金属的晶体结构 课件
体心立方、面心立方晶格主要晶向的原子排列和密度
体心立方晶格
晶向指数 <100> <110>
晶向原子 排列 晶向原子密度 示意图 (原子数/长度)
面心立方晶格
晶向原子 排列 晶向原子密度 示意图 (原子数/长度)
<111>
6、晶体的各向异性 –Page1/2
非晶体的各向同性:非晶体在各个方向上性能完全相同的性质。
规则排列； 各向异性； 一定条件下晶态与非晶态可以互换。
1.2 金属的晶体结构 –2 晶体结构与空间点阵（1）
材料性能取决于材料的化学成分和其内部的组织结构
Processing Structure Properties Performance
晶体结构：晶体中原子(离子或分子)规则排列的
以图中的晶向OA为例, 说明晶 向指数的标定过程。 （1）设定一空间坐标系, 原点在 欲定晶向的一结点上。 （2）写出该晶向上另一结点的 空间坐标值: 100 （3）将坐标值按比例化为最小 整数：100 （4）将化好的整数记在方括号 内: [100] 得到晶向OA的晶向指数为 [100]。
立方晶胞中的主要晶向
提示：
由于原子排列紧密程度不一样,当金属从面心立方晶格向体心 立方晶格转变时, 体积会发生变化。
钢在淬火时因相变而发生体积变化的原因。 不同晶体结构中原子排列的方式不同, 将会使它们的形变能 力不同。
（1） 体心立方结构 (BCC晶格) –Page1/5
原子排列： 八个原子分别处于立方体的八个角上,一个原子 处于立方体的中心, 角上八个原子与中心原子紧靠一起。
通过晶体中原子中心的平面叫做晶面； 通过原子中心的直线为原子列，其所代表的方向叫做晶向。 晶面或晶向可用晶面指数或晶向指数来表达。
晶面和晶向—Page2/8
以图中的晶面ABB’A’为例, 晶面指数的标定过程如下： (1)设定一空间坐标系, 原点在欲定晶面外, 并使晶面在三条 坐标轴上有截距或无穷大。 (2)以晶格常数a为长度单位, 写出欲定晶面在三条坐标轴上 的截距: 1∞∞ (3)截距取倒数：100 (4)截距的倒数化为最小整数：100 (5)将三整数写在圆括号内：(100) 晶面ABB’A’的晶面指数即为(100)
学习目标：
重点掌握金属材料的晶体结构、晶体缺陷和合金的相结构结 构。
1.1 金属原子间的结合
学习目标： 根据金属键的本质，解释固态金属的一些特性 —导 电性、正的电阻温度系数、传热性及延展性等） 利用双原子作用模型，分析两个原子间的相互作用 （P3的图1-2）
1.2 金属的晶体结构 –1 晶体的特性
1.2 金属的晶体结构 –3 三种典型的晶体结构
体心立方晶格(胞) Body-Centered Cubic (B.C.C.晶格) 面心立方晶格(胞) Face-Centered Cubic (F.C.C.晶格) 密排六方晶格(胞) Hexagonal Close-Packed (H.C.P.晶格)
方式。
晶格：通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，由这些
直线形成的空间格架。（假想的格架） 晶格的结点：金属原子(或离子)平衡中心的位置。
晶体
晶格
1.2 金属的晶体结构 –2 晶体结构与空间点阵（2）
晶胞unit
cell ：反映晶格特征的最小组成单元。
晶胞在三维空间的重复排列构成晶格。 晶胞的基本特性反映晶体结构(晶格)的特点。
（6）空隙半径
四面体空隙半径为: r四=0.225r原子 八面体空隙半径为: r八=0.414r原子
（3）密排六方结构(HCP晶格)—Page1/2
原子排列：十二个金属原子分布在六方体的十二个角上, 在上下 底面的中心各分布一个原子, 上下底面之间均匀分布三个原子。 镁(Mg)、镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等具有这种晶格。
（4）致密度(APF) 晶胞中所包含的原子所占有的体 积与该晶胞体积之比 (也称密排系数)。 致密度越大, 原子排列紧密程度越大。 体心立方晶胞的致密度为：
即晶胞(或晶格)中有68%的体积被原子所占据, 其余 为空隙。式中：
3 r原子＝ a 4
或
a
4r原子 3
BCC –Page5/5
（5）间隙半径 若在晶胞空隙中放入刚性球, 则能放入球 的最大半径为空隙半径。 体心立方晶胞中有两种间隙：
晶面和晶向—Page6/8
同样方法可得晶向OB、OC 的晶向指数分别为[110]、[111] 晶向指数的一般标记为[uvw]。 [uvw]实际表示一组原子排列相同的平行晶向。 晶向指数也可能出现负数。若两组晶向的全部指数数值相同而符 号相反, 如[110]与 , 则它们相互平行或为同一原子列, 但方向 相反。若只研究该原子列的原子排列情况, 则晶向[110]与 可 用一指数[110]表示。
FCC BCC HCP
a
2 a 4
a
3 a 4
a, c (c/a=1.633)
a 1 a2 c2 ( ) 2 2 3 4
4 12 0.74
2 8 0.68
6 12 0.74
