第二章 金属的结构与结晶ppt课件.ppt

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1、第二章金属的晶体结构与结晶一、金属的晶体结构（一）晶体的基本概念1.晶格与晶胞晶格：描述晶体排列规律的空间格架。晶胞：从晶格中取出一个最能代表原子排列特征的最基本的几何单元。晶格常数：晶胞各棱边的尺寸。简单立方晶格、晶胞示意图晶系2.晶系按原子排列形式及晶格常数不同可将晶体分为七种晶系，见下表。4.晶胞中所含原子数一个晶胞内真正包含的原子数目。5.配位数及致密度在晶体结构中，与任一原子最近邻且等距离的原子数。晶胞中原子所占体积分数，即K=nv′/V。式中，n为晶胞所含原子数、v′为单个原子体积、V为晶胞体积。3.原子半径晶胞中原子密度最

2、大方向相邻两原子之间距离的一半。1.体心立方晶格（bcc晶格）⑴原子排列特征体心立方晶格的晶胞如图所示。（二）常见金属的晶格类型⑵晶格常数a=b=c,α=β=γ=90°。⑶原子半径。⑷晶胞所含原子数2个原子（）。⑸配位数8。⑹致密度68%()。⑺具有体心立方晶格的金属：α-Fe、β-Ti、Cr、W、Mo、V、Nb等30余种金属。⑴原子排列特征面心立方晶格的晶胞如图所示。2.面心立方晶格（fcc晶格）⑵晶格常数a=b=c,α=β=γ=90°。⑶原子半径。⑷晶胞所含原子数4个原子()。⑸配位数12。⑹致密度74%()。⑺具有面心立方晶格的金

3、属：γ-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au、Ag等。3.密排六方晶格（hcp晶格）⑴原子排列特征密排六方晶格的晶胞如图所示。⑵晶格常数⑶原子半径⑷晶胞所含原子数6个原子()。⑸配位数12。⑹致密度74%()。⑺具有密排六方晶格的金属：Mg、Cd、Zn、Be、α-Ti等。金属晶格的常用数据1.晶向指数的确定方法1)以晶胞中的某原子为原点确定三维晶轴坐标系，通过原点作平行于所求晶向的直线。2)以相应的晶格常数为单位，求出直线上任意一点的三个坐标值。3)将所求坐标值化为最简整数，并用方括号括起，即为所求的晶向指数，例如[101]。具体晶向指数

4、如图所示，其形式为[uvw]。(三)立方晶系的晶面、晶向表示方法在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面。任意两个原子之间的连线称为原子列，其所指方向称为晶向。表示晶面的符号称为晶面指数；表示晶向的符号称为晶向指数。晶向族：晶体学中等同的晶向统称为晶向族用尖括号表示2.晶面指数的确定方法1)选坐标，以晶格中某一原子为原点（注意不要把原点放在所求的晶面上），以晶胞的三个棱边作为三维坐标的坐标轴。2)以相应的晶格常数为单位，求出待定晶面在三个坐标轴的截距。3)求三个截距值的倒数。4)将所得数值化为最简单的整数，并用圆括号括起，即为晶面指数

5、，如图所示，其形式为（hkl）。晶面族是指晶体学上等同而彼此不平行的一组晶面，用大括号表示注意：1)每一个晶面指数(或晶向指数)泛指晶格中一系列与之相平行的一组晶面（或晶向）。2)立方晶系中，凡是指数相同的晶面与晶向是相互垂直的。3)原子排列情况相同但空间位向不同的晶面（或晶向）统称为一个晶面（或晶向）族。3.晶面及晶向的原子密度不同晶体结构中不同晶面、不同晶向上的原子排列方式和排列紧密程度是不一样的。体心立方、面心立方晶格主要晶面的原子排列和密度体心立方晶格中，原子密度最大的晶面族为{110}，称密排面；在面心立方晶格中，密排面为{1

6、11}。体心立方、面心立方晶格主要晶向的原子排列和密度体心立方晶格中，原子密度最大的晶向族是〈111〉，称密排方向。在面心立方晶格中，密排方向为〈110〉。（四）金属的实际结构与晶体的缺陷一块晶体内部晶格位向完全一致，称该晶体为单晶体。由多晶粒构成的晶体称为多晶体。实际晶体中存在的晶体缺陷，按缺陷几何特征可分为以下三种：金属多晶体示意图1.点缺陷点缺陷是指在三维尺度上都很小而不超过几个原子直径的缺陷。⑴空位，如图所示⑵间隙原子，如图所示⑶置换原子点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生了扭曲—晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增加，金属的

7、密度发生变化。点缺陷示意图2.线缺陷线缺陷是指二维尺度很小而另一维尺度很大的缺陷。它包括各种类型的位错。所谓位错是指晶体中一部分晶体相对另一部分晶体发生了一列或若干列原子有规律的错排现象。位错密度可用单位体积中位错线总长度来表示，即式中，ρ为位错密度（m-2）；ΣL为位错线的总长度（m）；V为体积（m3）。位错的存在极大地影响金属的力学性能，如图所示。3.面缺陷面缺陷是指二维尺度很大而另一尺度很小的缺陷。金属晶体中的面缺陷主要有晶界和亚晶界。晶粒与晶粒之间的接触界面称为晶界。如图（a)所示。亚晶粒之间的交界称为亚晶界。如图(b)所示。晶

8、界、亚晶界处具有许多特殊性能。§1-3金属的结晶一、结晶的基本概念（一）凝固与结晶：凝固L→S的过程（由液态转变为固态的过程）结晶L→S晶的过程（由液态转变为固态晶体的过程）（二）理论结晶温度：凡是纯元素（