金属材料的晶体结构

金属材料的晶体结构

一、晶体与非晶体

固态物质可分为晶体与非晶体两类。

●晶体是指其组成微粒（原子、离子或分子）呈规则排列的物质。

晶体具有固定的熔点和凝固点、规则的几何外形和各向异性特点，如金刚石、石墨及一般固态金属材料等。

●非晶体是指其组成微粒无规则地堆积在一起的物质，如玻璃、沥青、石蜡、松香等都是非晶体。非晶体没有固定的熔点，而且性能具有各向同性。

图1-18 简单立方晶格及其晶胞示意图

二、金属的晶体结构

(一)晶格

●抽象地用于描述原子在晶体中排列形式的空间几何格子，称为晶格。

(二)晶胞

●反映晶格特征、具有代表性的最小几何单元称为晶胞。

晶胞的几何特征可以用晶胞的三条棱边的边长（晶格常数）a、b、c和三条棱边之间的夹角α、β、γ等六个参数来描述。

(三)常见的金属晶格类型

常见的晶格类型是：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格：

1．体心立方晶格

体心立方晶格的晶胞是立方体，立方体的8个顶角和中心各有一个原子，每个晶胞实有原子数是2个。具有这种晶格的金属有：α铁(α-Fe)、钨(W)、钼(Ｍo)、铬(Ｃr)、钒(Ｖ)、铌（Nb）等约30种金属。

图1-19 体心立方晶格示意图

2．面心立方晶格

面心立方晶格的晶胞也是立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子，每个晶胞实有原子数是4个。具有这种晶格的金属有：γ铁(γ-Ｆe)、金(Ａu)、银(Ag)、铝(Ａl)、铜(Ｃu)、镍(Ni)、铅（Pb）等金属。

图1-20 面心立方晶格示意图

3．密排六方晶格

密排六方晶格的晶胞是六方柱体，在六方柱体的十二个顶角和上下底面中心各有一个原子，另外在上下面之间还有三个原子，每个晶胞实有原子数是6个。具有这种晶格的金属有：α钛(α-Ti)、镁( Mg)、锌(Zn)、铍(Be)、镉（Cd）等金属。

图1-21 密排六方晶格示意图

三、金属的实际晶体结构

●原子从一个核心（或晶核）按同一方向进行排列生长而形成的晶体，称为单晶体。

自然界存在的单晶体有水晶、金刚石等，采用特殊方法也可获得单晶体，如单晶硅、单

晶锗等，单晶体具有显著的各向异性特点。

●由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。

●多晶体材料内部以晶界分开的、晶体学位向相同的晶体称为晶粒。

●将任何两个晶体学位向不同的晶粒隔开的那个内界面称为晶界。

●原子排列不规则的部位称为晶体缺陷。

根据晶体缺陷的几何特点，可将晶体缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种。

(一)点缺陷

●点缺陷是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。

最常见的缺陷是晶格空位和间隙原子。原子空缺的位置称为空位；存在于晶格间隙位置的原子称为间隙原子。

(二)线缺陷

●线缺陷是指晶体内部某一平面上沿一方向呈线状分布的缺陷。线缺陷主要指各种类型的位错。

●位错是指晶格中一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。

(三)面缺陷

●面缺陷是指晶体内部呈面状分布的缺陷，通常是指晶界和亚晶界。

晶界过渡结构示意图