晶体与非晶体
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人教版高中物理选修3-3课件晶体与非晶体
晶体各向异性的微观解释 在物理性质上，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性 的． 通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性 能、光的折射性能等．晶体的各向异性是指晶体在不同方向 上物理性质不同，也就是沿不同方向去测试晶体的物理性能 时测量结果不同．例如晶体在不同的方向还可以有不同的硬 度、弹性、热膨胀性质、导电性能等． 需要注意的是，晶体具有各向异性，并不是说每一种晶体 都能在各物理性质上表现出各向异性，例如云母、石膏晶体 在导热性上表现出显著的各向异性——沿不同方向传热的快 慢不同；方铅矿晶体在导电性上表现出显著的各向异性—— 沿不同方向电阻率不同；立方形的铜晶体在弹性上表现出显 著的各向异性——沿不同方向的弹性不同；方解石晶体在光 的折射上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同．
雪 花
冰糖
金刚石
石墨
水晶石
思考
什么是晶体？什么是非晶体？ 晶体有什么特点和性质？ 晶体和非晶体的本质区别是什么？
1.
概念 晶体：晶体是原子、离子或分子按照一定的周 期性，在结晶过程中，在空间排列形成具有一 定规则的几何外形的固体。 非晶体：是内部质点在三维空间不成周期性重 复排列的固体，具有近程有序，但不具有长程 有序。
有的物质有几种晶体，是因为它们
的物质微粒能形成不同的晶体结 构．
天然水晶球里的玛瑙和水晶
玛瑙
水晶
玛瑙和水晶都是SiO2的晶体，不同的是玛瑙是熔融态 SiO2快速冷却形成的，而水晶则是熔融态SiO2缓慢冷 却形成的。
石英玻璃
观察· 思考
请同学们判断下列物质是晶体还是非晶体：
水晶石
2、晶体有三个特征：
(1)晶体有整齐规则的几何外 形； (2)晶体有固定的熔点，在熔 化过程中，温度始终保持不变；
晶体和非晶体的区别
晶体通常具有较高的硬度和稳定性，适用于对精 度和稳定性要求较高的场合，而非晶体具有较好 的柔韧性和加工性能，适用于对柔韧性和加工性 能要求较高的场合。
THANKS
感谢观看
非晶体内部原子或分子的排列是无规律的，因 此其外形通常是不规则的，没有固定的形状。
非晶体具有各向同性
非晶体在不同方向上的物理性质基本相同，没 有明显的方向性差异。
非晶体没有固定的熔点
非晶体在加热时逐渐软化，最终变成液体，没有固定的熔点。
晶体与非晶体物理性质的对比
晶体具有规则的几何外形和非晶体没有规则的几 何外形形成了鲜明的对比。
在实际应用中，晶体和非晶体的差异也很大，如陶瓷、玻璃、塑料等材料中，非晶体材料通常具有较好 的韧性和塑性，而晶体材料则具有较高的硬度和强度。
04
物理性质
晶体物理性质
晶体具有规则的几何外形
晶体具有固定的熔点，且在熔化过程中保持固定的温度不 变。晶体还具有规则的几何外形，这是因为晶体内部原子 或分子的排列是有规律的。
等。
非晶体定义
01 非晶体是指原子、分子或离子的排列不具有长程 有序性和对称性的固体物质。
02 非晶体内部原子、分子或离子的排列是混乱无序 的，导致非晶体没有规则的几何外形。
02 非晶体的物理性质通常表现为各向同性，即在不 同方向上表现出相同的性质。
晶体与非晶体的性质比较
光学性质
晶体具有光学各向异 性，即在不同方向上 表现出不同的光学性 质；非晶体则表现为 光学各向同性。
橡胶制品
非晶体材料如天然橡胶、合成橡胶等 可用于制造各种橡胶制品，如轮胎、
鞋底等。
塑料制品
非晶体材料如聚乙烯、聚丙烯等是塑 料的主要成分，广泛用于制造各种塑 料制品。
THANKS
感谢观看
非晶体内部原子或分子的排列是无规律的，因 此其外形通常是不规则的，没有固定的形状。
非晶体具有各向同性
非晶体在不同方向上的物理性质基本相同，没 有明显的方向性差异。
