当前位置：文档之家 › 第一章晶体结构(三单质晶体结构)

第一章晶体结构(三单质晶体结构)

  • 格式：ppt
  • 大小：1.98 MB
  • 文档页数：61

下载文档原格式

  / 61

合集下载

第一章晶体的结构

第一章晶体的结构

求晶面指数的方法
OA1 ra1, OA2 sa2 , OA3 ta3
h1 : h2 : h3 1 1 1 : : r s t
n
N
a3
O
d
a2
A2 A1
a1
设 a 1 , a 2 , a 3的末端上的格点分别在离原点距离h1d、h2d、
h3d的晶面上，这里 h1、h2、h3为整数 。 基矢
格点只在顶角上，内部和面上都不包含其他格点，整个原胞 只包含一个格点。
3、晶胞
原胞往往不能反映晶体的对称性
晶胞：能反映晶体对称性的最小结构重复单元
是原胞的数倍。晶胞的基矢用 a b c
原胞:
表示
a1 a2 a3
*几种典型晶体结构的原胞和晶胞
每种原子都各自构成一种相同的Bravais格子，这些Bravais 格子相互错开一段距离，相互套构而形成的格子。即复式 格子是由若干相同的Bravais格子相互位移套构而成的。
*几种典型的复式晶格
NaCl结构（Sodium Chloride structure ） 复式面心立方
例：MgO、KCl、AgBr 等
用来描述晶体中原子排列的紧密程度，原子排 列越紧密，配位数越大
简单立方（简立方）(simple cubic, sc)
配位数
6
晶胞内有 1 个原子
体心立方( body-centered cubic, bcc )
排列：ABABAB……
配位数
8
晶胞内有 2 个原子 具有体心立方结构的金属晶体：LI、Na、K、Fe等
重复周期为二层。形成AB AB AB· · · · · · 方式排列。
具有六角结构的金属： Mg，Co，Zn等

材料科学基础第一章晶体结构(三单质晶体结构)

材料科学基础第一章晶体结构(三单质晶体结构)
a=4/3r/3； a=2r。
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
配位数 12；8（8＋6）；12 致密度 0.74；0.68； 0.74
配位数（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）：晶体结构中 原子体积占总体积的百分数。 K=nv/V。
linear density
<100>
a
2 1 2

1
aa
a
2 1 2

1
aa
<110>
2a
2
1 2

0.7
2a a
2a
2
1 2

1

1.4
2a a
<111>
3a
2

1 2
1

1.16
3a a
3a
2
1 2

0.58
3a a
案例讨论：工程上大量使用低碳钢渗碳件，试分析材 料的渗碳行为与哪些因素有关? 晶格常数? 结构类型? 致密度?....?
1.4单质晶体结构
同种元素组成的晶体称为单质晶体。 一、金属晶体的结构 二、非金属元素单质的晶体结构
一、金属晶体的结构
香港国际机场 案例讨论：工程上大量使用钢铁材料，钢和铁在 性能上差别较大，各有优势，设想这种差别的来 源。
一、金属晶体的结构
1.常见金属晶体结构
典型金属的晶体结构是最简单的晶体结构。由于金属键的性质， 使典型金属的晶体具有高对称性，高密度的特点。常见的典型金属晶 体是面心立方、体心立方和密排六方三种晶体，其晶胞结构如图1-10 所示。另外，有些金属由于其键的性质发生变化，常含有一定成分的 共价键，会呈现一些不常见的结构。锡是A4型结构（与金刚石相似）， 锑是A7型结构等。

