金属的晶体结构.doc

--------------------------校验:_____________-----------------------日期:_____________金属的晶体结构第二章金属的晶体结构目的:掌握有关晶体结构的基本概念,为后续学习打好基础。要求:熟悉常用的金属晶体结构、晶体中的缺陷及其对材料性能的影响;掌握固溶体与金属间化合物这两种基本的相结构类型及其本质区别及性能特点。重点:三种常见的金属晶体结构及其基本性能;实际金属晶体缺陷及其对性能的影响;固溶体与金属间化合物。难点:确定晶面指数和晶向指数。只要求一般了解。§2-1纯金属的晶体结构材料的性能决定于材料的化学成分和其内部的组织结构。一、晶体的概念组成物质的微小粒子(原子、分子、离子、原子集团)在三维空间呈有规律的周期性重复排列的固态物质—晶体。晶体的特点:1、具有固定的熔点和凝固点;2、具有各向异性(单晶体);3、具有规则多面体的对称外形;二、晶体结构:晶体中原子规则排列的方式1、晶体的表征1)晶格:用来描述原子在晶体中排列规律的空间格架。2)晶胞:反映晶格特征的最基本的几何单元。晶体中原子是有规律的周期性重复排列的,可从其晶格中确定一个最基本的几何单元来表达其排列规律的特征——晶胞。晶格可看作是由晶胞在空间堆砌而成。3)晶格参数晶胞各边尺寸a、b、c称为晶格常数,即三维坐标值,其大小常以(埃)为单位(1=1×10-8cm=1×10-10m)。晶胞各边之间的相互夹角分别以α、β和γ表示。晶格形式及晶格参数不同,导致不同晶体表现出不同的物理、化学和机械性能。2、常见的三种金属晶格晶格类型(标记)体心立方晶格(BCC)面心立方晶格(FCC)密排六方晶格(HCP)晶格特征a=b=cα=β=γ=90°a=b=cα=β=γ=90°a=b≠cα=β=90°γ=120°晶格常数aa轴比c/a=(N)246原子半径(r))81212致密度(K)-Fe、Cr(铬)、Mo(钼)、W(钨)、V(钒)等γ-Fe、Al(铝)、Cu(铜)、Ni(镍)、Pb(铅)、Au(金)、Ag(银)等Be(铍)、Mg(镁)、Zn(锌)、Cd(镉)等立方晶格每个晶胞中所含有的原子数计算式:其中:Ni、Nf、Nr分别表示位于晶胞内部(体心)、面心、顶点上的原子数。配位数:晶格中任一原子周围与其等距离的最近邻的原子数目。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。原子直径:最邻近的原子(刚性)彼此相切,相切的两个原子中心之间的距为原子直径。结论:金属原子趋于紧密排列。K≥68%;金属键没有方向性和饱和性,结合对象的选择性不强;金属中有间隙,α-%,γ-%。配位数越大,金属原子排列越紧密,说明相同数量的原子所占有的空间位置越小,反之则越大。γ-Fe→α-Fe,冷却过程,但体积膨胀;α-Fe→γ-Fe,加热过程,但体积收缩;A→M,冷却过程,但体积膨胀。热胀冷缩的前提是不发生晶格的变化。=KHCP==12)但性能不同。3、金属晶体中的晶面指数、晶向指数晶面:晶体点阵中,由物质质点所组成的平面。晶向:晶体点阵中,穿过物质质点所组成的直线方向。晶面指数的标定根据晶面与三个坐标轴的截距的倒数并取最小整数来确定,用(hkl)表示。设定三维参考坐标系:设晶格中某一原子为原点,OX、OY、OZ为正向,反之为反向,坐标原点设在待定晶面之外。求待定晶面在三坐标轴上的截距。将三截距取倒数。将三截距倒数按比例化为三个互质的整数h、k、l,依次标入()中,即为所求晶面指数。如立方晶格中的重要晶面指数:(100)、(110)、(111)等。晶面指数:并非仅指某晶格中的某一晶面,而是泛指该晶格中所有那些与其相平行的位向相同的晶面。晶面族:晶格中原子排列相同而位向不同的晶面称为晶面族。用{hkl}表示。晶向指数的标定过坐标原点引一直线,使其平行于待定的晶向;求出该直线上任一点(原点除外)的三个坐标值;将三个坐标值按比例化为最小整数,依次标入[]中,即为所求晶向指数。[uvw],[100]、[110]、[111]晶向指数:并非仅指某晶格中的某一晶向,而是泛指该晶格中所有那些与其相平行的方向相同的晶向。晶向族:在晶格中原子排列相同的等同晶向。<uvw>在立方晶格中,指数相同的晶面与晶向是相互垂直的。4、金属晶体的各向异性由于晶格中不同晶面和晶向上的原子密度不同,因而晶体在不同方向上的性能便有所差异,这就是晶体的各向异性。而实际金属材料中,一般各向异性并不表现出来,晶体的理想结构与实际金属结构相差甚远。各向异性的应用:1、硅钢片<100>晶向有优异的导磁率,使其平行轧制方向;2、发动机叶片。三、纯金属的实际晶