常见金属晶体的结构课件

(3) 不需最小整数化； (4) 〔1 1 1〕
B面：
(1) 该面与z轴平行，因此x=1，y=2， z=∞； (2) 1/x=1，1/y=1/2，1/z=0； (3) 最小整数化1/x=2，1/y=1，1/z=0； (4) 〔2 1 0〕
C面：
(1) 该面过原点，必须沿y轴进行移动，因此x= ∞ ，y=-1，z=∞ (2) 1/x=0，1/y=-1，1/z=0； (3) 不需最小整数化；(4) 〔0 1 0〕
晶胞在三维空间的重复构成点阵
〔4〕晶格常数
在晶胞中建立三维坐标体系， 描述出晶胞的形状与大小
晶胞参数- 晶格常数:a、b、c 棱间夹角:α、β、γ
2 晶系与布拉菲点阵
依据点阵参数 的不同特点划分为七种晶系
(1) 三斜晶系
α≠β≠γ≠90° a≠ b≠ c
复杂单胞 底心单斜
(2) 单斜晶系
α=γ=90°≠β a≠ b≠ c
3 原子半径： r 2 a
4 配位数= 12
4
5 致密度= nv/V=(4×3πr3/4)/a3=0.74
γ－Fe(912~1394℃)、Cu、Ni、Al、Ag 等
——塑性较高
面心立方晶胞中原子半径与晶 格常数的关系
a
r 2a 4
(三)密排六方结构〔 h.c.p〕 〔 了解〕
金属：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co等
具有光泽：吸收了能量从被激发态回到基态时所 产生的幅射；
良好的塑性：在固态金属中，电子云好似是 一种流动的万能胶，把所有的正离子都结合 在一起，所以金属键并不挑选结合对象，也 无方向性。当一块金属的两局部发生相对位 移时，金属正离子始终“浸泡〞在电子云中， 因而仍保持着金属键结合。这样金属便能经 受较大的变形而不断裂。

C
B
A
C
C层
B
A
A
ABABABAB ABCABCABC
B层 ACACACAC ACBACBACB
25
26
ABCA ABA
27
面心立方晶格密排面的堆垛方式 28
密排六方晶格密排面的堆垛方式
29
典型金属晶体中原子间的间隙
四面体空隙（tetrahedral interstice），由4个球体所构成， 球心连线构成一个正四面体； 八面体空隙（octahedral interstice），由6个球体构成，球 心连线形成一个正八面体。
r 3a 4
r 2a 4
ra 2
14
配位数与致密度
➢配位数和致密度定量地表示原子排列的紧密程度。 ➢配位数（coordination number，CN）：晶体结构中 任一原子周围最近且等距离的原子数。 ➢致密度（K）：晶胞中原子所占的体积分数，
K nv V
式中，n为晶胞原子数，v原子体积，V晶胞体积。
22
晶体中原子的堆垛方式
面心立方和密排六方结构的致密度均为0.74， 是纯金属中最密集的结构。 面心立方与密排六方虽然晶体结构不同，但配 位数与致密度却相同，为搞清其原因，必须研究 晶体中原子的堆垛方式。 面心立方与密排六方的最密排面原子排列情况 完全相同，但堆垛方式不一样。
23
24
A
A
C
B A
(11 1)
59
练习4：下图标注了立方晶体的4个晶面，在每个晶 面上给出了3个晶面指数，选择正确的答案。
60
ACF
FN
ABD’E’
A’F’
AFI
BC
ADE’F’
O’M

其最外层的电子数很 少，一般为1～2个， 不超过3个。
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价电子
§1.1 金属原子间的键合特点
结合力
当原子靠近到一定程 度时，原子间会产生 较强的作用力。
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§1.1 金属原子间的键合特点
外 层 稳定的八电子排布结构 电 子 接受或释放额外电子 作 用 共有电子 形 式
材料的原子排列
非晶态
原子排列短程有序或无序
非晶体的特点是：①结 构无序；②物理性质表 现为各向同性；③没有 固定的熔ຫໍສະໝຸດ ；④热导率 （导热系数）和膨胀性 小；
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§1.2 金属晶体典型结构
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§1.2 金属晶体典型结构
晶体
基元在三维空间呈规律性排列
长程有序 单个的原子、离子、分子或彼此
堆垛方式
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§1.12.材2 金料属的晶原体典子型排结列构
晶向
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§1.12.2材金料属的晶体原典子型排结列构
晶向指数
晶向指数的确定方法 ①建立以晶胞的边长作为单 位长度的右旋坐标系。 ②定出该晶向上任两点的坐 标。 ③用末点坐标减去始点坐标。 ④将相减后所得结果约成互 质整数，加一方括号。
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§1.1 金属原子间的键合特点
结合键的特性
结构特点
离子键 方向性不明显，配位数大
共价键
方向性明显， 配位数小，密度小
金属键
无方向性，配位 数大，密度大
力学性能 热力性质 电学性质 光学性质
强度高，劈裂性良好，硬度大 强度高，硬度大
有各种强度，有 塑性

