为亚晶界。
பைடு நூலகம்
C60
决定了物质的性能。
• 原子、离子、分子之间 的结合力称为结合键。 分为金属键，离子键， 共价键和分子键。
材料的结合方式
1 金属键
• 以金属键结合为主 • 良好的导电性、导
热性、延展性和金 属光泽 • 用量最大、应用最 广泛
材料的结合方式
• 2 共价键 • 如金刚石 • 3 离子键 • 如NaCl • 4 分子键（氢键）
（2） 单晶体具有较高的强度、耐蚀性、导电性和其 他性能。
§3-2 实际金属的晶体结构
一、 金属是多晶体
2、多晶体的各向同性
（1） 实际金属晶体内部包含了许多颗粒状的小晶 体，每个小晶体晶格位向一致，而小晶体之间彼此晶 格位向不同。这种外形不规则的小晶体称为晶粒，晶 粒之间的界面称为晶界。由于晶界是相邻两晶粒不同 位向的过渡区，故晶界上原子排列是不规则的。
从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
空位
间隙原子
小置换原子
大置换原子
§3-2 实际金属的晶体结构
二、 金属的晶格缺陷
2、线缺陷：空间三维一个方向上尺寸很大的缺陷。
• 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。
2、晶格与晶胞
⑴ 晶格：用假想的直线将原子中 心连接起来所形成的三维空间 格架。直线的交点（原子中心） 称结点。由结点形成的空间点 的阵列称空间点阵。
⑵ 晶胞：能代表晶格原子排列规 律的最小几何单元。
§3-1 纯金属的晶体结构
一、 晶体结构的基本概念
⑶ 晶格常数： ● 晶胞各边的尺寸 a、b、c。
二、 常见的金属晶格类型
2、面心立方晶格
晶格常数：a=b=c
原子半径：r =
2 a
4
原子个数：4
致密度：0.74
常见金属： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等大部分有
§3-1 纯金属的晶体结构
二、 常见的金属晶格类型
3、密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
原子半径：r = 1 a
2 原子个数：6
1、体心立方晶格
在立方体的八个角上各 有一个与相邻晶胞共有的原 子，并在立方体中心有一个 原子。
§3-1 纯金属的晶体结构
二、 常见的金属晶格类型
1、体心立方晶格
晶格常数：a=b=c
原子半径：
原子个数：2 致密度：0.68 常见金属：-Fe、Cr 、W、Mo、V、Nb等强金属性金属
§3-1 纯金属的晶体结构
(1)空位：晶格中某些缺 排原子的空结点。
(2)间隙原子：挤进晶格 间隙中的原子。可以 是基体金属原子，也 可以是外来原子。
体心立方的四面体和八面体间隙
§3-2 实际金属的晶体结构
二、 金属的晶格缺陷
（3）置换原子： 取代原来原子位置的外来原子称 置换原子。
点缺陷破坏了原子的平衡状态， 使晶格发生扭曲，称晶格畸变。
c/a=1.633
致密度：0.74
常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
§3-1 纯金属的晶体结构
三、 晶体结构的致密度
1、晶体结构的致密度
晶胞中所包含的原子总体积与该晶胞体积之比。
2、常见金属晶格的致密度
体心立方晶格k=0.68 面心立方晶格k=0.74 密排六方晶格k=0.74
§3-2 实际金属的晶体结构
一、 金属是多晶体
单晶体：原子按照 一定的取向规则排 列而成。具有各向 异性，如：水晶、 食盐。
多晶体：由各自取向不同的许 多小晶粒所组成。具有各向同 性。
§3-2 实际金属的晶体结构
一、 金属是多晶体
1、单晶体的各向异性
（1）单晶体具有各向异性 晶体中不同晶向上的原子排列紧密程度不同、不同
晶面的间距不同，所以不同方向上原子的结合力不同， 从而导致晶体在不同方向上的物理、化学和力学性能出 现一定的差异。
§3-2 实际金属的晶体结构
