第二章材料结构

第二章材料结构
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§2.2 金属的 晶体结构
常见的金属晶体结构
工业上常用的金属绝大多数具有比较简单的晶体结构， 其中最典型的为以下三种：
（1）体心立方晶格bcc （2）面心立方晶格fcc （3）密排六方晶格hcp
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体心立方晶格
在立方晶胞的八个顶 角上各有一个原子， 在体中心有一个原子， 每个原子与空间点阵 中的一个阵点相对应。 属于这种晶体结构的 纯金属有α- Fe, Cr,
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K434 42a3 a30.74
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§2.2 金属的 晶体结构
晶格常数 密排六方晶格 C（石墨）、Mg、Zn 等 底面边长a
底面间距c=1.633a 侧面间角120 侧面与底面夹角90
晶胞原子数：6
原子半径：a/2
致密度：0.74
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§2.2 金属的 晶体结构
思考 这些是 金属的特性么？能否据此来区分金属 与非金属呢？
不是
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§2.1 金属的特征
1. 有的非金属也可能表现出上述某些特性： 如：石墨能导电 金刚石导热 无机化合物的金属光泽；
2. 各种金属晶体之间，这些特征的差别也很大： 鈈、锰的导电能力比银、铜相差近百倍 锑、铬、钒等金属是一种“脆性”金属。
Mo, W,V等。
§2.2 金属的 晶体结构
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体心立方晶胞 Z
c
a a 2r
a
X2021/2/26
§2.2 金属的 晶体结构
晶格常数：a=b=c； ===90
晶胞原子数： 2
原子半径：
b
Y
致密度：0.68
致密度=Va /Vc，其中 Vc:晶胞体积 Va:原子总体积
晶胞
为了研究空间点阵的排列特点，从点阵中取出一个反映点阵特 征的基本单元（通常是一个平行六面体）作为其组成单元，这个 平行六面体称为晶胞。
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七大晶系，十四个空间点阵：
§2.2 金属的 晶体结构
简单三斜 简单单斜 底心单斜 简单正交 体心正交 面心正交 底心正交
简单六方 简单菱方 简单正方 体心正方 简单立方 体心立方
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§2.2 金属的 晶体结构
1）晶体与非晶体 2）金属的晶体结构 3）晶面和晶向及其表示方法 4）金属晶体的特点
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§2.2 金属的 晶体结构
晶体：材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则， 周期性排列—长程有序。
非晶体：原子无规则堆积，也称为 “过冷液体”—短程 有序。
b 空间点阵
第二章材料结构
c 晶格
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§2.2 金属的 晶体结构
空间点阵
将晶体内部的原子（离子）或原子群（离子群）抽象为无数点 子按一定的方式在空间做有规则的周期性分布，这些几何点子的 总体称为空间点阵，这些点称为阵点或节点。
晶格
用一系列假想的平行直线将空间点阵的阵点联结起来，形成的 空间网络称为空间格子，也称晶格。
第二章 材料的结构
第二章 材料的结构
材 料
§1 电子结构
的 §2 原子的空间排列
结 构
§3 显微组织
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§2.1 金属的特征 §2.2 金属的晶体结构 §2.3 实际晶体中的缺陷 §2.4 合金的相结构
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§2.1 金属的特征
与非金属相比，固态金属具有它独特的性能，如良 好的导电性、导热性、延展性（塑性变形能力） 和金属光泽。
晶体 金刚石、NaCl、冰 等。
非晶体
蜂蜡、玻璃 等。
液体
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（1）有确定的熔点
温度 非晶体
熔点
§2.2 金属的 晶体结构
晶体
时间
晶体和非晶体的熔化曲线
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§2.2 金属的 晶体结构
z
c
a
x
y b
d 晶胞
a 原子堆垛模型
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配位数：8
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配位数：12
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配位数：12
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晶面 通过原子中心的平面
Z
c
b a
§2.2 金属的 晶体结构
晶向 通过原子中心的直线所指的方向
Z
c
Y
b
a
Y
X
X
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自由电子容易吸收可见光，使金属不透明。自由电子吸收可见光后 由低能轨道跳到高能轨道，当其从高能轨道跳回低能轨道时，将吸收 的可见光能量辐射出来，产生金属光泽。 具有延展性：
金属键没有方向性和饱和性，所以当金属的两部分发生相对位移时，
其结合键不会被破坏，从而具有延展性。
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K234 43a
a3 0.6 8
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面心立方晶格
§2.2 金属的 晶体结构
属于这种晶体结构 的纯金属有：
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源自文库
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面心立方晶胞 Z
c
a
X
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§2.2 金属的 晶体结构
晶格常数：a=b=c； ===90
晶胞原子数： 4
b
Y
原子半径： 致密度：0.74
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§2.1 金属的特征
金属材料 以金属键方式结合，从而使金属材料具有以下特征：
良好的导电、导热性： 自由电子定向运动（在电场作用下）导电、（在热场作用下）导热。
正的电阻温度系数： 金属正离子随温度的升高，振幅增大，阻碍自由电子的定向运动，
从而使电阻升高。 不透明，有光泽：
因此，只根据以上的一些特性来区分金属和非金属 是不够充分的。
3. 金属的特征：正的电阻温度系数
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§2.1 金属的特征
金属为何具有上述这些特性呢？
主要是与金属原子的内部结构以及原子间的结合方式有关
金属键 金属键是金属原子之间的结合键，它
是大量金属原子结合成固体时，彼此失去最外层 子电子（过渡族元素也失去少数次外层电子）， 成为正离子，而失去的外层电子穿梭于正离子之 间，成为公有化的自由电子云或电子气，而金属 正离子与自由电子云之间的强烈静电吸引力（库 仓引力），这种结合方式称为金属键。
面心立方
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描述金属晶体结构的一些重要概念
晶胞原子数 一个晶胞内所含的原子数目。注意相邻晶胞的共有原子的计算
方法。
原子半径 晶胞中最近邻的两个原子之间（平衡）距离的一半。
配位数 晶格中和某一原子相邻的原子数目称为配位数
致密度 晶胞中原子本身所占的体积与晶胞体积之比
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