非晶体没有固定的熔点
非晶体在加热时逐渐软化，最终变成液体，没有固定的熔点。
晶体与非晶体物理性质的对比
晶体具有规则的几何外形和非晶体没有规则的几 何外形形成了鲜明的对比。
在实际应用中，晶体和非晶体的差异也很大，如陶瓷、玻璃、塑料等材料中，非晶体材料通常具有较好 的韧性和塑性，而晶体材料则具有较高的硬度和强度。
04
物理性质
晶体物理性质
晶体具有规则的几何外形
晶体具有固定的熔点，且在熔化过程中保持固定的温度不 变。晶体还具有规则的几何外形，这是因为晶体内部原子 或分子的排列是有规律的。
等。
非晶体定义
01 非晶体是指原子、分子或离子的排列不具有长程 有序性和对称性的固体物质。
02 非晶体内部原子、分子或离子的排列是混乱无序 的，导致非晶体没有规则的几何外形。
02 非晶体的物理性质通常表现为各向同性，即在不 同方向上表现出相同的性质。
晶体与非晶体的性质比较
光学性质
晶体具有光学各向异 性，即在不同方向上 表现出不同的光学性 质；非晶体则表现为 光学各向同性。
橡胶制品
非晶体材料如天然橡胶、合成橡胶等 可用于制造各种橡胶制品，如轮胎、
鞋底等。
塑料制品
非晶体材料如聚乙烯、聚丙烯等是塑 料的主要成分，广泛用于制造各种塑 料制品。
物理高三晶体非晶体知识点
物理高三晶体非晶体知识点晶体与非晶体是高中物理中的一个重要知识点。
本文将介绍晶体和非晶体的定义、特点、分类以及在日常生活中的应用。
一、晶体的定义与特点晶体是由一定的物质按照一定的方式排列组成的固体物质。
它具有以下特点：1. 具有三维周期性结构：晶体中的原子、离子或分子以一定的间距沿着特定方向周期性排列，并且在每个晶体的不同位置具有相同的排列方式。
2. 具有长程有序性：晶体的周期性结构在整个晶体中无限延伸，这使得晶体具有规则而有序的几何形态。
3. 具有良好的各向同性：晶体的性质在各个方向上基本相同，因此具有相应的物理性质。
二、晶体的分类根据晶体的组成和结构，可以将晶体分为以下几类：1. 金属晶体：由金属原子组成的晶体，具有金属的典型性质，如导电性、延展性等。
2. 离子晶体：由正负离子按照一定的比例和方式排列组成的晶体，具有高熔点和良好的电导性能。
3. 分子晶体：由分子按照一定的方式排列组成的晶体，具有较低的熔点和不良的导电性能。
4. 原子晶体：由原子按照一定的方式排列组成的晶体，如金刚石、硅等。
三、非晶体的定义与特点非晶体是指具有无定形结构的固体物质，它与晶体不同，缺乏长程有序性。
非晶体具有以下特点：1. 无定形结构：非晶体的原子、离子或分子没有规则的周期性排列方式，具有无序性。
2. 局部有序性：虽然整体没有规则的结构，但是在局部范围内可能存在某种有序性。
3. 非晶性：非晶体表现出非晶体的典型性质，如折射、吸收等。
四、晶体与非晶体的应用晶体和非晶体在我们的日常生活中有着广泛的应用：1. 晶体应用：晶体被广泛应用于电子工业，如晶体管、光纤等，可用于电子设备、通信、光学等领域。
2. 非晶体应用：非晶体常用于制作玻璃、塑料等材料，也可以用于太阳能电池板、显示器等技术中。
总结：晶体和非晶体是固体物质中不同结构的表现形式。
晶体具有三维周期性结构和长程有序性，主要包括金属晶体、离子晶体、分子晶体和原子晶体。
非晶体是无定形结构的固体物质，主要表现为无规则的局部有序性。
人教版高中物理必修一晶体与非晶体
C．单晶体的所有物理性质都是各 向异性的
D．玻璃没有确定的熔点，也没有 规则的几何形状
3．某种固体制成的均匀薄片，将 其一个表面涂上一层很薄的石蜡， 然后用烧热的钢针去接触其反面， 发现石蜡熔化区域呈圆形．由此可 断定该薄片（ ）
A．一定是非晶体 B．一定是单晶 体
C．一定是多晶体 D．不一定是非 晶体
顶角
棱上 面上
练习二：
石墨晶体的层状结构， 层内为平面正六边形结构 （如图），试回答下列问题： （1）图中平均每个正六边 形占有C原子数为____个、 占有的碳碳键数为____个。
练习: 1: 下面几种晶胞中分别含有几个原子?