第一章 晶体结构

第一章 晶体结构

1.点对称操作
点对称操作：对称操作前后空间中至少保持一个不动的点的操作.
（1）n度旋转对称 2 n度旋转对称轴：晶体绕旋转 后仍能复原的轴. n 晶体只具有1、2、3、4、6度对称轴. （2）中心反演 中心反演的对称元素是一个点，中心反演操作用i表示. i操作作用 于（x，y，z）使之变换为（-x，-y，-z）. 目录
（3）镜像(m，对称素为面) 镜像操作常用m表示，镜像的操作的对称元素是平面. 若选z＝0为对称面，该操作使点（x，y，z）变换为（x，y，-z） （4）n度旋转反演对称 该操作由n度旋转对称和中心反演两个操作组成.晶体先绕一固定轴 旋转 2 n后，再经过中心反演，晶体能与自身重合.该轴称为n度旋 转反演轴. 晶体n度旋转反演对称中n只能取1，2，3，4，6中的数值，通常用 n 表示n度旋转反演轴. 注： a.1度旋转反演对称与中心反演i实质是同一操作. b. 2度旋转反演对称与镜像m实质是同一操作.
a


ak
a1 a 2 a j

a3
目录
ai
a-Fe的晶体结构
固体物理学原胞的体积: 3.面心立方（fcc）结构
Ω a1 (a2 a3 ) a
3
2
每个晶胞包含4个 格点.基矢为：
a a1 ( j k ) 2 a a2 ( k i ) 2 a a3 (i j ) 2
abc
900
5.四角系： a b c 900 (正方晶系) 6.六角晶系： 900 1200
abc
7.立方晶系： 900
abc
简立方(12)，体心立方(13)， 面心立方(14) 目录

晶体结构.01

晶体结构.01
2
1.1 几种常见的晶体结构
一、晶体的定义
晶 体: 组成固体的原子（或离子）在微观上的 排列具有长程周期性结构
非晶体：组成固体的粒子只有短程序（在近邻或 次近邻原子间的键合：如配位数、键长 和键角等具有一定的规律性），无长程 周期性 准 晶: 有长程的取向序，沿取向序的对称轴方向 有准周期性，但无长程周期性
第一章 晶体结构(crystal structure)
1-1 几种常见的晶体结构 1-2 晶格的周期性 1-3 晶向、晶面和它们的标志 1-4 对称性和Brawais点阵
1-5 倒点阵及其基本性质
1-6 晶体衍射物理基础
1
1-1几种常见的晶体结构
主要内容
1.1简立方晶格结构(cubic)
1) NaCl晶体的结构 氯化钠由Na+和Cl－结合而成 —— 一种典型的离子晶体 Na+构成面心立方格子；Cl－也构成面心立方格子
20
2) CsCl晶体的结构 CsCl结构 —— 由两个简单立方子晶格彼此沿立方体空间对 角线位移1／2 的长度套构而成
21
CsCl晶体
22
3) ZnS晶体的结构 —— 闪锌矿结构 立方系的硫化锌 —— 具有金刚石类似的结构 化合物半导体 —— 锑化铟、砷化镓、磷化铟
六角密排晶格的原胞基矢选取 —— 一个原胞中包含A层 和B层原子各一个 —— 共两个原子 k
定义：
i
j
原胞基矢为：
a1 , a2 , a3
a1 a2 a3
（四）晶格周期性的描述 —— 布拉伐格子
Bravais lattices
由于组成晶体的组分和 组分的原子排列方式的 多样性，使得实际的晶 体结构非常复杂。

固体物理参考答案(前七章)

固体物理参考答案(前七章)

