第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)1

第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)不同，性能不同；性能（用途）組織結(jié)構(gòu)成分工藝四面體模型化學(xué)成分不同，性能不同；加工制造工藝不同，性能不同；成分相同、工藝不同，性能不同金屬和合金在固態(tài)下通常為晶體。1§1-1金屬§1-2金屬的晶體結(jié)構(gòu)§1-3實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)2一、金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)§1-1金屬金屬？最外層電子很少，一般為1-2個(gè)，最多3個(gè)具有正的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。原子核：帶正電質(zhì)子：正電荷中子：電中性核外電子：帶負(fù)電原子金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):失去電子形成正離子（正電性元素）非金屬？311個(gè)質(zhì)子12個(gè)中子K層(n=1)L層(n=2)M層(n=3)1s22s22p63s1Na鈉（原子序數(shù)為11）原子結(jié)構(gòu)中K、L和M量子殼層的電子分布狀況4非金屬元素的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：最外層4-7個(gè)元素得到電子形成負(fù)離子（負(fù)電性元素）過(guò)渡族金屬元素的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：易失去最外層電子和次外層電子最外層電子很少，一般為1-2個(gè)，最多3個(gè)金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

失去電子形成正離子（正電性元素）最外層電子數(shù)很少一般為1-2個(gè)，最多3個(gè)（同于金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）；（Ti、V、Fe、Mn、Co等）次外層未填滿(mǎn)、最外層先填充電子過(guò)渡族金屬的原子間結(jié)合力強(qiáng)，熔點(diǎn)高、強(qiáng)度高次外層電子也參與結(jié)合5二、金屬鍵金屬的特性：金屬中自由電子與金屬正離子之間構(gòu)成的鍵合方式公有化的自由電子與正離子之間的結(jié)合方式離子鍵：共價(jià)鍵：一失一得，靜電作用相鄰原子共用它們的外部?jī)r(jià)電子，形成穩(wěn)定的滿(mǎn)殼層（金剛石）（氯化鈉）導(dǎo)電？自由電子沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)塑性？正離子始終被電子云包圍導(dǎo)熱？自由電子運(yùn)動(dòng)、正離子振東不透明、具有金屬光澤？正的電阻溫度系數(shù)？61）正離子與電子的吸引力2）正離子與正離子、電子與電子的排斥力“結(jié)合力”是吸引力和排斥力的代數(shù)和三、結(jié)合力與結(jié)合能

問(wèn)題：金屬原子為什么排列規(guī)則，并趨于緊密排列？結(jié)合能：？固態(tài)金屬中兩個(gè)原子之間的作用力：吸引能和排斥能的代數(shù)和7排斥能吸引能結(jié)合能AB原子間距do吸引能排斥能EAB－F排斥力引力結(jié)合力AB原子間距dodc＋F吸引力排斥力d0雙原子作用模型理論抗拉強(qiáng)度d0平衡間距或位置dc理論抗拉強(qiáng)度最大結(jié)合力任何對(duì)d0偏離，都使勢(shì)能升高形成原子團(tuán)比單個(gè)原子能量低原子周?chē)罱彽脑訑?shù)越多結(jié)合能越低能量越低，狀態(tài)越穩(wěn)定EAB結(jié)合能或鍵能金屬原子為什么排列規(guī)則，并趨于緊密排列？d>d0時(shí)，相互吸引d<d0時(shí)，相互排斥d=d0時(shí)，結(jié)合力為零8一、晶體的特征晶體：原子（離子、分子）在三維空間作有規(guī)則的周期性排列的物質(zhì)。長(zhǎng)程有序，各向異性。非晶體：原子（離子、分子）在三維空間內(nèi)不規(guī)則排列的物質(zhì)。短程有序，各向同性。

§1-2金屬的晶體結(jié)構(gòu)(a)是否具有周期性、對(duì)稱(chēng)性(b)是否長(zhǎng)程有序(c)是否有確定的熔點(diǎn)？(d)是否各向異性區(qū)別9二、晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣A理想晶體——實(shí)際晶體的理想化三維空間無(wú)限延續(xù)，無(wú)邊界嚴(yán)格按周期性規(guī)則排列，是完整的、無(wú)缺陷。原子在其平衡位置靜止不動(dòng)晶體中原子（離子、分子）在三維空間有規(guī)律的具體排列方式。晶體結(jié)構(gòu)：10

Ｂ.理想晶體的晶體學(xué)抽象晶格：描述晶體中原子排列規(guī)律的空間格子（空間點(diǎn)陣）晶胞：完全反映晶體特征的最小幾何單元陣點(diǎn)：代表構(gòu)成晶體的原子的幾何點(diǎn)1112晶胞的表示法xyz晶格常數(shù)或點(diǎn)陣常數(shù)latticeconstant

