金属的晶体结构
金属晶体结构中最常见的三种典型晶体结构
金属晶体结构中最常见的三种典型晶体结构金属晶体结构是金属内部原子排列的有序结构，它决定了金属的物理和化学性质。
在金属的晶体结构中，最常见的三种典型晶体结构分别是面心立方晶体结构、体心立方晶体结构和简单立方晶体结构。
面心立方晶体结构是金属晶体结构中最常见的一种类型。
它的基本单元是原子在每个面心上都存在一个原子，同时每个边上也存在一个原子。
这种结构具有高度的对称性，晶胞内的原子排列非常紧密。
由于原子之间的距离相对较短，面心立方晶体结构的金属通常具有良好的塑性和导电性能。
例如，铜、铝、银等金属都采用面心立方晶体结构。
体心立方晶体结构是另一种常见的金属晶体结构。
它的基本单元中，一个原子位于晶胞的中心，而其他八个原子将组成一个正八面体排列在体心的位置上。
这种结构相对于面心立方结构而言，原子之间的距离较远，因此体心立方晶体结构的金属通常具有较高的密度和较高的熔点。
例如，钨、铁、钴等金属都采用体心立方晶体结构。
简单立方晶体结构是最简单的一种金属晶体结构。
它的基本单元中只有一个原子位于晶胞的每个角上，形成一个立方体。
因为排列不紧密，简单立方晶体结构的金属通常具有较低的密度和较低的熔点。
例如，铋、钠、铀等金属都采用简单立方晶体结构。
在实际应用中，金属的晶体结构对其性能和用途有着重要的影响。
利用不同的晶体结构可以使金属具有不同的性质。
例如，面心立方结构的金属通常具有良好的延展性和韧性，适用于制造细丝、薄片等产品。
而体心立方结构的金属则更适用于制造强度较高的材料，如建筑材料、汽车零部件等。
简单立方结构的金属则较少应用于工业生产中，但在一些特殊的情况下，也具有一定的应用价值。
总之，金属晶体结构中最常见的三种典型晶体结构是面心立方晶体结构、体心立方晶体结构和简单立方晶体结构。
它们在金属的性质和应用中都发挥着重要的作用。
了解和研究这些晶体结构对于深入理解金属的特性以及开发新材料具有重要的指导意义。
金属常见的三种晶体结构
金属常见的三种晶体结构
金属是由原子键紧密排列在一起而形成的固态，它们的结构可以分为三种：非晶态，单斜晶格和立方晶格。
非晶态是一种金属的结构，它和晶态有很大的不同，因为它没有安排成典型排列。
它是由大量低秩排列的原子构成的，没有晶面，且具有较低的密度。
这种结构经常出现在薄膜中，但也有一些金属在处于高温状态时以非晶态存在的特点。
单斜晶格是金属中最普遍的晶体结构。
它的特点是原子被排列在能量最低的八位置中，将空间划分为六个同心圆，将其围绕中心共轭，形成金属化合物中最常见的晶格结构。
该晶体结构非常稳定，在Big Bang中释放出来的原子大多就以单斜晶格结构存在。
另一种金属常见晶体结构是立方晶格结构。
立方晶格由很多个单元格组成，每个小单元中心都有一个原子，形成一个正交的立方晶格，原子的排列形成一个空mid的和的画面，可以把金属想象为一个巨大的正方体，巨大的正方体是由正方体组成的，原子是此晶体结构的组成单位。
总之，金属通常以非晶格、单斜晶格和立方晶格三种晶体结构存在，它们的生成和行为直接关系到金属的特性。
金属的宏观特性及其在特定情况下的表现受它们的晶体结构紧密相关。
理解金属的晶体结构对科学家们的研究和应用非常重要。
1-3-1 金属的晶体结构
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一、典型金属的晶体结构
最常见的金属晶体结构有三种：面心立方结 构、体心立方结构和密排六方结构。 本节主要讨论原子的排列方式、晶胞内原子 数、点阵常数、原子半径、原子配位数、致密度 和原子间隙大小。 下面分别加以讨论：
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1、原子排列方式
1） 球体的紧密堆积
① 单一质点的等大球体最紧密堆积，如纯金属晶体。 ② 几种质点的不等大球体的紧密堆积，如离子晶体。
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2) 密排六方结构
属于六方紧密堆积，以ABABAB…的方式堆积， 从结构中可分析出六方晶胞。 具有这种结构的金属：Be、Mg、Zn、Cd、 -Ti和-Co。
3) 体心立方结构
属于体心立方紧密堆积，原子是以体心立方空间 点阵的形式排列，可分析出体心立方晶胞。
具有这种结构的金属：V、-Fe、Nb、Mo、 Cr和W。
3、晶胞中的原子数
1) 简单立方结构 (SC / Simple cubic)
1 8 1 8
20
2) 体心立方结构
(bcc / Body-centered cubic)
3) 面心立方结构
(fcc / Face-centered cubic)
1 8 1 2 8
1 1 8 6 4 8 2
第三层堆积的特征： 有两种完全不同的堆积方式。 a. 堆积在单层空隙位置 从垂直图面的方向观察，第三层球的位置正好与 第一层相重复。如果继续堆第四层，其又与第二 层重复，第五层与第三层重复，如此继续下去， 这种紧密堆积方式用ABABAB……的记号表示。
六方紧密堆积hcp (ABAB…)
对应ABAB……紧密堆积方式，其球体
r(Ag)=0.288nm， r(Al)=0.286nm，但都不能形成连续 （无限）固溶体，为什么？ 3、(1)叙述形成固溶体的影响因素; (2)形成连续固溶体的充分必要条件是什么?