固体物理习题参考答案（部分）第一章 晶体结构1.氯化钠：复式格子，基元为Na +，Cl -金刚石：复式格子，基元为两个不等价的碳原子 氯化钠与金刚石的原胞基矢与晶胞基矢如下：原胞基矢)ˆˆ()ˆˆ()ˆˆ(213212211j i a a i k a a k j a a +=+=+= ， 晶胞基矢 ka a j a a ia a ˆˆˆ321===2. 解：31A A O '：h:k;l;m==-11:211:11:111:1:-2:1 所以（1 1 2 1） 同样可得1331B B A A ：（1 1 2 0）； 5522A B B A ：（1 1 0 0）；654321A A A A A A ：（0 0 0 1）3.简立方： 2r=a ，Z=1,()63434r 2r a r 3333πππ===F体心立方：()πππ833r4r 342a r 3422a 3r 4a r 4a 33333=⨯=⨯=∴===F Z ，，则面心立方：()πππ622r 4r 34434442r 4a r 4a 233ar 33=⨯=⨯=∴===F Z ，，则 六角密集：2r=a, 60sin 2c a V C = a c 362=,πππ622336234260sin 34223232=⨯⨯⨯=⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛a a c a r F a金刚石：()πππ163r 38r 348a r 3488Z r 8a 33333=⨯=⨯===F ，， 4. 解：'28109)31arccos(312323)ˆˆˆ()ˆˆˆ(cos )ˆˆˆ()ˆˆˆ(021*******12211=-=-=++-⋅+-=⋅=++-=+-=θθa a k j i a k j i a a a a a kj i a a kj i a a 5.解：对于（110）面：2a 2a a 2S =⋅=所包含的原子个数为2，所以面密度为22a2a22=对于（111）面：2a 2323a 22a 2S =⨯⨯= 所包含的原子个数为2，所以面密度为223a34a 232=8.证明：ABCD 是六角密堆积结构初基晶胞的菱形底面，AD=AB=a 。

固体物理课件 第一章 晶体结构

固体物理课件 第一章 晶体结构

晶面指数（122）
a
c b
(100)
(110)
(111)

在固体物理学中，为了从本质上分析固体的性质，经常要研究晶体中的 波。根据德布罗意在1924年提出的物质波的概念，任何基本粒子都可以 看成波，也就是具备波粒二象性。这是物理学中的基本概念，在固体物 理学中也是一个贯穿始终的概念。

在研究晶体结构时，必须分析x射线（电磁波）在晶体中的传播和衍射 在解释固体热性质的晶格振动理论中，原子的振动以机械波的形式在晶 体中传播；
1 3 Ω = a1 ⋅ a 2 × a 3 = a 2
(
)

金刚石
c
c
面心立方

钙钛矿 CaTiO3 (ABO3)
Ca
O
Ti
简单立方
所有的格点都分布在相互平行的一族平面 上，且每个平面上都有格点分布，这样的 平面称为晶面，该平面组称为晶面族。
特征： (1)同一晶面族中的晶面相互平行； (2)相邻晶面之间的间距相等；（面间距是
至今为止，晶体内部结构的观测还需要依靠衍射现象来进行。
（1）X射线 -由高速电子撞击物质的原子所产生的电磁波。 早在1895年伦琴发现x射线之后不久，劳厄等在1912年就意识到X射线的 波长在0.1nm量级，与晶体中的原子间距相同，晶体中的原子如果按点阵排 列，晶体必可成为X射线的天然三维衍射光栅，会发生衍射现象。在 Friedrich和Knipping的协助下，照出了硫酸铜晶体的衍射斑，并作出了正确 的理论解释。随后,1913年布拉格父子建立了X射线衍射理论，并制造了第 一台X射线摄谱仪，建立了晶体结构研究的第一个实验分析方法，先后测定 了氯化钠、氯化钾、金刚石、石英等晶体的结构。从而历史性地一举奠定 了用X射线衍射测定晶体的原子周期性长程序结构的地位。 时至今日，X射线衍射(XRD)仍为确定晶体结构，包括只具有短程序的无 定型材料结构的重要工具。

