2.2 2.2 金属的晶体结构金属的晶体结构2.2 2.2 金属的晶体结构金属的晶体结构金属在固态下一般都是晶体决定晶体结构（ crystal structure ）的内在因素是原子，离子，分 子间键合的类型及键的强弱金属晶体是以金属键结 合，其晶体结构比较简单,常见的有:面心立方结构 A1 或 fcc （face—centeredcubic ）立方晶系体心立方结构 A2 或 bcc （body—centeredcubic ）立方晶系密排六方结构 A3 或 hcp （hexagonalclose—packed ）六方晶系2.2.1 2.2.1 三种典型金属晶体结构三种典型金属晶体结构描述晶胞从以下几个方面：描述晶胞从以下几个方面： Ø晶胞中原子的排列方式 (原子所处的位置) Ø点阵参数 (晶格常数和晶轴间夹角) Ø晶胞中原子数 Ø原子半径 R(原子的半径)(和点阵常数关系) ØØ 配位数配位数 (coordinative number) (coordinative number) 和致密度和致密度 Ø密排方向和密排面 Ø晶体结构中间隙 (大小和数量) Ø原子的堆垛方式三种典型金属晶体结构刚球模型三种典型金属晶体结构刚球模型三种典型金属晶体结构晶胞原子数三种典型金属晶体结构晶胞原子数原子半径与晶格常数三种典型金属晶格密排面的堆垛方式三种典型金属晶格密排面的堆垛方式1. 1. 面心立方结构面心立方结构( (特征）特征）Ø 晶胞中原子排列 在立方体的八个顶角和六个面的面心 各有一个原子。
Ø 点阵参数: a=b=c；α=β=γ=90º Ø 晶胞中原子数: n=8×1/8＋6×1/2=4 个 Ø 原子半径 R:原子半径---两个相互接触的原子中心距离一 半 Ø 配位数与致密度配位数 CN=12致密度 k=0.74面心立方晶格原子位置面心立方晶格原子位置面心立方晶格晶胞原子数面心立方晶格晶胞原子数面心立方原子配位数面心立方原子配位数面心立方密排面面心立方密排面1.1.面心立方结构（间隙及堆垛方式）面心立方结构（间隙及堆垛方式）Ø 间隙有两种:四面体间隙和八面体间隙，如图2.32八面体间隙（有八面的空隙）位于晶胞体中心和每个棱 边的中点，由 6 个面心原子所围成,大小rB=0.414R，rB为 间隙半径，R为原子半径，间隙数量为4个四面体间隙（有四面的 interstice）由一个顶点原子和 三个面心原子围成，其大小：rB=0.225R，间隙数量为8个 Ø 堆垛方式：ABCABC…或ACBACB…的顺序堆垛 Ø 具有面心结构金属:γ－Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag等面心立方八面体间隙面心立方八面体间隙面心立方八面体间隙面心立方八面体间隙面心立方四面体间隙面心立方四面体间隙面心立方四面体间隙面心立方四面体间隙面心立方原子堆垛顺序面心立方原子堆垛顺序面心立方晶体的面心立方晶体的 ABCABC ABCABC 顺序密堆结构顺序密堆结构2.2.体心立方晶格体心立方晶格( (特征）特征）Ø 原子排列:晶胞八个顶角和晶胞体心各有一个原子 Ø 点阵参数:a=b=c，α=β=γ=90º Ø 晶胞中原子数:n=8×1/8＋1=2个 Ø 原子半径:Ø 配位数和致密度:配位数： CN=8致密度： k=0.68体心立方晶格原子位置体心立方晶格原子位置体心立方晶格晶胞中原子数体心立方晶格晶胞中原子数体心立方晶格密排面体心立方晶格密排面2.2.体心立方晶格（间隙及堆垛方式）体心立方晶格（间隙及堆垛方式）Ø 间隙: 也是两种，为八面体和四面体间隙，如图2.33八面体间隙位于晶胞六面体每个面的中心和每个棱的 中心由一个面上四个角和相邻两个晶胞体心共6个原围成 ，即数量为6。
大小为rB=0.154R(在) 或rB=0.633R( 在) 四面体间隙由两个体心原子和两个顶角原子所围成大 小rB=0.291R,有 12 个 Ø 堆垛方式: ABABAB…的顺序堆垛 Ø bcc结构金属: α－Fe、δ－Fe、Cr、Mo、W、V等体心立方的间隙体心立方的间隙体心立方八面体间隙体心立方八面体间隙体心立方四面体间隙体心立方四面体间隙体心立方晶格原子堆垛顺序体心立方晶格原子堆垛顺序体心立方晶格的体心立方晶格的 ABAB ABAB 密堆结构密堆结构3.3.密排六方晶格（特征）密排六方晶格（特征）Ø 原子排列: 正六棱柱体 12 个顶角和上下底中心各有一个 原子，正六棱柱体中心有三个原子 Ø 点阵参数: a1=a2=a3≠c，α=β=90º ，γ =120º Ø 晶胞中原子数：n=12×1/6＋2×1/2＋3=6个 Ø 原子半径:2R=a R=a/2 Ø 配位数和致密度 配位数： CN=12致密度: K=0.74密排六方晶格原子位置密排六方晶格原子位置密排六方晶格晶胞原子数密排六方晶格晶胞原子数密排六方晶格密排面密排六方晶格密排面密排六方晶格原子配位数密排六方晶格原子配位数3.3.密排六方晶格密排六方晶格( (间隙及堆垛方式）间隙及堆垛方式）Ø间隙: 较为复杂，如图2.34八面体间隙rB=0.414R 有 6 个四面体间隙rB=0.225R 有 12 个 Ø堆垛方式: ABABAB…顺序堆垛Øhcp结构金属有:Mg、Zn、Be、Cd等密排六方晶格八面体间隙密排六方晶格八面体间隙密排六方晶格四面体间隙密排六方晶格四面体间隙密排六方晶格原子堆垛顺序密排六方晶格原子堆垛顺序密排六方的密排六方的ABCABC ABCABC 堆垛结构堆垛结构2.2.2 2.2.2 多晶型性多晶型性多晶型性指某些金属在不同温度和压力下具有不同的 晶体结构。
多晶型性转变指金属在外部条件 (如 T 和 P) 改变时 ，其内部从一种晶体结构向另一种晶体结构的转变,又称 同素异构（同素异性）转变 例如纯铁:2.2.3 2.2.3 晶体的各向异性晶体的各向异性ü 各向异性：由于在不同方向上的原子排列的紧密 程度不同使晶体在不同方向上的物理、化学和力 学性能不同而一般整个晶体不显示各向异性， 称为伪等向性 ü晶粒：组成晶体的结晶颗粒 ü多晶体：凡由两颗以上晶粒组成的晶体一般金属 都是多晶体晶晶 粒粒多相合金多相合金本节的基本要求本节的基本要求 需掌握如下的概念和术语： üü各向同性与各向异性；同素异构转变（重各向同性与各向异性；同素异构转变（重 结晶）结晶） üü三种典型晶体结构的特征三种典型晶体结构的特征（包括：晶胞形（包括：晶胞形 状、晶格常数、晶胞原子数、原子半径、状、晶格常数、晶胞原子数、原子半径、 配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数， 最密排面（滑移面）和最密排方向的指数最密排面（滑移面）和最密排方向的指数 与个数，滑移系数目等）与个数，滑移系数目等） üü多晶体与单晶体、晶粒、晶界；多晶体与单晶体、晶粒、晶界；。