Coordination number Atomic packing factor (APF)
4、晶体中的晶面和晶向—Page1/8
2 1 4
3
1
2
4
3
c
5
6
7 6 8 5
c
7 8
体心立方晶胞原子排列
Eg. 钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α-铁(α-Fe, <912 ℃)
BCC –Page2/5
体心立方晶胞特征：
（1）晶格常数 lattice constants a=b=c, α=β=γ=90°
（2）晶胞原子数 The number of the atoms belonging to one unit cell ---2个 (每个角上的原子在晶格中同时属于8个相邻的晶胞,因而每个 角上的原子属于一个晶胞仅为1/8, 而中心的那个原子则完全 属于这个晶胞。) （3）原子半径 atomic radius （4）致密度 atomic packing factor (APF)---0.68 （5）空隙半径 gap radius （6）配位数 coordination number—最近邻等距离原子数，体心 立方晶格的配位数为8。配位数越大, 原子排列紧密程度就越大。
面心立方晶胞原子排列
FCC –Page2/4
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 (个)
FCC –Page3/4
（3）原子半径
r原子
2 a 4
or
a 2r原子 2
（4）致密度 0.74 (74%)
（5）配位数 12
FCC –Page4/4
晶胞的几何特征：六个参数来描述
三条棱边长a、b、c（晶格常数）
三条棱边之间的夹角α、β、γ。
金属的晶格常数一般为:
1×10-10 m～7×10-10 m。 不同元素组成的金属晶体因晶格形式及晶格常数不同， 其物理、化学和力学性能也不同。 金属的晶体结构可用X射线（X－ray）结构分析技术进行测定。
晶面和晶向—Page4/8
在立方晶系中, 由于原子的排列具有高度的对称性, 往往存在许多原子排列完全相同但在空间位向不 同(即不平行)的晶面, 这些晶面总称为晶面族, 用大 括号表示, 即{hkl}。 在立方晶胞中 、 、 、 同属{111}晶面族。 可用下式表示：
晶面和晶向—Page5/8
5. 密排面和密排方向—Page3/4
体心立方、面心立方晶格主要晶面的原子排列和密度 体心立方晶格 面心立方晶格
晶面原子密度 ( 原子数/面积)
晶面指数 {100}
{110}
晶面原子排列 示意图
晶面原子密度 ( 晶面原子排列 原子数/面积) 示意图
{111}
5. 密排面和密排方向—Page4/4
金属学及热处理 (第二版) 哈工大 崔忠圻 覃耀春 主编
金属学及热处理--第一章
第一章 金属的晶体结构
内容提要： 本章介绍金属材料的结构与组织，包括
金属原子间的结合 合能）
(原子的结构特点、金属键的本质、结合力与结
金属的晶体结构 (点阵、晶格、晶胞、晶系、晶面、晶向等） 晶体缺陷 (点、线、面、体缺陷） 合金的相结构 （固溶体、化合物）
晶面与晶向互相垂直
对六方晶系而言: —Page8/8
四指数方法表示晶面和晶向 水平坐标轴选取互相成120°夹角的三坐标轴a1、 a2和a3, 垂直轴为c 轴。
晶面表示为(hkil), 晶面 族为{hkil} 晶向表示为[uvtw], 晶向 族为<uvtw>
六方晶系的几个主要晶面和晶向
5. 密排面和密排方向—Page1/4
Important Characteristics of three Crystal Structure
Characteristics
Edge length
Atomic radius R The number of the atoms belonging to one unit cell
crystal structures
BCC –Page3/5
（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)。 体心立方晶胞中原子相距最近的方向是体对角线, 所以 原子半径与晶格常数a之间的关系为：
体心立方晶格
晶向指数 <100> <110>
晶向原子 排列 晶向原子密度 示意图 (原子数/长度)
面心立方晶格
晶向原子 排列 晶向原子密度 示意图 (原子数/长度)
<111>
6、晶体的各向异性 –Page1/2
非晶体的各向同性:非晶体在各个方向上性能完全相同的性质。
规则排列； 各向异性； 一定条件下晶态与非晶态可以互换。
1.2 金属的晶体结构 –2 晶体结构与空间点阵（1）
材料性能取决于材料的化学成分和其内部的组织结构
Processing Structure Properties Performance
晶体结构：晶体中原子(离子或分子)规则排列的
以图中的晶向OA为例, 说明晶 向指数的标定过程。 （1）设定一空间坐标系, 原点在 欲定晶向的一结点上。 （2）写出该晶向上另一结点的 空间坐标值: 100 （3）将坐标值按比例化为最小 整数：100 （4）将化好的整数记在方括号 内: [100] 得到晶向OA的晶向指数为 [100]。
