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1、工程材料Engineering Materials 主讲教师： 李端玲 Instructor: Li, Duanling E-mail: 开课单位:自动化学院Department： Automation School1.1.1 纯金属的晶体结构0 晶体的概念、晶体结构1 三种常见的晶体结构2 晶面和晶向3 金属晶体的特性4 晶体缺陷1.1.2 合金的晶体结构1.1.3 金属材料的组织1.1 金属材料的结构与组织回顾回顾/Review1、材料的性能决定于材料的（ ）填空题回顾回顾/Review2、固态物质按原子（离子、分子）聚集状态可分为（ ）3、三种常见金属的晶体结构是（）化学成分和组织结构
2、晶体和非晶体体心立方、面心立方和密排立方晶格4、体心立方晶格晶胞原子数是（ ）25、体心立方晶格配位数是（ ）8 物质由原子组成。 原子的 结合方式 和 排列方式 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 。 它们的具体组合状态称为 结构 。C60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。非晶体 ： 蜂蜡、玻璃 等。晶体金刚石、NaCl 、冰 等。非晶体 原子无规则堆积，也称为 “过冷液体 ” 。液体 晶体的概念原子（离子）的刚球模型原子中心位置 晶体结构空间规则排列的 原子 刚球 模型通过金属原子 (离子 )的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格
3、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。晶胞点阵（晶格）模型空间规则排列的 原子 刚球 模型 晶格 （刚球抽象为 晶格 结点 ，构成 空间格架 ） 晶胞 （具有周期性最小组成单元）概念 晶体结构 晶体中原子（离子或分子）规则排列的 方式 晶格 用直线将结点连接起来形成的空间网络 晶胞 具有周期性最小组成单元 晶胞的基本特性即反映该晶体结构 (晶格 )的特点晶胞的几何特征 晶胞的晶轴： 晶胞的棱，长度该方向的点阵周期 晶胞中各棱边的长度，以埃()为单位，通常数值在2.5 5.0 之间。 埃 是一种长度 单位 ,指 10的 -10次方米。用字母 “A”顶上加个小
4、圆圈（不是点）来表示 晶格常数 晶轴长度 a, b, c， 棱间夹角，各种金属元素的主要差别就在于晶格类型和晶格参数的不同（1）体心立方晶格 bcc-Fe、W、V、Mo 等 体心立方晶格原子个数： 2配位数： 8致密度： 0.68常见金属： -Fe、 Cr、 W、 Mo、 V、 Nb等晶格常数： a(a=b=c)ar43= 原子半径 ：体心立方晶格的参数5 间隙 球形原子不可能无间隙地填满整个空间，晶体必有间隙 间隙的大小、数量、位置也是晶体的一个重要特征，对于分析复杂合金结构很有用。 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。 两类：四面体间隙、八面体间隙晶体结构中的重要间隙
5、晶体结构中的重要间隙（2）面心立方晶格 fcc-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag 等面心立方晶格面心立方晶格晶格常数：a=b=c；=90晶胞原子数：原子半径：致密度：0.74XYZabc密排方向4面心立方晶格 fcc空隙半径：四面体空隙八面体空隙配位数：12面心立方晶格的参数面心立方晶格 fcc空隙半径：四面体空隙八面体空隙 密排六方晶格（3）密排六方晶格 hcpC（石墨）、Mg、Zn 等晶格常数底面边长a底面间距c侧面间角120 侧面与底面夹角90 晶胞原子数：6原子半径： a/2致密度：0.74配位数：12密排六方晶格的参数14种布拉菲点阵的晶胞 (a) 简单三斜； (b) 简单单斜；
6、(c) 底心单斜；(d) 简单正交； (e) 底心正交； (f) 体心正交；(g) 面心正交； (h) 简单六方； (i) 简单菱方；(j) 简单四方； (k) 体心四方； (l) 简单立方；(m) 体心立方； (n) 面心立方3、立方晶系晶面、晶向表示方法 晶体中各方位上的原子面称 晶面 。 各方向上的原子列称 晶向 。 晶面指数 表示晶面的符号称晶面指数 。 例一 .求截距为 、 1、 晶面的指数截距值取倒数为 0、 1、 0，加圆括弧得（ 010） 例二 .求截距为 2、 3、 晶面的指数 取倒数为 1/2、 1/3、 0, 化为最小整数加圆括弧得（ 320） 例三 .画出（ 112）晶
