金属材料的晶体结构及其性质
金属材料是指由金属元素或合金元素组成的材料，具有优良的导电性能、塑性和韧性，常用于各种工业领域。而这些特性和性质的背后，与金属材料的晶体结构密不可分。
一、晶体结构
晶体结构是指原子在立方、六方、单斜、正交等几何形状中有序排列而形成的三维周期性结构，它决定了金属材料的物理、化学性质。在实践应用中，常见的金属晶体有面心立方晶体、体心立方晶体、六方密堆晶体等。
1.面心立方晶体
面心立方晶体是金属晶体中最常见的结构类型之一，其晶胞中堆积着许多等体积的球形离子，其排列成为面心立方体结构。
面心立方晶体结构中相邻的原子之间的键长为1.28A，原子之间有12个近邻，它的密度较大，但这种密堆积结构存在一定的缺陷，因为它的球形离子之间的间距较小，容易发生塌陷，从而导致材料失去稳定性。
2. 体心立方晶体
体心立方晶体是一种另外一种常见的金属晶体结构，其晶胞中有一个球形原子居于体心，被八个等距的球形原子包围。
体心立方晶体结构中相邻原子间的键长为2.06A，与面心立方晶体相比，原子之间的距离较远，原子间的紧密程度相对较低，从而具有较好的稳定性。由于其晶体结构封闭、稳定，使得体心立方晶体在许多工业领域得到广泛的应用。
3. 六方密堆晶体
六方密堆结构，又称密堆六方晶体结构，指的是在轴向上紧密堆积的一种晶胞结构。在这种结构中，每个原子有12个近邻，六个处于同一层，三个分别居于每个上下相邻层中。其中除轴向STC键长为2.88A之外，其它键长相等且约为2.49A。这种类型的晶体结构出现在一些金属中，如石墨和锆。
四、性质
晶体结构对金属材料的物理、化学性质有着重要影响。金属的结构特性决定了它们的多种性质，如导电性能、塑性、热膨胀系数等。
1.导电性
金属材料的导电性是由其结晶中的自由电子导致的，而这些自由电子存在于金属晶体结构的价电子带或导带中。当电场作用在金属晶体中时，导电性能表现为传导电流的能力。一般地，面心立方晶体结构的金属材料具有更好的导电性能。
实用文档 分析纯铁的晶体结构与结晶过程
一、学习目标
知识目标：
·了解晶体、晶格、晶胞、晶粒的概念及常见的三种晶格类型；
·明确金属实际晶体结构；
·掌握纯铁的同素异晶转变；
·熟悉合金的概念及合金的相结构；
·了解金属与合金的结晶过程。
能力目标：
·熟悉金属或合金的结晶过程及规律，能有效控制金属的结晶过程，改善金属材料的组织和性能。
二、任务引入
纯铁是由铁矿石经冶炼而成的，先得到温度较高的铁水，铁水经冷却后形成高温固态铁，然后在逐渐冷却到室温。液态铁水经过什么变化形成固态铁，高温固态铁冷却过程中铁的结构是否发生变化？
三、相关知识
材料的性能取决于材料的组织结构，而材料的组织结构由它的化学组成和加工工艺决定的。也就是说不同的金属材料具有不同的性能，即使是同一种金属材料，在不同的加工条件下其性能也是不同的。金属性能的这些差异，从本质上来说，是由其内部结构所决定的。 实用文档 （一）常见的金属晶格类型
1.晶体与非晶体
自然界中的固态物质都是由原子组成的，根据原子排列的状况不同，可以将物质分为晶体和非晶体两大类。
（1）晶体
物质的原子都是按一定几何形状有规则地排列的称为晶体，如金刚石、石墨及固态金属和合金。
（2）非晶体
在物质内部，凡是原子呈无规则、杂乱地堆砌在一起的称为非晶体，如松香、普通玻璃、沥青、石蜡等。
晶体与非晶体因原子排列方式不同，它们的性能也有差异。晶体具有固定的熔点，其性能呈各向异性，而非晶体没有固定的熔点，呈各向同性。
2.晶格与晶胞
晶体内部的原子是按照一定规则排列的。为了便于理解，将金属晶体中原子看成一个小球，图1-7（a）是金属晶体中原子在空间作有规则排列的简单模型。为了说明排列的方式，人为地把原子看成一个点，用假想的线将各原子的中心连结起来，这样就得到一个抽象化了的空间格架，见图1-7（b）。这种用于描述原子在晶体中排列规律的空间格架称为晶格。
第二章纯金属与合金的晶体结构
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一、章节：第二章纯金属与合金的晶体结构
