工程材料2金属的晶体结构与结晶

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第一章 金属的晶体结构与结晶本章的重点： 本章的重点： 1、三种常见的晶体结构及其基本性能。 三种常见的晶体结构及其基本性能。 实际金属的晶体缺陷及其对性能的影响。 2、实际金属的晶体缺陷及其对性能的影响。 结晶条件、结晶过程及细化晶粒的基本方法。 3、结晶条件、结晶过程及细化晶粒的基本方法。 难点：结晶机理。晶面指数与晶向指数的确定。 难点：结晶机理。晶面指数与晶向指数的确定。

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§ 1-1金属的晶体结构一、晶体的概念 晶体：原子在空间呈长程有序排列的固态物质。 晶体：原子在空间呈长程有序排列的固态物质。 非晶体：原子或分子无规则的堆积在一起的固 非晶体： 态物质。 态物质。 二、晶体的特征 原子在空间呈长程有序排列； 1、原子在空间呈长程有序排列； 是各向异性的； 2、是各向异性的； 3、有固定的熔点； 有固定的熔点； 有特定的几何外形。 4、有特定的几何外形。

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三、晶体中几个基本概念为描述晶体内部原子的排列，将原子视为刚性球体。 为描述晶体内部原子的排列，将原子视为刚性球体。 刚性球体—原子浓缩成一个点(空间点阵) 刚性球体—原子浓缩成一个点(空间点阵)—用假 想的直线连接起来，形成空间格子(晶格) 想的直线连接起来，形成空间格子(晶格)—取出 一个有代表性的最小几何单元—单位晶体(晶胞)。 一个有代表性的最小几何单元—单位晶体(晶胞)。

晶格： ⑴ 晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成 的三维空间格架。直线的交点(原子中心)称结点。 的三维空间格架。直线的交点(原子中心)称结点。 由结点形成的空间点的阵列称空间点阵。 由结点形成的空间点的阵列称空间点阵。 空间点阵

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晶胞：晶体中有代表性的最小的几何单元， ⑵ 晶胞：晶体中有代表性的最小的几何单元，称为 晶胞。 晶胞。

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晶格常数： ⑶ 晶格常数：晶胞 的三个棱边的尺寸 a、b、c。用埃() 、 、 。用埃(表示： 表示：

各棱间的夹角用α、

β、γ表示。 表示。

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⑷ 晶胞类型 根据晶胞参数不同， 根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶 系。晶体中用以描述原子排列几何方式 的晶胞有14 14种 的晶胞有14种。 分别为 简单立方( 面心立方( (1)简单立方(2)面心立方(3)体 心立方( 简单立方(5)体心四方 体心四方( 心立方(4)简单立方(5)体心四方(6) 密排六方( 简单正交( 密排六方(7)简单正交(8)体心正交 底心正交(10)面心正交(11) (9)底心正交(10)面心正交(11) 菱形(12)简单三斜(13) 菱形(12)简单三斜(13)底心单斜 14) (14

)三斜

立方

六方

四方 菱方

正交

单斜

三斜

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由于金属是以金属键结合，结合力强而有无饱和性，使金 由于金属是以金属键结合，结合力强而有无饱和性， 由于金属是以金属键结合 属中原子具有趋于密排的趋势，形成具有高度对称， 属中原子具有趋于密排的趋势，形成具有高度对称，晶格比 较简单的晶体结构。90%的金属元素 的金属元素属于立方晶系和六方晶 较简单的晶体结构。90%的金属元素属于立方晶系和六方晶 系。 立方晶系： =90° 立方晶系：a=b=c,α=β=γ=90° 六方晶系： =90° =120° 六方晶系：a1=a2=a3≠ c,α=β=90°,γ=120° 具有以下三种典型的晶体结构： 具有以下三种典型的晶体结构： 体心立方、面心立方、密排六方。 体心立方、面心立方、密排六方。

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原子半径： ⑸ 原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻 原子间距的一半。 原子间距的一半。 晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。 ⑹ 晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。 ⑺ 配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等 配位数： 的原子数目。 的原子数目。 ⑻ 致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。 致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。

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①体心立方晶格body-centered cubic lattice(bcc)

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体心立方晶格的参数

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体心立方晶格晶格常数： 晶格常数：a(a=b=c)

3 原子半径： 原子半径：r = a 4原子个数：2 原子个数： 配位数： 8 配位数： 致密度： 致密度：0.68 常见金属： 常见金属：α-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等 、 、 、 、 、 等

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面心立方晶格face-centered cubic ②面心立方晶格 lattice(fcc)

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面心立方晶格的参数

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面心立方晶格晶格常数： 晶格常数：a

= 2a 原子半径 ：r4 原子个数：4 原子个数： 配位数： 12 配位数： 致密度： 致密度：0.74 常见金属： 常见金属： γ-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等 、 、 、 、 、 等