金属与合金的晶体结构

金属材料的性能特点一般地，金属材料与非金属材料相比，金属材料具有良好的力学性能，而且工艺性能也较好。

即使都是金属材料，不同成分和不同状态下的性能也会有很大的差异。

造成这些性能差异的主要原因是材料内部结构不同，因此掌握金属与合金的内部结构特点，对于合理选材具有重要意义。

金属材料是靠原子间金属键结合起来的。

金属键——金属材料内部，呈一定规律排列的正离子与公有化的自由电子靠库仑力结合起来，这种结合力即为金属键。

（正离子+公有电子云、无方向性、非饱和性）金属材料的性能特点：1、良好的导电、导热性。

2、正的电阻温度系数3、良好的塑性4、不透明、有金属光泽第一节晶体的基本知识金属材料一般都是晶体，具有晶体的特性。

一、晶体——内部原子呈规则排列的物质。

晶体材料（单晶体）的特性：①具有固定的熔点。

②具有规则的几何外形。

③具有“各向异性”。

二、晶格、晶胞和晶格常数1、晶格——描述晶体中原子排列规律的空间点阵。

将原子的振动中心抽象为一几何点，再用直线的连接表示原子之间的相互作用。

2、晶胞——由于晶格排列具有周期性，研究晶格时，取出能代表晶格特征的最小基本单元即称为晶胞。

3、晶格常数——用来描述晶胞大小与形状的几何参数。

三条棱长：a、b、c三条棱的夹角：α、β、γ对于简单立方晶胞：棱长a=b=c 夹角α= β= γ= 90°第二节纯金属的晶体结构一、典型的晶格类型各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同，往往呈现出不同的物理、化学及力学性能。

除少数金属具有复杂晶格外，大多数晶体结构比较简单，典型的晶格结构主要有以下三种：1、体心立方晶格（bcc）2、面心立方晶格（fcc）3、密排六方晶格（hcp）1、体心立方晶格（bcc ）晶格常数： a = b = c ；α=β=γ= 90°密排方向（原子排列最紧密的方向）：立方体的对角线方向原子半径：属于bcc 晶格的金属主要有：α-Fe 、Cr 、W 、Mo 、V 等ar 432、面心立方晶格（fcc ）晶格常数： a = b = c ；α=β=γ= 90°密排方向：立方体表面的对角线方向原子半径：属于fcc 晶格的金属主要有：γ-Fe 、Cu 、Al 、Au 、Ag 等。

金属与合金的晶体结构一、引言金属与合金是一类重要的材料，它们具有优异的物理和化学性质，广泛应用于工业和科学领域。

金属与合金的晶体结构是影响其性能的重要因素之一。

本文将介绍金属与合金的晶体结构，包括晶体的组成、晶体的类型以及晶体的排列方式等。

二、金属晶体结构金属晶体结构由金属原子组成。

金属原子通常具有较大的离子半径和较小的电负性，因此它们倾向于形成金属键。

金属晶体结构可以分为以下几种类型：1. 面心立方结构（FCC）面心立方结构是最常见的金属晶体结构之一。

在面心立方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及每个顶点。

这种结构具有高度的对称性和密堆积性，因此具有较高的韧性和塑性。

2. 体心立方结构（BCC）体心立方结构是另一种常见的金属晶体结构。

在体心立方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及晶格的中心。

这种结构相对于面心立方结构来说，具有更高的密度和较低的韧性。

3. 密堆积六方结构（HCP）密堆积六方结构是一种较少见的金属晶体结构。

在密堆积六方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及每个顶点，形成六边形的密堆积结构。

这种结构具有较高的密度和较低的韧性。

三、合金晶体结构合金是由两种或更多种金属元素组成的混合物。

合金晶体结构可以由金属元素的晶体结构类型以及原子比例决定。

1. 固溶体固溶体是最常见的合金晶体结构之一。

在固溶体中，主要金属元素和溶质金属元素形成固溶体溶解体，原子之间的排列方式与纯金属相似。

固溶体可以分为完全固溶体和部分固溶体两种类型。

完全固溶体中，溶质原子完全溶解在主要金属晶体中；而在部分固溶体中，溶质原子只能部分溶解在主要金属晶体中。

2. 亚稳相亚稳相是指在合金中形成的相对于平衡相来说具有较低稳定性的晶体结构。

在亚稳相中，原子之间的排列方式发生改变，导致晶体结构和性能发生变化。

亚稳相的形成主要受到合金元素的浓度和固溶度限制的影响。

3. 间隙化合物间隙化合物是指合金中形成的一种特殊结构，其中金属原子和非金属原子之间的排列方式具有较高的有序性。

第二章 金属与合金的晶体结构与结晶第一节 金属的晶体结构自然界的固态物质，根据原子在内部的排列特征可分为晶体与非晶体两大类。

晶体与非晶体的区别表现在许多方面。

晶体物质的基本质点（原子等）在空间排列是有一定规律的，故有规则的外形，有固定的熔点。

此外，晶体物质在不同方向上具有不同的性质，表现出各向异性的特征。

在一般情况下的固态金属就是晶体。

一、晶体结构的基础知识（1）晶格与晶胞为了形象描述晶体内部原子排列的规律，将原子抽象为几何点，并用一些假想连线将几何点连接起来，这样构成的空间格子称为晶格（图2-1）晶体中原子排列具有周期性变化的特点，通常从晶格中选取一个能够完整反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞（图2-1），它具有很高对称性。

（2）晶胞表示方法不同元素结构不同，晶胞的大小和形状也有差异。

结晶学中规定，晶胞大小以其各棱边尺寸a 、b 、c 表示，称为晶格常数。

晶胞各棱边之间的夹角分别以α、β、γ表示。

当棱边a b c ==，棱边夹角90αβγ===︒时，这种晶胞称为简单立方晶胞。

（3）致密度金属晶胞中原子本身所占有的体积百分数，它用来表示原子在晶格中排列的紧密程度。

二、三种典型的金属晶格1、体心立方晶格晶胞示意图见图2-2a。

它的晶胞是一个立方体，立方体的8个顶角和晶胞各有一个原子，其单位晶胞原子数为2个，其致密度为0.68。

属于该晶格类型的常见金属有Cr、W、Mo、V、α-Fe等。

2、面心立方晶格晶胞示意图见图2-2b。

它的晶胞也是一个立方体，立方体的8个顶角和立方体的6个面中心各有一个原子，其单位晶胞原子数为4个，其致密度为0.74（原子排列较紧密）。

属于该晶格类型的常见金属有Al、Cu、Pb、Au、γ-Fe等。

3、密排六方晶格它的晶胞是一个正六方柱体，原子排列在柱体的每个顶角和上、下底面的中心，另外三个原子排列在柱体内，晶胞示意图见图2-2c。

其单位晶胞原子数为6个，致密度也是0.74。

属于该晶格类型常见金属有Mg、Zn、Be、Cd、α-Ti等。