实际金属的晶体结构

晶胞中：2个八面体空隙
4个四面体空隙；
Zn2+离子填充1/2四面体空隙
（2）质点坐标：
211 S : 000 , ; 332 21 1 2 Zn : 00u, (u ) 33 2
2
其中，u＝0.875 （3）配位数与配位多面体：
Zn2＋与 S2－的配位数均为：4
闪锌矿与纤锌矿的结构区别：
反正尖晶石：二价阳离子A填充于八面体空隙，
三价阳离子B一半填充四面体空隙，另一半填充在
八面体空隙中称为反尖晶石。
例：已知Na+离子半径为0.102nm，Cl-离 子半径为0.181nm，计算NaCl结构的
堆积系数及密度。
1.7 常见的晶体结构
典型金属的晶体结构
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。
1、面心立方结构（FCC，A1型） （1）密堆积情况： 原子以ABCABC……的方式堆积， 面心立方紧密堆积 （111）面为密排面。 （2）原子分布：
（5）每个碳原子周围都有
四个碳，碳原子之间形成
共价键，CN＝4
金刚石结构：Si、Ge、灰锡α-Sn、 人工合成的立方氮化硼BN……
2、石墨结构
——六方晶系
石墨结构为碳原子成层状 排列，每一层中碳原子成六方
环状排列。
石墨结构中：层内碳原子以共价 键相连，CN＝3，三角形配位；层 间碳原子则以分子键相连。 石墨型结构：人工合成的六方氮化硼BN……
的原子密度。
A1型结构：-Fe、铝、铜、镍、铅、金、银、铂等
2、体心立方结构（A2型）

晶界—晶粒与晶粒间的界面。
多晶体在性能上表现为各向同性。
实际金属的结构
§2 晶体缺陷
前面讨论的单晶体是所谓的理想晶体金属不仅是多晶
体，晶体的某些区域总是存在原子或分子的不规则排
列，这就是晶体结构缺陷，以下简称晶体缺陷。
晶体缺陷对金属的性能（物理性能、化学性能、
实际金属的晶体结构
内容：
§1 单晶体与多晶体
§2 晶体缺陷 §3 三种晶体缺陷的特征
§1 单晶体与多晶体
（1）单晶体—晶格位向（或方位） 一致的晶体。
实际金属的结构
单晶体的特性：各向异性现象。 （2）多晶体
一块金属材料中包含着许多 小晶体，每个小晶体内的晶格 位向是一致的。
晶粒—多晶体中每个外形不 规则的小晶体。
机械性能）有很大的影响。
实际金属的结构
晶体结构缺陷的类型
根据晶体缺陷的几何形态特征：
点缺陷
缺陷的 类型
线缺陷
面缺陷
§3 三种晶体缺陷的特征
实际金属的结构
1）点缺陷：晶体在三维方向上尺寸很小的缺陷，有晶格空 位、间隙原子和置换原子。
间歇原子
空位
点缺陷对晶格的影响 点缺陷的存在，破坏 了原子的平衡，使晶格 发生畸变。 点缺陷对晶体性能的影 响 点缺陷的存在将提高 材料的硬度和强度，降 低材料的塑性和韧性。
置换原子
晶体中的点缺陷
2）线缺陷—位错(dislocation)
实际金属的结构
E
EF—位错线
线缺陷：即位错 ( 分为刃型位错和螺旋位错 ) 。它是 指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。
实际金属的结构
螺型位错
位错线
F C
D
τ

金属材料的实际晶体结构
•点缺陷 •线缺陷
的晶体缺陷
晶体中呈点状的缺陷，即在三维
空间上尺寸都很小的晶体缺陷 三维空间的两个方向上尺寸很小
•面缺陷
在二维方向上尺寸很大，在第三
个方向上尺寸很小，呈面状分布的缺陷
二、纯金属的结晶
金属由原子不规则排列的 液体转变为原子规则排 列的固体的过程称为结 晶。 纯金属的冷却曲线及过 冷度。 用热分析法进行研究 纯金属的冷却曲线(理论) 纯金属的冷却曲线(实际)
晶体结构的概念
晶格和晶胞： 表示原子在晶体中排列规律的空间格架叫做晶 格。 能完整地反映晶格特征的最小几何单元，称为 晶胞。 晶面和晶向： 在晶体中由一系列原子组成的平面，秋为晶面。 通过两个或两个以上原子中心的直线，可代表 晶格空间排列的一定方向，称为晶向
金属晶格的类型
体心立方晶格：它的晶胞是一个立方体，原子位于立方 体的八个顶角上和立方体的中心。如：铬（Cr）、钒 （V）、钨（W）、钼（Mo）及α-Fe 面心立方晶格：它的晶胞也是一个立方体，原子位于立 方体的八个顶角上和立方体六个面的中心。 如：铝 （Al）、铜（Cu）、铅（Pb）、镍（Ni）及γ-Fe 密排六方晶格：它的晶胞是一个正六棱柱体，原子排列 在柱体的每个顶角上和上、下底面的中心，另外三个 原子排列在柱体内。属于这种晶格类型的金属有镁 （Mg）、铍（Be）、镉（Cd）、及锌（Zn）等。
1.铸锭的组织结构
表面细晶粒区
柱状晶粒区
等轴晶粒区
2.定向结晶和单晶
七、金属材料塑性变形与再结晶
金属材料塑性变形
塑性变形实质 冷变形化
回复
再结晶
晶粒长大
八、金属材料焊接接头组织
焊缝
熔合区

Ti4+离子填充1/2八面体空隙；
晶胞分子数：Z=2；
晶胞中：2个八面体空隙 4个四面体空隙；
（2）质点坐标：
111 Ti : 000, 222
4
1 1 1 1 1 1 O : uuo, 1 u 1 u 0, u u , u u 2 2 2 2 2 2
1、金刚石结构
——立方晶系
（1）金刚石是面心立方格子
（2）碳原子位于立方体的8个
顶点，6个面心及立方体内4个
小立方体的中心。 （3）单位晶胞原子数：n＝8
（4）晶胞内各原子的空间坐标： 000， ½ ½ 0， ½ 0 ½ ， 0 ½ ½ ， ¼ ¼ ¾ ， ¼ ¾ ¼， ¾ ¼ ¼ ， ¾ ¾ ¾
体结构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离 子分配给这个负离子的静电键强度的总和，其偏差1/4 价”。
静电键强度
S=
正离子电荷数 Z ， 正离子配位数 n
Z Z Si i ni i i
则负离子电荷数
。
电价规则有两个用途： 其一，判断晶体是否稳定；
其二，判断共用一个顶点的多面体的数目。
离子半径、电中性、阴离子多面体之间的连接
1、NaCl型结构
（1）密堆积情况： Cl- 离子面心立方堆积； Na+离子填充八面体空隙；
——立方晶系
晶胞分子数：Z=4；
晶胞中：4个八面体空隙
8个四面体空隙；
Na+离子填充全部八面体空隙
（2）质点坐标：
11 1 1 11 Cl : 000 , 0, 0 ,0 22 2 2 22
连接（2个配位多面体共用一个顶点），或者和另外3个[MgO6]八面体