第一章晶体结构解析


r0
4r0
3a
a 2r0
a
△=0.31r0
注：体心立方晶格一个平面内的原子球并不是最紧密排列。
1.3 密堆积结构
六角密排结构(hcp) (Be,Mg,Zn,Ti,Cd,Zr等)
立方密排（面心立方fcc） (Cu,Ag,Au,Pb,Ni,γ-Fe,Al等)
1、 密堆积结构的主要特征
• 特点：每两个球均相切，且每个球与六个球相 切；三个球心构成等边三角形；每个球周围有 六个空隙。
a2 =a/2(
i Βιβλιοθήκη j k )a3=a/2( i j k )
3、维格纳—赛兹原胞
• 定义：以某一格点为中心，作它与最近邻、次近邻等格
点的垂直平分面，由这些面所围成的封闭多面体称维格 纳—赛兹原胞，也满足原胞的要求，而且每个维格纳— 赛兹原胞只含有一个格点并位于原胞的中心，故其外形
的对称性高于平行六面体原胞。
结构特征
结构图示
(1) 两个面心结构套构 （四条体对角线的 四分之一处加一个C 原子）；
(2) 配位数为4。
1.5 化合物晶体结构
(1)NaCl结构 特征：
似简立方结构，每一 行上Na离子与Cl离 子相间排列。 举例：
LiF,LiCl,NaF,NaBr,KCl, KBr,AgCl,MgO,CaO,Sr O,BaO等等
▪ 配位数为6； ▪ 立方体边长a定
义为晶格常数。
a 简立方
1.2 体心立方晶格
• 在简立方结构的体心处 加上一个原子球。 a
• 结构特征：原子球占据 8个顶角和体心位置， 配位数为8。
体心立方
典型晶体：碱金属(Li,Na,K,Rb,Cs); 过渡金属(α-Fe,Cr,Mo,W)等。

第一章 晶体结构

第一章 晶体结构本章首先从晶体结构的周期性出发，来阐述完整晶体中离子、原子或分子的排列规律。

然后，简略的阐述一下晶体的对称性与晶面指数的特征，介绍一下倒格子的概念。

§1.1晶体的周期性一、晶体结构的周期性1．周期性的定义从X 射线研究的结果，我们知道晶体是由离子、原子或分子（统称为粒子）有规律地排列而成的。

晶体中微粒的排列按照一定的方式不断的做周期性重复，这样的性质成为晶体结构的周期性。

周期性：晶体中微粒的排列按照一定的方式不断的做周期性重复，这样的性质成为晶体结构的周期性。

晶体结构的周期性可由X-Ray 衍射直接证实，这种性质是晶体最基本或最本质的特征。

（非晶态固体不具备结构的周期性。

非晶态的定义等略），在其后的学习中可发现，这种基本性质对固体物理的学习具有重要的意义或是后续学习的重要基础。

2．晶格 格点和点阵晶格：晶体中微粒重心，做周期性的排列所组成的骨架，微粒重心所处的位置称为晶格的格点（或结点）。

格点的总体称为点阵。

整个晶体的结构，可看成是由格点沿空间三个不同方向， 各自按一定距离周期性平移而构成。

每个平移的距离称为周期。

在某一特定方向上有一定周期，在不同方向上周期不一定相同。

晶体通常被认为具有周期性和对称性，其中周期性最为本质。

对称性其实质是来源于周期性。

故周期性是最为基本的对称性，即“平移对称性”（当然，有更为复杂或多样的对称性，但周期性或平移对称性是共同的）。

3．平移矢量和晶胞据上所述，基本晶体的周期性，我们可以在晶体中选取一定的单元，只要将其不断地重复平移，其每次的位移为a 1，a 2，a 3，就可以得到整个晶格。

则→1a ，→2a ，→3a 就代表重复单元的三个棱边之长及其取向的矢量，称为平移矢量，这种重复单元称为晶胞，其基本特性为：⑴晶胞平行堆积在一起，可以充满整个晶体⑵任何两个晶胞的对应点上，晶体的物理性质相同，即：()⎪⎭⎫⎝⎛+++=→→→332211anananrQrQ其中→r为晶胞中任一点的位置矢量。