二、 金属的晶格缺陷
2、线缺陷：
位错密度：单位体积内所包含的位错线总长度。
= S/V(cm/cm3或1/cm2)
金属的位错密度为104~1012/cm2 位错对性能的影响：金属的塑性变形主要由位错 运动引起，因此阻碍位错运动是强化金属的主要 途径。 减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。
第3章 金属的晶体结构与结晶
一、晶体结构的基本概念
§3-1 纯金属的晶体结构
二、常见的金属晶格类型 三、金属结构的致密性
§3-2 实际金属的晶体结构 §3-3 金属的结晶
一、金属是多晶体 二、金属的晶格缺陷 一、金属的结晶过程 二、金属的同素异构转变 三、金属铸锭的组织特点
材料的结合方式
• 物质由原子组成。原子 的结合方式和排列方式
§3-1 纯金属的晶体结构
一、 晶体结构的基本概念
1、晶体与非晶体
（1）晶体:是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主要以 晶体形式存在。晶体具有各向异性。
（2）非晶体:是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶 体和非晶体可互相转化。
金属的结构
晶态
非晶态
SiO2的结构
§3-1 纯金属的晶体结构
一、 晶体结构的基本概念
§3-1 纯金属的晶体结构
一、 晶体结构的基本概念
3、晶面与晶向
⑴ 晶面：晶格中由一系列原子组成的平面。 （2）晶向：晶格中任意两个结点的连线。
§3-1 纯金属的晶体结构
二、 常见的金属晶格类型
常见纯金属的晶格类型有体心立方(bcc)、面心 立方(fcc)和密排六方(hcp)晶格。
§3-2 实际金属的晶体结构
一、 金属是多晶体
2、多晶体的各向同性
晶粒：这种外形
不规则的小晶体。
晶界：晶粒之间
的界面。
§3-2 实际金属的晶体结构
二、 金属的晶格缺陷
1、点缺陷
空间三维尺寸都 很小的缺陷。
（1）空位 （2）间隙原子 （3）置换原子
§3-2 实际金属的晶体结构
二、 金属的晶格缺陷
这种由多晶粒构成的晶体结构称为多晶体，多晶 体呈各向同性。
§3-2 实际金属的晶体结构
一、 金属是多晶体
2、多晶体的各向同性
（2） 钢铁材料的晶粒尺寸一般为10-3 ～10 -1mm左右， 须通过显微镜放大几十倍乃至几百倍以上才能观察到 各种晶粒的形态、大小和分布情况，叫做显微组织。
（3）同一颗晶粒内还存在着许多尺寸更小、位向差 也很小的小晶块，称为亚晶粒，亚晶粒构成的边界称 为亚晶界。
பைடு நூலகம்
C60
决定了物质的性能。
• 原子、离子、分子之间 的结合力称为结合键。 分为金属键，离子键， 共价键和分子键。
材料的结合方式
1 金属键
• 以金属键结合为主 • 良好的导电性、导
热性、延展性和金 属光泽 • 用量最大、应用最 广泛
材料的结合方式
• 2 共价键 • 如金刚石 • 3 离子键 • 如NaCl • 4 分子键（氢键）
（2） 单晶体具有较高的强度、耐蚀性、导电性和其 他性能。
§3-2 实际金属的晶体结构
一、 金属是多晶体
2、多晶体的各向同性
（1） 实际金属晶体内部包含了许多颗粒状的小晶 体，每个小晶体晶格位向一致，而小晶体之间彼此晶 格位向不同。这种外形不规则的小晶体称为晶粒，晶 粒之间的界面称为晶界。由于晶界是相邻两晶粒不同 位向的过渡区，故晶界上原子排列是不规则的。
从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
空位
间隙原子
小置换原子
大置换原子
§3-2 实际金属的晶体结构
二、 金属的晶格缺陷
2、线缺陷：空间三维一个方向上尺寸很大的缺陷。
• 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。
2、晶格与晶胞