立方晶胞中的主要晶向
提示：
由于原子排列紧密程度不一样,当金属从面心立方晶格向体心 立方晶格转变时, 体积会发生变化。
钢在淬火时因相变而发生体积变化的原因。 不同晶体结构中原子排列的方式不同, 将会使它们的形变能 力不同。
（1） 体心立方结构 (BCC晶格) –Page1/5
原子排列： 八个原子分别处于立方体的八个角上,一个原子 处于立方体的中心, 角上八个原子与中心原子紧靠一起。
通过晶体中原子中心的平面叫做晶面； 通过原子中心的直线为原子列，其所代表的方向叫做晶向。 晶面或晶向可用晶面指数或晶向指数来表达。
晶面和晶向—Page2/8
以图中的晶面ABB’A’为例, 晶面指数的标定过程如下： (1)设定一空间坐标系, 原点在欲定晶面外, 并使晶面在三条 坐标轴上有截距或无穷大。 (2)以晶格常数a为长度单位, 写出欲定晶面在三条坐标轴上 的截距: 1∞∞ (3)截距取倒数：100 (4)截距的倒数化为最小整数：100 (5)将三整数写在圆括号内：(100) 晶面ABB’A’的晶面指数即为(100)
学习目标：
重点掌握金属材料的晶体结构、晶体缺陷和合金的相结构结 构。
1.1 金属原子间的结合
学习目标： 根据金属键的本质，解释固态金属的一些特性 —导 电性、正的电阻温度系数、传热性及延展性等） 利用双原子作用模型，分析两个原子间的相互作用 （P3的图1-2）
1.2 金属的晶体结构 –1 晶体的特性
1.2 金属的晶体结构 –3 三种典型的晶体结构
体心立方晶格(胞) Body-Centered Cubic (B.C.C.晶格) 面心立方晶格(胞) Face-Centered Cubic (F.C.C.晶格) 密排六方晶格(胞) Hexagonal Close-Packed (H.C.P.晶格)
方式。
晶格：通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，由这些
直线形成的空间格架。（假想的格架） 晶格的结点：金属原子(或离子)平衡中心的位置。
晶体
晶格
1.2 金属的晶体结构 –2 晶体结构与空间点阵（2）
晶胞unit
cell ：反映晶格特征的最小组成单元。
晶胞在三维空间的重复排列构成晶格。 晶胞的基本特性反映晶体结构(晶格)的特点。
（6）空隙半径
四面体空隙半径为: r四=0.225r原子 八面体空隙半径为: r八=0.414r原子
（3）密排六方结构(HCP晶格)—Page1/2
原子排列：十二个金属原子分布在六方体的十二个角上, 在上下 底面的中心各分布一个原子, 上下底面之间均匀分布三个原子。 镁(Mg)、镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等具有这种晶格。
（4）致密度(APF) 晶胞中所包含的原子所占有的体 积与该晶胞体积之比 (也称密排系数)。 致密度越大, 原子排列紧密程度越大。 体心立方晶胞的致密度为：
即晶胞(或晶格)中有68%的体积被原子所占据, 其余 为空隙。式中：
3 r原子＝ a 4
或
a
4r原子 3
BCC –Page5/5
（5）间隙半径 若在晶胞空隙中放入刚性球, 则能放入球 的最大半径为空隙半径。 体心立方晶胞中有两种间隙：
晶面和晶向—Page6/8
同样方法可得晶向OB、OC 的晶向指数分别为[110]、[111] 晶向指数的一般标记为[uvw]。 [uvw]实际表示一组原子排列相同的平行晶向。 晶向指数也可能出现负数。若两组晶向的全部指数数值相同而符 号相反, 如[110]与 , 则它们相互平行或为同一原子列, 但方向 相反。若只研究该原子列的原子排列情况, 则晶向[110]与 可 用一指数[110]表示。
FCC BCC HCP
a
2 a 4
a
3 a 4
a, c (c/a=1.633)
a 1 a2 c2 ( ) 2 2 3 4
4 12 0.74
2 8 0.68
6 12 0.74
Coordination number Atomic packing factor (APF)
4、晶体中的晶面和晶向—Page1/8
2 1 4
3
1
2
4
3
c
5
6
7 6 8 5
c
7 8
体心立方晶胞原子排列
Eg. 钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α-铁(α-Fe, <912 ℃)
BCC –Page2/5
体心立方晶胞特征：
（1）晶格常数 lattice constants a=b=c, α=β=γ=90°
（2）晶胞原子数 The number of the atoms belonging to one unit cell ---2个 (每个角上的原子在晶格中同时属于8个相邻的晶胞,因而每个 角上的原子属于一个晶胞仅为1/8, 而中心的那个原子则完全 属于这个晶胞。) （3）原子半径 atomic radius （4）致密度 atomic packing factor (APF)---0.68 （5）空隙半径 gap radius （6）配位数 coordination number—最近邻等距离原子数，体心 立方晶格的配位数为8。配位数越大, 原子排列紧密程度就越大。
