1、一、金屬的晶體結構一、金屬的晶體結構二、實際金屬結構二、實際金屬結構三、金屬的結晶三、金屬的結晶第第3 3章章 晶體結構與結晶晶體結構與結晶 第一節第一節 金屬的晶體結構金屬的晶體結構晶體：指原子呈規則排列的固體，具有晶體：指原子呈規則排列的固體，具有各向異性各向異性和和固定的固定的熔點熔點。金屬主要以晶體形式存在。金屬主要以晶體形式存在。雪花晶體雪花晶體 玻璃玻璃晶態晶態一、晶體的概念一、晶體的概念非晶體：指原子呈無序排列的固體。非晶體：指原子呈無序排列的固體。在一定條件下晶體和非晶體可在一定條件下晶體和非晶體可互相轉化互相轉化。 食鹽食鹽1 1、晶格：、晶格：晶體中原子排列的空間格子晶體中

2、原子排列的空間格子。各連線的交點。各連線的交點稱稱結點結點。2 2、晶胞：、晶胞：構成晶格最小幾何單元。構成晶格最小幾何單元。3 3、晶格常數：、晶格常數：晶胞三個棱邊的尺寸晶胞三個棱邊的尺寸 a a、b b、c c。各棱間的夾角用。各棱間的夾角用 、 、 表示。表示。假設：原子為固定不動的剛性小球假設：原子為固定不動的剛性小球二、晶系二、晶系 立方晶系立方晶系：a a = =b b = =c c， = = = = = 90= 90 根據晶胞內根據晶胞內6 6個參數不同，將晶體分為七種晶系。個參數不同，將晶體分為七種晶系。90%90%以上的金屬具有以上的金屬具有立方晶系立方晶系和和六方晶系六方

3、晶系。六方晶系：六方晶系：五、常見的金屬晶體結構五、常見的金屬晶體結構（1 1）體心立方晶格）體心立方晶格bccbcc90%90%以上的金屬具有以下三種典型的晶體結構。以上的金屬具有以下三種典型的晶體結構。（2 2）面心立方晶格）面心立方晶格fccfcc（3 3）密排六方晶格）密排六方晶格hcphcp1 1、體心立方晶格、體心立方晶格 BCC BCC 體心立方晶格體心立方晶格原子個數：原子個數：晶格常數：晶格常數：a (a=b=c)a (a=b=c)原子半徑：原子半徑：4/3ar配位數：配位數：致密度：致密度：常見金屬：常見金屬： -Fe-Fe、CrCr、WW、MoMo、V V、NbNb等等2

4、 22 2、面心立方晶格、面心立方晶格 FCC FCC a42r 原子個數：原子個數： 面心立方晶格面心立方晶格原子半徑：原子半徑：常見金屬：常見金屬： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等等晶格常數：晶格常數：a (a=b=c)a (a=b=c)配位數：配位數：致密度：致密度：4：r = a / 2r = a / 2原子半徑原子半徑原子個數：原子個數：6 6配位數：配位數： 1212致密度：致密度：0.740.74常見金屬：常見金屬： MgMg、ZnZn、 BeBe、CdCd等等晶格常數：底面邊長晶格常數：底面邊長 a a 和高和高 c c，c/a=1.633c/a=1.6333 3、密排

5、六方晶格、密排六方晶格 HCP HCP致密度和配位數致密度和配位數1 1、配位數：、配位數：晶格中與任一原子距離晶格中與任一原子距離最近且等距離的原子數目。最近且等距離的原子數目。反映原子排列的緊密程度反映原子排列的緊密程度2 2、致密度：、致密度：晶胞中原子本身所晶胞中原子本身所占的體積百分數。占的體積百分數。三、晶向指數三、晶向指數建坐標系建坐標系過原點過原點求坐標值求坐標值化整數化整數加加 晶向指數確定方法晶向指數確定方法晶向：晶胞中任意兩點間的直線，矢量晶向：晶胞中任意兩點間的直線，矢量表示晶向的符號稱為晶向指數。表示晶向的符號稱為晶向指數。（1 1）建立坐標系，晶格常數分別作為三個坐

6、標軸的長度單位；）建立坐標系，晶格常數分別作為三個坐標軸的長度單位；（2 2）過坐標原點做待定晶向的直線；）過坐標原點做待定晶向的直線；（3 3）求出直線上結點的坐標值。）求出直線上結點的坐標值。（4 4）將三個坐標值按比例化為最小）將三個坐標值按比例化為最小整數，加方括號，整數，加方括號，443443。ZYXcba例如：求下列晶向的晶向指數(a=b=c=1)4431 1、1 1、3/43/4；注意：注意：ZYX110110指指110110、101101、011011、110110、101101、011011、負指數改變截距的方向負指數改變截距的方向晶向族晶向族: :uvwuvw指原子排列規律

