第2章 2.3 金属的晶体结构

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1、2.3金属的晶体结构2.3.1纯金属的晶体结构一、典型金属的晶体结构二、多晶型性三、晶体结构中的原子半径（原子半径的影响因素）一、典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构是最简单的晶体结构。由于金属键的性质，使典型金属的晶体具有高对称性，高密度的特点。面心立方（A）face-centredcubiclattice→fcc1常见金属晶体体心立方（A）body-centredcubiclattice→bcc2的结构密排六方（A）hexagonalclose-packedlattice→hcp3面心立方点阵体心立方点阵密排六方点阵

2、面心立方（face-centeredcubic，fcc）面心立方晶胞示意图（a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图体心立方（body-centeredcubic，bcc）体心立方晶胞示意图（a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图密排六方（hexagonalclose-packed，hcp）1.晶胞中原子数每个晶胞所含有的原子数（N）可用下式计算：N=N+N/2+N/mifrN,N,N分别表示位于晶胞内部，面心和角顶上的原子数，ifrm为晶胞类型参数，立方晶系m=8，六方晶系m=6.

3、体心立方面心立方密排六方11111n812n864n12236882622.原子半径与点阵常数的关系晶胞中棱边长度a,b,c称为点阵常数。如把原子看作半径为r的刚性球，则可据几何关系求出点阵常数与r之间的关系。体心立方面心立方密排六方3a2aarrr4423.配位数与致密度配位数和致密度是定量表示原子排列紧密程度2个参数。配位数（coordinationnumber，CN）：晶体结构中任一原子周围最近且等距离的原子数。致密度（K）：晶胞中原子所占的体积分数，nvKV式中，

4、n为晶胞原子数，v原子体积，V晶胞体积。4234(a)面心立方配位数为12nv34K0.743Va4332(a)nv34体心立方配位数为8K0.683Va密排六方配位数为124a34()nv32K0.743V32a原子半径原子数配位数致密度体心立方3280.68ra4面心立方24120.74ra4密排六方16120.74ra2思考题试计算体心立方铁受热而变为面心立方铁时出现的体积变化。在转变温度下,体心立方铁的点阵参数是2.863Å，而面心立方铁的点阵参数是3.591Å。333

5、.59122.863V%100%1.34%322.863这表明铁在加热时出现收缩。进一步计算BCC和FCC中Fe原子半径。（配位数增加，原子半径加大）思考题分别画出面心立方晶格和体心立方晶格{100},{110},{111}晶面上原子排列示意图。4.晶体中原子的堆垛方式面心立方和密排六方结构的致密度均为0.74，是纯金属中最密集的结构面心立方与密排六方虽然晶体结构不同，但配位数与致密度却相同，为搞清其原因，必须研究晶体中原子的堆垛方式面心立方与密排六方的最密排面原子排列情况完全相同，但堆垛方

6、式不一样等径球最紧密堆积时，在平面上每个球与6个球相接触，形成第一层（球心位置标记为A。此时，每3个彼此相接触的球体之间形成1个弧线三角形空隙，每个球周围有6个弧线三角形空隙，其中3个空隙的尖角指向图的下方（其中心位置标记为B），另外3个空隙的尖角指向图的上方（其中心位置标记为C），这两种空隙相间分布。AAABAAAAAAAAACAAAAAAA等径球体在平面上的最紧密堆积面心立方最紧密堆积和六方最紧密堆积球体在空间的堆积是按照ABAB……的层序来堆积。这样的堆积中可以取出一个六方晶胞，称为六方最紧密堆积（A型）。3另一种

7、堆积方式是按照ABCABC……的堆积方式。这样的堆积中可以取出一个面心立方晶胞，称为面心立方最紧密堆积。面心立方堆积中，ABCABC……重复层面平行于（111）晶面（A型）。1两种最紧密堆积中，每个球体周围同种球体的个数均为12。面心立方最紧密堆积121263635454A1263B54C面心立方最紧密堆积ACABCABC……,B即每三层重复一次ACBA面心立方最紧密堆积126354面心立方最紧密堆积面心立方晶胞——面心立方最紧密堆积CBA密排面六方最紧密堆积126354ABAB……的层序堆积六方最紧密堆积ABABAB…

8、…每两层重复一次ABABA六方晶胞——六方密堆积AA密排BB面AA5.晶体结构中的间隙刚球模型四面体间隙先找八面体间隙，后找四面体间隙刚球模型八面体间隙八面体间隙：位置是立方体的正中心和每条棱边中心，其数目为4.rB/rA=0.414四面体间隙：位于由一个顶角原子和三个面中心原连接成的正四面体中心，（4条体对角线距离