面心立方晶胞原子排列
FCC –Page2/4
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 (个)
FCC –Page3/4
（3）原子半径
r原子
2 a 4
or
a 2r原子 2
（4）致密度 0.74 (74%)
（5）配位数 12
FCC –Page4/4
晶胞的几何特征：六个参数来描述
三条棱边长a、b、c（晶格常数）
三条棱边之间的夹角α、β、γ。
金属的晶格常数一般为:
1×10-10 m～7×10-10 m。 不同元素组成的金属晶体因晶格形式及晶格常数不同， 其物理、化学和力学性能也不同。 金属的晶体结构可用X射线（X－ray）结构分析技术进行测定。
晶面和晶向—Page4/8
在立方晶系中, 由于原子的排列具有高度的对称性, 往往存在许多原子排列完全相同但在空间位向不 同(即不平行)的晶面, 这些晶面总称为晶面族, 用大 括号表示, 即{hkl}。 在立方晶胞中 、 、 、 同属{111}晶面族。 可用下式表示：
晶面和晶向—Page5/8
5. 密排面和密排方向—Page3/4
体心立方、面心立方晶格主要晶面的原子排列和密度 体心立方晶格 面心立方晶格
晶面原子密度 ( 原子数/面积)
晶面指数 {100}
{110}
晶面原子排列 示意图
晶面原子密度 ( 晶面原子排列 原子数/面积) 示意图
{111}
5. 密排面和密排方向—Page4/4
金属学及热处理 (第二版) 哈工大 崔忠圻 覃耀春 主编
金属学及热处理--第一章
第一章 金属的晶体结构
内容提要： 本章介绍金属材料的结构与组织，包括
金属原子间的结合 合能）
(原子的结构特点、金属键的本质、结合力与结
金属的晶体结构 (点阵、晶格、晶胞、晶系、晶面、晶向等） 晶体缺陷 (点、线、面、体缺陷） 合金的相结构 （固溶体、化合物）
晶面与晶向互相垂直
对六方晶系而言: —Page8/8
四指数方法表示晶面和晶向 水平坐标轴选取互相成120°夹角的三坐标轴a1、 a2和a3, 垂直轴为c 轴。
晶面表示为(hkil), 晶面 族为{hkil} 晶向表示为[uvtw], 晶向 族为<uvtw>
六方晶系的几个主要晶面和晶向
5. 密排面和密排方向—Page1/4
Important Characteristics of three Crystal Structure
Characteristics
Edge length
Atomic radius R The number of the atoms belonging to one unit cell
crystal structures
BCC –Page3/5
（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)。 体心立方晶胞中原子相距最近的方向是体对角线, 所以 原子半径与晶格常数a之间的关系为：
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六角晶体结构PPT课件
四、面心立方和 密堆六方的原子 堆垛
原子的密排面的形式： 在平面上每个原子
与六个原子相切。
hcp中为(0001)面，按 –ABABABABAB-方式堆垛 Fcc中为{111}面， 按 –ABCABCABCABC-方式堆垛
第28页/共67页
第三节 纯金属常见的晶体结构
五、其他晶体结构
将两个原子为一组，满足面心立方关系。
5. 放在方括号[uvw]中，不加逗号，负号记在
上方 。
第9页/共67页
第二节 晶系晶向与晶面指数
一、晶向与立方晶系晶向指数
晶向指数特征：与原点位置无关；每一指数对应一组 平行的晶向。
晶向族：原子排列情况相同，但空间位向不同的一组 晶向的集合。
表示方法：用尖括号<uvw>表示 。 举例：
可见任意交换指数的位置和改变符号后的所 有结果都是该族的范围。
一、材料的结构（Architecture）
材料的结构 有两个层次，一种是原子尺度的结构 (atomic-scale architecture),在材料学中常称 为晶体结构或相结构(Crystalline/lattice structure)，对应有晶体(crystal)和非晶体 (non-crystal)；另一种是微观尺度的结构 (microscopic-scale architecture)，在材料学 科中常称为显微组织(microstructure)，对应于 金相（morphology）。
2. 黏度为其力学性能的基本参数，能保持自己形 状的为固体，不能保持自己形状的为液体；
3. 随温度的升高黏度减小，在液体和固体之间没 有明显的温度界限。
第4页/共67页
一、原子的排列方 式 2. 晶体
原子排列：粒子(原子、离子或分子)在三维空间呈周 期性的规则重复排列。
原子的密排面的形式： 在平面上每个原子
与六个原子相切。
