第二講金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1、第二講 金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、主要內(nèi)容： 晶體的特性，晶體與非晶體的區(qū)別三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)，原子半徑，致密度，配位數(shù)晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶體的各向異性金屬的多晶型性二、要點(diǎn)金屬原子堆垛模型，晶格，晶胞，晶格常數(shù)三種典型的晶體結(jié)構(gòu)，晶體中的間隙，間隙半徑，間隙的大小，晶向，晶面的概念，晶向指數(shù)，晶面指數(shù)的表示方法， 三、方法說(shuō)明：通過(guò)講解與模型演示，使學(xué)生對(duì)晶體有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)。說(shuō)明晶向指數(shù)，晶面指數(shù)表示的是一組平行的晶面和晶向。晶帶，晶帶軸的概念，晶面間距的計(jì)算，晶體中原子的堆垛方式，晶面上原子的排列，晶向上原子的排列，不同晶向、晶面原子的密度。單晶體的各向異性，多晶體的偽

2、等向性，某些金屬的多晶型性。難點(diǎn)：是晶體中的間隙不易描述清楚，應(yīng)用模型演示。重點(diǎn)：是晶格常數(shù)，晶向指數(shù)和晶面指數(shù)。授課內(nèi)容：一、晶體的特性1、晶體是由許多質(zhì)點(diǎn)（包括原子、離子或分子）在三維空間作有規(guī)則的周期性重復(fù)排列而構(gòu)成的固體。非晶體則不呈這種周期性的規(guī)則排列。2、晶體與非晶體的區(qū)別：a.根本區(qū)別：質(zhì)點(diǎn)是否在三維空間作有規(guī)則的周期性重復(fù)排列。b.晶體熔化時(shí)具有固定的熔點(diǎn),而非晶體無(wú)明顯熔點(diǎn),只存在一個(gè)軟化溫度范圍。c. 晶體具有各向異性,非晶體呈各向同性。3、單晶體與多晶體的區(qū)別a單晶體 質(zhì)點(diǎn)按同一取向排列。由一個(gè)核心（稱為晶核）生長(zhǎng)而成的晶體b多晶體 通常由許多不同位向的小晶體(晶粒)所組

3、成。c多晶體晶粒與晶粒之間的界面稱為晶界, 多晶體材料一般顯示出各向同性假等向性。強(qiáng)調(diào)說(shuō)明：金屬通常是多晶體。圖1.2 多晶體金屬中晶粒位向示意圖二、晶格和晶胞1、原子堆垛模型：假設(shè)理想晶體中的原子都是固定不動(dòng)的剛球，那么晶體即由這些剛球堆垛而成。2、晶格：為了清楚的表明原子在空間排列的規(guī)律性將它們抽象為純粹的幾何點(diǎn)，成為陣點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)。為了觀察方便做許多平行的直線將這些陣點(diǎn)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)三維的空間格架，用以描述晶體中原子排列規(guī)律的空間格架叫晶格。（點(diǎn)陣，晶格，晶體結(jié)構(gòu)）3、晶胞：從晶格中選取一個(gè)能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元，來(lái)分析晶體中原子排列的規(guī)律性，這個(gè)最小的幾何單元叫晶胞。4、

4、晶格常數(shù)：晶胞的棱邊長(zhǎng)度一般稱為晶格常數(shù) 晶胞的棱間夾角叫軸間夾角。三、3種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)1、面心立方 A1或fcc 2、體心立方 A2或bcc 3、密排六方 A3或hcp 三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)的特征：一）體心立方晶格 1、晶胞中的原子個(gè)數(shù)體心立方晶體每個(gè)角上的原子只有個(gè)屬于這個(gè)晶胞,晶胞中心原子完全屬于這個(gè)晶胞,所以體心立方晶胞中的原子數(shù)為。2、原子半徑原子沿立方體對(duì)角線緊密接觸.設(shè)晶格常數(shù)為 ,則立方體對(duì)角線長(zhǎng)度為 ,等于4個(gè)原子半徑,所以體心立方晶胞中的原子半徑 .3、配位數(shù)配位數(shù)：指晶體結(jié)構(gòu)中與任一個(gè)原子最近的原子的數(shù)目.體心立方晶格的配位數(shù)位8.4、致密度體心立方晶格的致密度為:

