第3章晶体结构和结晶副本

1、一、金属的晶体结构一、金属的晶体结构二、实际金属结构二、实际金属结构三、金属的结晶三、金属的结晶第第3 3章章 晶体结构与结晶晶体结构与结晶 第一节第一节 金属的晶体结构金属的晶体结构晶体：指原子呈规则排列的固体，具有晶体：指原子呈规则排列的固体，具有各向异性各向异性和和固定的固定的熔点熔点。金属主要以晶体形式存在。金属主要以晶体形式存在。雪花晶体雪花晶体 玻璃玻璃晶态晶态一、晶体的概念一、晶体的概念非晶体：指原子呈无序排列的固体。非晶体：指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体和非晶体可在一定条件下晶体和非晶体可互相转化互相转化。 食盐食盐1 1、晶格：、晶格：晶体中原子排列的空间格子晶体中

2、原子排列的空间格子。各连线的交点。各连线的交点称称结点结点。2 2、晶胞：、晶胞：构成晶格最小几何单元。构成晶格最小几何单元。3 3、晶格常数：、晶格常数：晶胞三个棱边的尺寸晶胞三个棱边的尺寸 a a、b b、c c。各棱间的夹角用。各棱间的夹角用 、 、 表示。表示。假设：原子为固定不动的刚性小球假设：原子为固定不动的刚性小球二、晶系二、晶系 立方晶系立方晶系：a a = =b b = =c c， = = = = = 90= 90 根据晶胞内根据晶胞内6 6个参数不同，将晶体分为七种晶系。个参数不同，将晶体分为七种晶系。90%90%以上的金属具有以上的金属具有立方晶系立方晶系和和六方晶系六方

3、晶系。六方晶系：六方晶系：五、常见的金属晶体结构五、常见的金属晶体结构（1 1）体心立方晶格）体心立方晶格bccbcc90%90%以上的金属具有以下三种典型的晶体结构。以上的金属具有以下三种典型的晶体结构。（2 2）面心立方晶格）面心立方晶格fccfcc（3 3）密排六方晶格）密排六方晶格hcphcp1 1、体心立方晶格、体心立方晶格 BCC BCC 体心立方晶格体心立方晶格原子个数：原子个数：晶格常数：晶格常数：a (a=b=c)a (a=b=c)原子半径：原子半径：4/3ar配位数：配位数：致密度：致密度：常见金属：常见金属： -Fe-Fe、CrCr、WW、MoMo、V V、NbNb等等2

4、 22 2、面心立方晶格、面心立方晶格 FCC FCC a42r 原子个数：原子个数： 面心立方晶格面心立方晶格原子半径：原子半径：常见金属：常见金属： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等等晶格常数：晶格常数：a (a=b=c)a (a=b=c)配位数：配位数：致密度：致密度：4：r = a / 2r = a / 2原子半径原子半径原子个数：原子个数：6 6配位数：配位数： 1212致密度：致密度：0.740.74常见金属：常见金属： MgMg、ZnZn、 BeBe、CdCd等等晶格常数：底面边长晶格常数：底面边长 a a 和高和高 c c，c/a=1.633c/a=1.6333 3、密排

5、六方晶格、密排六方晶格 HCP HCP致密度和配位数致密度和配位数1 1、配位数：、配位数：晶格中与任一原子距离晶格中与任一原子距离最近且等距离的原子数目。最近且等距离的原子数目。反映原子排列的紧密程度反映原子排列的紧密程度2 2、致密度：、致密度：晶胞中原子本身所晶胞中原子本身所占的体积百分数。占的体积百分数。三、晶向指数三、晶向指数建坐标系建坐标系过原点过原点求坐标值求坐标值化整数化整数加加 晶向指数确定方法晶向指数确定方法晶向：晶胞中任意两点间的直线，矢量晶向：晶胞中任意两点间的直线，矢量表示晶向的符号称为晶向指数。表示晶向的符号称为晶向指数。（1 1）建立坐标系，晶格常数分别作为三个坐

6、标轴的长度单位；）建立坐标系，晶格常数分别作为三个坐标轴的长度单位；（2 2）过坐标原点做待定晶向的直线；）过坐标原点做待定晶向的直线；（3 3）求出直线上结点的坐标值。）求出直线上结点的坐标值。（4 4）将三个坐标值按比例化为最小）将三个坐标值按比例化为最小整数，加方括号，整数，加方括号，443443。ZYXcba例如：求下列晶向的晶向指数(a=b=c=1)4431 1、1 1、3/43/4；注意：注意：ZYX110110指指110110、101101、011011、110110、101101、011011、负指数改变截距的方向负指数改变截距的方向晶向族晶向族: :uvwuvw指原子排列规律