⑴ 晶格：用假想的直线将原子中 心连接起来所形成的三维空间 格架。直线的交点（原子中心） 称结点。由结点形成的空间点 的阵列称空间点阵。
⑵ 晶胞：能代表晶格原子排列规 律的最小几何单元。
§3-1 纯金属的晶体结构
一、 晶体结构的基本概念
⑶ 晶格常数： ● 晶胞各边的尺寸 a、b、c。
二、 常见的金属晶格类型
2、面心立方晶格
晶格常数：a=b=c
原子半径：r =
2 a
4
原子个数：4
致密度：0.74
常见金属： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等大部分有
§3-1 纯金属的晶体结构
二、 常见的金属晶格类型
3、密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
原子半径：r = 1 a
2 原子个数：6
1、体心立方晶格
在立方体的八个角上各 有一个与相邻晶胞共有的原 子，并在立方体中心有一个 原子。
§3-1 纯金属的晶体结构
二、 常见的金属晶格类型
1、体心立方晶格
晶格常数：a=b=c
原子半径：
原子个数：2 致密度：0.68 常见金属：-Fe、Cr 、W、Mo、V、Nb等强金属性金属
§3-1 纯金属的晶体结构
(1)空位：晶格中某些缺 排原子的空结点。
(2)间隙原子：挤进晶格 间隙中的原子。可以 是基体金属原子，也 可以是外来原子。
体心立方的四面体和八面体间隙
§3-2 实际金属的晶体结构
二、 金属的晶格缺陷
（3）置换原子： 取代原来原子位置的外来原子称 置换原子。
点缺陷破坏了原子的平衡状态， 使晶格发生扭曲，称晶格畸变。
c/a=1.633
致密度：0.74
常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
§3-1 纯金属的晶体结构
三、 晶体结构的致密度
1、晶体结构的致密度
晶胞中所包含的原子总体积与该晶胞体积之比。
2、常见金属晶格的致密度
体心立方晶格k=0.68 面心立方晶格k=0.74 密排六方晶格k=0.74
§3-2 实际金属的晶体结构
一、 金属是多晶体
单晶体：原子按照 一定的取向规则排 列而成。具有各向 异性，如：水晶、 食盐。
多晶体：由各自取向不同的许 多小晶粒所组成。具有各向同 性。
§3-2 实际金属的晶体结构
一、 金属是多晶体
1、单晶体的各向异性
（1）单晶体具有各向异性 晶体中不同晶向上的原子排列紧密程度不同、不同
晶面的间距不同，所以不同方向上原子的结合力不同， 从而导致晶体在不同方向上的物理、化学和力学性能出 现一定的差异。
§3-2 实际金属的晶体结构
二、 金属的晶格缺陷
2、线缺陷：
位错密度：单位体积内所包含的位错线总长度。
= S/V(cm/cm3或1/cm2)
金属的位错密度为104~1012/cm2 位错对性能的影响：金属的塑性变形主要由位错 运动引起，因此阻碍位错运动是强化金属的主要 途径。 减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。
第3章 金属的晶体结构与结晶
一、晶体结构的基本概念
§3-1 纯金属的晶体结构
二、常见的金属晶格类型 三、金属结构的致密性
§3-2 实际金属的晶体结构 §3-3 金属的结晶
一、金属是多晶体 二、金属的晶格缺陷 一、金属的结晶过程 二、金属的同素异构转变 三、金属铸锭的组织特点
材料的结合方式
• 物质由原子组成。原子 的结合方式和排列方式
§3-1 纯金属的晶体结构
一、 晶体结构的基本概念
1、晶体与非晶体
（1）晶体:是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主要以 晶体形式存在。晶体具有各向异性。
（2）非晶体:是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶 体和非晶体可互相转化。
金属的结构
晶态
非晶态
SiO2的结构
§3-1 纯金属的晶体结构
一、 晶体结构的基本概念