(1)延展性 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动， 但不会改变原来的排列方式，而且弥漫在金属原子间的电子气可 以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所以金属有良好的延 展性。 外力
一、金属键与金属晶体
(2)导热性 自由电子在运动时与金属阳离子碰撞，引起两者能量的交换。当金属 某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，通 过碰撞，把能量传递给金属阳离子。自由电子与金属阳离子频繁碰撞， 把能量从温度高的部分传递到温度低的部分，从而使整块金属达到相 同的温度。
晶体中各 原子层相 对滑动仍 保持相互 作用
一、金属键与金属晶体
①金属晶体具有导电性，但能导电的物质不一定是金属 ②石墨具有导电性，属于非金属。 还有一大类能导电的有机高分子化合物（如聚乙炔），也不属于金属。 ③金属导电的粒子是自由电子，导电过程是物理变化。 而电解质溶液导电的粒子是自由移动的阴阳离子，导电过程是化学变 化
一、金属键与金属晶体
(3)金属光泽 由于金属内部原子以最紧密堆积状态排列，且存在自由电子，所以 当光线照射到金属表面时，自由电子可以吸收所有频率的光并很快 放出，使金属不透明且具有金属光泽。而金属在粉末状态时，晶格 排列不规则，吸收可见光后反射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色 或黑色。
一、金属键与金属晶体
多，相互作用就越大， 熔点就会越高。
阅读《资料卡片》并掌握 1、金属晶体的四种堆积模型对比
2、石墨是层状结构的混合型晶体
晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单位称为是晶 胞。NaCl晶体结构如图所示，已知FexO晶体晶胞结构为NaCl 型，由于晶体缺陷，x值小于1，测知FexO晶体密度为 5.71g/cm3，晶胞边长为4.28×10-10m 。

等径球最紧密堆积时，在平面上每个球与6个球相接触， 形成第一层（球心位置标记为A。此时，每3个彼此相接 触的球体之间形成1个弧线三角形空隙，每个球周围有6 个弧线三角形空隙，其中3个空隙的尖角指向图的下方 （其中心位置标记为B），另外3个空隙的尖角指向图的 上方（其中心位置标记为C），这两种空隙相间分布。
密排面
六方最紧密堆积
12
6354来自ABAB……的层序堆积
六方最紧密堆积
A B A B A
ABABAB…… 每两层重复一次
六方晶胞——六方密堆积
A
A密
B
排
B面
A
A
6.晶体结构中的间隙
刚球模型四面体间隙
刚球模型八面体间隙
四面体间隙：位于由 一个顶角原子和三个 面中心原连接成的正 四面体中心，数目为8。 rB / rA =0.225
82
62
3. 原子半径与点阵常数的关系
晶胞中棱边长度a,b,c称为点阵常数。如把原子看作半径为r的刚性球， 则可据几何关系求出点阵常数与r之间的关系。
体心立方
面心立方
密排六方
r 3a 4
r 2a 4
ra 2
4. 配位数与致密度
配位数和致密度定量地表示原子排列的紧密程度。 配位数（coordination number，CN）：晶体结构中任一 原子周围最近且等距离的原子数。 致密度（K）：晶胞中原子所占的体积分数，
密排六方（A3）hexagonal close-packed lattice→hcp
面心立方点阵
体心立方点阵
密排六方点阵
面心立方（face-centered cubic，fcc）
体心立方（body-centered cubic，bcc）

2、L12型结构
➢ 化学式：A3B； ➢ 结 构：L12型—面心正方晶系；
—A —B
[001]
c aa
[100]
[010]
3、L10型结构
➢ 化学式：AB； ➢ 结 构：L10型—面心正方晶系； ➢ 特点：[001]方向上是由仅含A原子组成的原子面与仅含B原子的原子面交替重叠
堆垛而成，所以[100]、[010]方向上的点阵常数与[001]方向的不一样，把[001]视 为c轴，其他两轴为a轴；
—A —B
[001]
c aa
[100]
[010]
4、DO22型结构
➢ 化学式：A3B； ➢ 结 构：DO22型—面心正方晶系；
—A —B
5、体心立方结 构
6、B2型结构
➢ 化学式：AB； ➢ 结 构：B2型—体心正方晶系；
—A —B
7、DO3型结构
➢ 化学式： A3B ； ➢ 结 构：DO3型—体心正方晶系；
—A —B
8、L21型结构
➢ 化学式： A2BC； ➢ 结 构：L21型—体心正方晶系；
—A —B —C
9、C11b型结构
➢ 化学式： AB2； ➢ 结 构：C11b型—体心正方晶系；
—A —B
10、hcp型结构
10、hcp型结构
11、DO19型结 构
➢ 化学式： A3B ；
—A —B
11、DO19型结 构
—A —B
12、Cu3Ti型结构
➢ 化学式： A3B ；
—A —B
12、 Cu3Ti型结构
—A —B