第二章晶体结构及结晶

空位
间隙原子
小置换原子
大置换原子
2.线缺陷
➢晶体中的线缺陷通常是指各 种类型的位错。
➢位错就是在晶体中某处有一 列或若干列原子发生了某种有 规律的错排现象。
➢金属的塑性变形主要是位错 运动引起的，位错会增加金属 的强度
线缺陷示意图
位错是晶体中普遍存在的，也是最重要的一种缺陷。 位错包括刃型位错，螺型位错及混合位错。位错线
➢ 晶格常数a=b=c，通常只用a表示。
➢ 在这种晶胞中，在每个面的对角线上各原子彼此相互接触，
因而其原子半径：
r 2a 4
➢ 又因每一面心位置上的原子是同时属于两个晶胞所共有， 故面心立方晶格的晶胞中包含有： 18164 个原子。
➢ 属于这种晶格的金属有： Fe(>912℃8,γ-Fe2)、 Al、Cu、Ni、 Pb等。
1．晶体
所谓晶体是指其原子（离子 或分子）在空间呈规则排列的物 体。
非晶体
晶体
图1-1 晶体与非晶体示意图
– 晶体的研究首先是从研究晶体几何外形的特征开 始
– 在古代，无论中外，都把具有规则的几何多面体 形态的水晶称为晶体
– 凡是具有（非人工琢磨而成）几何多面体形态的 固体都称之为晶体
➢以上两种定义都是不正确的
多晶体
（二）晶体缺陷
• 晶格的不完整部位称 晶体缺陷。
• 实际金属中存在着大 量的晶体缺陷，按形 状可分三类，即点、 线、面缺陷。
1.点缺陷
晶体中的空位、间隙原子、 置换（溶质）原子都是点 缺陷。
➢在空位和间隙原子附近， 由于原子间作用力的平衡 被破坏，使周围原子发生 靠拢或撑开，因此，发生 晶格畸变，使金属的强度 硬度提高，塑性韧性下降。
1912年，X射线晶体衍射实验成功，对晶体的研 究从晶体的外部进入到晶体的内部，使结晶学进 入一个崭新的发展阶段。
现已证明，一切晶体不论其外形如何，它的内部 质点（原子、离子或分子）都是在三维空间有规 律排列，主要表现为同种质点的周期重复，构成 了所谓的“格子构造”。
所有晶体都具有格子构造——晶体的共同特点。
▪性能特点：塑性极好 ▪致密度：74％
（三）密排六方晶格 • 密排六方晶格由12个原子构成的简单六方晶体，且在上下
两个六方面心还各有一个原子，而且简单六方体中心还有3 个原子。 • 晶格常数a＝b≠c，c/a=1.633 • 密排六方晶格晶胞中所含原子数：161212236 个原 子 • 致密度K=0.74 • 属于这种晶格的金属有Be、Mg、 Zn、Cd等。
体为单晶体。 ➢ 具有不规则颗粒状外形的小晶体称为“晶粒”。 ➢ 晶粒与晶粒之间的界面称为“晶界”。 ➢ 多晶体：多个晶粒组成的晶体结构，表现为各向同性。
➢ 对于单晶体，由于各个方向上原子 排列不同，导致各个方向上的性能 不同，即“各向异性”的特点；
➢ 而多晶体对每个小晶粒具有“各向 异性”的特点，而就多晶体的整体， 由于各小晶粒的位向不同，表现的 是各小晶粒的平均性能，故具备 “各向同性”的特点。
密排六方晶格
▪性能特点：性能介于体心立方和面心立方之间 ▪致密度：74％
三、晶体特性
• 1、有规则的几何外形 • 2、有一定的熔点 • 3、单晶体的各向异性 同一晶体的不同晶面和晶向上的性能不同
铁的单晶体及其各方向上弹性模量（E）示意图
第二节、金属的实际结构和晶体缺陷
（一）单晶体与多晶体 ➢ 单晶体：一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，称这块晶
点缺陷示意图
• a. 空位：晶格中某些缺 排原子的空结点。
• b. 间隙原子：挤进晶格 间隙中的原子。可以是 基体金属原子，也可以 是外来原子。
• c. 置换原子： 取代原来原子位置的外 来原子称置换原子。
• 点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲， 称晶格畸变。 从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
第二章 晶体结构与结晶
习题
1、名词解释 • 晶体、晶粒、晶界、晶格、晶胞、晶格常数 2、晶体和非晶体的区别 3、常见晶格形式 4、实际晶体中有哪几种缺陷？每种缺陷对金
属性能的影响
§1 金属的晶体结构
一、晶体的基本概念
在自然界中除了一些少数的 物质（如普通玻璃、松香等）以 外，包括金属在内的绝大多数固 体都是晶体
方晶胞的晶格叫做简单立方晶格。 单斜
X
晶格常数 a，b，c
三斜
６．晶面：点阵中的结点所构成的平面。 ７．晶向：点阵中的结点所组成的直线。
Z Z
c
b a
c
Y
b a
Y
X
X
二、常见金属的晶体结构类型
常见的类型 原子排列模型
（一）体心立方晶格
➢ 晶格常数a=b=c，通常只用a表示。
➢ 这种晶胞在其立方体的对角线 方向上原子是紧密接触排列着 的。故其对角线长度 3 a方向上所分布的原子数目为2，这 样可计算出其原子半径 ：r 3 a
周围的原子不同程度地偏离了平衡位置，使周围晶格 发生了畸变。
• 刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个原子 面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面的边缘就 是刃型位错。
立方
５．晶格常数：表示晶胞几何形状和
六方
尺寸的参数
Z
晶胞的棱边长度a、b、c和棱间夹
角α、β、γ是衡量晶胞大小和形状
四方
的六个参数，其中a、b、c称为晶 格常数或点阵常数。
c
菱方
其大小用A来表示（1A=10-8cm） 若a=b=c，α=β=γ=90°这种晶胞
就称为简单立方晶胞。具有简单立 a
b
正Y交
➢ 在这种晶胞中，因每个顶点上的4 原子是同时属于周围八个晶 胞所共有。
➢ 每个体心立方晶胞中仅含有： 1 81 2 个原子。
8
➢ 属于这种体心立方晶格的金属有Fe(＜912℃,α-Fe)、Cr、 Mo、W、V等。
▪致密度：68％（原子占有晶胞体积的百分数） ▪性能特点：强度很高，塑性较好
（二）面心立方晶格
晶体的正确的定义： 晶体是指其原子（原 子团或离子）按一定 的几何形状作有规律 的重复排列的物体
Cl- Na+
石盐晶体结构
无色水晶
水 晶 晶 簇
水晶晶簇
黄铁矿
石盐
冰州石
石榴石
绿柱石
钻石原石金 刚石源自石墨萤石２．晶体结构 晶体中原子（离子或分子）在空间的具体排列。
３．晶格
把点阵中的结点假想用一系列平行直线连接起来构成空 间格子称为晶格。 ４．晶胞 构成晶格的最基本单元。 由于晶体中原子排列的规律性，可以用晶胞来描述其排列 特征。