金属的晶体结构
面心立方晶胞特征： ①晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90° ②晶胞原子数：
③原子半径
面心立方晶格示意图
具有面心立方晶格 的金属有铝、铜、镍、 金、银、γ-铁等。
④致密度：0.74(74%)
第一节 金属的晶体结构
(2)密排六方晶格(胞)
金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。 面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。
体心立方晶胞特征： ①晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90° ②晶胞原子数：一个体心立方晶胞所 含的原子数为2个。
体心立方晶格示意图 具有体心立方晶格
的金属有钼、钨、钒、 α-铁等。
第一节 金属的晶体结构
(1)体心立方晶格(胞)
体心立方晶胞特征： ③原子半径：晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半,或晶胞中原子 密度最大的方向上相邻两原子之间距离的一半称为原子半径(r原子)。
1.增大金属的过冷度 原理：一定体积的液态金属中,若成核速率N越大,则结晶后的晶粒
越多,晶粒就越细小;晶体长大速度G越快,则晶粒越粗。 随着过冷度的增加,形核速率和长大速度均会增大。但当过冷度超
过一定值后，成核速率和长大速度都会下降。对于液体金属，一般不会 得到如此大的过冷度，通常处于曲线的左边上升部分。所以,随着过冷 度的增大，成核速率和长大速度都增大，但前者的增大更快，因而比值 N/G也增大,结果使晶粒细化。
二、纯金属的晶体结构
晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式称为晶体结构。 通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。 这种格架称为晶格。晶格的结点为金属原子(或离子)平衡中心的位置。
晶体
晶格
第一节 金属的晶体结构
二、纯金属的晶体结构
金属的晶体结构介绍
金属的晶体结构介绍
一基本概念
固体物质按原子排列的特征分为：
晶体: 原子排列有序,规则,固定熔点,各项异性。
非晶体:原子排列无序,不规则,无固定熔点,各项同性。
如: 金属、合金,金刚石—晶体玻璃,松香、沥青—非晶体
晶格: 原子看成一个点,把这些点用线连成空间格子。
结点: 晶格中每个点。
晶胞: 晶格中最小单元,能代表整个晶格特征。
晶面: 各个方位的原子平面。
晶格常数: 晶胞中各棱边的长度(及夹角), 以A(1A=10-8cm)度量
金属晶体结构的主要区别在于晶格类型,晶格常数。
二常见晶格类型
1 体心立方晶格：Cr 、W、α-Fe、Mo 、V等,特点：强度大,塑性较好,原子数:1/8 X8 +1=2，20多种
2 面心立方晶格: Cu、Ag、Au、Ni、Al、Pb、γ- Fe塑性好。
原子数：4，20多种
3 密排六方晶格：Mg、Zn、Be、β-Cr α-Ti Cd(镉)，纯铁在室温高压(130x108N/M2)成ε-Fe，原子数=1/6 x12+1/2 x2+3=6 , 30多种三多晶结构
单晶体：晶体内部的晶格方位完全一致。
多晶体：许多晶粒组成的晶体结构，各项同性。
晶粒：外形不规则而内部晶各方位一致的小晶体。
晶界：晶粒之间的界面。
金属晶体的常见结构
金属晶体的常见结构
金属晶体的常见结构有以下几种：
1. 面心立方（FCC）结构：在这种结构中，金属原子分别位于正方形面的角点和中心，以及正方形面的中心。
每个原子都与12个邻近原子相接触，形成一个紧密堆积的结构。
典型的例子是铜、铝和金。
2. 体心立方（BCC）结构：在这种结构中，金属原子分别位于正方体的角点和正方体的中心。
每个原子都与8个邻近原子相接触，形成一个比较紧密的结构。
铁和钨是常见的具有BCC结构的金属。
3. 密排六方（HCP）结构：在这种结构中，金属原子以一定的方式排列，形成六边形的密排层，其中每个层的原子位于前一层原子的空隙上。
这些层之间存在垂直堆叠，形成一个紧密堆积的结构。
典型的例子是钛和锆。
除了以上三种常见的金属晶体结构外，还有其他特殊的结构，如体心立方密堆积（BCC HCP）和面心立方密堆积（FCC HCP）等。
这些不同的结构对于金属的性质和行为有着重要的影响。
1。
金属的晶体结构与结晶.
