材料科学基础2-2纯金属的晶体结构.ppt

1、面心立方结构,体心立方结构,密排六方结构,第二节 纯金属的晶体结构,一典型金属的晶体结构,（1）原子堆垛方式,下页,后退,三种典型金属晶体结构的特征,晶体类型,原子密排面,原子密排方向,晶胞中的原子数,配位数,致密度,A1（fcc）,A2（bcc）,A3（hcp）,111,110,0001,4,2,6,12,8（8+6）,12,0.74,0.68,0.74,下页,后退,（2）、点阵常数 晶胞的棱边长度a、b、c称为点阵常数。单位是nm1nm=10 m 体心立方结构（a=b=c) a=4(3/3）r 面心立方结构（a=b=c) a=2(2）r 密排六方结构（a=b=c) a=2r （3）、晶胞中

2、的原子数 每个晶胞所含的原子数（N）可用下式计算： N=Ni+Nf/2+Nr/m Ni、Nf、Nr分别表示位于晶胞内部、面心和角顶处的原子数；为晶胞类型参数，立方晶系的m=8，六方晶系的 m=6。,-9,（4）、配位数和致密度 （1）配位数 晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数（CN）。 （2）致密度 晶体结构中原子体积占总体积的百分数（K），如以一个晶胞来计算，则致密度就是晶胞中原子体积与晶胞体积之比值即 K=n/V 式中，n是一个晶胞中的原子数；是一个原子的体积，=(4/3)r；V是晶胞的体积。三种典型晶体结构的配位数和致密度见 （表2-2）,面心立方结构中的间隙：,体心立方结构中

3、的间隙：,密排六方结构中的间隙 ：,（5）晶体结构中的间隙,下页,后退,八面体,四面体,八面体,四面体,八面体,四面体,三种典型晶体结构中的间隙比较,rB/ rA,0.225,0.414,0.291,0.155,0.225,0.414,总结,fcc和hcp都是密排结构，而bcc则是比较“开放” 的结构；,fcc和hcp金属中的八面体间隙大于四面体间隙， 故这些金属中的间隙元素的原子必位于八面体 间隙 ；,fcc和hcp晶体中的八面体间隙远大于bcc中的八 面体或四面体间隙,因而间隙原子在fcc和hcp中 的溶解度往往比在bcc中的大得多；,下页,后退,fcc和hcp晶体中的八面体间隙大小彼此相

4、等, 四面体间隙大小也相等,其原因在于这两种晶 体的原子堆垛方式非常相象 。,Bcc中四面体间隙大于八面体间隙，因而间隙 原子应占据四面体间隙位置,但另一方面,由于 bcc的八面体间隙是不对称的,即使上述间隙原 子占据八面体间隙位置，也只引起距间隙中心 为a/2的两个原子显著偏离平衡位置，其余四个 原子则不会显著偏离其平衡位置，因而总的点 阵畸变不大，因此，有些间隙原子占据四面体 间隙，有些则处于八面体间隙。,下页,后退,二、多晶型性 在周期表中，大约有四十多种元素具有两种或两种以上的晶体结构。当外界条件改变时，元素的晶体结构可以发生转变，把金属的这种性质称为多晶型性。这种转变称为多晶型转变或

5、同素异构转变。 三、晶体结构中的原子半径 原子半径并非固定的，除与温度、压力等外界条件有关外，还受结合键、配位数以及外层电子结构等因素的影响。,（1）温度与压力的影响 当温度改变时，由于原子热振动及晶体内点阵缺陷平衡浓度的变化，都会使原子间距产生改变，因而影响到原子半径的大小。 （2）结合键的影响 晶体中原子的平衡间距与结合键的类型及其结合键的强弱有关。离子键与共价键是较强的结合键，故原子间距相应较小；而范德瓦尔斯键键能最小，因此原子间距最大。,（3）配位数的影响 晶体中原子排列的密集程度与原子半径密切相关。当金属自高配位数结构向低配位数结构发生同素异构转变时，随着致密度的减小和晶体体积的膨胀，原子半径将同时产生收缩，以求减少转变时的体积变化。 （4）原子核外层电子结构的影响 各元素的原子半径随原子序数的递增而呈现周期性变化的特点。,返回,面心立方八面体间隙,面心立方四面体间隙,返回,体心立方八面体间隙,返回,体心立方四面体间隙,返回,密排六方八面体间隙,返回,密排六方四面体间隙