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为了描述晶格中原子排列的紧密程度，通常采用配位数和致密度 （K）来表示。配位数是指晶格中与任一原子处于相等距离并相距最 近的原子数目；致密度是指晶胞中原子本身所占的体积百分数，即晶 胞中所包含的原子体积与晶胞体积（V）的比值。
常见纯金属的晶格类型
体心立方晶格
体心立方晶格的晶胞如下图所示。它的形状是一个立方体，其 晶格常数a=b=c，所以只要一个常数a即可表示；其α=β=γ=90o。在 体心立方晶胞中，原子位于立方体的八个顶角和中心。属于这类晶 格的金属有α-Fe、Cr、V、W、Mo、Nb等。体心立方晶胞的每个角 上的原子是同属于与其相邻的八个晶胞所共有，故只有1/8个原子属 于这个晶胞。所以体心立方晶胞中的原子数为： 。每个原子的最近
• 点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小的缺陷。 如空位、间隙原子、异类原子等。
• 线缺陷：在两个方向上尺寸很小，而另一个方向 上 尺寸较大的缺陷。主要是位错。
• 面缺陷：在一个方向上尺寸很小，在另外两个方 向尺寸较大的缺陷。如晶界、相界、表面、反相 筹界、层错等
一 、点缺陷
由于原子热振动造成的。
C=Aexp(-∆Ev/kT) K：波尔兹曼常数，约为8.62×10-5ev/K或1.38×10-23J/K ∆Ev：该种点缺陷的形成能。
过饱和点缺陷(supe缺陷的平衡浓度下晶体的自由能最低，系统最稳定。当在一定的 温度下，晶体中点缺陷的数目明显超过其平衡浓度时，这些点缺陷称 为过饱和点缺陷，通常 它的产生方式有三种:
邻原子数为8，所以其配位数为8。致密度可计算如下： 或68%。
面心立方晶格
面心立方晶胞如图所示。它的形状也是一个立方体。在 面心立方晶胞中，原子位于立方体的八个顶角和六个面的中 心。属于这类晶格的金属有γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、 Pb等。从图中可算出面心立方晶体的原子半径为 ；每个晶 胞所包含的原子数为4个；配位数为12；致密度为0.74或 74%。
密排六方晶格
密排六方晶胞如图所示。它是一个正六面柱体，在晶 胞的12个角上各有一个原子，上底面和下底面的中心 各有一个原子，上下底面的中间有三个原子。属于这 类晶格的金属有Mg、Zn、Be、Cd等。其晶格常数用 正六边形底面的边长a和晶胞的高度c来表示。两者的 比值c/a≈1.633；其原子半径 ；每个晶胞所包含的原 子数为6个；配位数为12；致密度为0.74或74%。
淬火(quenching) 冷加工(cold working) 辐照(radiation)
1. 淬火 高温时晶体中的空位浓度很高，经过淬火后，空位来不及通过 扩散达到平衡浓度，在低温下仍保持了较高的空位浓度。
2. 冷加工 金属在室温下进行压力加工时，由于位错交割所形成的割阶发 生攀移，从而使金属晶体内空位浓度增加。
1、 点缺陷的类型 （1）空位： 肖脱基空位－离位原子进入其
空位或迁移至晶界或表面。
弗兰克尔空位－离位原子进入
晶体间隙。
（2）间隙原子：位于晶体点 阵间隙的原子。
（3）置换原子：位于晶体点 阵位置的异类原子。
置换原子
2 、点缺陷的平衡浓度
（1）点缺陷是热力学平衡的缺陷, 在一定温度下，晶体中 总是存在着一定数量的点缺陷（空位），这时体系的能量最 低—具有平衡点缺陷的晶体比理想晶体在热力学上更为稳 定。（原因：晶体中形成点缺陷时，体系内能的增加将使自 由能升高，但体系熵值也增加了，这一因素又使自由能降 低。其结果是在G-n曲线上出现了最低值，对应的n值即为平 衡空位数。） （2）点缺陷的平衡浓度
3. 辐照 当金属受到高能粒子（中子、质子、氘核、α粒子、电子等） 辐照时，晶体中的原子将被击出，挤入晶格间隙中，由于被击出的原 子具有很高的能量，因此还有可能发生连锁作用，在晶体中形成大量 的空位和间隙原子
3 点缺陷的产生及其运动
（1）点缺陷的产生 平衡点缺陷：热振动中的能力起伏。 过饱和点缺陷：外来作用，如高温淬火、辐照、冷加工等。 （2）点缺陷的运动 （迁移、复合－浓度降低；聚集－浓度升高－塌陷）
在弹性变形范围，应力和应变服从 胡克定律：
μ是拉梅系数，对各向同性弹性体， 它等于切变模量G，g是切应 变。g可以近似为x/a，上式变成：
因原子间斥力的短程性，能量曲线不是正弦形的，所以上面的估计是过高 的，tc的更合理值约为G/30。理论切变强度和切变模量相差约1个数量级。 但实验测定的切变强度比理论切变强度低2~4个数量级。
第二节 原子的不规则排列
在晶体内部原子排列 并不是完全规则的，在局 部一定尺寸范围内原子排 列不规则的现象称为晶体 缺陷，晶体缺陷在材料组 织控制（如扩散、相变） 和性能控制（如材料强化） 中具有重要作用。就好象 维纳斯“无臂”之美更深 入人心， 晶体缺陷赋予 材料丰富内容
• 晶体缺陷：实际晶体中与理想点阵结构发生偏差 的区域。按其作用范围可分为：
4 、点缺陷与材料行为
（1）结构变化：晶格畸变（如空位引起晶格收缩，
间隙原子引起晶格膨胀，置换原子可引起收缩 或膨胀。） （2）性能变化：物理性能（如电阻率增大，密度减小）
力学性能（屈服强度提高）
位错基本概念（位错）
理论切变强度的估算假设能量曲线是 正弦形式。这样，要使原子面相对切 开所需要的切应力为：
第一章：金属及合金的结构
金属材料是指以金属键来表征其特性的材料，它包括金属及其合金。 金属材料在固态下通常都是晶体状态(金属玻璃除外)，所以要研究金 属及合金的结构就必须首先研究晶体结构。
第一节 晶体的基本概念
晶体结构指晶体内部原子规则排列的方式。晶体结构不同，其性 能往往相差很大。为了便于分析研究各种晶体中原子或分子的排列情 况，通常把原子抽象为几何点，并用许多假想的直线连接起来，这样 得到的三维空间几何格架称为晶格，晶格中各连线的交点称为结点； 组成晶格的最小几何单元称为晶胞，晶胞各边的尺寸a、b、c称为晶 格常数，其大小通常以埃为计量单位（A），晶胞各边之间的相互夹 角分别以α、β、γ表示。由于晶体中原子重复排列的规律性，因此晶 胞可以表示晶格中原子排列的特征。在研究晶体结构时，通常以晶胞 作为代表来考查。