各1/2个
各4个 绿色：8× ½ = 4 或8× 1/8+6×1/2 = 4 灰色：12× ¼+1=4
重点突破
熔点的解释，给晶体加热到一定温度时， 一部分微粒有足够的动能，克服微粒间的 作用力，离开平衡位置，使规则的排列被 破坏，晶体开始熔解，熔解时晶体吸收的 热量全部用来破坏规则的排列，温度不发 生变化． 实验证实： 人们用X射线和电子显微镜对晶体的内部 结构进行研究后，证实了微观结构是正确 的
4．一块密度和厚度都均匀分布的矩形被测样品，长AB是 宽AC的两倍，如图所示．若用多用电表沿两对称轴 O1O1′，和O2O2′，测其电阻阻值均为R，则这块样品可 能是( )
A．单晶体 B．多晶体 C．非晶体 D．金属
5．由同种物质微粒组成但空间点阵不 同的两种晶体，这两种晶体一定是： （）
2、晶体有三个特征： (1)晶体有整齐规则的几何外
形； (2)晶体有固定的熔点，在熔
化过程中，温度始终保持不变；
(3)晶体有各向异性的特点。
分类
D．玻璃没有确定的熔点，也没有 规则的几何形状
3．某种固体制成的均匀薄片，将 其一个表面涂上一层很薄的石蜡， 然后用烧热的钢针去接触其反面， 发现石蜡熔化区域呈圆形．由此可 断定该薄片（ ）
A．一定是非晶体 B．一定是单晶 体
C．一定是多晶体 D．不一定是非 晶体
顶角
棱上 面上
练习二：
石墨晶体的层状结构， 层内为平面正六边形结构 （如图），试回答下列问题： （1）图中平均每个正六边 形占有C原子数为____个、 占有的碳碳键数为____个。
练习: 1: 下面几种晶胞中分别含有几个原子?
各1/2个
各4个 绿色：8× ½ = 4 或8× 1/8+6×1/2 = 4 灰色：12× ¼+1=4
重点突破
熔点的解释，给晶体加热到一定温度时， 一部分微粒有足够的动能，克服微粒间的 作用力，离开平衡位置，使规则的排列被 破坏，晶体开始熔解，熔解时晶体吸收的 热量全部用来破坏规则的排列，温度不发 生变化． 实验证实： 人们用X射线和电子显微镜对晶体的内部 结构进行研究后，证实了微观结构是正确 的
4．一块密度和厚度都均匀分布的矩形被测样品，长AB是 宽AC的两倍，如图所示．若用多用电表沿两对称轴 O1O1′，和O2O2′，测其电阻阻值均为R，则这块样品可 能是( )
A．单晶体 B．多晶体 C．非晶体 D．金属
5．由同种物质微粒组成但空间点阵不 同的两种晶体，这两种晶体一定是： （）
2、晶体有三个特征： (1)晶体有整齐规则的几何外
形； (2)晶体有固定的熔点，在熔
化过程中，温度始终保持不变；
(3)晶体有各向异性的特点。
分类
晶体和非晶体
在不同方向上物质微粒的排列情况不同， 才引起晶体的不同方向上物理性质的不同.
（3）晶体有固定的熔点
晶体溶化时，吸收的 热量全部用来破坏规则的排列，温度 不发生变化.
非晶体熔化时，先变软，然后变成粘滞性很大的液体， 温度不断升高.
2．利用晶体结构，可以用来解释_A__B_D__ A．晶体有规则的几何外形，非晶体没有规则的几何外形 B．晶体有一定的熔点，非晶体没有熔点 C．晶体的导电性能比非晶体好 D．单晶体的各向异性
多晶体与非晶体的比较
相同点
都没有规则的几何形状． 多晶体和非晶体的一些物理性质都表现为各向同性
不同点： 多晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点
所以固体是否有确定的熔点，可作为区分晶体和非晶体的标志．
1.下列说法中正确的是（ ACD ）
A．常见的金属材料都是多晶体 B．只有非晶体才显示各向同性
常见对的，它们在一定条件下可以相互转化。
例如：天然水晶是晶体，而熔化以后再凝固的水晶（即石英玻璃）却 是非晶体. （4）微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振 动.