第一章 晶体结构

σ (m)
19
1.3 对称性和布拉维格子的分类
二 基本对称操作
1 i,Cn,σ (m)
2 n度旋转 ─ 反演轴
绕μ轴旋转
2π后再进行中心反演：
n
1，2，3，,4, i, m 八种独立的对称操作。
宏观上看，晶体是有限的，描述晶体宏观对称性 不包含平移对称操作；但从微观上看，晶体是无 限的，为描述晶体结构的对称性，应加上平移对 称操作。
衍射斑点(峰) ↔ 晶格中的一族晶面 倒格子 ↔ 正格子 点子 ↔ 晶面
斑点分布 ↔ 晶格基矢 → 晶体结构
25
1.4 倒格子/倒易点阵
一 定义
设布拉维格子的基矢为：av1 ,av2 , av3
由
v Rl
=
l1av1
+
l2av2
+
l3av3 决定的格子称为正格子
（direct lattice)，
满足
2vπ Gh
4 两点阵位矢的关系
v Rn
•
v Gh
=
2πm
m为整数
利用
aavvii
• •
v bvj bj
= =
2π 0
i= j i≠ j
( ) Rv n •Gvh = (l1av1 + l2av2 + l3av3 )•
v h1b1
+
v h2b2
+
v h3b3
= l1h1 • 2π + l2h2 • 2π + l3h3 • 2π
按坐标系的性质，晶体可划分为七大晶 系，每一晶系有一种或数种特征性的布拉 维原胞，共有14种布拉维原胞：
三斜(简单三斜) 单斜(简单、底心) 正交(简单、底心、体心、面心) 四方(简单、体心) 三角 六角 立方(简单、体心、面心)

第一章晶体结构(一结晶学基础知识)精选全文完整版

上有规律地出现,也称周期性. 5)最小内能和最大稳定性
2. 晶体结构与空间点阵
晶体格子：把晶体中相邻质点的中心用直线联起来 构成的空间格架即晶体格子，简称晶格。
结点：质点的中心位置称为晶格的结点。 晶体点阵：由这些结点构成的空间总体称为晶体点
阵（空间格子或空间点阵）。结点又叫阵点。点阵 中结点仅有几何意义，并不真正代表任何质点。如 图1-1所示.
晶向族：晶体中原子排列周期相同的所有晶向为一个 晶向族，用〈uvw〉表示。 同一晶向族中不同晶向的指数，数字组成相同。 已知一个晶向指数后，对u、v、w进行排列组合， 就可得出此晶向族所有晶向的指数。如〈111〉晶向 族的8个晶向指数代表8个不同的晶向；〈110〉晶向 族的12个晶向指数代表12个不同的晶向。
图1-2 晶胞坐标及晶胞参数
4.晶系与点阵类型
晶格特征参数确定之后，晶胞和由它表示的晶格也随之确定， 方法是将该晶胞沿三维方向平行堆积即构成晶格。
空间点阵中所有阵点的周围环境都是相同的，或者说，所有阵 点都具有等同的晶体学位置。布拉菲（Bravais）依据晶格特征参数 之间关系的不同，把所有晶体的空间点阵划归为7类，即7个晶系， 见表1-1。按照阵点（结点）在空间排列方式不同，有的只在晶胞的 顶点，有的还占据上下底面的面心，各面的面心或晶胞的体心等位 置，7个晶系共包括14种点阵，称为布拉菲点阵（Bravais lattice ）。
晶向：点阵可在任何方向上分解为相互平行的直线组， 位于一条直线上的结点构成一个晶向。
2.六方晶系的晶面指数和晶向指数 3.晶向与晶面的关系
1.晶面、晶向及其表征
晶面：晶体点阵在任何方向上可分解为相互平行的结点平面，这样 的结点平面称为晶面。 晶面上的结点，在空间构成一个二维点阵。 同一取向上的晶面，不仅相互平行、间距相等，而且结点的分 布也相同。不同取向的结点平面其特征各异。 任何一个取向的一系列平行晶面，都可以包含晶体中所有的质 点。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