hcp中为(0001)面，按 –ABABABABAB-方式堆垛 Fcc中为{111}面， 按 –ABCABCABCABC-方式堆垛
第28页/共67页
第三节 纯金属常见的晶体结构
五、其他晶体结构
将两个原子为一组，满足面心立方关系。
5. 放在方括号[uvw]中，不加逗号，负号记在
上方 。
第9页/共67页
第二节 晶系晶向与晶面指数
一、晶向与立方晶系晶向指数
晶向指数特征：与原点位置无关；每一指数对应一组 平行的晶向。
晶向族：原子排列情况相同，但空间位向不同的一组 晶向的集合。
表示方法：用尖括号<uvw>表示 。 举例：
可见任意交换指数的位置和改变符号后的所 有结果都是该族的范围。
一、材料的结构（Architecture）
材料的结构 有两个层次，一种是原子尺度的结构 (atomic-scale architecture),在材料学中常称 为晶体结构或相结构(Crystalline/lattice structure)，对应有晶体(crystal)和非晶体 (non-crystal)；另一种是微观尺度的结构 (microscopic-scale architecture)，在材料学 科中常称为显微组织(microstructure)，对应于 金相（morphology）。
2. 黏度为其力学性能的基本参数，能保持自己形 状的为固体，不能保持自己形状的为液体；
3. 随温度的升高黏度减小，在液体和固体之间没 有明显的温度界限。
第4页/共67页
一、原子的排列方 式 2. 晶体
原子排列：粒子(原子、离子或分子)在三维空间呈周 期性的规则重复排列。
人教版化学选修3结构与性质第三章晶体与性质金属晶体课件 .ppt
金属晶体的原子空间堆积模型1
• 简单立方堆积（ Po） 晶胞的形状是什么？
含几个原子？
1、简单立方堆积
钋型
金属晶体的原子空间堆积模型2
• 体心立方堆积（ IA，VB，VIB）
金属晶体的堆积方式──钾型
2、体心立方堆积 钾型
配位数：8 空间占有率： 68.02%
思考：密置层的堆积方式有哪些？
三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系
1、金属晶体结构与金属导电性的关系
【讨论1】 金属为什么易导电？ 在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由 电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件 下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以 金属容易导电。
比较离子晶体、金属晶体导电的区别：
晶体类型 导电时的状态 导电粒子 离子晶体 金属晶体
修高 3二 ）化 第学 三（ 章选
第四节
金属晶体
Ti
固原二中 高二年级组
zhf 09· 03· 04
金属样品
Ti
一、金属共同的物理性质
容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。
金属为什么具有这些共同性质呢?
二、金属的结构
金属晶体：通过金属键作用形成的单质晶体 组成粒子：金属阳离子和自由电子 作用力：金属离子和自由电子之间的较强作 用—— 金属键（电子气理论） 金属键强弱判断: 阳离子所带电荷多、 半径小－金属键强， 熔沸点高。
两种排列方式的配位数分 金属晶体的原子堆积模型
别是多少？哪种排列方式 金属原子在平面上有几种排列方式？ 使一定体积内含有的原子 数目最多？
（a）非密置层 （b）密置层
思考：金属原子在形成晶体时有几种堆积方式？ 活动·探究：
将乒乓球在三维空间堆积起来，有几种不同的堆积方式？ 比较不同方式堆积时金属晶体的配位数、原子的空间利 用率、晶胞的区别。
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。
1金属的晶体结构-2
1）金属铸锭的结晶组织与性能(1)细小等轴晶区
（力学性能最好） (2)柱状晶区
（有脆性界面 易开裂） (3)粗大等轴晶区 （无明显弱面 组织较疏 松）
铸锭组织
生产中，可根据金属的性质、外来杂质和具体熔铸条件的不同，采取不 同的措施，调整和控制柱状晶区和中心等轴晶区的厚度，甚至得到只有39 一个晶区的铸锭组织。
❖ 金属中晶体缺陷的存在是不可避免的，它破坏了晶体的完整 性，对金属的力学性能、物理性能、化学性能以及许多变化 过程都会产生影响。
❖ 改变缺陷的数量和分布，已成为改善金属性能的重要途径。 ❖ 但，晶体缺陷的存在并不改变金属的晶体性质。
13
§1-3 合金的相结构
合金的相结构
合金
基本概念 组元
相
固溶体 置换固溶体
1Cr17不锈钢的多晶体
晶界原子排列的示意图
11
三 面缺陷: 亚晶界
晶粒不是完全理想的晶体，由许多位向相差很小的所谓亚 晶粒组成的。晶粒内的亚晶粒又叫晶块(或嵌镶块)。亚晶 粒之间的边界叫亚晶界。 亚晶界是位错规则排列的结构。
亚晶界
12
缺陷存在的意义