2、用晶体的微观结构解释晶体的特征
（1）晶体具有规则的几何外形 由于晶体的物质微粒是按照一定的规则在空间中整齐地排列的，表 现在外形上具有规则的几何形状，且不同类型的晶体结构，决定了各 种晶体的不同外形. （2）解释物理性质的各向异性
C．一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性不同，则该球一
定是单晶体
D．一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则一定是多晶体
单晶体的某些物理性质具有各向异性 而另外某些物理性质具有各向同性
练一练
3．关于石墨与金刚石的区别，下列说法正确的是__B_D___ A．它们是由不同物质微粒组成的不同晶体 B．它们是由相同物质微粒组成的不同晶体 C．金刚石是晶体，石墨是非晶体 D．金刚石比石墨原子间作用力大，金刚石有很大的硬度
（3）晶体有固定的熔点
晶体溶化时，吸收的 热量全部用来破坏规则的排列，温度 不发生变化.
非晶体熔化时，先变软，然后变成粘滞性很大的液体， 温度不断升高.
2．利用晶体结构，可以用来解释_A__B_D__ A．晶体有规则的几何外形，非晶体没有规则的几何外形 B．晶体有一定的熔点，非晶体没有熔点 C．晶体的导电性能比非晶体好 D．单晶体的各向异性
多晶体与非晶体的比较
相同点
都没有规则的几何形状． 多晶体和非晶体的一些物理性质都表现为各向同性
不同点： 多晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点
所以固体是否有确定的熔点，可作为区分晶体和非晶体的标志．
1.下列说法中正确的是（ ACD ）
A．常见的金属材料都是多晶体 B．只有非晶体才显示各向同性
常见对的，它们在一定条件下可以相互转化。
例如：天然水晶是晶体，而熔化以后再凝固的水晶（即石英玻璃）却 是非晶体. （4）微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振 动.
2、用晶体的微观结构解释晶体的特征
（1）晶体具有规则的几何外形 由于晶体的物质微粒是按照一定的规则在空间中整齐地排列的，表 现在外形上具有规则的几何形状，且不同类型的晶体结构，决定了各 种晶体的不同外形. （2）解释物理性质的各向异性
C．一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性不同，则该球一
定是单晶体
D．一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则一定是多晶体
单晶体的某些物理性质具有各向异性 而另外某些物理性质具有各向同性
练一练
3．关于石墨与金刚石的区别，下列说法正确的是__B_D___ A．它们是由不同物质微粒组成的不同晶体 B．它们是由相同物质微粒组成的不同晶体 C．金刚石是晶体，石墨是非晶体 D．金刚石比石墨原子间作用力大，金刚石有很大的硬度
矿物岩石之晶体与非晶体概念介绍
Байду номын сангаас
04
晶体具有特定 的对称性，而 非晶体则没有。
非晶体的性质
1
2
3
4
无固定熔点：非晶 体在加热过程中逐 渐软化，最后熔化
无固定形状：非晶 体在凝固过程中可
以形成各种形状
光学性质：非晶体 的光学性质不均匀，
无固定折射率
各向同性：非晶体 在不同方向上的物
理性质相同
晶体与非晶体的共性与差异
共性：都是固体物 质，具有一定的物 理性质和化学性质。
01
晶体在电子工业中的应用： 晶体管、集成电路、太阳能 电池等
02
非晶体在光学领域的应用： 玻璃、塑料等光学材料
03
晶体在生物医学领域的应用： X射线晶体学、药物研发等
04
非晶体在材料科学领域的应 用：非晶合金、纳米材料等
05
晶体在能源领域的应用：太 阳能电池、燃料电池等
06
非晶体在环境科学领域的应 用：土壤、水、大气等非晶 体污染物检测