7、相同，但指原子排列规律相同，但互不平行互不平行的所有晶向。的所有晶向。110110101ZYX四、晶面指数四、晶面指数表示晶胞中任意平面的符号称为晶面指数。表示晶胞中任意平面的符号称为晶面指数。建坐标建坐标（不能过该晶面）（不能过该晶面）求截距求截距取倒数取倒数 化整数化整数加（）加（）（1 1）建立坐标系）建立坐标系XYZXYZ，如图。，如图。（原点不能在待定晶面上）（原点不能在待定晶面上）（2 2）求晶面在三个坐标轴上的截距。）求晶面在三个坐标轴上的截距。 （3 3）取三个截距的倒数）取三个截距的倒数 1 1、0 0、0 0（4 4）化为最小整数，加圆括号）化为最小整数，加圆括号(100)

8、(100)例如：求下列晶面的晶面指数例如：求下列晶面的晶面指数（100100）1 1、 练习：求出下面晶面的晶面指数练习：求出下面晶面的晶面指数(111)(120)(110)(112)注意：注意：晶面族：晶面族： hkl hkl 指原子排列规律相同，但指原子排列规律相同，但互不平行互不平行的一族晶面的一族晶面(110)(110)(011)(011)(110)(110)110110指指(110)(110)、(101)(101)、(011)(011)(110)(110)、(101)(101)、(011)(011)六、单晶体的各向异性六、单晶体的各向异性在某个晶向上力学、物理性能不同，如单晶硅在某个

9、晶向上力学、物理性能不同，如单晶硅多数金属晶体为多晶体，不显示各向异性多数金属晶体为多晶体，不显示各向异性“单晶硅的制取单晶硅的制取”单晶体多晶体单晶体多晶体 第二节第二节 实际金属结构实际金属结构 一、多晶体一、多晶体单晶体单晶体：原子按规律周期排列，所有晶格方位完全一致的晶体。（需人工获得）原子按规律周期排列，所有晶格方位完全一致的晶体。（需人工获得）多晶体多晶体：由许多晶格方位不同的晶粒构成。每个小晶体称为晶粒，晶粒之间由许多晶格方位不同的晶粒构成。每个小晶体称为晶粒，晶粒之间的界面称为晶界。的界面称为晶界。单晶冰糖和多晶冰糖单晶冰糖和多晶冰糖金属晶粒尺寸约金属晶粒尺寸约1 m几个几个m

10、m，铸造金属可达几，铸造金属可达几mm。纯铁组织纯铁组织晶粒示意图晶粒示意图铅锭宏观组织铅锭宏观组织二、晶体缺陷二、晶体缺陷（1 1）点缺陷：空位、间隙原子、异类原子）点缺陷：空位、间隙原子、异类原子（2 2）线缺陷：位错）线缺陷：位错（3 3）面缺陷：晶界与亚晶界）面缺陷：晶界与亚晶界点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，称晶格畸变晶格畸变。导电性下降，强度提高。导电性下降，强度提高。小置换原子小置换原子大置换原子大置换原子1 1、点缺陷：空间三维尺寸都很小的缺陷。、点缺陷：空间三维尺寸都很小的缺陷。（1 1）空位：晶格中某些结点未被原子占

11、据。）空位：晶格中某些结点未被原子占据。（2 2）间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。）间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。（3 3）置换原子：取代原来原子位置的外来原子。）置换原子：取代原来原子位置的外来原子。空位空位间隙原子间隙原子刃型位错刃型位错螺型位错螺型位错2 2、线缺陷：、线缺陷： 一维尺寸相对大的缺陷（位错）一维尺寸相对大的缺陷（位错）位错：晶体中若干列原子发生有规律的错排现象。位错：晶体中若干列原子发生有规律的错排现象。正刃型位错正刃型位错负刃型位错负刃型位错刃型位错：某一原子面在晶体内部中断，宛如用一把刀刃切入刃型位错：某一原子面在晶体内部中断，宛如用一把刀刃切入晶体，沿切口插入一额外半原子面。晶体，沿切口插入一额外半原子面。螺型位错：刀刃切入晶体后，上下部螺型位错：刀刃切入晶体后，上下部分沿着刃口相