金属与合金晶体结构与特征

晶胞(或晶格)中有68%的体积被原子所占据, 其余为 空隙。
金属与合金的晶体结构和特征
间隙半径
若在晶胞空隙中放入刚 性球, 则能放入球的最大 半径为空隙半径。体心 立方晶胞中有两种空隙。 四面体空隙 其半径为: r四=0.29r原子 八面体空隙 其半径为: r八=0.15r原子
金属与合金的晶体结构和特征
2、面心立方晶格（ FCC）
原子排列方式 常见金属 原子个数 原子半径 配位数 致密度 间隙半径
金属与合金的晶体结构和特征
原子排列方式
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。
面心立方晶胞的特征： 晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90°
金属与合金的晶体结构和特征
金属与合金的晶体结构和特征
常见金属
具有这种晶格的金属有： 铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、 银(Ag)、γ- 铁( γ-Fe, 912℃～1394℃)等。
金属与合金的晶体结构和特征
原子半径
金属与合金的晶体结构和特征
配位数
12
金属与合金的晶体结构和特征
致密度
0.74（74%）
金属与合金的晶体结构和特征
第二节 金属的晶体结构
金属与合金的晶体结构和特征
➢布拉菲点阵 7个晶系， 14种点阵。
➢大 部 分 （ 2/3） 的 金属属于三种典型 的晶体结构。
金属与合金的晶体结构和特征
一、 典型晶体结构及其几何特征
在元素周期表一共约有110种元素，其中80多种是金 属，占2/3。而这80多种金属的晶体结构大多属于三 种典型的晶体结构。它们分别是： 1、体心立方晶格（BCC） 2、面心立方晶格（FCC） 3、密排六方晶格（HCP）
金属与合金的晶体结构和特征
原子半径
晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半。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：
金属与合金的晶体结构和特征
配位数
金属与合金的晶体结构和特征
致密度
晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积 之比称为致密度(也称密排系数)。致密度越大, 原 子排列紧密程度越大。 体心立方晶胞的致密度为：
金属键
金属与合金的晶体结构和特征
三、金属晶体结构基础 知识
❖晶格、晶胞和晶格常数
➢晶体： ➢空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。
空间点阵中的点－阵点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相 同。 ➢晶格：描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。
金属与合金的晶体结构和特征
金属与合金的晶体结构和特征
性能，近年来已为人们所重视。
金属与合金的晶体结构和特征
二、金属键
❖ 金属原子结合方式
1. 金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之 间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。
2. 特点：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和 饱和性；
3. 金属特性：导电性、导热性、延展性好，熔点较 高。如金属。
金属与合金的晶体结构和特征
金属与合金的晶体结 构和特征
金属与合金的晶体结构和特征
硅表面原子排列
碳表面原子排列
金属与合金的晶体结构和特征
第一节 晶体的基本 知识
金属的性能是由其组织结构决定的，其 中结构指的就是晶体结构。金属的晶体 结构就是其内部原子的排列方式，因为 金属是晶体，所以称为晶体结构。
金属与合金的晶体结构和特征
金属与合金的晶体结构和特征
间隙半径
四面体空隙 其半径为: r四=0.225r原子
八面体空隙 其半径为: r八=0.414r原子
金属与合金的晶体结构和特征
3、密排六方晶格（ HCP）
原子排列方式 常见金属 原子个数 原子半径 配位数和致密度
金属与合金的晶体结构和特征
原子排列方式
十二个金属原子分布在六方体的十二个角上, 在上下 底面的中心各分布一个原子, 上下底面之间均匀分布 三个原子。具有这种晶格的金属有镁(Mg)、镉(Cd)、 锌(Zn)、铍(Be)等。
金属与合金的晶体结构和特征
一、晶体与非晶体
金属晶体模型
金属与合金的晶体结构和特征
晶体与非晶体的性能区别
有些晶体具有规 则的多面体外形， 如水晶；有些则 没有规则整齐的 外形，如金属。
晶体有固定的熔 点，而非晶体则 没有。
金属与合金的晶体结构和特征
晶体与非晶体的转变
晶体与非晶体在一定条件下可以相互转变 1. 玻璃经长时间加热能变为晶态玻璃； 2. 金属从高温液态急冷，可变为非晶态金属； 3. 非晶态金属具有高的强度与韧性等一系列突出
金属与合金的晶体结构和特征
1、体心立方晶格（ BCC）
原子排列方式 常见金属 原子个数 原子半径 配位数 致密度 间隙半径
金属与合金的晶体结构和特征
原子排列方式
体心立方晶格的晶胞中,八个原子处于立方体的角上,一 个原子处于立方体的中心, 角上八个原子与中心原子紧 靠。
体心立方晶胞特征： 晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90°
金属与合金的晶体结构和特征
➢ 晶胞：空间点阵中能代表原子排列 规律的最小的几何单元称之为晶胞， 是构成空间点阵的最基本单元。
➢ 选取原则： 1. 能够充分反映空间点阵的对称性； 2. 相等的棱和角的数目最多； 3. 具有尽可能多的直角； 4. 体积最小。 ➢ 晶格常数
三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ 表示。
金属与合金的晶体结构和特征
金属与合金的晶体结构和特征
常见金属
具有体心立方晶格的金属有： 钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、 α-铁(α-Fe, <912℃)等。
金属与合金的晶体结构和特征
原子个数
➢每个晶胞实际占有的原子个数。 （分析时要认真考虑每个原子的空间状况）
➢在体心立方晶胞中, 每个角上的原子在晶格中同时 属于8个相邻的晶胞,因而每个角上的原子属于一 个晶胞仅为1/8, 而中心的那个原子则完全属于这 个晶胞。所以一个体心立方晶胞所含的原子数为 2个。
一、晶体与非晶体
1、晶体：原子在三维空内的周期性规则排列。 长程有序，各向异性。
2、非晶体：原子在三维空间内不规则排列。 长程无序，各向同性。
3、在自然界中除少数物质（如普通玻璃、松香、石蜡 等）是非晶体外，绝大多数都是晶体，如金属、合 金、硅酸盐，大多数无机化合物和有机化合物，甚 至植物纤维都是晶体。