第二章晶體結(jié)構(gòu)

1、2.2 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 構(gòu)成晶體的基元在三維空構(gòu)成晶體的基元在三維空間的具體的排列方式。間的具體的排列方式。空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣 + 基元基元（基元（基元原子、離子或分子）原子、離子或分子） 固態(tài)金屬一般都是固態(tài)金屬一般都是晶體晶體。 決定晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素決定晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素原子、離子或分子之間的原子、離子或分子之間的鍵鍵合類型和鍵合強(qiáng)度合類型和鍵合強(qiáng)度。 金屬晶體金屬晶體的結(jié)合鍵的結(jié)合鍵金屬鍵金屬鍵。 金屬鍵無方向性，大多數(shù)金屬為金屬鍵無方向性，大多數(shù)金屬為緊密并具有高對(duì)稱性的簡緊密并具有高對(duì)稱性的簡單排列單排列。所以在工業(yè)上使用的金屬除少數(shù)具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。

2、所以在工業(yè)上使用的金屬除少數(shù)具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)外，絕大多數(shù)金屬具有外，絕大多數(shù)金屬具有面心立方（面心立方（face-centered cubic, f. c. c.）、）、體心立方（體心立方（body -centered cubic, b. c. c.）和密排立方）和密排立方(hexagonal closed packed, h. c. p.)等三種典型的晶體結(jié)構(gòu)。等三種典型的晶體結(jié)構(gòu)。 共價(jià)鍵共價(jià)鍵與與離子鍵離子鍵材料為適應(yīng)鍵、離子尺寸差別和價(jià)引起的材料為適應(yīng)鍵、離子尺寸差別和價(jià)引起的種種限制，往往具有較種種限制，往往具有較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。2.2.1 三種典型晶體結(jié)構(gòu)三種典型晶體結(jié)構(gòu)三

3、種典型晶體結(jié)構(gòu)面心立方（面心立方（fcc）體心立方（體心立方（bcc）密排六方密排六方(hcp）點(diǎn)陣類型點(diǎn)陣類型A1型型A2型型A3型型晶體學(xué)特點(diǎn)的描述包括晶體學(xué)特點(diǎn)的描述包括n原子排列方式原子排列方式n晶胞內(nèi)原子數(shù)目晶胞內(nèi)原子數(shù)目n點(diǎn)陣常數(shù)點(diǎn)陣常數(shù)n原子半徑原子半徑n配位數(shù)配位數(shù)n致密度（體、面和線）致密度（體、面和線）n原子間隙大小原子間隙大小常見金屬晶體結(jié)構(gòu)特性常見金屬晶體結(jié)構(gòu)特性面心立方晶格參數(shù)Al、Cu、Ni和-Fe等約20種 原子數(shù)原子數(shù)412配位數(shù)配位數(shù) 最近鄰且等距離的原最近鄰且等距離的原子數(shù)目。子數(shù)目。 通常原子半徑隨配位通常原子半徑隨配位數(shù)的減小而減少。數(shù)的減小而減少。原子

4、半徑原子半徑（體）致密度（體）致密度74%a42 由原子排列的剛球模型可由原子排列的剛球模型可看出球與球之間存在許多間隙，看出球與球之間存在許多間隙，分析間隙的數(shù)量、大小及位置分析間隙的數(shù)量、大小及位置對(duì)了解材料的對(duì)了解材料的相結(jié)構(gòu)相結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散擴(kuò)散、相變相變等問題都是很重要的。等問題都是很重要的。 面心立方八面體間隙比體面心立方八面體間隙比體心立方中間隙半徑較大的四方心立方中間隙半徑較大的四方體間隙半徑還大，因此面心立體間隙半徑還大，因此面心立方結(jié)構(gòu)的方結(jié)構(gòu)的-Fe-Fe的溶碳量大大超過的溶碳量大大超過體心立方結(jié)構(gòu)的體心立方結(jié)構(gòu)的-Fe-Fe 。面心立方面心立方晶格中的晶格中的4個(gè)個(gè)8面體間隙

