第1章-材料的结构.pptVIP

材料科学基础I 主讲教师：吕 威 1.3 材料的晶体结构 1.3.1 典型金属的晶体结构 体心立方晶格：BCC (Body Centered Cubic lattice) 面心立方晶格：FCC (Face Centered Cubic lattice) 密排六方晶格：HCP (Hexagonal Close Packed) 1．BCC（见图1.18，P10） 1) 晶胞尺寸：八个原子构成立方体，体中心还有一个原子。a=b=c，α=β=γ=90°。 2) 晶胞原子数：指一个晶胞内所含的原子个数。 BCC晶胞原子数为： 3) 原子半径：指晶胞中原子密度最大方向上相邻两个原 子之间距离的一半，与晶格常数有关。 BCC原子半径为： 4) 配位数：指晶格中任一原子周围所具有的最近且等距 的原子数。 BCC配位数为：8 5）致密度： BCC： 即晶格中有68％体积被原子占据，其余为空隙。 6）属于这种晶格的金属：α-Fe 、Cr、Mo、W、V。 K=nv/V 立方体对角面上和体对角线上原子排列最紧密。 密排面：{110} 密排方向：111 体心立方晶格密排面 7）原子密排面和密排方向 2．FCC（见图1.19，P11） 1) 晶胞尺寸：八个原子构成立方体，每个面心上还各有一个原子。 a=b=c，α=β=γ=90°。 2）晶胞原子数： 3）原子半径： 4）配位数：12。 5）致密度： 6）具有FCC的金属：γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb。 密排面：{111} 密排方向：110 7）原子密排面和密排方向 3．HCP（见图1.20，P11） 1）晶胞尺寸：由12个原子构成简单六方体，上下两个六方面中心还各有一个原子，两个六方面之间还有三个原子，晶格常数比值c/a=1.633时，排列最紧密。 2）晶胞原子数： 3）原子半径： 4）配位数：12 5）致密度： 6）属于这种晶格的金属：Mg、Zn、Cd、Be。 4．晶体中原子的堆垛方式 FCC与HCP晶体结构不同，但配位数、致密度相同，为搞清其原因，必须研究晶体中原子的堆垛方式。 FCC的密排面为（111）其堆垛方式是ABCABC…，见图1-24，P13。 HCP的密排面为（0001）其堆垛方式是ABAB…，见图1-23，P12。 六方晶系晶面及晶向指数 三坐标系 四轴坐标系 a1，a2，c a1，a2，a3，c 120° 120° 120° （h k i l ) i= -( h+k ) [u v t w] t= -( u+v ) 分析间隙的数量、大小和位置对了解材料的相结构、扩散、相变等问题都是很重要的。 金属的三种典型晶体结构的间隙如图1- 25、图1-26 、图1-27 所示。由图可清晰地判定间隙所处位置。按计算晶胞原子数的方法可算出晶胞所包含的间隙数目。 5．晶体结构中的间隙 （1）体心立方晶格间隙 间隙: 八面体和四面体间隙。 八面体间隙位于晶胞中每个面的中心和每个棱的中心，数量为6。 四面体间隙由两个体心原子和两个顶角原子所围成，数量为12。 体心立方八面体间隙 体心立方四面体间隙 八面体间隙 间隙半径的计算： 间隙半径为顶点原子至间隙中心的距离减去原子半径，原子中心到间隙中心的距离皆为a/2，所以间隙半径为： 四面体间隙 间隙半径的计算： 体心立方晶格四面体间隙的棱边长度不全相等，为不对称的间隙。间隙半径为顶点原子至间隙中心的距离减去原子半径，原子中心到间隙中心的距离皆为 ?????，所以间隙半径为： 间隙：四面体间隙和八面体间隙 八面体间隙位于晶胞体中心和每个棱边的中点，由 6 个面心原子所围成, 间隙数量为4个。 四面体间隙由一个顶点原子和三个面心原子围成，间隙数量为8个。 （2）面心立方晶格间隙 八面体间隙 面心立方晶格的八面体间隙是由六个面的面心组成的，属于正八面体间隙。 间隙半径的计算： 面心立方晶格八面体间隙属于正八面体间隙，间隙半径为顶点原子至间隙中心的距离减去原子半径，原子中心到间隙中心的距离皆为a/2，原子半径为 ，所以间隙半径为： 面心立方八面体间隙 面心立方八面体间隙 正四面体间隙半径的计算： 面心立方晶格四面体间隙属于正四面体间隙，间隙半径为顶点原子至间隙中心的距离减去原子半径，原子中心到间隙中心的距离皆为