晶胞原子数
4；2；6
点阵常数 a=2/2r； a=4/3r/3； a=2r。
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
配位数 12；8（8＋6）；12 致密度 0.74；0.68； 0.74
a0 vs. r
a0 2r
Atoms per cell 1 Coordination Number 6 Packing factor 0.52
Structure
Examples
SC
Polonium (Po),α-Mn
Fe,Ti,W,Mo, Nb,Ta,K,Na, V,Zr,Cr Fe,Cu,Au,Pt ,Ag,Pb,Ni
plane indices
BCC
FCC
planar density
1 4 1 2 4 a2 a2
1 1 4 2 4 2 1.4 a2 2a 2
1 1 3 3 6 2 2.3 a2 3 2 a 2
atomic atomic planar density arrangement arrangement
结合形成单质晶体，则每个原子周围共价单键的数目为 8减去元素所在周期表的族数（m），即共价单键数目为 8－m，亦称为8－m规则。
对于第VII族元素，每个原子周围共价单键个数为
8－7=1，因此，其晶体结构是两个原子先以单键共价结 合成双原子分子，双原子分子之间再通过范德华力结合 形成分子晶体，如图1-11 。
在金属晶体中，其延展性也有差异。铜、银、金等金属的延展性
非常好，这是因为铜、银、金晶体中存在完整的d电子层，d电子层有
互斥作用，使s电子重叠时不能进一步靠近，从而形成接触距离较大的 A1型结构。而A1型结构比A2、A3型结构和其它更复杂的结构有更多的
滑移系统。A1型金属具有12个滑移系统，即4个{111}面、3个滑移方向
4.金属键的结构特征及金属的特性
1)金属或合金在组成上不遵守定比或倍比定律
金属键和离子键都没有方向性和饱和性。在离子晶体中， 为了保持电中性，正负离子在数目上具有一定比例，即离子晶 体中的正负离子在数目上符合化学中的定比或倍比定律。在金
属或合金中，电中性并不取决于各种原子的相对数目，因此，
金属往很容易形成成分可变、不遵守定比或倍比定律的金属化
配位数（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）：晶体结构中 原子体积占总体积的百分数。
K=nv/V。
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
4h
Summary
<110>，故共有4×3=12个滑移系统。该面上原子堆积密度最大，相互 平行的原子面间距离也最大。非金属晶体，如刚玉（-Al2O3）只有1 个滑移面（001）和2个滑移方向，塑性变形受到严格限制，表现出脆 性。
二、非金属元素单质的晶体结构
1.惰性气体元素的晶体
惰性气体在低温下形成的晶体为A1（面心立方）型或
a 2
3 da a 2 di a 1 0.15 da 3 2
da
3 a 2 di a 1 0.15 da 3 2
FCC
2 da a 2 di a 1 0.41 da 2 2
a 2
2 a 2 di a 1 0.41 da 2 2
a 2
da
r；从第三层近
自由焓比面心立方最紧密堆积的自由焓低0.01%左右。所以，有些金属常温下采 用六方最紧密堆积，而在高温下由于A1的无序性比A3大，即A1型比A3型具有更
高的熵值，所以由A3型转变到A1型时，熵变S0。温度升高，TS增大，
G=H－TS0，因此，高温下A1型结构比较稳定。
(c) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning™ (c) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning™
结构间隙 （个数） （rB/rA）
正四面体正八面体 8 0.225 4 0.414
四面体扁八面体 12 0.29 6 0.15
四面体正八面体 12 0.225 6 0.414
间隙半径（rB）：间隙中所能容纳的最大圆球半径。
1. Octahedral interstitial
BCC
3 a 2
a 2
BCC
4 a0 r 3
a0 4 r 2
2
8
0.68
FCC
4
12
0.74
HCP
a0 2r c0 1.633a0
2
12
0.74
Ti,Mg,Zn,Be ,Co,Zr,Cd
原子线密度………(最大的方向)……密排方向 原子面密度………(最大的面 滑移系 )……密排面
由一个滑移面和一个滑移方向构成
<111>
3a
1 2 1 1.16 2 a 3a
3a
案例讨论：工程上大量使用低碳钢渗碳件，试分析材 料的渗碳行为与哪些因素有关? 晶格常数? 结构类型? 致密度?....?
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
[2/3,1/3,1/2]。在六方柱晶胞中，顶点的每个原子为6个晶胞所共有，
上下底面中心的原子为2个晶胞所共有，所以六方柱晶胞所包含的 原子数为：
1 1 12 2 3 6 6 2
面心立方（A1, FCC） 体心立方（A2, BCC） 密排六方（A3, HCP）
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
图1-11 非金属元素单质晶体的结构基元(a)第VII族元素
碘晶体晶胞
对于第VI族元素，单键个数为8－6=2，故其结构是共价结合的无限 链状分子或有限环状分子，链或环之间由通过范德华力结合形成晶体，
运动）。所以，晶体虽然变长，但晶体中原子间距仍然保持原来的 周期性而未改变。
晶体中的原子面在外力作用下能否顺利实现滑移，取决于晶 体中滑移系统的多少。
滑移系统越多，越容易产生塑性变形。反之，滑移系统越少，
材料的脆性越大。 典型的金属结构，由于结合力没有方向性和饱和性、配位数 高、结构简单等原因，易产生滑移。共价晶体（如金刚石）结构， 要使滑移方向、键角方向、滑移周期都刚好一致是比较困难的。 在离子晶体中，虽然离子键也没有方向性和饱和性，但滑移过程 中在许多方向上有正负离子吸引、相邻同号离子排斥，使滑移过 程难以进行。
1.4单质晶体结构
同种元素组成的晶体称为单质晶体。