差异：晶体具有规 则的几何形状，而 非晶体没有规则的
几何形状。
晶体具有各向异性， 而非晶体具有各向
同性。
晶体具有特定的对 称性，而非晶体没 有特定的对称性。
晶体具有固定的熔 点，而非晶体没有
固定的熔点。
3
晶体的应用
01
电子设备：晶体管、集成电 路等电子元件
03
太阳能电池：利用晶体的光电 效应进行能量转换
非晶体的应用
非晶体材料广泛应用于 电子、光学、机械、化
工等领域。
非晶体材料具有优良的机 械性能，如高强度、高硬
度、高耐磨性等。
非晶体材料具有优良的 电性能，如高导电性、
04
晶体具有特定 的对称性，而 非晶体则没有。
非晶体的性质
1
2
3
4
无固定熔点：非晶 体在加热过程中逐 渐软化，最后熔化
无固定形状：非晶 体在凝固过程中可
以形成各种形状
光学性质：非晶体 的光学性质不均匀，
无固定折射率
各向同性：非晶体 在不同方向上的物
理性质相同
晶体与非晶体的共性与差异
共性：都是固体物 质，具有一定的物 理性质和化学性质。
01
晶体在电子工业中的应用： 晶体管、集成电路、太阳能 电池等
02
非晶体在光学领域的应用： 玻璃、塑料等光学材料
03
晶体在生物医学领域的应用： X射线晶体学、药物研发等
04
非晶体在材料科学领域的应 用：非晶合金、纳米材料等
05
晶体在能源领域的应用：太 阳能电池、燃料电池等
06
非晶体在环境科学领域的应 用：土壤、水、大气等非晶 体污染物检测
差异：晶体具有规 则的几何形状，而 非晶体没有规则的
几何形状。
晶体具有各向异性， 而非晶体具有各向
同性。
晶体具有特定的对 称性，而非晶体没 有特定的对称性。
晶体具有固定的熔 点，而非晶体没有
固定的熔点。
3
晶体的应用
01
电子设备：晶体管、集成电 路等电子元件
03
太阳能电池：利用晶体的光电 效应进行能量转换
非晶体的应用
非晶体材料广泛应用于 电子、光学、机械、化
工等领域。
非晶体材料具有优良的机 械性能，如高强度、高硬
度、高耐磨性等。
非晶体材料具有优良的 电性能，如高导电性、
晶体常识-晶体与非晶体晶体与非晶体的区别
晶体
NaCl (型) 离 子 晶 体 CsCl (型)
晶体结构
晶体详解 (1)每个Na＋(Cl－)周围等距且紧 邻的Cl－(Na＋)有6个．每个Na＋ 周围等距且紧邻的Na＋有12个 (2)每个晶胞中含4个Na＋和4个 Cl－ (1)每个Cs＋周围等距且紧邻的 Cl－有8个，每个Cs＋(Cl－)周围 等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有6个 (2)如图为8个晶胞，每个晶胞中 含1个Cs＋、1个Cl－
晶体详解
(1)每个Si与4个O以共价键结
合，形成正四面体结构
(2)每个正四面体占有1个Si,4
个“ 1 2
O”， (Si)∶n(O)＝
1∶2
(3)最小环上有12个原子，即6
个O,6个Si
晶体 分子
干冰 晶体
晶体结构
晶体详解
(1)8个CO2分子构成立 方体且在6个面心又各 占据1个CO2分子 (2)每个CO2分子周围 等距紧邻的CO2分子 有12个
三、几种典型的晶体模型
晶体
晶体结构
原 金
子 刚
晶 石
体
晶体详解 (1)每个碳与4个碳以共价键 结合，形成正四面体结构(2) 键角均为109°28(3)最小碳环 由6个C组成且六原子不在 同一平面内(4)每个C参与4 条C—C键的形成，C原子 数与C—C键之比为1∶2
晶体
原 子 晶 SiO2 体
晶体结构
一、晶体常识
1．晶体与非晶体 (1)晶体与非晶体的区别
晶体
非晶体
结构特征
结构微粒周期性 结构微粒无序排
有序排列
列
自范性
性质 特征
熔点
异同表现
二者 间接方法
区别 方法
科学方法
区分晶体与非晶体的方法
区分晶体与非晶体的方法
晶体和非晶体是固体物质的两种基本状态，它们具有不同的结
构和性质。
要区分晶体与非晶体，可以采用以下几种方法：
1. X射线衍射，X射线衍射是一种常用的方法，通过衍射图案
的形状和特征可以判断物质的结晶状态。
