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第二章 纯金属的结构与结晶 主要内容： 材料的结合键 纯金属的晶体结构 实际金属的晶体结构 纯金属的结晶 陶瓷材料：无机非金属材料，以离子键和共价键为主，熔点高、硬度大、导电性差，多为脆性材料。如Al2O3、SiO2、金刚石等。 二、单晶体与多晶体 单晶体：由一个晶核生长而成的晶体称为单晶体。在单晶体中，原子都是按同一取向排列，具有各向异性。如天然金刚石、人造单晶硅。 描述晶格的几个参数 四、纯金属的晶体结构 三种典型晶体结构类型 1.晶面指数的确定方法 课堂练习 1. 求截距为1，2，3晶面的晶面指数。 （1）取倒数为1，1/2，1/3； （2）化为最小整数加圆括弧得(632)。 2.晶向指数的确定方法 晶面族与晶向族 举例：111晶向族 立方晶系常见的晶面 立方晶系常见的晶向 几点说明： 遇到负指数，“__”号放在该指数的上方。 晶向具有方向性，如[110]与 方向相反。 在立方晶系中，指数相同的晶向与晶面相互垂直。 3.晶体密度的估算 一、点缺陷 二、线缺陷—位错 位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称作位错。 类型：有刃型位错和螺型位错两种。 电子显微镜下的位错 一、凝固与结晶 知识扩展—单晶体的制备 垂直提拉法：先用高频或电子阻加热方法熔化坩锅中的材料，使液体保持稍高于熔点的温度，然后将夹有一个籽晶的杆下移，使籽晶与液面接触。缓慢降低炉内温度，将籽晶杆一边旋转一边提拉，使籽晶作为唯一的晶核在液相中结晶最后成为一块单晶体。 三大类 点缺陷：三维方向尺寸都很小。 线缺陷：一维方向尺寸很大，另二维方向尺寸很小。 面缺陷：二维方向的尺寸很大。 常见晶体缺陷的类型 实际金属的晶体结构 晶体缺陷的概念 指晶体中原子排列的不完整性，即实际晶体中存在着偏离（破坏）晶格周期性和规则性的那部分。 实际晶体＝理想晶体＋晶体缺陷 空位 间隙原子 大置换原子 小置换原子 影 响: 造成晶格畸变，使金属的强度、硬度提高↑，塑性和韧性略降低↓。 类 型：空位、间隙原子、置换原子。 特 征：① 本身尺寸很小，但晶格畸变可波及很远； ② 空位和间隙原子均处于不断的运动和变化之中。 纯金属的晶体结构 刃型位错 螺型位错 纯金属的晶体结构 特征：① 在位错线方向尺寸大 ② 位错线周围产生晶格畸变 位错密度(ρ)：单位体积中所包含的位错线的总长度，cm/cm3。 一般，金属中 ρ=104～1012cm/cm3 实际金属的晶体结构 金属的塑性变形主要由位错运动引起，因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径。 从? - ? 关系可以看出：大量减少或增加位错密度，使金属材料的强度提高。 位错对力学性能的影响： 位错强化 透射电镜下钛合金中的位错线(黑线) 高分辨率电镜下的刃型位错（白点为原子） 实际金属的晶体结构 三、面缺陷—晶界、亚晶界 晶界: 是不同位向晶粒的过渡 部位， 宽度5~10个原子间距，位向差 一般在20~40°。 亚晶界: 位向差很小(10’~2 °) 的小 晶块为亚晶粒，亚晶粒之间的 交界面称为亚晶界。 亚晶界 晶界 对性能影响: 晶界和亚晶界越多，晶格 畸变越大，晶粒越细小，金属的 强度和硬度越高，塑性和韧性越好。 实际金属的晶体结构 晶体缺陷对性能的影响（共性） 产生晶格畸变，使实际金属的强度远远小于理想金属 晶界处位错密度高，使其局部σs HBS 影响金属材料的塑性变形 对实际金属，晶体缺陷越多（尤其位错），σs HBS 实际金属的晶体结构 第四节 金属的结晶 结晶与凝固的区别 纯金属的冷却曲线和过冷现象 纯金属的结晶过程 金属晶粒的大小与控制 凝固：液态(L) →固态(晶体或非晶体）。 结晶：液态 →固态晶体（只能是晶体）。 金属的结晶 金属的结晶：液态金属 → 固态晶体。 广义理解：指金属从一种原子的排列状态过渡到 另一种原子规则排列状态（晶态）的过程。 一次结晶：液态金属→固态晶体，如：L →A 二次结晶：固态 →固态晶体，如：A →F 两种类型 金属的结晶 二、纯金属的结晶和过冷现象 1.