第一章金属的晶体结构1

第一章金属的晶体结构组织结构不同，性能不同；性能（用途）组织结构成分工艺四面体模型化学成分不同，性能不同；加工制造工艺不同，性能不同；成分相同、工艺不同，性能不同金属和合金在固态下通常为晶体。1§1-1金属§1-2金属的晶体结构§1-3实际金属的晶体结构2一、金属原子的结构特点§1-1金属金属？最外层电子很少，一般为1-2个，最多3个具有正的电阻温度系数的物质。原子核：带正电质子：正电荷中子：电中性核外电子：带负电原子金属原子的结构特点:失去电子形成正离子（正电性元素）非金属？311个质子12个中子K层(n=1)L层(n=2)M层(n=3)1s22s22p63s1Na钠（原子序数为11）原子结构中K、L和M量子壳层的电子分布状况4非金属元素的原子结构特点：最外层4-7个元素得到电子形成负离子（负电性元素）过渡族金属元素的原子结构特点：易失去最外层电子和次外层电子最外层电子很少，一般为1-2个，最多3个金属原子的结构特点:

失去电子形成正离子（正电性元素）最外层电子数很少一般为1-2个，最多3个（同于金属原子的结构特点）；（Ti、V、Fe、Mn、Co等）次外层未填满、最外层先填充电子过渡族金属的原子间结合力强，熔点高、强度高次外层电子也参与结合5二、金属键金属的特性：金属中自由电子与金属正离子之间构成的键合方式公有化的自由电子与正离子之间的结合方式离子键：共价键：一失一得，静电作用相邻原子共用它们的外部价电子，形成稳定的满壳层（金刚石）（氯化钠）导电？自由电子沿电场方向运动塑性？正离子始终被电子云包围导热？自由电子运动、正离子振东不透明、具有金属光泽？正的电阻温度系数？61）正离子与电子的吸引力2）正离子与正离子、电子与电子的排斥力“结合力”是吸引力和排斥力的代数和三、结合力与结合能

问题：金属原子为什么排列规则，并趋于紧密排列？结合能：？固态金属中两个原子之间的作用力：吸引能和排斥能的代数和7排斥能吸引能结合能AB原子间距do吸引能排斥能EAB－F排斥力引力结合力AB原子间距dodc＋F吸引力排斥力d0双原子作用模型理论抗拉强度d0平衡间距或位置dc理论抗拉强度最大结合力任何对d0偏离，都使势能升高形成原子团比单个原子能量低原子周围最近邻的原子数越多结合能越低能量越低，状态越稳定EAB结合能或键能金属原子为什么排列规则，并趋于紧密排列？d>d0时，相互吸引d<d0时，相互排斥d=d0时，结合力为零8一、晶体的特征晶体：原子（离子、分子）在三维空间作有规则的周期性排列的物质。长程有序，各向异性。非晶体：原子（离子、分子）在三维空间内不规则排列的物质。短程有序，各向同性。

§1-2金属的晶体结构(a)是否具有周期性、对称性(b)是否长程有序(c)是否有确定的熔点？(d)是否各向异性区别9二、晶体结构与空间点阵A理想晶体——实际晶体的理想化三维空间无限延续，无边界严格按周期性规则排列，是完整的、无缺陷。原子在其平衡位置静止不动晶体中原子（离子、分子）在三维空间有规律的具体排列方式。晶体结构：10

Ｂ.理想晶体的晶体学抽象晶格：描述晶体中原子排列规律的空间格子（空间点阵）晶胞：完全反映晶体特征的最小几何单元阵点：代表构成晶体的原子的几何点1112晶胞的表示法xyz晶格常数或点阵常数latticeconstant

三个棱边的长度a,b,c轴间夹角α,β,γ表示。13晶系与布拉菲点阵三个晶格常数a、b、c和三个轴间夹角、、七大晶系14种点阵类型布拉菲点阵14种布拉菲点阵(7个晶系crystalsystem)14七个晶系晶格常数；轴(棱边)之间的夹角三斜晶系a≠b≠c，α≠β≠γ≠90°

单斜晶系a≠b≠c，α=γ=90°≠β正交晶系a≠b≠c，α=β=γ=90°

六方晶系a=b≠c，α=β=90°，γ=120°

菱方晶系a=b=c，α=β=γ≠90°

四方晶系a=b≠c，α=β=γ=90°

立方晶系a=b=c，α=β=γ=90°

7个晶系与14种布拉菲点阵15babcagabc，a

b

g

90简单三斜结构1、三斜晶系16bcabcabc，b=g=90

aaaa2.单斜晶系简单单斜结构、底心单斜结构17abccababc,a=b=g=903.正交晶系简单正交结构、底心正交结构、体心正交结构、面心正交结构18a=bc,a=b=90,g=120ac4.六方晶系简单六方结构195.菱方晶系aaaaaa=b=c，a=b=g

90简单菱方结构20acaacaa=bc,a=b=g=90简单四方结构、体心四方结构6.四方晶系21aaaaaaaaaa=b=c，a=b=g=907.立方晶系简单立方结构、体心立方结构、面心立方结构22最常见的金属晶体结构（2）面心立方结构Face-centeredcubic（1）体心立方结构Body-centeredcubic（3）密排六方结构Hexagonal

close-packed体心立方点阵bcc面心立方点阵fcc密排六方点阵hcp231）晶胞中的原子数4）配位数5）致密度

晶体中原子排列的紧密程度是反映晶体结构特征的一个重要因素2）点阵常数a，c3）原子半径r立方晶系六方晶系2fcNN+iN=N+6晶体结构特征的5个参数配位数：指晶体结构中，与任一原子最近邻并且等距离的原子数致密度：晶胞中原子所占的体积分数24(1)体心立方（bcc）晶胞中含有2个原子刚球模型质点模型晶胞原子数模型α-Fe、Cr、Mo、W、V、Nb等约30多种晶格常数a=b=c;α=β=γ=90°25原子密排列面是{110}，密排方向是〈111〉，在密排方向上原子相切：致密度：每个原子有8个最近邻原子，配位数为8。k原子半径26(2)面心立方（fcc）晶胞中含有4个原子。刚球模型质点模型晶胞原子数模型γ-Fe、Cu、Ni、Al、Ag等约20种晶格常数a=b=c;α=β=γ=90°27原子密排列面是{111}，密排方向是〈110〉，在密排方向上原子相切：致密度：每个原子有12个最近邻原子，配位数为12。k原子半径28(3)密排六方（hcp）晶胞中含有6个原子。刚球模型质点模型晶胞原子数模型2fcNN+iN=N+6Zn、Mg、Cd等a=b≠c;α=β=90°；γ=120°晶格常数29轴比（axialratio）303种典型的金属晶体结构参数小结结构原子半径原子数配位数致密度常见金属BCCα-Fe,,W,Mo,Nb,V,CrFCCγ-Fe,Cu,Al,Ag,Pb,NiHCPMg,Zn,Be,α-

Tiα-Co,Cd密排结构（close-packedcrystal