晶体会产生清晰的衍射斑点，而非晶体则呈现模糊的衍射图案。
2. 热性质，晶体和非晶体在加热过程中表现出不同的性质。
晶
体在一定温度下会发生明显的熔化，而非晶体则在加热后逐渐软化，没有明显的熔化点。
3. 光学性质，利用偏光显微镜观察样品的光学性质，晶体和非
晶体在偏光显微镜下会呈现不同的形貌和颜色。
晶体会显示出明显
的双折射和光学性质，而非晶体则呈现均匀的光学性质。
4. 物理性质，晶体和非晶体在物理性质上也有所不同，如硬度、透明度、导电性等。
通过对物质的这些性质进行测试和比较，可以
初步判断其结晶状态。
综上所述，通过X射线衍射、热性质、光学性质和物理性质等多种方法的综合分析，可以有效地区分晶体与非晶体。
这些方法在材料科学、地质学、化学等领域有着广泛的应用，对于研究和应用晶体与非晶体材料具有重要意义。
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纯金属结晶过程示意图
纯金属显微组织图
二、金属结晶后的晶粒大小对力学性能的影响
在常温铁力学性能的影响
三、同素异构转变
同素异构转变——金属在固态下随温度的改变由一 种转变为另一种晶格的现象。
以不同晶格形式存在的同一种金属元素的晶体称为 该金属的同素异构体。
晶界过渡结构示意图
亚晶界结构示意图
第二节 纯金属的结晶
生铁的生产是以铁矿石为原 料，首先利用炼铁设备冶炼成 液体状态的生铁，然后再将其 转变成固体状态；而钢的生产 是以生铁为原料，在炼钢炉内 继续冶炼，首先得到液体状态 的钢，然后再将其浇铸成固体 状态的钢锭或钢坯。
金属由液体转变成固体的过 程，实际上是一个金属晶体形 成的过程，称之为“结晶”。
铁是典型的具有同素异构转变特性的金属。纯铁的同 素异构转变可以用下式表示：
纯铁的冷却曲线
γ-Fe到α-Fe的 同素异构转变过程示意图
纯金属的冷却曲线
金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现 象称为过冷。它们的温度之差称为过冷度。
金属结晶时过冷度 的大小与冷却速度有关。 冷却速度越快，金属的 实际结晶温度越低，过 冷度也就越大。
纯金属结晶时的冷却曲线 a） 理论结晶温度 b） 实际结晶温度
2. 纯金属的结晶过程
结晶的过程是晶核的形成与长大的过程。
单晶体示意图
多晶体示意图
四、 金属的晶体缺陷
1. 点缺陷——空位、间隙原子和置代原子
无论是空位、间隙原子还 是置代原子，在其周围都会使 晶格产生变形，这种现象称为 晶格畸变。
上述三种晶体缺陷造成的 晶格畸变区仅限于缺陷原子周 围的较小区域，故统称为点缺 陷。
空位、 间隙原子和置代原子示意图
2．线缺陷——位错
二、金属的晶体结构
1．晶体结构的概念
晶体内部原子排列模型
晶格和晶胞示意图 a） 晶格 b） 晶胞
2．金属晶格的类型
常见金属晶格的类型
金属的性能与其晶格类型和原子间的结合力有着密切的 关系。
三、单晶体与多晶体
单晶体——晶体内部原子的排列位向是完全一致的晶体。 多晶体——由许多晶粒组成的晶体。
单晶体表现出各向异性，多晶体显示出各向同性，也 称“伪无向性”。
第一节 金属的晶体结构 表面上看来，天然水晶与普通玻璃均晶莹剔透，外观十 分相似。但事实上两者却是截然不同的物质。水晶与玻璃的 本质区别是两者的内部结构不同。
天然水晶和普通玻璃 a） 天然水晶 b） 普通玻璃
第一节 金属的晶体结构
固态物质根据其结构的不同可分为晶体和非晶体。
一、晶体与非晶体
晶体——物质内部的原子呈有序、规则排列。 非晶体——物质内部的原子呈无序堆积。 晶体具有固定熔点，而非晶体没有固定熔点。 晶体表现各向异性，非晶体表现出各向同性。
位错的特点之一是很容易在晶体中移动，金属材料的塑性 变形就是通过位错的运动来实现的。
在晶体中，位错的晶格畸变发生在沿半原子面端面的狭长 区域，故称为线缺陷。
刃型位错示意图 a） 立体图 b） 平面图
3．面缺陷——晶界和亚晶界
