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文档简介
1、1.4金属的晶体结构:1。晶体和无定形晶体其中原子(或离子分子)按照一定的规则过程在三维空间中周期性排列的物质。例如,玻璃、棉花和木材是无定形的。液态金属的原子排列没有周期性规律,也不是晶体。当凝固成固体时,原子周期性地有规律地排列,然后变成晶体。在极其快速冷却的条件下,一些金属可以获得固态非晶,即液态原子排列保持在固态。因此,无定形也被称为“过冷液体”或“金属玻璃”。1.结晶物质和无定形物质在性质上有两个主要区别:1 .前者在熔化时有固定的熔点,而后者的软化温度范围没有明显的熔点;前者是各向异性的。而后者是各向同性的。2.晶体结构和空间晶格。晶体结构是指晶体中原子(或离子、分子和原子团)在三
2、维空间中的规则和周期性重复排列。堆垛模型:假设晶体中所有的材料颗粒都是固定的钢球。图1.3(a)阵列点或节点:忽略粒子,将其抽象为纯几何点。空间点阵:由规则和周期性重复的阵列点形成的空间几何图形。晶体中原子排列示意图,2。晶体结构和空间晶格:用直线连接阵列点形成空间晶格。图1.3(b)晶胞:能反映晶格特征的最小几何单位。图1.3(c)晶格或晶格常数:单位晶胞的边长分别表示为x、y和z轴上的a、b和c。三种典型的金属晶体结构,分析晶格常数与轴间夹角的关系,分析14种空间晶格的对称度和特征,属于7个晶系,1个体心立方晶格,模型如图1.5 a=b=c =90 (1)原子半径:r=3a/4 (2)原子
3、数:在体心立方晶格中,有8个原子与最近的中心原子等距,所以体心立方晶格的配位数如果原子被认为是刚性球体,原子之间一定有间隙。原子排列的紧密度可以用原子占据的体积与细胞体积的比值来表示,这种比值称为密度或密度系数。K=nV1/V可由以下公式表示。对于体心立方晶格,K=0.68,2面心立方晶格,(1)原子半径:r=2a/4;(2)原子序数:1/8 * 8 1/2 * 6=4;(3)配位数:4 * 3=12;密度:k=0.742面心立方晶格;(1)原子半径:r= 2a/。上下底面的中心有一个原子;晶胞中有三个原子。原子半径:a/2原子序数:1/6*12 1/2*2 3=6晶格常数:正六边形边长、柱高
4、、c轴比、c/a配位数:12密度:0.74,4原子堆积方式和晶体中的间隙,(1)堆积方式:分析计算表明,12个位置的配位数最大;最大密度为0.74。因此,面心立方晶格和密排六方晶格都属于排列最紧密的晶格。晶体中原子的堆积方式和间隙(2)晶体中的间隙:体心立方:八面体间隙,被6个原子包围,平面八面体;四面体间隙,被4个原子包围,不对称。4晶体中原子的堆积方式和间隙;(2)晶体间隙:面心立方:正八面体和正四面体。八面体间隙半径为0.146a;四面体间隙半径为0.08a。密排六方晶格的八面体和四方间隙的位置不同于面心立方晶格。在晶体中,由一系列原子组成的平面称为晶体平面,任何两个原子之间连线所指向的
5、方向称为晶体方向。为了研究和表达不同晶面和取向的原子在空间中的排列和取向,有必要有一个统一的表示方法,即晶面指数和取向指数。1晶体取向指数,确定步骤:(1)确定坐标系;(2)引入有向直线;(3)在线上取一个点并找到它的坐标;(4)用写。一般来说,u,v,w用来表示晶体取向指数的一般形式。如果晶体取向指向坐标的负方向,坐标值将为负值。此时,结晶取向指数的数字将被标记为负号。1,应该指出,从结晶取向指数的确定步骤中,可以看出结晶取向指数不仅代表直线的取向,而且代表平行线族的取向,即所有平行结晶取向都具有相同的结晶取向指数。所有具有相同原子排列但不同空间取向的晶体取向称为晶体取向族,由表示。2晶面指
6、数,确定步骤:(1)确定原点在晶面外的坐标系;(2)求出晶面在各轴上的截距;(3)取倒数,取整,放在括号里。一般表达式是(h,k,l)。2晶面指数,类似于取向指数,某一晶面指数不仅代表一个特定的晶面,而且代表一组平行晶面。这样,当两个晶面的指数的数目和序列完全相同并且符号相反时,则两个晶面彼此平行,这相当于将某个晶面指数中的每个数字乘以-1。例如,(100)晶面平行于(-100)晶面,(-111)晶面平行于(1-1-1)晶面,等等。在相同的晶体结构中,虽然某些晶面在空间上有不同的取向,但它们的原子排列是完全相同的。这些晶面属于一个晶面族,它们的晶面指数用括号h,k,l表示。例如,在立方系统中:
7、 100 =(100)(010)(001) 110 =(110)(101)(011)(-110)(-101)(0-11),3根据六边形,六边形晶格的取向指数和平面指数,这样,其晶面指数表示为(h,k,I,l),六个柱面的指数为(10-10),(01-10),(-1100),(-1100)用上述方法标定的晶面指数有四个,所以不难看出前三个指数中只有两个是独立的,它们之间有如下关系:i=-(h k)或h k i=0。当使用四个坐标轴时,它们是不同的,因为还有一个坐标轴。现在将参照图1.23解释,从原点开始,依次沿着平行于四个坐标轴的方向移动,从而最终到达待校准的方向之一。为了移动,必须选择适当的路
8、线,使得沿轴a3的移动距离等于沿轴a1a2的移动距离之和的负值。每个方向上的移动距离减少到最小正数,并添加方括号来指示该方向上的晶体取向指数。这种校准方法很麻烦。用三个坐标轴计算晶体相位指数UVW,然后按以下关系转换成四个坐标轴的晶体取向指数U,V,T,W,既方便又容易。一个带由一组平行于或相交于同一条直线的晶面组成。这组晶面称为公共能带面,直线称为能带轴。图1.24中的晶面(010)、(110)和(120)都属于一个晶带,晶带的轴为001。同一晶体带中普通带表面的法线垂直于晶体带的轴。任何两个不平行的晶面都属于同一个晶带,相交线是晶带的轴。5.晶体带例如,在立方晶体系统中,当晶体取向指数和晶面指数的数量和顺序相同时,晶体取向垂直于晶面,即晶体取向是法线方向因为它们彼此平行,所以它们必须具有以下关系:hu kv lw=0。如果这两个晶面的指数为(h1,k1,l1)和(h2,k2,l2),则它们的晶带轴的指数u,v,w可由下式获得:U=K1L 2-K2L 1V=L1H 2-L2H1W=H1K 2-H2K 1,晶体的各向异性是由于不同晶体方向上不同的原子致密性。不同的原子紧密度意味着原子之间的距离不同,这导致原子之间的结合力不同,并且使得晶体的物理、化学和机械性质在不同的晶体取向上不同。在工业金属材料中,这种各向异性通常是看不到的。这是因为一般的固体金属是由许多晶
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