第二章金属及合金的晶体结构

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第二章 金属与合金的晶体结构

硅表面原子排列

碳表面原子排列

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第一节 晶体的基本知识金属的性能是由其组织结构决定的，其 中结构指的就是晶体结构。金属的晶体 结构就是其内部原子的排列方式，因为 金属是晶体，所以称为晶体结构。

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一、晶体与非晶体1、晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。 长程有序，各向异性。 2、非晶体：原子在三维空间内不规则排列。 长程无序，各向同性。 3、在自然界中除少数物质(如普通玻璃、松香、石蜡 等)是非晶体外，绝大多数都是晶体，如金属、合 金、硅酸盐，大多数无机化合物和有机化合物，甚 至植物纤维都是晶体。

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一、晶体与非晶体

金属晶体模型

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晶体与非晶体的性能区别 有些晶体具有规 则的多面体外形， 如水晶；有些则 没有规则整齐的 外形，如金属。 晶体有固定的 熔点，而非晶体 则没有。

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晶体与非晶体的转变 晶体与非晶体在一定条件下可以相互转变

1. 玻璃经长时间加热能变为晶态玻璃；

2. 金属从高温液态急冷，可变为非晶态金属；3. 非晶态金属具有高的强度与韧性等一系列突出

性能，近年来已为人们所重视。

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二、金属键 金属原子结合方式1. 金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之 间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。 2. 特点：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和 饱和性； 3. 金属特性：导电性、导热性、延展性好，熔点较 高。如金属。

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金属键

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三、金属晶体结构基础知识 晶格、晶胞和晶格常数 晶体：

空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。空间点阵中的点-阵点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相 同。

晶格：描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。

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晶胞：空间点阵中能代表原子排 列规律的最小的几何单元称之为 晶胞，是构成空间点阵的最基本 单元。 选取原则： 1. 能够充分反映空间点阵的对称性；

2. 相等的棱和角的数目最多；3. 具有尽可能多的直角； 4. 体积最小。 晶格常数 三 个 棱 边 的 长 度 a,b,c 及 其 夹 角 α,β,γ表示。

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第二节 金属的晶体结构

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布拉菲点阵 7个晶系， 14种点阵。 大部分(2/3)的 金属属于三种典型 的晶体结构。

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一、 典型晶体结构及其几何特征 在元素周期表一共约有110种元素，其中 80多种是金属，占2/3。而这80多种金属 的晶体结构大多属于三种典型的晶体结 构。它们分别是：1、体心立方晶格(BCC) 2、面心立方晶格(FCC) 3、密排六方晶格(HCP)

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1、体心立方晶格( BCC)

原子排列方式 常见

金属 原子个数 原子半径 配位数 致密度 间隙半径

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原子排列方式 体心立方晶格的晶胞中,八个原子处于立方体的角上,一个原子处于立方体的中心, 角

上八个原子与中心原子紧靠。 体心立方晶胞特征： 晶格常数：a=b=c, α=β=γ=90°

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常见金属 具有体心立方晶格的金属有：钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、

α-铁(α-Fe, <912℃)等。

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原子个数 每个晶胞实际占有的原子个数。 (分析时要认真考虑每个原子的空间状况) 在体心立方晶胞中, 每个角上的原子在晶格中同 时属于8个相邻的晶胞,因而每个角上的原子属于 一个晶胞仅为1/8, 而中心的那个原子则完全属于 这个晶胞。所以一个体心立方晶胞所含的原子数 为 2个。

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原子半径 晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一 半。体心立方晶胞中原子相距最近的方向 是体对角线, 所以原子半径与晶格常数a之 间的关系为：

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