5、5、原子堆垛方式原子面的空隙是有四個(gè)原子所構(gòu)成的,原子排列的緊密程度較差,通常稱為次密排面.原子堆垛方式為ababab.7、晶體中的間隙體心立方晶格有兩種間隙,一種是八面體間隙,另一種是四面體間隙,如右圖所示:1>八面體間隙間隙原子半徑的計(jì)算:體心立方晶格四面體間隙的棱邊長(zhǎng)度不全相等,為不對(duì)稱的扁八面體間隙.間隙半徑為頂點(diǎn)原子之間隙中心的距離減去原子半徑,原子中心到間隙中心的距離皆為,所以間隙半徑為 2>四面體間隙間隙原子半徑的計(jì)算:體心立方晶格四面體間隙的棱邊長(zhǎng)度不全相等,為不對(duì)稱的間隙.間隙半徑為頂點(diǎn)原子之間隙中心的距離減去原子半徑,原子中心到間隙中心的距離皆為 ,所以間隙半徑

6、為.二）面心立方晶格1、晶胞中的原子數(shù)面心立方晶體每個(gè)角上的原子只有個(gè)屬于這個(gè)晶胞,六個(gè)面中心的原子只有屬于這個(gè)晶胞,所以面心立方晶胞中的原子數(shù)為。2、原子半徑在面心立方晶胞中,只有沿著晶胞六個(gè)面的對(duì)角線方向,原子是互相接觸的,面對(duì)角線的長(zhǎng)度為 .它與4個(gè)原子半徑的長(zhǎng)度相等,所以面心立方晶胞的原子半徑。3、配位數(shù)所謂配位數(shù)是指晶體結(jié)構(gòu)中 與任一個(gè)原子最近的原子得數(shù)目.面心立方晶格的配位數(shù)位12.4、致密度面心立方晶格的致密度為:5、原子堆垛方式原子面的空隙是有三個(gè)原子所構(gòu)成的,原子排列較為緊密,原子堆垛方式為abcabc.6、晶體中的間隙面心立方晶格有兩種間隙,一種是八面體間隙,另一種是四面體

7、間隙,如右圖所示:1）八面體間隙間隙原子半徑的計(jì)算:面心立方晶格八面體間隙屬于正八面體間隙.間隙半徑為頂點(diǎn)原子之間隙中心的距離減去原子半徑,原子中心到間隙中心的距離皆為 ,原子半徑為 ，所以間隙半徑為: .2）四面體間隙間隙原子半徑的計(jì)算:面心立方晶格四面體間隙屬于正四面體間隙,間隙半徑為頂點(diǎn)原子之間隙中心的距離減去原子半徑,原子中心到間隙中心的距離皆為 ,所以間隙半徑為: .三）密排六方晶格1、晶胞中的原子數(shù)在密排六方晶格中,六方柱每個(gè)角上的原子均屬于六個(gè)晶胞所共有,上,下底面中心的原子同時(shí)為兩個(gè)晶胞所共有,再加上晶胞內(nèi)的三個(gè)原子,故晶胞中的原子數(shù)為2、原子半徑在密排立方晶胞中,從上下地面可

8、以看出,兩個(gè)原子半徑即等于晶格常數(shù),所以原子半徑,所以原子半徑 .3、配位數(shù)所謂配位數(shù)是指晶體結(jié)構(gòu)中 與任一個(gè)原子最近的原子得數(shù)目.密排六方晶格的配位數(shù)位12.4致密度密排六方晶格的致密度為:四、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶 向：表示的是一組相互平行、方向一致的原子列的指向。晶面：晶體中原子所構(gòu)成的平面。國(guó)際上通用的是用密勒指數(shù)表示晶面及晶向。（一）晶向指數(shù)的確定1步驟 a.建立坐標(biāo)系,以某一陣點(diǎn)為原點(diǎn)O,以三個(gè)棱邊為坐標(biāo)軸,以 晶胞邊長(zhǎng)作為坐標(biāo)軸的長(zhǎng)度單位b.作直線OP平行與待標(biāo)志的晶向 或待標(biāo)定晶向的直線通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)。c.確定通過(guò)原點(diǎn)直線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)值。d,將坐標(biāo)值化為.最小整數(shù)并加上方括號(hào)UVW2.晶向族晶體結(jié)構(gòu)中那些原子密度相同的等同晶向稱為晶向族，用<UVW>表示。（二）晶面指數(shù)1步驟： 建立坐標(biāo)系 確定晶面在各坐標(biāo)軸上的截距 取截距的倒數(shù)，并通分，化為最小的簡(jiǎn)單整數(shù)（hkl） 2晶面族：晶體中具有等同條件（這些晶面的原子排列情況和面間距完全相同），而只是空間位向不同的各組晶面稱為晶面族，用 hkl 表示。五、晶體的各向異性簡(jiǎn)單說(shuō)明：六、多晶型性簡(jiǎn)單說(shuō)明作業(yè)1、作圖表示出立方晶系的（123）、（012）、（421）晶面和021、111、346晶向。知識(shí)點(diǎn)：了解晶面指數(shù)，晶向指數(shù)的表示