晶界——晶粒与晶粒之间的分界面。亚晶界——亚晶粒之 间的界面。
在晶体中，晶界和亚晶界的晶格畸变均发生在一个曲面上， 故称为面缺陷。
转炉炼钢
钢锭浇铸示意图
a） 浇铸示意图 b） 钢锭
1—盛钢桶 2—滑动水口 3—钢锭模 4—钢液 5— 底盘
金属由原子不规则排列的液体转变为原子规律排列 的固体的过程称为结晶。
一、纯金属结晶的相关概念与过程
1. 纯金属的冷却曲线及过冷度
热分析法装置示意图 1—电炉 2—坩埚 3—金属液 4—热电偶
纯金属显微组织图
二、金属结晶后的晶粒大小对力学性能的影响
在常温铁力学性能的影响
三、同素异构转变
同素异构转变——金属在固态下随温度的改变由一 种转变为另一种晶格的现象。
以不同晶格形式存在的同一种金属元素的晶体称为 该金属的同素异构体。
晶界过渡结构示意图
亚晶界结构示意图
第二节 纯金属的结晶
生铁的生产是以铁矿石为原 料，首先利用炼铁设备冶炼成 液体状态的生铁，然后再将其 转变成固体状态；而钢的生产 是以生铁为原料，在炼钢炉内 继续冶炼，首先得到液体状态 的钢，然后再将其浇铸成固体 状态的钢锭或钢坯。
金属由液体转变成固体的过 程，实际上是一个金属晶体形 成的过程，称之为“结晶”。
铁是典型的具有同素异构转变特性的金属。纯铁的同 素异构转变可以用下式表示：
纯铁的冷却曲线
γ-Fe到α-Fe的 同素异构转变过程示意图
纯金属的冷却曲线
金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现 象称为过冷。它们的温度之差称为过冷度。
金属结晶时过冷度 的大小与冷却速度有关。 冷却速度越快，金属的 实际结晶温度越低，过 冷度也就越大。
纯金属结晶时的冷却曲线 a） 理论结晶温度 b） 实际结晶温度
2. 纯金属的结晶过程
结晶的过程是晶核的形成与长大的过程。
单晶体示意图
多晶体示意图
四、 金属的晶体缺陷
1. 点缺陷——空位、间隙原子和置代原子
无论是空位、间隙原子还 是置代原子，在其周围都会使 晶格产生变形，这种现象称为 晶格畸变。
上述三种晶体缺陷造成的 晶格畸变区仅限于缺陷原子周 围的较小区域，故统称为点缺 陷。
空位、 间隙原子和置代原子示意图
2．线缺陷——位错
二、金属的晶体结构
1．晶体结构的概念
晶体内部原子排列模型
晶格和晶胞示意图 a） 晶格 b） 晶胞
2．金属晶格的类型
常见金属晶格的类型
金属的性能与其晶格类型和原子间的结合力有着密切的 关系。
三、单晶体与多晶体
单晶体——晶体内部原子的排列位向是完全一致的晶体。 多晶体——由许多晶粒组成的晶体。
单晶体表现出各向异性，多晶体显示出各向同性，也 称“伪无向性”。
第一节 金属的晶体结构 表面上看来，天然水晶与普通玻璃均晶莹剔透，外观十 分相似。但事实上两者却是截然不同的物质。水晶与玻璃的 本质区别是两者的内部结构不同。
天然水晶和普通玻璃 a） 天然水晶 b） 普通玻璃
第一节 金属的晶体结构
固态物质根据其结构的不同可分为晶体和非晶体。
一、晶体与非晶体
晶体——物质内部的原子呈有序、规则排列。 非晶体——物质内部的原子呈无序堆积。 晶体具有固定熔点，而非晶体没有固定熔点。 晶体表现各向异性，非晶体表现出各向同性。
位错的特点之一是很容易在晶体中移动，金属材料的塑性 变形就是通过位错的运动来实现的。
在晶体中，位错的晶格畸变发生在沿半原子面端面的狭长 区域，故称为线缺陷。
刃型位错示意图 a） 立体图 b） 平面图
3．面缺陷——晶界和亚晶界
晶界——晶粒与晶粒之间的分界面。亚晶界——亚晶粒之 间的界面。
在晶体中，晶界和亚晶界的晶格畸变均发生在一个曲面上， 故称为面缺陷。
转炉炼钢
钢锭浇铸示意图
a） 浇铸示意图 b） 钢锭
1—盛钢桶 2—滑动水口 3—钢锭模 4—钢液 5— 底盘
金属由原子不规则排列的液体转变为原子规律排列 的固体的过程称为结晶。
一、纯金属结晶的相关概念与过程
1. 纯金属的冷却曲线及过冷度
热分析法装置示意图 1—电炉 2—坩埚 3—金属液 4—热电偶