❖ 金属的晶粒越细，单位体积中晶界和亚晶界面积越大，金属 的强度越高，这就是金属的细晶强化。
由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小 的非金属元素形成的化合物为间隙化合物。尺寸较大 的过渡族元素原子占据晶格的结点位置，尺寸较小的 非金属原子则有规则地嵌入晶格的间隙之中。 根据非金属元素（X）与过渡族金属元素（M）原子半 径的比值，可将其分为两类。
24
1).当rx/rM0.59时， 形成间隙相。金属原子形成与其本身 晶格类型不同的一种新结构，非金属原子处于晶格的间 隙中。
29
（力学性能最好） (2)柱状晶区
（有脆性界面 易开裂） (3)粗大等轴晶区 （无明显弱面 组织较疏 松）
铸锭组织
生产中，可根据金属的性质、外来杂质和具体熔铸条件的不同，采取不 同的措施，调整和控制柱状晶区和中心等轴晶区的厚度，甚至得到只有39 一个晶区的铸锭组织。
❖ 金属中晶体缺陷的存在是不可避免的，它破坏了晶体的完整 性，对金属的力学性能、物理性能、化学性能以及许多变化 过程都会产生影响。
❖ 改变缺陷的数量和分布，已成为改善金属性能的重要途径。 ❖ 但，晶体缺陷的存在并不改变金属的晶体性质。
13
§1-3 合金的相结构
合金的相结构
合金
基本概念 组元
相
固溶体 置换固溶体
1Cr17不锈钢的多晶体
晶界原子排列的示意图
11
三 面缺陷: 亚晶界
晶粒不是完全理想的晶体，由许多位向相差很小的所谓亚 晶粒组成的。晶粒内的亚晶粒又叫晶块(或嵌镶块)。亚晶 粒之间的边界叫亚晶界。 亚晶界是位错规则排列的结构。
亚晶界
12
缺陷存在的意义
❖ 金属的晶粒越细，单位体积中晶界和亚晶界面积越大，金属 的强度越高，这就是金属的细晶强化。
由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小 的非金属元素形成的化合物为间隙化合物。尺寸较大 的过渡族元素原子占据晶格的结点位置，尺寸较小的 非金属原子则有规则地嵌入晶格的间隙之中。 根据非金属元素（X）与过渡族金属元素（M）原子半 径的比值，可将其分为两类。
24
1).当rx/rM0.59时， 形成间隙相。金属原子形成与其本身 晶格类型不同的一种新结构，非金属原子处于晶格的间 隙中。
29
金属晶体高中化学教学课件PPT
镁（Mg）
银白色金属，质轻而坚韧，密度小，熔点较高，具有良好的延展性和机械加工性能。镁在空 气中表面易形成氧化膜，可防止进一步氧化。镁与水反应缓慢，但与酸反应较快。
过渡元素铁、钴、镍等特殊性质介绍
铁（Fe）
银白色金属，硬度适中，具有良好的延展性和磁性。铁是地壳中含量较丰富的元素之一，主要以化合态存在 于各种铁矿石中。铁在空气中易生锈，但在纯氧中燃烧可生成四氧化三铁。
实际应用：催化剂、电极材料、超导材料等
01
催化剂
许多金属具有催化作用，可以加速化学反应的速率。例如，铂、钯等贵
金属被广泛用于汽车尾气净化催化剂中。
02 03
电极材料
金属具有良好的导电性，因此被广泛用作电极材料。例如，铜、铝等金 属被用于制作电线、电缆等导电材料；锌、锰等金属则被用于制作干电 池等电极材料。
适用于制备大比表面积、高孔隙率 的多孔结构材料，如催化剂载体、 吸附剂等。
05
高中质
钠（Na）
银白色金属，质软而轻，密度比水小，熔点低，具有良好的导电导热性。钠在空气中极易氧 化，与水剧烈反应，生成氢氧化钠和氢气。
钾（K）
银白色金属，质软，密度比水小，熔点低，具有极强的还原性。钾在空气中易氧化，与水反 应更剧烈，生成氢氧化钾和氢气。
合金元素可以影响基体金属的 晶格常数、原子间距和堆积方 式，从而改变金属的物理和化 学性质。
合金化还可以提高金属的硬度、 强度、耐腐蚀性和耐磨性等， 扩大金属的应用范围。
04
常见金属晶体实验制备方法
真空蒸发法制备薄膜材料
80%
原理
在真空环境中加热金属至蒸发，金 属蒸气在基底上冷凝形成薄膜。
100%
推荐有效的复习方法，如归纳总 结、对比记忆、图表梳理等。
银白色金属，质轻而坚韧，密度小，熔点较高，具有良好的延展性和机械加工性能。镁在空 气中表面易形成氧化膜，可防止进一步氧化。镁与水反应缓慢，但与酸反应较快。
过渡元素铁、钴、镍等特殊性质介绍
铁（Fe）
银白色金属，硬度适中，具有良好的延展性和磁性。铁是地壳中含量较丰富的元素之一，主要以化合态存在 于各种铁矿石中。铁在空气中易生锈，但在纯氧中燃烧可生成四氧化三铁。
实际应用：催化剂、电极材料、超导材料等
01
催化剂
许多金属具有催化作用，可以加速化学反应的速率。例如，铂、钯等贵
金属被广泛用于汽车尾气净化催化剂中。
02 03
电极材料
金属具有良好的导电性，因此被广泛用作电极材料。例如，铜、铝等金 属被用于制作电线、电缆等导电材料；锌、锰等金属则被用于制作干电 池等电极材料。
适用于制备大比表面积、高孔隙率 的多孔结构材料，如催化剂载体、 吸附剂等。
05
高中质
钠（Na）
银白色金属，质软而轻，密度比水小，熔点低，具有良好的导电导热性。钠在空气中极易氧 化，与水剧烈反应，生成氢氧化钠和氢气。
钾（K）
