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第二章 金属与合金的晶体结构 第一节 晶体的基本知识 物质由原子组成。原子的结合方式和排列方式决定了物质的性能。 原子、离子、分子之间的结合力称为结合键。它们的具体组合状态称为结构 一、晶体与非晶体 晶体：原子在三维空间内按一定的几何规律作周期性规则排列。长程有序。 非晶体：原子在三维空间内不规则排列。长程无序。 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。? 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。 非晶体各向同性。 晶体与非晶体在一定条件下可以相互转变 玻璃经长时间加热能变为晶态玻璃； 金属从高温液态急冷，可变为非晶态金属； 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。 二、晶格与晶胞和晶格常数 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。这种抽象化的空间的格架称晶格 晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元 晶格常数： 晶轴。晶胞每个边的尺寸 a、b、c晶格常数。 各棱间夹角用?、?、?表示。 第二节 金属的晶体结构 一、金属的特性和金属键 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。 特点： 逸出电子共有， 结合力较大， 无方向性和饱和性； 金属特性： 导电性、导热性， 正的电阻温度系数， 延展性好， 金属光泽。 二、金属中常见的晶格 根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。 90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。 立方晶系：a=b=c，?=?=?=90? 六方晶系：a1=a2=a3? c，?=?=90?，?=120? 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） （一）体心立方晶格（ BCC） 原子排列： 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： a=b=c, α=β=γ=90° 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。? 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： 常见金属 钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α-铁(α-Fe, 912℃)等。 ? （二）面心立方晶格（ FCC） 原子排列方式 金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。 面心立方晶胞的特征： a=b=c, α=β=γ=90° 原子个数：4 原子半径 常见金属 具有这种晶格的金属有：铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、γ- 铁(γ-Fe, 912℃～1394℃)等。? 密排六方晶胞的特征： 晶格常数：用底面正六边形的边长a和两底面之间的距离c来表达, c/a=1.633，两相邻侧面之间的夹角为120°, 侧面与底面之间的夹角为90°。 晶胞原子数：6 原子半径： R=a/2? 常见金属 具有这种晶格的金属有镁(Mg)、镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等。??? 三、晶体结构的致密度 晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比称为致密度(也称密排系数)。致密度越大, 原子排列紧密程度越大。 体心立方晶胞的致密度为： 晶胞(或晶格)中有68%的体积被原子所占据, 其余为空隙。 ?????????????? 面心立方晶格的致密度：0.74 (74%) 密排六方晶格的致密度：0.74 (74%) 结论：当铁有面心立方转变为体心立方时，由于致密度发生了改变（减小），导致体积膨胀 四、晶面指数和晶向指数的标定 晶向：晶格中任意原子列在空间的位向。 晶面：晶格中任意原子构成的平面。 国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。 （一）晶面指数 确定步骤 建立坐标系：确定原点 、坐标轴和度量单位 量截距：x,y,z。 取倒数：h’,k’,l’ 化整数：h,k,l 加圆括号：(hkl)。 例一.求截距为?、1、?晶面的指数