第一章晶體結構(33)

1、l物質由原子組成。原子物質由原子組成。原子的結合方式和排列方式的結合方式和排列方式決定了物質的性能。決定了物質的性能。l原子、離子、分子之間原子、離子、分子之間的結合力稱為的結合力稱為結合鍵結合鍵。它們的具體組合狀態(tài)稱它們的具體組合狀態(tài)稱為為結構結構。C601. 1. 牢記有關晶體結構的基本概念；牢記有關晶體結構的基本概念；2. 2. 熟知純質材料中熟知純質材料中三種理想的典型晶體結構特點，以及三種理想的典型晶體結構特點，以及晶體缺陷的類型、主要形式、對材料性能的影響晶體缺陷的類型、主要形式、對材料性能的影響； 基本概念基本概念 (1)結合鍵； (2)晶體與非晶體 ；(3)晶格、晶胞與晶格常數

2、（三種主要晶體結構）； (4)晶界與亞晶界； (5)晶體缺陷理論（三種主要缺陷形式）；金屬的結構金屬的結構晶態(tài)晶態(tài)非晶態(tài)非晶態(tài)SiO2的結構的結構l1、晶體與非晶體、晶體與非晶體l晶體晶體是指原子呈有規(guī)則的周期性重復排列的物質。是指原子呈有規(guī)則的周期性重復排列的物質。常常態(tài)下金屬主要以晶體形式存在。態(tài)下金屬主要以晶體形式存在。晶體具有各向異性晶體具有各向異性。l非晶體非晶體是指原子呈無序排列的固體。是指原子呈無序排列的固體。在一定條件下晶在一定條件下晶體和非晶體可互相轉化。體和非晶體可互相轉化。第二節(jié)第二節(jié) 晶體結構理論晶體結構理論l 晶格：晶格：用假想的直線將原子中心連接起來所形成用假想的直

3、線將原子中心連接起來所形成。的三維空間的三維空間格架。格架。直線直線的交點（原的交點（原子中心）稱子中心）稱結點。結點。由結由結點形成的空點形成的空間點的陣列間點的陣列稱稱空間點陣空間點陣l 晶胞：晶胞：能代表晶格原子排列規(guī)律的最小幾何單元。能代表晶格原子排列規(guī)律的最小幾何單元。l 晶系：晶系：l根據晶胞參數不同，將晶體分為七種晶系。根據晶胞參數不同，將晶體分為七種晶系。l90%以上的金屬具有立方晶系和六方晶系。以上的金屬具有立方晶系和六方晶系。l立方晶系：立方晶系：a=b=c， = = =90 l六方晶系：六方晶系：a1=a2=a3 c， = =90 ， =120 立方立方六方六方四方四方菱

4、方菱方正交正交單斜單斜三斜三斜l 晶格常數：晶格常數：晶晶胞個邊的尺寸胞個邊的尺寸 a、b、c。l各棱間的夾角用各棱間的夾角用 、 、 表示。表示。l 原子半徑：原子半徑：晶胞中原晶胞中原子密度最大方向上相鄰子密度最大方向上相鄰原子間距的一半。原子間距的一半。l 晶胞原子數：晶胞原子數：一個晶一個晶胞內所包含的原子數目。胞內所包含的原子數目。l(7) 致密度：致密度：晶胞中原子晶胞中原子本身所占的體積百分數。本身所占的體積百分數。l1、純金屬的晶體結構、純金屬的晶體結構l金屬原子是通過正離子與自金屬原子是通過正離子與自由電子的相互作用而結合的，由電子的相互作用而結合的，稱為稱為金屬鍵金屬鍵。l

5、金屬原子趨向于緊密排列。金屬原子趨向于緊密排列。價電子云價電子云正離子正離子金屬鍵示意圖金屬鍵示意圖l具有良好的導熱性、導電性、延展性及金屬光澤。具有良好的導熱性、導電性、延展性及金屬光澤。l常見純金屬的晶格類型有體心立方常見純金屬的晶格類型有體心立方(bcc)、面心立方、面心立方(fcc)和密排六方和密排六方(hcp)晶格。晶格。l體心立方晶格體心立方晶格原子個數：原子個數：2配位數：配位數： 8致密度：致密度：0.68常見金屬：常見金屬： -Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等等晶格常數：晶格常數：a(a=b=c)ar43 原子半徑：原子半徑： a42r ：原子半徑原子半徑原子個數：原子個數：

