金属结构与结晶.docVIP

第一章 金属的结构与结晶 教学目的：掌握三种典型金属晶格的特性和金属的结晶规律，了解金属的实际 结构与晶格缺陷 本章重点：1、三种典型金属晶格及其特性 2、金属的结晶规律 本章难点: 三种典型金属晶格及其特性 参考文献：1、戴起勋，金属材料学，化学工业出版社，2005 2、史美堂，金属材料及热处理，上海科学技术出版社，2001 3、史美堂，金属材料及热处理习题集与实验指导书，上海科学技术出版社，1997 专业词汇：crystal, crystal structure, crystal boundary, crystal grain, crystal cell, crystal nucleus, crystal system, crystal plane, crystal direction, indices of crystal plane, crystal growth, crystal defect, indices of crystallographic direction, polycrystal, isotropy, anisotropy, efficiency of space filling, space lattice, dislocation, interstitial atom, metallic bond, equilibrium crystallization, nucleation rate, hexagonal close-packed structure, face-centered cubic structure, body-centered cubic structure 为什么要研究结构？因为物质的结构决定物质的性能，如碳元素：金刚石、石墨、碳纤维、炭黑等等，包括热处理性能。 第一节 金属的晶体结构 金属键 金属键的概念 金属或合金的每一个原子都贡献出它们的价电子，形成由整个固体金属所共有的“电子云”，这种键合类型就是金属键。 金属键的特点 原子排列紧密，决定了金属具有强度高，塑性好，良好的导电性、导热性。 晶体的概念 晶体：原子（离子、分子）在三维空间作有规则的周期性重复排列所构成的物体。即：长程有序（短程有序-非晶态；无序-纳米） 物质为什么具有晶体结构？因为各原子之间的相互吸引力与排斥力相平衡的结果。 晶格：为了便于研究晶体中原子（离子）的排列情况，将构成晶体的原子（离子）抽象成纯粹的几何点—结点或阵点，并用平行的直线把这些结点连接起来，构成一个三维的几何格子，称为晶格（点阵）。 晶胞：从晶格中确定一个最基本的几何单元来表达其排列形式的特征，这种最基本的几何单元称为晶胞（代表原子排列特征的最基本几何单元）。 布拉菲晶格（点阵） 每个晶胞有六个晶格常数（a,b,c;α,β,γ），法国晶体学家A.Bravais曾用数学法证明六个晶格常数的变化只能形成7类型晶系14种晶格，称为布拉菲晶格。 a=b=c, α=β=γ=900 立方晶系 a=b≠c, α=β=γ=900 正方晶系 a≠b≠c，α=β=γ=900 正交晶系 a=b=c, α=β=γ≠900 菱方晶系 a=b≠c, α=β=900，γ=1200 六方晶系 a=b≠c, α=γ=900≠β 单斜晶系 a≠b≠c，α≠β≠γ≠900 三斜晶系 三种常见的金属晶格 金属元素中，百分之九十以上的金属晶体属于下列三种晶格形式： 体心立方晶格 晶格常数：a=b=c, α=β=γ=900 晶胞中原子位于正方体的八个顶角和立方体中心，由于每个顶角上的原子同时属于周围八个晶胞共有，所以体心立方晶胞中含有的原子数为2 在立方体对角线上，三个原子球相切，故：原子半径r=a/4 属于这种晶格的金属有：α-Fe, Cr, W, Mo ,V, Nb 等。 面心立方晶格 晶格常数：a=b=c, α=β=γ=900 晶胞中原子位于立方体的八个顶角和六个面的中心，晶胞原子数：1/8*8+1/2*6=4 原子半径r=a/4 属于这种晶格的金属有：γ-Fe, Al, Cu, Ag, Au, Pb 等。 密排六方晶格 晶格常数：a=b≠c, α=β=900，γ=1200；a-六方柱体底边长，c-上下底面的距离 当c/a= 1.633时，为理想密排六方晶格 晶胞中，原子位于六方柱体的十二个顶角，上下底面中心，六方柱体中还有三个原子，晶胞原子数：1/6*12+1/2*2+3=6 原子半径r= a/2 属于这种晶格的金属有：Mg, Zn, Cd（镉）,Be等 三种典型晶格的致密度及晶面、晶向分析 晶格致密度 晶格的致密度是指