5、面體間隙（1+12/4=1+3=4 ）面心立方面心立方晶格中的晶格中的8面體間隙原子半徑面體間隙原子半徑=0.414Ra146. 0aa422=0.225R面心立方晶格中的面心立方晶格中的8個(gè)個(gè)4面體間隙面體間隙體心立方晶格參數(shù)Cr、V、Mo、W和-Fe等30多種 原子數(shù)原子數(shù)2配位數(shù)配位數(shù)8+6原子半徑原子半徑（體）致密度（體）致密度68%43a43a體心立方晶格的6個(gè)八面體和12個(gè)四面體間隙體心立方晶格的12個(gè)四面體間隙密排六方晶格參數(shù)Mg、Zn、Cd、Be等20多種 原子數(shù)原子數(shù)661/62+21/2+3=6配位數(shù)配位數(shù)6+6原子半徑原子半徑（體）致密度（體）致密度74%2a與與FCC結(jié)

6、構(gòu)相同，為純金屬中最密集的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)相同，為純金屬中最密集的結(jié)構(gòu)12個(gè)個(gè)4面體面體 6個(gè)個(gè)8面體面體2.2.2 晶體的原子堆垛方式和間隙晶體的原子堆垛方式和間隙密排面和密排方向密排面和密排方向FCCFCC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)密排面密排面 111 111 FCCFCC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)密排面密排面 111 111 密排方向密排方向 密排面密排面 111111密排方向密排方向 密排面堆垛方式密排面堆垛方式ABCABCABCABCBCC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)密排面密排面 110 110 密排方向密排方向 密排面密排面0001 0001 密排方向密排方向HCP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)HCP結(jié)構(gòu)堆垛方式結(jié)構(gòu)堆垛方式ABABAB.常見金屬晶體結(jié)構(gòu)特性常見金屬

7、晶體結(jié)構(gòu)特性2.2.3 多晶型與同素異構(gòu)體多晶型與同素異構(gòu)體純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與同素異構(gòu)體純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與同素異構(gòu)體 許多金屬在固態(tài)下只有一許多金屬在固態(tài)下只有一種晶體結(jié)構(gòu)，如鋁、銅、銀等種晶體結(jié)構(gòu)，如鋁、銅、銀等金屬在固態(tài)時(shí)無論溫度高低，金屬在固態(tài)時(shí)無論溫度高低，均為面心立方晶格。鎢、鉬、均為面心立方晶格。鎢、鉬、釩等金屬則為體心立方晶格。釩等金屬則為體心立方晶格。 有些金屬在固態(tài)下，存在有些金屬在固態(tài)下，存在兩種或兩種以上的晶格形式，兩種或兩種以上的晶格形式，如鐵、鈷、鈦等。這類金屬在如鐵、鈷、鈦等。這類金屬在冷卻或加熱過程中，其晶格形冷卻或加熱過程中，其晶格形式會(huì)發(fā)生變化。金屬在固態(tài)

8、下式會(huì)發(fā)生變化。金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格轉(zhuǎn)隨溫度的改變，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象，稱為變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與同素異構(gòu)體純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與同素異構(gòu)體 液態(tài)純鐵在液態(tài)純鐵在15381538進(jìn)行結(jié)進(jìn)行結(jié)晶，得到具有晶，得到具有體心立方體心立方晶格的晶格的-FeFe 繼續(xù)冷卻到繼續(xù)冷卻到13941394時(shí)發(fā)生時(shí)發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變, , 成為成為面心立方面心立方晶格的晶格的 - -FeFe。 再冷卻到再冷卻到912912時(shí)又發(fā)生時(shí)又發(fā)生一次一次同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變, , 成為成為體心體心立方立方晶格的晶格的 - - FeFe。 復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題n3種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特征（原子數(shù)、點(diǎn)種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特征（原子數(shù)、點(diǎn)陣常數(shù)、配位數(shù)、致密度、間隙類型及間隙數(shù)、密陣常數(shù)、配位數(shù)、致密度、間隙類型及間隙數(shù)、密排面和密排方向）排面和密排方向）n合金、組元、