典型金属的晶体结构_ppt

2.4 晶体的多晶型性
多晶型性：有些固态金属在不同温度和压力 下具有不同的晶体结构。 转变的产物称为同素异构体。 在多晶型性转变过程中伴随有体积的突变。 同素异构转变对于金属能否通过热处理来改 变性能具有重要意义。
思考题
试计算体心立方铁受热而变为面心立方铁时出现的体 积变化。在转变温度下，体心立方铁的点阵参数是2.863埃， 而面心立方铁的点阵参数是3.591埃。
体Leabharlann Baidu立方（bcc，body-centered cubic）
体心立方晶胞示意图 （a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图
面心立方（fcc，face-centered cubic）
面心立方晶胞示意图 （a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图
密排六方（hexagonal close-packed，hcp）
八面体间隙半径
a 3a rB 2 4
四面体间隙的数目
n8
四面体间隙半径
3a 2a rB 4 4
八面体间隙的数目
n 1 12
1 4 4
八面体间隙半径
a 2a rB 2 4
面心立方结构中间隙的刚球模型八面体间隙
面心立方结构中间隙的刚球模型四面体间隙
密排六方晶胞示意图 （a）刚球模型；（b）质点模型；（c）晶胞中原子数示意图
一、晶胞中的原子数
密排六方
体心立方
面心立方
1 n 8 1 2 8
1 1 n 8 6 4 8 2
1 1 n 12 2 3 6 6 2
二、点阵常数与原子半径
体心立方 面心立方 密排六方
几点说明:

(1)fcc和hcp都是密排结构，而bcc则是比较“开放”的结
构，因为它的间隙较多。因此，碳、氮、氢、氧、硼等原
子半径较小的元素（即间隙原子）在bcc金属中的扩散速 率往往比在fcc及hcp金属中高得多。

(2)fcc和hcp金属中的八面体间隙大于四面体间隙，故这些 金属中的间隙原子往往位于八面体间隙中。 (3)fcc和hcp中的八面体间隙远大于bcc中的八面体或四面 体间隙，因而间隙原子在fcc和hcp中的固溶度往往比在 bcc中大得多。
但堆垛方式不一样。
ABCA
ABA
图 面心立方晶格密排面的堆垛方式
图 密排六方晶格密排面的堆垛方式
2.3 晶体结构中的间隙
四面体间隙的数目
n 4 6
1 12 2
四面体间隙半径
rB
5a 3a 4 4
八面体间隙的数目
1 1 n 6 12 6 2 4
原子半径 体心立方
原子数 2
配位数 8
致密度 0.68
3 r a 4
2 r a 4
1 r a 2
面心立方
4
12
0.74
密排六方
6
12
0.74
2.2 晶体中的原子堆垛方式
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，
体心立方配位数为8
4 3 2 ( a)3 nv 3 4 K 0.68 3 V a
面心立方配位数为12
4 2 3 4 ( a) nv 3 4 K 0.74 3 V a
密排六方配位数为12
4 a 3 6 ( ) nv 3 2 0.74 K V 3 2a 3
3.5913 2 2.8633 V % 100% 1.34% 3 2 2.863
这表明铁在加热到一定温度时出现收缩
本节小结
1、典型金属的晶体结构 bcc, fcc, hcp 晶胞中的原子数 点阵常数与原子半径 配位数和致密度 2、晶体中的原子堆垛方式 3、晶体中的间隙 4、晶体的多晶型性
3a r 4
2a r 4
a r 2
三、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，
nv K V
式中，n为晶胞原子数，v原子体积，V晶胞体积。