7、面 取三指数的倒数 1、 1、 1/2, 即为 X、Y、 Z三坐标轴上的截距 确定原点，建立坐标系，求出所求晶面在三个坐标轴上的截距。 取三个截距值的倒数并按比例化为互质的整数 ,加圆括弧，形式为 （ hkl） 。晶向指数 表示晶面的符号称晶面指数。 其确定步骤为： 例一、 已知某过原点晶向上一点的坐标为 1、 1.5、2，求该直线的晶向指数。110234z 将三坐标值化为最小整数加方括弧得 234.z 例二、 已知晶向指数为 110, 画出该晶向。z 找出 1、 1、 0坐标点 ,连接原点与该点的直线即所求晶向。 确定原点，建立坐标系，过原点作所求晶向的平行线。 求直线上任一点的坐标值并按比
8、例化为互质整数，加方括弧。形式为 uvw。 晶面族与晶向族 (hkl)与 uvw分别表示的是一组平行的晶向和晶面。 指数虽然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面称作 晶向族 或 晶面族 。 分别用 hkl和 表示。在立方晶系中，同一晶面族的各晶面的指数，也可通过改变指数顺序和正负号的排列组合方法求出。 例如 112、 123立方晶系常见的晶面为：立方晶系常见的晶面为：)111()111()111()111(:111)110()011()101()011()101()110(:110)001()010()100(:100、110（ 110）（ 110）（ 101）（ 101）（ 011）（ 01
9、1）XZY立方晶系常见的晶面立方晶系常见的晶向为：立方晶系常见的晶向为：111111111111:111110011101011101110:110001010100:100111111111111XZY说明： 在立方晶系中，指数相同的晶面与晶向相互垂直 。 遇到负指数， “-”号放在该指数的上方。- 晶向具有方向性，如 110 与 110方向相反。XZY(221)221110110 参考坐标系：右手坐标系。坐标系可 平移 ，但不能 转动 ，否则，在不同坐标系下定出的指数就无法相互比较。 晶面指数和晶向指数可为正数，亦可为负数，负号写在数字上方。 若各指数同乘以异于零的数 n，则晶面位向不变，
10、晶向则或是同向（ n0），或是反向（ n，晶轴， ，面对角线 ，体对角线 ，顶点到对面面心的连线作业1.画出立方晶胞中一些重要晶面和晶向指数，写出对应的晶面族和晶向族。四指数法六方晶系采用四指数方法表示晶面和晶向。基于 4个坐标轴： a1，a2， a3(互相成 120夹角 )， c轴； a3（ a1+a2）3. 六方晶系的晶面指数和晶向指数晶面表示为 (hkil), 晶面族为 hkil, 晶向表示为 uvtw, 晶向族 为 。四指数法晶面指数 从待标晶面在 a1， a2，a3， c轴上的截距的倒数即可求得相应的指数 h，k， i， l， 于是晶面指数写成（ h k i l） i（ h k） 六
11、方晶体常见晶面及其四指数 晶面族 1010(1010)+(1100)+(0110) 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 。 单位长度晶向上的原子数称 晶向原子密度 。 原子密度最大的晶面或晶向称 密排面 或 密排方向 。密排面 数量 密排方向 数量体心立方晶格110 6 4面心立方晶格111 4 6密排六方晶格六方底面1底面对角线3 三种常见晶格的密排面和密排方向六方底面底面对角线密排六方晶格面心立方晶格体心立方晶格体心立方 (110)面 面心立方 (111)面 密排六方底面1、金属具有确定的熔点3 金属晶体的特性纯金属进行缓慢加热时 , 达到一定的温度 ,
12、 固态金属会熔化成为液态金属。在熔化过程中 , 温度保持不变。其熔化温度 (T0)称为熔点。而非晶体材料在加热时 , 由固态转变为液态时 , 其温度逐渐变化。2、各向异性不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能不同的现象XYZXYZ实际晶体 单晶体： 整个材料被一个晶格结构贯穿 原子作对称周期性排列，各向异性 多晶体： 若干不同取向的小单晶组成 晶体材料大部分是多晶体，如：金属（铜、铁）、合金 多晶体各向同性、无规则外形，微观上，原子作对称周期性排列，即长程有序和短程有序。具有与单晶体一样的结合能和固定熔点。 晶界：晶粒之间的接触面。但是对于实际使用的金属 , 由于其内部有许许多多个晶粒组成，每个晶粒在空间分布的位向不同，因而在宏观上沿各个方向上的性能趋于相同，晶体的各向异性就显示不出来了。晶粒（单晶体）