6、4配位數：配位數： 12致密度：致密度：0.74常見金屬：常見金屬： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等等晶格常數：晶格常數：al面心立方晶格面心立方晶格a21r ：原子半徑原子半徑原子個數：原子個數：6配位數：配位數： 12致密度：致密度：0.74常見金屬：常見金屬： Mg、Zn、 Be、Cd等等晶格常數：晶格常數：底面邊長底面邊長 a 和高和高 c， c/a=1.633l密排六方晶格密排六方晶格純鐵組織純鐵組織晶粒示意圖晶粒示意圖單晶體與多晶體單晶體與多晶體l單晶體：單晶體：其內部晶格方位完其內部晶格方位完全一致的晶體。全一致的晶體。l多晶體：多晶體：l晶粒：晶粒：實際使用的金屬材料實

7、際使用的金屬材料是由許多彼此方位不同、外是由許多彼此方位不同、外形不規(guī)則的小晶體組成，這形不規(guī)則的小晶體組成，這些小晶體稱為些小晶體稱為晶粒晶粒。鉛錠宏觀組織鉛錠宏觀組織l晶粒越細小，晶界面積越大。晶粒越細小，晶界面積越大。l多晶體：多晶體：由多晶粒組成的晶體結構。由多晶粒組成的晶體結構。光學金相顯示的純鐵晶界光學金相顯示的純鐵晶界多晶體示意圖多晶體示意圖l晶格的不完整部晶格的不完整部位稱位稱晶體缺陷晶體缺陷。l實際金屬中存在實際金屬中存在著大量的晶體缺著大量的晶體缺陷，按形狀可分陷，按形狀可分三類，即點、線、三類，即點、線、面缺陷。面缺陷。第三節(jié)第三節(jié) 晶體缺陷晶體缺陷l 點缺陷點缺陷 l空

8、間三維尺寸都空間三維尺寸都很小的缺陷。很小的缺陷。l空位空位l間隙原子間隙原子l置換原子置換原子la. 空位：空位：晶格中某些晶格中某些缺排原子的空結點。缺排原子的空結點。lb. 間隙原子：間隙原子：擠進晶擠進晶格間隙中的原子。格間隙中的原子?？煽梢允腔w金屬原子，以是基體金屬原子，也可以是外來原子。也可以是外來原子。體心立方的四面體和八面體間隙體心立方的四面體和八面體間隙lc. 置換原子：置換原子：取代原來原子位置的外來原取代原來原子位置的外來原子稱置換原子。子稱置換原子。l點缺陷破壞了原子的平衡狀點缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，稱態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，稱晶晶空位空位間隙原子間隙原

9、子大置換原子大置換原子小置換原子小置換原子格畸變格畸變。從而使強度、硬度提高，塑性、韌性下降。從而使強度、硬度提高，塑性、韌性下降。l 線缺陷線缺陷晶體中的位錯晶體中的位錯l位錯：位錯：晶格中一部分晶體相晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體發(fā)生局部對于另一部分晶體發(fā)生局部滑移，滑移面上滑移區(qū)與未滑移，滑移面上滑移區(qū)與未刃型位錯刃型位錯 螺型位錯螺型位錯滑移區(qū)的交界線稱作滑移區(qū)的交界線稱作位錯位錯。分為。分為刃型位錯刃型位錯和和螺型位錯螺型位錯。刃位錯的形成刃位錯的形成l 面缺陷面缺陷晶界與亞晶界晶界與亞晶界l晶界是不同位向晶粒的過渡部位晶界是不同位向晶粒的過渡部位，寬度為，寬度為510個原個原子間距，位向差一般為子間距，位向差一般為2040。亞晶粒亞晶粒大角度和小角度晶界大角度和小角度晶界位錯壁位錯壁l亞晶粒亞晶粒是組成晶粒的尺寸很是組成晶粒的尺寸很小，位向差也很小小，位向差也很小(10 2 )的的小晶塊。小晶塊。l亞晶粒之間的交界面稱亞晶粒之間的交界面稱亞晶亞晶界界。亞晶界也可看作亞晶界也可看作位錯壁位錯壁。l晶界的特點：晶界的特點：l 原子排列不規(guī)則原子排列不規(guī)則。l 熔點低