第2章 晶体结构讲解

心立方晶胞中的原子半径 3).配位数

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所谓配位数是指晶体结构中 与任一个原子最近的原子得数目.体心立方晶格的配位数位8. 4).致密度

体心立方晶格的致密度为:

5).原子密排面和密排排方向 密排面 {110} 密排方向: <111> 6).原子堆垛方式

原子面的空隙是有四个原子所构成的,原子排列的紧密程度较差,通常称为次密排面.原子堆垛方式为ababab. 7)晶体中的间隙

体心立方晶格有两种间隙,一种是八面体间隙,另一种是四面体间隙,如右图所示: 1>八面体间隙 间隙原子半径的计算:

体心立方晶格四面体间隙的棱边长度不全相等,为不对称的扁八面体间隙.间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径,原子中心到间隙中心的距离皆为

.

2>四面体间隙 间隙原子半径的计算:

体心立方晶格四面体间隙的棱边长度不全相等,为不对称的间隙.间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径,原子中心到间隙中心的距离皆为 面心立方晶格 1).晶胞中的原子数

面心立方晶体每个角上的原子只有1/8个属于这个晶胞,六个面中心的原子只有1/2属于这个晶胞,所以面心立方晶胞中的原子数为8*1/8+1/2x6=4. 2).原子半径

在面心立方晶胞中,只有沿着晶胞六个面的对角线方向,原子是互相接触的,面对角线的长度为

.它与

,所以间隙半径为

.

,所以间隙半径为

4个原子半径的长度相等,所以面心立方晶胞的原子半径 3).配位数

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所谓配位数是指晶体结构中 与任一个原子最近的原子得数目.面心立方晶格的配位数位12. 4).致密度

面心立方晶格的致密度为:

5).原子密排面和密排排方向 密排面 {111} 密排方向: <110> 6).原子堆垛方式

原子面的空隙是有三个原子所构成的,原子排列较为紧密,原子堆垛方式为abcabc. 7)晶体中的间隙

面心立方晶格有两种间隙,一种是八面体间隙,另一种是四面体间隙,如右图所示: 1>八面体间隙 间隙原子半径的计算:

面心立方晶格八面体间隙属于正八面体间隙.间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径,原子中心到间隙中心的距离皆为 2>四面体间隙 间隙原子半径的计算:

面心立方晶格四面体间隙属于正四面体间隙,间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径,原子中心到间隙中心的距离皆为 密排六方晶格 1).晶胞中的原子数

在密排六方晶格中,六方柱每个角上的原子均属于六个晶胞所共有,上,下底面中心的原子同时为两个晶胞所共有,再加上晶胞内的三个原子,故晶胞中的原子数为1/6x12+1/2x2+3=6. 2).原子半径

在密排立方晶胞中,从上下地面可以看出,两个原子半径即等于晶格常数,所以原子半径,所以原子半径

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3).配位数

,所以间隙半径为:

.

,原子半径为

所以间隙半径为:

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所谓配位数是指晶体结构中 与任一个原子最近的原子得数目.密排六方晶格的配位数位12. 4).致密度

密排六方晶格的致密度为:

5).原子密排面和密排排方向 密排面:{0001} 密排方向:[1120]

2.2.2 晶体的原子堆垛方式和间隙

原子密排面在空间一层一层平行的堆垛起来就分别构成以上三种晶体结构。 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。

金属晶体存在许多间隙，这种间隙对金属的性能、合金相结构和扩散、相变等都有重要影响。 体心立方点阵四面体间隙 面心立方点阵四面体间隙 密排六方点阵四面体间隙 体心立方点阵八面体间隙 面心立方点阵八面体间隙 密排六方点阵八面体间隙 6).原子堆垛方式

原子面的空隙是有三个原子所构成的,原子排列较为紧密,原子堆垛方式为ababab. 7)晶体中的间隙

密排六方晶格的八面体间隙和四面面体间隙的形状与面心立方晶格的完全相似,当原子半径相等时,间隙大小完全相等,只有间隙中心在晶胞中的位置不同,如图所示.有关间隙半径的计算请参阅面心立方晶格章节.

1>八面体间隙 间隙原子半径的计算:

体心立方晶格四面体间隙的棱边长度不全相等,为不对称的扁八面体间隙.间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径,原子中心到间隙中心的距离皆为

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2>四面体间隙 间隙原子半径的计算:

体心立方晶格四面体间隙的棱边长度不全相等,为不对称的间隙.间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径,原子中心到间隙中心的距离皆为

,所以间隙半径为 ,所以间隙半径为

小结:

体心立方 晶体类型 晶胞中的原子数 原子半径 配位数 8 错误!最密排面和最密排方向 原子堆垛方式 四面体间隙半径/原子半径 八面体间隙半径/原子半径 2.2.3 多晶型性

有些固态金属在不同的温度和压力下具有不同的晶体结构即具有多晶型性，转变的产物称为同素异构体。例如，铁在912℃以下为体心立方结构。称为α-Fe；在912～1394℃具有面心立方结构，称为γ-Fe；温度超过1394℃至熔点间又变成体心立方结构，称为δ－Fe。由于不同晶体结构的致密度不同，当金属由一种晶体结构变为另一种晶体结构时，将伴随有质量体积的跃变即体积的突变

2.3 合金相结构

虽然纯金属在工业中有着重要的用途，但由于其强度低等原因，因此，工业上广泛使用的金属材料绝大多数是合金。所谓合金是指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。组成合金的基本的独立的物质称为组元。组元可以是金属和非金属元素，也可以是化合物。

固态下所形成的合金相基本上可分为固溶体和中间相两大类。 2.3.1 固溶体

固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶人其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。 1.置换固溶体

当溶质原子溶人溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体就称为置换固溶体。金属元素彼此之间一般都能形成置换固溶体，但溶解度视

ABABAB... 0.29 0.15 ABCABC... 0.225 0.414 ABABAB... 0.225 0.414 2 12 错误! 5 12 错误!6 面心立方 密排六方