材料科学基础西交版第二章-材料的结构-纯金属的晶体结构

2.2纯金属的晶体结构

2.2纯金属的晶体结构

金属在固态下一般都是晶体。决定晶体结构（crystalstructure）的内在因素是原子、离子、分子间结合键的类型及键的强弱。金属晶体是以金属键结合，其晶体结构比较简单,常见的有:

面心立方结构

A1或fcc

(face-centeredcubic)

体心立方结构

A2或bcc

(body-centeredcubic)

密排六方结构

A3或hcp(hexagonal

close-packed)2.2.1三种典型金属的晶体结构描述晶胞从以下几个方面：晶胞中原子的排列方式(原子所处的位置)点阵参数(晶格常数和晶轴间夹角)晶胞中原子数原子半径R(原子半径和点阵常数之间的关系)配位数

(CN,coordinativenumber)

和致密度(K)密排方向和密排面晶体结构中的间隙(大小和数量)原子的堆垛方式三种典型金属晶体结构刚球模型体心立方面心立方密排六方三种典型金属晶体结构晶胞中原子数体心立方面心立方密排六方原子半径与晶格常数体心立方面心立方密排六方三种典型金属晶格密排面的堆垛方式1.面心立方结构(特征）晶胞中原子排列：在立方体的八个顶角和六个面的面心上各有一个原子。点阵参数:a=b=c；α=β=γ=90º晶胞中原子数:n=8×1/8＋6×1/2=4个原子半径R:原子半径--两个相互接触的原子中心距离一半配位数与致密度：

配位数CN=12

致密度k=0.74密排面和密排方向

密排面：{111}密排方向：<110>面心立方晶格原子位置面心立方晶格晶胞原子数面心立方晶格原子配位数面心立方密排面和密排方向密排面：{111}密排方向：〈110〉1.面心立方结构（间隙及堆垛方式）间隙有两种:四面体间隙和八面体间隙，如图2-15

八面体间隙（有八个面的空隙）位于晶胞体中心和每个棱边的中点，由6个面心原子所围成,其大小：rB=0.414R，rB为间隙半径，R为原子半径，间隙数量为4个。

四面体间隙（有四个面的空隙）由一个顶点原子和三个面心原子围成，其大小：rB=0.225R，间隙数量为8个。堆垛方式：ABCABC…或ACBACB…的顺序堆垛具有面心结构金属:γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag等。面心立方晶格中的八面体间隙面心立方八面体间隙面心立方四面体间隙面心立方四面体间隙面心立方晶体的ABCABC顺序密堆结构三种典型金属晶格密排面的堆垛方式2.体心立方晶格(特征）原子排列：晶胞八个顶角和晶胞体心各有一个原子点阵参数：a=b=c，α=β=γ=90º晶胞中原子数：n=8×1/8＋1=2个原子半径:配位数和致密度:

配位数：CN=8

致密度：k=0.68密排面和密排方向：

密排面：{110}密排方向：<111>体心立方晶格原子位置体心立方晶格晶胞中原子数体心立方晶格原子配位数体心立方晶格密排面和密排方向密排面：{110}密排方向：〈111〉2.体心立方结构（间隙及堆垛方式）间隙有两种：八面体和四面体间隙，如图2-16

八面体间隙位于晶胞六面体每个面的中心和每条棱的中心。由一个面上的四个顶角原子和相邻两个晶胞体心共6个原子围成，即数量为6。大小为rB=0.154R(在<100>)或rB=0.633R(在<110>)。

四面体间隙由两个体心原子和两个顶角原子所围成，大小rB=0.291R,有12个。堆垛方式:ABABAB…的顺序堆垛bcc结构金属:α-Fe、δ-Fe、Cr、Mo、W、V等体心立方晶格的间隙八面体间隙四面体间隙

体心立方八面体间隙体心立方四面体间隙体心立方晶格的ABAB密堆结构3.密排六方晶格（特征）原子排列:正六棱柱体12个顶角和上下底中心各有一个原子，正六棱柱体中心有三个原子点阵参数:a1=a2=a3≠c，c/a=1.633，α=β=90º，γ=120º晶胞中原子数：n=12×1/6＋2×1/2＋3=6个原子半径:2R=aR=a/2配位数和致密度

配位数：CN=12

致密度:K=0.74密排面和密排方向

密排面：{0001}密排方向：<1120>密排六方晶格原子位置密排六方晶格晶胞原子数密排六方晶格原子配位数密排六方晶格密排面和密排方向密排面：{0001}密排方向：〈1120〉3.密排六方晶格(间隙及堆垛方式）间隙:较为复杂，如图2-17

八面体间隙：rB=0.414R有6个

四面体间隙：rB=0.225R有12个堆垛方式:ABABAB…顺序堆垛hcp结构金属有：Mg、Zn、Be、Cd等密排六方晶格八面体间隙密排六方晶格四面体间隙密排六方结构原子堆垛顺序面心立方晶体的ABCABC顺序密堆结构三种典型金属晶格密排面的堆垛方式2.2.2多晶型性（同素异构性）

多晶型性指某些金属在不同温度和压力下具有不同的晶体结构。

多晶型性转变指金属在外部条件(如T和P)改变时，其内部从一种晶体结构向另一种晶体结构的转变,又称同素异构转变。例如纯铁:2.2.3晶体的各向异性

各向异性：由于在不同方向上的原子排列的紧密程度不同使晶体在不同方向上的物理、化学和力学性能不同。一般整个晶体不显示各向异性，称为伪等向性。2.2.4晶体结构中的原子半径温度与压力的影响结合