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第二章金属和合金的固态结构（第一节、第二节）第二章金属和合金的固态结构第一节金属与合金第二节金属和合金的典型结构模型第三节晶体学简介第四节金属和合金中原子间的结合第五节金属和合金的晶体结构类型第六节固溶体第七节结构缺陷第二章金属和合金的固态结构重点导航：晶体学初步及晶体结构金属和合金的晶体结构类型金属和合金的典型结构模型晶体结构缺陷金属或合金显微组织晶体结构第一节金属与合金从金属到合金两种或多种元素组成以金属元素为主体冶炼熔合材料或物质具有一般金属的共同特性合金组元合金合金元素：凡是有益的、有意识地加入或存留在某一金属材料中的一定数量的元素。
例如：黄铜中的Zn，不锈钢中的Cr、Ni、Ti，耐侯钢中的P等。
杂质：无益的、偶而混入的或难于净除而存留下来的元素。
例如：钢中的O、S和P等。
纯金属：基本上是由一种金属元素组成的材料或物质。
工业纯金属，工业生产和使用化学纯金属，科学研究、尖端技术、特殊生产领域第一节金属与合金从金属到合金两种或多种元素组成以金属元素为主体冶炼熔合材料或物质具有一般金属的共同特性合金组元合金各种命名方式：以主要组元命名：铜合金、铝合金、铁合金以组元合称命名：铜镍合金、铝铜合金、铁碳合金专门名称：钢、铸铁、硬铝、青铜、黄铜第二节金属和合金的典型结构模型金属和合金的组织单元是晶粒，一个完整的理想晶粒，它内部的原子或分子是按严格的、规则的几何图案相互结合起来的。
@七大晶系，十四种空间点阵第二节金属和合金的典型结构模型金属和合金的组织单元是晶粒，一个完整的理想晶粒，它内部的原子或分子是按严格的、规则的几何图案相互结合起来的。
@七大晶系，十四种空间点阵一、纯金属的典型结构模型金属原子@刚性球体，以的形式堆砌最密集原子面：每个球周围都有六个球与其相切。
次密集原子面：每个球周围都有四个球与其相切。
最密集次密集三个密集方向二个密集方向第二节金属和合金的典型结构模型第二节金属和合金的典型结构模型第二节金属和合金的典型结构模型第二节金属和合金的典型结构模型第二节金属和合金的典型结构模型第二节金属和合金的典型结构模型第二节金属和合金的典型结构模型第二节金属和合金的典型结构模型原子堆积模型晶胞模型密集六方结构原子密排面1. 面心立方和密集六方面心立方，FCC ─face centred cubic密集六方，HCP ─hexagonal close-packed 面心立方结构第二节金属和合金的典型结构模型原子堆积模型晶胞模型密集六方结构原子密排面1. 面心立方和密集六方面心立方，FCC ─face centred cubic密集六方，HCP ─hexagonal close-packed 面心立方结构第二节金属和合金的典型结构模型密集面面心立方，以立方体的体对角线为法线的原子面密集六方，六棱柱的底面或顶面配位数面心立方密集六方12个，其中同一层中6个近邻原子，上下层中各有3 个近邻原子致密度原子占总体积74％空隙占总体积26％ra2a 2=(4r)2 a 2=8r 2立方体体积立方体中原子的个数：顶角每个原子占1/8×8（4）面心每个原子占1/2×6立方体中原子的总体积：原子占总体积：r 22a =33r 216a =33r 16/34r 4/3π=×π74%)r 2)/(16r (16/333=π第二节金属和合金的典型结构模型每三个原子之间有一个处于三角中心的间隙─三角间隙每四个原子之间有一个处于四面体中心的间隙─四面体间隙每六个原子之间有一个处于八面体中心的间隙─八面体间隙密集六方结构阵点位置/八面体间隙位置=1/1(1/3,2/3,3/4)第二节金属和合金的典型结构模型每三个原子之间有一个处于三角中心的间隙─三角间隙每四个原子之间有一个处于四面体中心的间隙─四面体间隙每六个原子之间有一个处于八面体中心的间隙─八面体间隙密集六方结构阵点位置/四面体间隙位置=1/2(2/3,1/3,7/8)第二节金属和合金的典型结构模型每三个原子之间有一个处于三角中心的间隙─三角间隙每四个原子之间有一个处于四面体中心的间隙─四面体间隙每六个原子之间有一个处于八面体中心的间隙─八面体间隙面心立方结构阵点位置/八面体间隙位置=1/1(1/2,1/