7、相同，但指原子排列規律相同，但互不平行互不平行的所有晶向。的所有晶向。110110101ZYX四、晶面指數四、晶面指數表示晶胞中任意平面的符號稱為晶面指數。表示晶胞中任意平面的符號稱為晶面指數。建坐標建坐標（不能過該晶面）（不能過該晶面）求截距求截距取倒數取倒數 化整數化整數加（）加（）（1 1）建立坐標系）建立坐標系XYZXYZ，如圖。，如圖。（原點不能在待定晶面上）（原點不能在待定晶面上）（2 2）求晶面在三個坐標軸上的截距。）求晶面在三個坐標軸上的截距。 （3 3）取三個截距的倒數）取三個截距的倒數 1 1、0 0、0 0（4 4）化為最小整數，加圓括號）化為最小整數，加圓括號(100)

8、(100)例如：求下列晶面的晶面指數例如：求下列晶面的晶面指數（100100）1 1、 練習：求出下面晶面的晶面指數練習：求出下面晶面的晶面指數(111)(120)(110)(112)注意：注意：晶面族：晶面族： hkl hkl 指原子排列規律相同，但指原子排列規律相同，但互不平行互不平行的一族晶面的一族晶面(110)(110)(011)(011)(110)(110)110110指指(110)(110)、(101)(101)、(011)(011)(110)(110)、(101)(101)、(011)(011)六、單晶體的各向異性六、單晶體的各向異性在某個晶向上力學、物理性能不同，如單晶硅在某個

9、晶向上力學、物理性能不同，如單晶硅多數金屬晶體為多晶體，不顯示各向異性多數金屬晶體為多晶體，不顯示各向異性“單晶硅的制取單晶硅的制取”單晶體多晶體單晶體多晶體 第二節第二節 實際金屬結構實際金屬結構 一、多晶體一、多晶體單晶體單晶體：原子按規律周期排列，所有晶格方位完全一致的晶體。（需人工獲得）原子按規律周期排列，所有晶格方位完全一致的晶體。（需人工獲得）多晶體多晶體：由許多晶格方位不同的晶粒構成。每個小晶體稱為晶粒，晶粒之間由許多晶格方位不同的晶粒構成。每個小晶體稱為晶粒，晶粒之間的界面稱為晶界。的界面稱為晶界。單晶冰糖和多晶冰糖單晶冰糖和多晶冰糖金屬晶粒尺寸約金屬晶粒尺寸約1 m幾個幾個m

10、m，鑄造金屬可達幾，鑄造金屬可達幾mm。純鐵組織純鐵組織晶粒示意圖晶粒示意圖鉛錠宏觀組織鉛錠宏觀組織二、晶體缺陷二、晶體缺陷（1 1）點缺陷：空位、間隙原子、異類原子）點缺陷：空位、間隙原子、異類原子（2 2）線缺陷：位錯）線缺陷：位錯（3 3）面缺陷：晶界與亞晶界）面缺陷：晶界與亞晶界點缺陷破壞了原子的平衡狀態，使晶格發生扭曲，稱點缺陷破壞了原子的平衡狀態，使晶格發生扭曲，稱晶格畸變晶格畸變。導電性下降，強度提高。導電性下降，強度提高。小置換原子小置換原子大置換原子大置換原子1 1、點缺陷：空間三維尺寸都很小的缺陷。、點缺陷：空間三維尺寸都很小的缺陷。（1 1）空位：晶格中某些結點未被原子占

11、據。）空位：晶格中某些結點未被原子占據。（2 2）間隙原子：擠進晶格間隙中的原子。）間隙原子：擠進晶格間隙中的原子。（3 3）置換原子：取代原來原子位置的外來原子。）置換原子：取代原來原子位置的外來原子。空位空位間隙原子間隙原子刃型位錯刃型位錯螺型位錯螺型位錯2 2、線缺陷：、線缺陷： 一維尺寸相對大的缺陷（位錯）一維尺寸相對大的缺陷（位錯）位錯：晶體中若干列原子發生有規律的錯排現象。位錯：晶體中若干列原子發生有規律的錯排現象。正刃型位錯正刃型位錯負刃型位錯負刃型位錯刃型位錯：某一原子面在晶體內部中斷，宛如用一把刀刃切入刃型位錯：某一原子面在晶體內部中斷，宛如用一把刀刃切入晶體，沿切口插入一額外半原子面。晶體，沿切口插入一額外半原子面。螺型位錯：刀刃切入晶體后，上下部螺型位錯：刀刃切入晶體后，上下部分沿著刃口相