第一节纯金属的晶体结构第二节纯金属的实际晶体结构第三节合金的晶体结构
二、教学目的：使学生了解纯金属与合金的晶体结构，晶胞、晶格、合金的基本概念，了解固溶体与金属化合物。
三、教学方法：
讲授法。
四、教学重点：
晶胞、晶格、合金的基本概念，了解固溶体与金属化合物。
五、教学难点：
晶胞、晶格、合金的基本概念，了解固溶体与金属化合物。
六、使用教具：
挂图。
七、课后作业：
P17：1、2、6。
八、课后小结：
第二章纯金属与合金的晶体结构
第一节纯金属的晶体结构
一、晶体结构的基本知识
1．晶体与非晶体
晶体内部的原子按一定几何形状作有规则地重复排列，如金钢石、石墨及固态金属与合金。而非晶体内部的原子无规律地规律地堆积在一起，如沥青、玻璃、松香等。
晶体具有固定的熔点和各向异性的特征，而非晶体没有固定的熔点，且各向同性。
2．晶体管格与晶胞
为便于分析晶体中原子排列规律，可将原子近似地看成一个点，并用假想的线条将各原子中心连接起来，便形成一个空间格子。
晶格——抽象的、用于描述原子在晶体中的规则排列方式的空间几何图形。结点——晶格中直线的交点。
晶胞——晶格是由一些最基本的几何单元周期重复排列而成的，这种最基本的几何单元称为晶胞。
晶胞大小和形状可用晶胞的三条棱长a、b、c（单位，1A=108cm）和棱边夹角来描述，其中a、b、c称为晶格常数。
各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同，故呈现出不同的物理、化学及力学性能。
二、常见的晶格类型
1．体心立方晶格
体心立方晶格的晶胞为一立方体，立方体的八个顶角各排列着一个原子，立方体的中心有一个原子。其晶格常数a=b=c。属于这种晶格类型的金属有α铁、铬、钨、钼、钒等。
2．面心立方晶格
面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各排列一个原子。属于这种晶格类型的金属有γ铁、铝、铜墙铁壁、镍、金、银等。
第二章 金属的晶体结构与结晶
不同的金属材料具有不同的力学性能；同一种金属材料，在不同的条件下其力学性能也是不同的。金属性能的这些差异，完全是由金属内部的组织结构所决定的。因此，研究金属的晶体结构及其变化规律，是了解金属性能，正确选用金属材料，合理确定加工方法的基础。
第一节 金属的晶体结构
一、晶体与非晶体
固态物质按其原子(或分子)的聚集状态可分为晶体和非晶体两大类。
晶体：凡原子(或分子)按一定的几何规律作规则的周期性重复排列的物质，称为晶体；
非晶体：原子(或分子)无规则聚集在一起的物质则称为非晶体。
自然界中，除少数物质(如松香、普通玻璃、石蜡等)属于非晶体外，大多数固态物质都是晶体。由于晶体内部原子(或分子)的排列是有规则的，所以自然界中许多晶体都具有规则的外形，如结晶盐、水晶、天然金刚石第一 节金属的晶体结构
第二 节纯金属的结晶
第三 节金属的同素异构转变 等。但晶体的外形不一定都是有规则的，如金属和合金等，这与晶体的形成条件有关。因此，晶体与非晶体的根本区别还在于其内部原子(或分子)的排列是否有规则。
晶体与非晶体的区别还表现在许多性能方面，如晶体具有固定的熔点(或凝固点)、具有各向异性的特征。而非晶体则没有固定的熔点(或凝固点)，具有各向同性的特征。
显然，气体和液体都是非晶体。特别是在液体中，虽然其原子(或分子)也是处于紧密聚集的状态，但不存在周期性排列，所以固态的非晶体可以看成是一种过冷状态的液体，只是其物理性质不同于通常的液体而已，玻璃就是一个典型的例子，故往往将非晶体称为玻璃体。非晶体在一定条件下可以转化为晶体，如玻璃经高温长时间加热后能形成晶态玻璃。而通常呈晶态的物质，如果将它从液态快速冷却下来，也可能成为非晶体，如金属液的冷却速度超过10℃／s时，可得到非晶态金属。
二、金属晶体的特性
晶体又分为金属晶体和非金属晶体两类。金属晶体除具有晶体所共有的特征外，还具有独特的性能，如金属具有金属光泽、良好的导电性和导热性、良好的塑性及正的电阻温度系数等。这主要与金属的原子结构及原子问的结合方式有关。