2,1/2)第二节金属和合金的典型结构模型面心立方结构若干四面体间隙位置第二节金属和合金的典型结构模型每三个原子之间有一个处于三角中心的间隙─三角间隙每四个原子之间有一个处于四面体中心的间隙─四面体间隙每六个原子之间有一个处于八面体中心的间隙─八面体间隙面心立方结构阵点位置/四面体间隙位置=1/2(1/4,1/4,1/4)第二节金属和合金的典型结构模型每三个原子之间有一个处于三角中心的间隙─三角间隙每四个原子之间有一个处于四面体中心的间隙─四面体间隙每六个原子之间有一个处于八面体中心的间隙─八面体间隙面心立方结构阵点位置/四面体间隙位置=1/2(1/4,1/4,1/4)第二节金属和合金的典型结构模型面心立方结构金属：铜、金、铝、铅、镍、锰、铂、铱、银、钍、铑、钯、……Cu-Zi 代位固溶体铜型晶格密排六方结构金属：锇、镁、锌、钴、钛、锆、铍、镉、……Mg-Zn 代位固溶体锇型晶格第二节金属和合金的典型结构模型2. 体心立方结构体心立方，BCC ─body centred cubic 原子次密集堆积形式：次密集面A-B-A-B 堆积一个密集方向遭到破坏第二节金属和合金的典型结构模型次密排面：两条体对角线构成的晶面=两面对角线构成的晶面配位数：体心原子与立方体的八个顶角为紧邻（最近邻）（8+6）与六个面外的体心原子均为近邻（次近邻）致密度：原子占总体积的68％，空隙占32％八面体间隙的位置：梭边的中心和各面的面心体心立方结构第二节金属和合金的典型结构模型次密排面：两条体对角线构成的晶面=两面对角线构成的晶面配位数：体心原子与立方体的八个顶角为紧邻（最近邻）（8+6）与六个面外的体心原子均为近邻（次近邻）致密度：原子占总体积的68％，空隙占32％四面体间隙的位置：各面上对边中心连线的1/4处体心立方结构第二节金属和合金的典型结构模型面心立方结构金属：铜、金、铝、铅、镍、锰、铂、铱、银、钍、铑、钯、……Cu-Zi 代位固溶体铜型晶格密排六方结构金属：锇、镁、锌、钴、钛、锆、铍、镉Mg-Zn 代位固溶体锇型晶格体心立方结构金属：铁、铬、钼、钨、钒、钽、锂、钾、……α-Fe型晶格第二节金属和合金的典型结构模型二、合金中的典型结构由两种或多种元素组成、以金属元素为主体、大多通过冶炼或熔合而成、并在宏观上具有一般金属元素所具有的共同特征，这一类材料或物质通称为合金。
第二章固体材料的结构固体材料的宏观使用性能（包括力学性能、物理性能和化学性能）和工艺性能（如铸造性能、压力加工性能、机加工性能、焊接性能、热处理性能等）取决于其微观的化学成分、组织和结构，化学成分不同的材料具有不同的性能，而相同成分的材料经不同处理使其具有不同的组织、结构时，也将具有不同的性能。
而在化学成分、组织和结构中，晶体结构又是最关键的因素。
因此，要正确地选择性能符合要求的材料或研制具有更好性能的材料，首先要熟悉和控制其晶体结构。
除了实用意义外，研究固体材料的结构还有很大的理论意义。
§2.1 基础知识原子结构影响原子结合的方式，而根据原子结合方式又可以将材料分成金属、陶瓷和聚合物，并得出关于这三种材料的宏观物理性能、化学性能及力学性能的一些普遍性结论。
2.1.1原子结构大家都知道原子是由电子及其所围绕的原子核组成的。
原子核内有中子和带正电的质子，因此原子核带正电荷。
通过静电吸引，带负电荷的电子被牢牢地束缚在原子核周围。
每26个电子和质子所带的电荷q为l.6×10-19C。
因为原子中电子和质子的数目相等，所以从整体说来，原子是电中性的。
元素的原子序数等于原子中的电子或质子数。
因此，有26个电子和26个质子的铁原子，其原子序数为26。
原子的大部分质量集中在原子核内。
每个质子和中子的质量大致为l.67×10-24g，但是每个电子的质量只有9.11×10-28 g。
原子质量M等于原子中质子和中子之和的平均数，是原子数量为阿伏伽德罗数N A的质量。
N A＝6.02×1023/ mol是一摩尔物质内原子或分子的数目。
因此，原子质量的单位是g / mol。
原子质量的另一个单位是原子质量单位，它是碳12质量的1/12。
原子核内含有不同中子数的相同元素的原子称为同位素，它们有着不同的原子质量。
这种元素的原子质量是一些不同同位素质量的平均值，因此原子质量可能不是一个整数。