三個(gè)棱邊的長(zhǎng)度a,b,c軸間夾角α,β,γ表示。13晶系與布拉菲點(diǎn)陣三個(gè)晶格常數(shù)a、b、c和三個(gè)軸間夾角、、七大晶系14種點(diǎn)陣類(lèi)型布拉菲點(diǎn)陣14種布拉菲點(diǎn)陣(7個(gè)晶系crystalsystem)14七個(gè)晶系晶格常數(shù)；軸(棱邊)之間的夾角三斜晶系a≠b≠c，α≠β≠γ≠90°

單斜晶系a≠b≠c，α=γ=90°≠β正交晶系a≠b≠c，α=β=γ=90°

六方晶系a=b≠c，α=β=90°，γ=120°

菱方晶系a=b=c，α=β=γ≠90°

四方晶系a=b≠c，α=β=γ=90°

立方晶系a=b=c，α=β=γ=90°

7個(gè)晶系與14種布拉菲點(diǎn)陣15babcagabc，a

b

g

90簡(jiǎn)單三斜結(jié)構(gòu)1、三斜晶系16bcabcabc，b=g=90

aaaa2.單斜晶系簡(jiǎn)單單斜結(jié)構(gòu)、底心單斜結(jié)構(gòu)17abccababc,a=b=g=903.正交晶系簡(jiǎn)單正交結(jié)構(gòu)、底心正交結(jié)構(gòu)、體心正交結(jié)構(gòu)、面心正交結(jié)構(gòu)18a=bc,a=b=90,g=120ac4.六方晶系簡(jiǎn)單六方結(jié)構(gòu)195.菱方晶系aaaaaa=b=c，a=b=g

90簡(jiǎn)單菱方結(jié)構(gòu)20acaacaa=bc,a=b=g=90簡(jiǎn)單四方結(jié)構(gòu)、體心四方結(jié)構(gòu)6.四方晶系21aaaaaaaaaa=b=c，a=b=g=907.立方晶系簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)、體心立方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)22最常見(jiàn)的金屬晶體結(jié)構(gòu)（2）面心立方結(jié)構(gòu)Face-centeredcubic（1）體心立方結(jié)構(gòu)Body-centeredcubic（3）密排六方結(jié)構(gòu)Hexagonal

close-packed體心立方點(diǎn)陣bcc面心立方點(diǎn)陣fcc密排六方點(diǎn)陣hcp231）晶胞中的原子數(shù)4）配位數(shù)5）致密度

晶體中原子排列的緊密程度是反映晶體結(jié)構(gòu)特征的一個(gè)重要因素2）點(diǎn)陣常數(shù)a，c3）原子半徑r立方晶系六方晶系2fcNN+iN=N+6晶體結(jié)構(gòu)特征的5個(gè)參數(shù)配位數(shù)：指晶體結(jié)構(gòu)中，與任一原子最近鄰并且等距離的原子數(shù)致密度：晶胞中原子所占的體積分?jǐn)?shù)24(1)體心立方（bcc）晶胞中含有2個(gè)原子剛球模型質(zhì)點(diǎn)模型晶胞原子數(shù)模型α-Fe、Cr、Mo、W、V、Nb等約30多種晶格常數(shù)a=b=c;α=β=γ=90°25原子密排列面是{110}，密排方向是〈111〉，在密排方向上原子相切：致密度：每個(gè)原子有8個(gè)最近鄰原子，配位數(shù)為8。k原子半徑26(2)面心立方（fcc）晶胞中含有4個(gè)原子。剛球模型質(zhì)點(diǎn)模型晶胞原子數(shù)模型γ-Fe、Cu、Ni、Al、Ag等約20種晶格常數(shù)a=b=c;α=β=γ=90°27原子密排列面是{111}，密排方向是〈110〉，在密排方向上原子相切：致密度：每個(gè)原子有12個(gè)最近鄰原子，配位數(shù)為12。k原子半徑28(3)密排六方（hcp）晶胞中含有6個(gè)原子。剛球模型質(zhì)點(diǎn)模型晶胞原子數(shù)模型2fcNN+iN=N+6Zn、Mg、Cd等a=b≠c;α=β=90°；γ=120°晶格常數(shù)29軸比（axialratio）303種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)小結(jié)結(jié)構(gòu)原子半徑原子數(shù)配位數(shù)致密度常見(jiàn)金屬BCCα-Fe,,W,Mo,Nb,V,CrFCCγ-Fe,Cu,Al,Ag,Pb,NiHCPMg,Zn,Be,α-

Tiα-Co,Cd密排結(jié)構(gòu)（close-packedcrystal