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第二讲 金属的结构 主讲：曹光明 * * 第二讲: 金属的结构 一、晶体的基本知识 1、晶体与非晶体。 2、几个名词：空间点阵、晶格、晶胞、晶格常数。 二、金属的晶体结构 1、金属特性与金属键。 2、金属的典型晶格类型。 3、几个基本概念。 4、晶面与晶向指数。 三、实际金属晶体中的缺陷 1、单晶体与多晶体。 2、晶体缺陷。 3、晶体缺陷对性能的影响。 第二讲: 金属的结构 一、晶体的基本知识 1、晶体：原子规则排列，T熔点固定，各向异性。如：结晶盐、水晶、金刚石等。 非晶体：原子无规堆积、T熔点不固定，各向同性。如：玻璃、松香、石蜡等。 二者在一定条件下可以相互转化： 高温长时间加热 玻璃 　-------------------------→ 晶态玻璃 快冷(106K) 液态金属 -------------------------→ 非晶金属 2、几个名词 （1）空间点阵：将构成晶体的原子或分子抽象为简单的几何点，由这些 几何点在空间作有规则的周期性排列构成空间点阵。 （2）晶格：用于描述晶体中原子排列形式的空间几何格架（即为了研究 的方便，在空间点阵中将几何点用一些直线连接起来形成的。） （3）晶胞：晶格中能完全反映晶格特征的最小几何单元。晶胞的大小和 形状用a、b、c及α、β、γ六个参数表示。 第二讲: 金属的结构 （4）晶格常数：晶胞的棱边长度，单位为：?（10-10米）。 二、金属的晶体结构 1、 金属键：金属原子的结合方式：金属离子+自由电子 第二讲: 金属的结构 2、金属中典型的晶格类型 （1）体心立方（b.c.c.）：body-centered cubic 晶格常数a=b=c，此类金属：W、Mo、Cr、V、K、Na、α-Fe等。 金属的特性：光泽、导电、导热、塑性、正电阻温度系数等。 （2）面心立方（f.c.c.）：face-centered cubic 晶格常数a=b=c，此类金属：Au、Al、Cu、Pb、Ni、γ-Fe。 （3）密排六方（h.p.c.）：hexagonal-packed cubic 第二讲: 金属的结构 晶格常数a=b≠c，c/a=1.633。此类金属：Zn、Mg、Cd、Be、α-Ti。 3、几个基本概念 （1）晶胞原子数： 第二讲: 金属的结构 一个晶胞所独有的原子数目。 b.c.c.晶胞：2个； f.c.c.晶胞：4个； h.p.c.晶胞：6个。 （2）原子半径r： 第二讲: 金属的结构 晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半。 b.c.c.晶胞： f.c.c.晶胞： h.p.c.晶胞： （3）配位数： 晶格中某一原子周围最近邻且等距离的原子数。 第二讲: 金属的结构 b.c.c：8个； f.c.c.、h.p.c：12个。 （4）致密度：晶胞中原子体积与晶胞体积之比。K=nν/V。 第二讲: 金属的结构 Kb.c.c.=0.68，Kf.c.c.=Kh.p.c.=0.74。 4、晶面指数与晶向指数 （1）晶面指数（h k l） 标定方法： 晶面指数并不指某一特定的晶面，而是代表一组相互平行的晶面。 晶面族： 在晶体中，具有等同条件而只是空间位向不同的各组晶面，可归并为一个晶面族，用{h k l}表示。 例如，在立方晶胞中 ： {100}=（100）+（010）+（001）+（ī00）+（0ī0）+（00ī） {111}=（111）+（11ī）+（1ī1）+（ī11）+（īīī）+（īī1）+（ī1ī）+（1īī） （2）晶向指数[u v w] 第二讲: 金属的结构 标定方法： 晶向指数代表着一组相互平行、方向一致的晶向。若所指相反，则晶向指数数字相同，而符号相反。 晶向族： 晶体中因对称关系而等同的各组晶向归并为一个晶向族，用〈u v w〉表示。 例如，立方晶胞： 〈100〉=[100]+[010]+[001]+[ ī00]+[0ī0]+[00ī] 注意： （1）对非立方晶胞，改变晶向指数的顺序所表示的晶向可能不是等同的，如正交晶胞。 （2）在立方晶胞中，有（h k l）⊥[h k l] ，但此关系不适用于其它晶胞结构。 三、实际金属中的晶体缺陷 第二讲: 金属的结构 1、单晶体：晶体内晶格位向完全一致，无原子错排现象。 多晶体：由许多单晶体组成，有缺陷。——实际金属的结构特征。 2、晶体缺陷 ——原子的无规排列区，对金属的性能有很大的影响。 点缺陷：在三维方向上尺寸很小（几个?）。 线缺陷：在一维方向上尺寸很大。 面缺陷：在二维方向上尺寸很大。 （1）点缺陷： 主要是空位和间隙原子，还有杂质原子。 点缺陷会使其周围的晶格发