粒细，晶界就多，晶粒间犬牙交错，相互楔合，从 而加强了金属内部的结合力。 （2）细化晶粒的方法
生产中常采用加入形核剂、增大过冷度 、动 力学法等来细化晶粒，以改善金属材料性能。
1)加入形核剂
加入金属液中能作为晶核，或虽未能成为晶核但能与液态 金属中某些元 素相互作用产生晶核或有效形核质点的添加剂。
图1-11a 石墨的晶格
图1-11b 渗碳体的晶格
3.机械混合物
机械混合物：即由纯金属、固溶体或化合物按一定 的重量比组成的物质。
机械混物各组成物的原子仍然按自己原来的晶 格形式结合成晶体，在显微镜下可明显区别出各组 成物的晶粒。
机械混合物的力学性能通常介于各组成物之间， 并取决于各组成物的含量、性能、分布和形态。
晶格：为了便于理解和描述晶体中原子排列的规律， 可以近似地将晶体中每一个原子看成是一个点，并 将各点用假想的线连接起来，就得到一个空间骨架， 简称晶格，如图1-4b)所示。
晶胞：即晶格中最小的几何单元。
晶体结构
晶格
晶胞
图１－4 晶体结构示意图
常见的金属晶体结构有体心立方晶格、面心立方 晶格和密排六方晶格等三种类型。 １.体心立方晶格
如碳钢中的珠光体就是由化合物（渗碳体）和 固溶体（铁素体）组成的机械混合物，其力学性能 介于二者之间。
思考题
1.何谓金属结晶？纯金属结晶有哪些基本规律？ 2.生产中常用那些方法细化晶粒？各类方法使晶粒
细化的机理是什么？ 3.试分析纯铁的结晶过程，并指出金属的同素异构
转变与液态结晶的异同点。
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小时，只能处于溶剂原子的 间隙中，称为间隙固溶体。 如图1-10a所示。如C、H、 O等原子易形成间隙固溶体。
金属的晶体结构
间隙半径：间隙中所能容纳的最大圆球的半径。
体心立方晶格中的间隙
八面体间隙: 6个×0.067a
四面体间隙: 12个×0.126a
体心立方晶格（body-centred cubic）
体心立方金属有：-Fe、Cr、V、W、Mo 等30种 。体心立方晶胞Z Nhomakorabeac
a a 2r
a
bY
X
晶格常数：a=b=c； ===90
晶胞原子数： 2
1+8*1/8=2
原子半径：
致密度：0.68
致密度= Va/Vc，其中 Vc:晶胞体积a3 Va=nV1 =24r3/3 配位数：8 配位数越大，原子排列 越紧密。
四、金属晶体中的晶面和晶向
Z
c
b a
晶面─晶体点阵中，通 过阵点的任一平面，代 Y 表晶体的原子平面，称 为晶面。
第1章 金属的晶体结构
1.1 金属 1.2 金属的晶体结构 1.3 实际金属的晶体结构
本章重点与难点
• ①金属键；建立金属原子的结构模型 。 • ②建立晶格和晶胞的概念；最常见的晶体结构：
体心立方结构、面心立方结构、密排六方结构； 立方晶系的晶向指数和晶面指数。 • ③晶体中存在的缺陷：点缺陷、线缺陷（位错）、 面缺陷。
晶胞的棱边长度一般称为晶格常数或点阵常数，用a、b、 c表示。晶胞的棱间夹角叫轴间夹角。用α、β、γ表示。
2、七大晶系和十四种布拉菲点阵
依据空间点阵的基本特点划分为七大晶系：
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金属的晶体结构
晶格结构
金属的晶格结构可以分为几种常见类型：
1. 立方晶格：包括面心立方晶格和体心立方晶格两种。
面心立方晶格中，每个原子占据正方形的每个面的中心和每个角的一半位置。
体心立方晶格中，每个原子位于立方体的中心。
2. 六角密排晶格：每个原子占据六边形密集堆积的每个角和每个孔的一半位置。
3. 其他晶格：还有一些金属存在其他的非常规晶格结构，如密排立方和简单立方等。
应用
金属的晶体结构对其性能和性质具有重要影响。
通过改变金属
的晶体结构，可以调节金属的硬度、强度、导电性、热导性等特性。
同时，晶体结构也决定了金属的晶界、位错等缺陷的分布和性质。
在金属加工中，了解金属的晶体结构可以帮助工程师选择合适
的加工方法和工艺参数，以获得所需的金属性能。
结论
金属的晶体结构是金属固体内原子或离子的有序排列方式。
不
同的晶格结构决定了金属的性能和性质。
通过了解金属的晶体结构，可以更好地设计和加工金属材料。