金属晶体结构及结晶课件.ppt

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1、第一节金属的晶体结构物质由原子组成。原子的结合方式和排列方式决定了物质的性能。原子、离子、分子之间的结合力称为结合键。它们的具体组合状态称为结构。自然界中的固态物质按其原子（或分子、离子）的聚集状态可分为晶体和非晶体两大类。C60金属的晶体结构晶体：原子（原子团或离子）在三维空间按一定规则周期性重复排列的固体。如固态金属、钻石、冰等。晶体具有各向异性。非晶体：原子（原子团或离子）在三维空间中无规则排列的物质，也称为玻璃态。如松香、玻璃、塑料等。金刚石晶格SiO2非晶态金属的晶体结构石墨及其晶格金刚石及其晶格组成成分

2、相同，但晶体结构不同的两种晶体，其性能不同！金属的晶体结构SiO2的结构在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。金属的晶体结构晶体能自发地形成多面体外形晶体有确定的熔点晶体是各向异性的晶体能对X射线产生衍射效应。晶体的特征：金属的晶体结构（一）金属中原子的结合方式在金属晶体中，金属原子失去价电子后成为正离子,所有价电子成为自由电子并为整个原子集团所公有,所有自由电子围绕所有原子核运动，形成电子云，金属正离子沉浸在电子云中，并依靠与自由电子之间的静电作用而使金属原子结合起来形成金属晶体。这种原子结合方式称为金属键。金属的

3、晶体结构（二）晶体学基础把晶体中每个原子抽象成一个点，用直线连接，构成的空间格架称为晶格。组成晶格的最小几何组成单元是晶胞。a、b、c是晶格常数，单位是10-10m(Å)；晶胞各边夹角以a、b及g表示。caXbbaYZ原子排列模型晶格晶胞简单立方晶体金属的晶体结构在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面，任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。为了确定晶向、晶面在晶体中的空间位向，就需要引入一个统一的规则来标志它们，这种统一的标志，叫做晶向指数和晶面指数。国际上通用的是密勒（Miller）指数。（二）晶体学基础

4、金属的晶体结构（三）常见的金属晶格体心立方BCC(body-centercubic)面心立方FCC(face-centeredcubic)密排六方HCP(hexagonalclose-packed)模型晶胞原子数密排面金属的晶体结构（1）体心立方晶格（BCC）晶格常数为a(a=b=c)，致密度为68%晶胞原子数为2属于这种晶格类型的金属有a-Fe（912℃以下纯铁）、铬（Cr）、钨（W）、钼（Mo）、钒（V）等。模型晶胞晶胞原子数金属的晶体结构体心立方晶格的参数金属的晶体结构模型晶胞晶胞原子数晶格常数为a(a=b=

5、c)，致密度为74%晶胞原子数为4属于这类晶格的金属有g-Fe（912~1394℃的纯铁）、铜（Cu）、铝（Al）、镍（Ni）等。（2）面心立方晶格（FCC）金属的晶体结构面心立方晶格的参数金属的晶体结构晶胞是一个六方柱体，柱体的上下底面六个角及中心各有一个原子,柱体中心还有三个原子，致密度为74%晶胞原子数为6属于这种晶格类型的金属有镁(Mg)、锌(Zn)、铍(Be)、镉(Cd)等。模型晶胞晶胞原子数（3）密排六方晶格（HCP）金属的晶体结构密排六方晶格的参数12的最近原子是12个金属的晶体结构金属中常见晶格类型

6、的基本参数晶格类型体心立方（bcc）面心立方（fcc）密排六方（hcp）晶胞结构晶胞常数晶胞内原子数原子半径致密度配位数典型金属a＝b＝cα＝β＝γ＝90°a＝b＝cα＝β＝γ＝90°a＝bc/a＝1.633α＝β＝90°,γ＝120°0.680.740.7481212α-Fe、Mo、W、V、Cr、β-Tiγ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、AgMg、Cd、Zn、Be、Ca、α-Ti（四）单晶体与多晶体结晶方位完全一致的晶体，称为单晶体。通常使用的金属都是由很多小晶体组成的，这些小晶体内部的晶格位向是均匀一致的，而它

7、们之间，晶格位向却彼此不同，这些外形不规则的颗粒状小晶体称为晶粒。每一个晶粒相当于一个单晶体。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。这种由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。单晶体多晶体晶粒晶界金属的晶体结构单晶体举例食盐晶体天然水晶雪花单晶冰糖多晶体举例来自外太空的陨石沙子金属陶瓷晶体中各晶面和晶向上的原子排列方式和密度不同，导致同一晶体的不同晶面和晶向上的各种性能也不同，这种现象称为各向异性。[111]方向上，弹性模量E=290000Mpa；[001]方向上，弹性模量E=135000Mpaa-Fe单晶体，BCC（五）单晶体的

8、各向异性金属的晶体结构单晶体具有各向异性的特征。但工业上实际应用的金属材料，因为属于多晶体，一般不具有各向异性的特征。如工业纯铁在任何方向上其弹性模量E均为2.1×105MPa。（五）单晶体的各向异性金属的晶体结构通常使用的金属都是由很多小晶体组成的，这些小晶体内部的晶格位向是均匀一致的，而它们之间，晶格位向却彼此不同，这些外形不规则的颗粒状小晶体称为晶粒。