银白色金属，质软，密度比水小，熔点低，具有极强的还原性。钾在空气中易氧化，与水反 应更剧烈，生成氢氧化钾和氢气。
合金元素可以影响基体金属的 晶格常数、原子间距和堆积方 式，从而改变金属的物理和化 学性质。
合金化还可以提高金属的硬度、 强度、耐腐蚀性和耐磨性等， 扩大金属的应用范围。
04
常见金属晶体实验制备方法
真空蒸发法制备薄膜材料
80%
原理
在真空环境中加热金属至蒸发，金 属蒸气在基底上冷凝形成薄膜。
100%
推荐有效的复习方法，如归纳总 结、对比记忆、图表梳理等。
《晶体结构与性质》课件
总结词
密排六方结构是一种晶体结构，其特点是原子或分子的排列具有高度的六方对称性，且每个原子或分子的周围都有相同数量的最近邻。
详细描述
密排六方结构是一种晶体结构，其原子或分子在晶格中以密排六方的形式排列。这种结构的六方对称性使得原子或分子的排列非常紧密。由于每个原子或分子周围都有相同数量的最近邻，这种结构也具有高度的稳定性。密排六方结构在金属材料中较为常见，如镁、锌、镉等。
总结词
金属材料在晶体结构与性质方面具有广泛的应用，其性能受到晶体结构的影响。
详细描述
金属材料的物理和化学性质，如导电性、导热性、耐腐蚀性等，都与其晶体结构密切相关。通过了解金属材料的晶体结构，可以预测其在不同环境下的性能表现，从而优化材料的选择和应用。
陶瓷材料的晶体结构对其硬度、耐磨性和耐高温性能具有重要影响。
分子晶体结构是一种由分子通过范德华力结合形成的晶体结构。
总结词
分子晶体结构是一种由分子通过范德华力结合形成的晶体结构。范德华力是一种较弱的作用力，因此分子晶体通常具有较低的熔点和硬度。常见的分子晶体有冰、干冰等。分子晶体在材料科学和工程中也有一定的应用，如某些塑料和橡胶材料。
详细描述
晶体结构与材料性能的应用
总结词
硬度是衡量晶体抵抗被划痕或刻入的能力的物理量。硬度通常与晶体中原子的排列方式和相互间的作用力有关。例如，金刚石是自然界中硬度最高的物质，这归功于其独特的碳原子排列方式。
详细描述
VS
晶体的光学性质主要取决于其内部结构和对称性。
详细描述
当光照射到晶体上时，会发生折射、反射、双折射等光学现象。这些现象的产生与晶体内原子或分子的振动和排列方式有关。例如，某些晶体具有特殊的颜色，这是由于它们对不同波长的光有不同的折射率。
第三章晶体结构与性质课件(单元解读课件)-高二化学(人教版选择性必修2)
教材解读 第三节 主要包括金属晶体、离子晶体、过渡晶体与混合型晶体三部分。
第三部分内容介绍过渡晶体与混合型品体。过渡晶体是首次引人中学 教材的新增内容，要求学生知道过渡晶体是普遍存在的，这类晶体是介 于典型晶体之间的晶体。例如，晶体中的化学键既不是纯洁的离子键， 也不是纯洁的共价键，这些晶体既不是纯洁的离子晶体也不是纯洁的共 价晶体，它们是介于离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。教材以石墨 作为混合型晶体的例子，详细介绍了石墨的结构特点和性质。
超 分
予一接受”方式形成的配位键，引出配位键和配合物的概念。归纳
子 配位化合物形成的条件:①配体或配位体含有孤电子对，是“电子对
给予体”。②中心原子或离子能接受电子对，是“电子对接受体”。
教学策略
内容
教学策 略
2.关于超分子的教学
第 四
对超分子的教学要求不高，重点是帮助学生理解超分子的概念。教
节 材中通过案例和图示的方式给出了具体的超分子，结合案例，可以
难点:对晶胞的认识。
重点:分子晶体、共价品体的结构特点与性质之间的关 第二节
系，氢键对分子晶体结构与性质的影响。 分子晶体与共价
难点:分子晶体、共价晶体的结构特点，氢键对冰的结 晶体
构和性质的影响。
教学目标
章节
教学重难点
第三节 金属晶体与
离子晶体
重点:金属晶体的结构特点与性质之间的关系， 运用电子气理论解释金属性质。
教材解读
内容结构
晶 体 结 构 与 性 质
晶体
晶体的特性 晶胞
晶体结构的测定 四种典型晶体
配合物 超分子
配位键 配位化合物 超分子的特征
分子晶 共体价晶 体 金属晶 体 离子晶 体
(完整版)第一章金属的晶体结构
第一章金属的晶体结构1-1. 作图表示立方晶系中的(123),(012),(421)晶面和[102],[211],[346]晶向。
附图1-1 有关晶面及晶向1-2、立方晶系的{111}晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注明各晶面的晶面指数。
{111}=（111）+（111）+（111）+（111）（111）与（111）两个晶面指数的数字与顺序完全相同而符号相反，这两个晶面相互平行，相当于用-1乘某一晶面指数中的各个数字。
xy z1-3 （题目见教材）解：x方向截距为5a，y方向截距为2a，z方向截距为3c=3 2a/3=2a。
取截距的倒数，分别为1/5a，1/2a，1/2a化为最小简单整数分别为2，5，5 故该晶面的晶面指数为（2 5 5）1-4 （题目见课件）解：（100）面间距为a/2；（110）面间距为2a/2；（111）面间距为3a/3。
