2.2 金属的晶体结构

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1、2.2金属的晶体结构主要内容金属晶体结构类型合金相结构固溶体金属间化合物金属中常见的晶体结构类型体心立方(BCC)面心立方(FCC)密排六方(HCP)铁(-Fe)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)等a=b=c,===90°铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、镍(Ni)、铅(Pb)、铁(－Fe)等a=b=c,===90°钛(Ti)、锆(Zr)、镁(Mg)、锌(Zn)等a=bc,==90°=120°晶体结构与材料性能：(一般规律)面心立方的金属塑性最好，体心立方次之，密排六方的金属较差

2、。一、金属的晶体结构常见的晶体学参数用来衡量晶胞的大小，是表征物质晶体结构的一个很重要的物理量，可用X射线衍射法测定。立方晶系：a=b=c，点阵常数用晶胞的一个棱边长a表示即可。六方晶系：a1=a2=a3≠c，常用a和c两个点阵常数。当密排六方用等径原子作紧密排列时，c/a=1.633。具有六方结构的金属，其c/a值在1.568到1.886之间变动。点阵常数配位数在晶体中，与某一原子最临近且等距离的原子数称为配位数(CN)。体心立方的配位数是8面心立方的配位数是12密排六方当c/a=1.633时，CN=12致密度晶体中原子堆垛

3、的紧密程度称为致密度(K)。就是原子晶胞内原子球所占体积与晶胞体积的比值。K=nVa/V，n为晶胞中的原子数Va为原子体积，V为晶胞体积。以面心立方为例：常见的晶体学参数晶体中的间隙晶体中是存在空隙的，从钢球的模型中(右侧)可以看出这些空隙就是钢球之间的间隙。体心立方晶体中(110面上原子的排列)晶体间隙有两种：四面体和八面体最近邻的两个原子中心之间的距离一半，用r表示。原子半径常见的晶体学参数体心立方面心立方密排六方是指晶体中每个原子占有的体积，用晶胞体积V除以晶胞中的原子数m，得到结构原子体积Va。结构原子体积常见的晶体学

4、参数其中Vv是摩尔晶体中总间隙体积NA是阿佛加德罗常数三种典型金属结构的晶体学特征参数结构特征晶体结构类型面心立方(A1)体心立方(A2)密排六方(A3)点阵常数aaa,c(c/a=1.633)原子半径R晶胞内原子数426配位数12812致密度0.740.680.74间隙四面体间隙数量大小80.225R120.291R120.225R八面体间隙数量大小40.414R60.154R<100>0.633R<110>60.414R其它类型结构A4结构结构特点：由于共价键的饱和性和方向性的特点，使得共价键晶体中原子的配位数要比离子型晶

5、体和金属型晶体的小。常见结构：典型的共价晶体有金刚石(单质型)、石墨、Ge、Si、ZnS(AB型)和SiO2。金刚石为复杂的面心立方点阵，看见每个阵点上有两个原子，原子间最近距离为每个原子被4个邻近原子所包围，临近原子组成一个四面体。该原子位于四面体中心，配位数为4。满足8－N规律。金刚石结构中心原子三角(菱方系结构)A7结构正方系结构三斜系结构A8其它类型结构二、合金中的相结构固溶体金属间化合物主体金属金属元素非金属元素制备新型合金添加添加新型合金中的合金相固溶体：多种合金组元在原子尺度上相互溶解形成的固体。固溶体的晶体结构

6、与某一组元相同。溶剂-溶质。中间相(金属化合物)：组成原子有固定比例，其结构与组成组元均不相同的相。Mg中添加Nd形成的Al11Nd3金属间化合物相相的分类结构铁碳合金中的Fe3C相Al-Mg-Si合金中的Mg2Si相按溶质原子位置不同1、固溶体的分类置换固溶体间隙固溶体如陶瓷材料中的MgO-CoO、MgO-CaO、PbTiO3-PbZrO3、Al2O3-Cr2O3Cu-Zn系和固溶体在合金中较为常见，是金属和H、B、C、N等元素形成的固溶体(一)固溶体按固溶浓度不同无限固溶体有限固溶体溶质和溶剂可以按任意比例相互固溶所生

7、成的固溶体溶质只能以一定的溶解限度(固溶度)溶入溶剂中，低于固溶度条件下生成的固溶体是单相的，一旦溶质超出这一限度即出现第2相。按溶质原子分布不同有序固溶体无序固溶体各组元质点分别按照各自的布拉维点阵进行排列，整个固溶体就是由各组元的分点阵组成的复杂点阵，称超点阵或超结构。各组元质点分布是随机的、无规则的有序固溶体有序固溶体无序固溶体无序固溶体2、影响置换式固溶度的因素Ni置换Cu生成无限固溶体：Cu1-xNix，其中x=0~1很多二元体系是生成有限置换型固溶体，其中有些体系的固溶量非常低。问题的提出在理论的指导下，通过对实践

8、经验的积累总结，提出了一些重要的影响因素：(1)质点尺寸因素(2)电负性因素(3)电子浓度因素(4)晶体结构因素主要影响因素(1)质点尺寸因素——决定性因素。从晶体结构的稳定观点来看，相互替代的质点尺寸愈接近，则固溶体愈稳定，其固溶量将愈大。主要影响因素经验证明：当<15