一、金属晶体的结构 二、非金属元素单质的晶体结构
一、金属晶体的结构
香港国际机场 案例讨论：工程上大量使用钢铁材料，钢和铁在 性能上差别较大，各有优势，设想这种差别的来 源。
一、金属晶体的结构
1.常见金属晶体结构
典型金属的晶体结构是最简单的晶体结构。由于金属键的性质， 使典型金属的晶体具有高对称性，高密度的特点。常见的典型金属晶
12/2=6 8/4=2
0.15 0.29 0.41 0.22
12 0.74 4
HCP
6
12 0.74 6
6/6=1
12
12/6=2
0.41 0.22
2.金属中原子紧密堆积的化学基础
由于金属元素的最外层电子构型多数属于 S型，而S型轨
道没有方向性，它可以与任何方向的相邻原子的 S 轨道重叠，
相邻原子的数目在空间几何因素允许的情况下并无严格的限制， 因此，金属键既没有方向性，也没有饱和性。当由数目众多的 S 轨道组成晶体时，金属原子只有按紧密的方式堆积起来，才 能使各个S轨道得到最大程度的重叠，使晶体结构最为稳定。

面心立方结构
常见面心立方的金属有Au、Ag、Cu、Al、-Fe等， 晶格结构中原子坐标分别为[0,0,0]，[0,1/2,1/2]，
[1/2,0,1/2]，[1/2,1/2,0]。晶胞中所含原子数为4。
1 1 8 6 4 8 2

体心立方结构
常见体心立方的金属有-Fe、V、Mo等，晶格中
体是面心立方、体心立方和密排六方三种晶体，其晶胞结构如图1-10
所示。另外，有些金属由于其键的性质发生变化，常含有一定成分的 共价键，会呈现一些不常见的结构。锡是A4型结构（与金刚石相似），
锑是A7型结构等。
（a）面心立方 （A1型）
（b）体心立方 （A2型）
（c）密排六方 （A3型）
图1-10 常见金属晶体的晶胞结构
原子坐标为[0,0,0]，[1/2,1/2,1/2]。晶胞中原子数为：
1 8 1 2 8

密排六方结构
Zn、Mg、Li等是常见的密排六方结构的金属，原子分布除了 简单六方点阵的每个阵点[0,0,0]上有原子外，在六方棱柱体内还有 3个原子。如用平行六面体坐标表示，其坐标为[1/3,2/3,1/2]或
子进一步靠近时产生斥力，使原子不能进一步接近，因此，接触距离
较大的A1型结构就比较稳定。
A1和A3结构差异
A1和A3型最紧密堆积结构之间也有差异。在两种结构中每个原子周围均 有12个最近邻原子，其距离为r；有6个次近邻原子，其距离为方最紧密堆积的
合物 。
2) 金属或合金在力学性能上表现出良好的塑性和延展性
金属的范性变形起因于金属中的原子面在外力作用下沿某个特定 原子面的某个特定方向的滑移。实验发现，铝晶体受拉力作用后， 晶体变长，并不是原子间距离增大，而是晶体中各部分沿（111）晶