三个晶面中面间距最大的晶面为（110）。
1-5 （题目见课件）解：方法同1-4题1-7 证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633。
证明：理想密排六方晶格配位数为12，即晶胞上底面中心原子与其下面的3个位于晶胞内的原子相切，构成正四面体，如图所示。
则OD=2c，AB=BC=CA=AD=BD=CD=a 因∆ABC 是等边三角形，所以有OC=32CE 因(BC)2=(CE)2+(BE)2则CE=23a ，OC=32×23a =33a又(CD)2=(OC)2+(21c )2，即(CD)2=(33a )2+(21c )2=(a )2因此，ac=38≈1.6331-8解：面心立方八面体间隙半径 r=a/2-2a/4=0.146a ， 面心立方原子半径R=2a/4，则a=4R/2，代入上试有CBADEOr=0.146⨯4R/2=0.414R。
（其他的证明类似）1-9 a）设有一刚球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积的膨胀？b）经X射线测定，在912℃时γ-Fe的晶格常数为0.3633nm，α-Fe的晶格常数为0.2892nm，当由γ-Fe转变为α-Fe时，试求其体积膨胀? c）分析实际体积膨胀小于理论体积膨胀的原因？解：a）令面心立方晶格与体心立方晶格的体积及晶格常数分别为V面、V体与a面、a体，刚球半径为r，由晶体结构可知，对于面心晶胞有4r=2a面，a面=22r，V面= (a面)3=(22r)3对于体心晶胞有4r=3a体，a体=334r，V体= (a体)3=(334r)3则由面心立方晶胞转变为体心立方晶胞的体积膨胀∆V为∆V=2×V体－V面=2.01r3b）按晶格常数计算实际转变体积膨胀∆V实，有∆V实=2×V体－V面=2×(0.2892)3－(0.3633)3=0.000425 nm3c）实际体积膨胀小于理论体积膨胀的原因在于由γ-Fe转变为α-Fe时，Fe 原子半径发生了变化，原子半径减小了。
常见九种典型的晶体结构课件
PPT学习交流
41
具有闪锌矿型结构的物质
物质类型 物质名称
物质名称ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
氯化物 氯化铜(CuCl)
碳化物 碳化硅 (SiC)
氮化物 氮化硼(BN)
氮化镓(Ga)
磷化物 磷化硅(SiP) 磷化铝(AlP)
磷化硼(BP) 磷化铟(InP)
硫化物 硫化镉(CdS) 毒砂 (HgS)
硫化锡(SnS)
氧化物 氧化镉(CdO)
PPT学习交流
40
从图可看出，[SZn4] 四面体（[ZnS4] 四面体 也是一样）共角顶联成的
四面体基元层与[111]方 向垂直。
由于S2-和Zn2+都呈配位四面体，所以闪锌矿只用一种配位 多面体结构形式表达(S和Zn互换是一样的)。
如果将闪锌矿结构中的Zn和S都变成C，则结构变成金刚
石结构（Fd3m）。
常见九种典型的晶体结构
1 金属单质结构 2 氯化铯结构 3 CaI2结构 4 萤石结构 5 食盐结构
6 闪锌矿结构 7 金刚石结构
8 钙钛矿结构
9 层状P硅PT学酸习交流盐结构
1
1 金属单质结构
(1) 立方面心结构：空间群：Fm3m, 相当于等大 球立方最紧密堆积。
• 属于该结构的物质主要有：铝、铜、金、银、铂、
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22
阴离子配位立方体：全部共棱形成萤石结构。 [CaF8] 配位立方体沿3维方向相间排列而成。
PPT学习交流
23
PPT学习交流
24
反萤石型结构
球键图
阳离子四面体配位 阴离子立方体配位
PPT学习交流
25
反萤石型结构可看作：阴离子做立方最紧密堆积，阳离
第1章_金属的晶体结构
（3）原子半径 atomic radius （4）致密度 atomic packing factor (APF)---0.68 （5）空隙半径 gap radius （6）配位数 coordination number—最近邻等距离原子数，体心
立方晶格的配位数为8。配位数越大, 原子排列紧密程度就越大。
面心立方晶胞原子排列
FCC –Page2/4
❖ 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 (个)
➢
FCC –Page3/4
（3）原子半径
r原子
2a 4
or
a 2r原子 2
（4）致密度 0.74 (74%) （5）配位数 12
FCC –Page4/4
❖ 金属的晶格常数一般为:
1×10-10 m～7×10-10 m。
❖ 不同元素组成的金属晶体因晶格形式及晶格常数不同， 其物理、化学和力学性能也不同。
❖ 金属的晶体结构可用X射线（X－ray）结构分析技术进行测定。
1.2 金属的晶体结构 –3 三种典型的晶体结构
❖ 体心立方晶格(胞) Body-Centered Cubic (B.C.C.晶格) ❖ 面心立方晶格(胞) Face-Centered Cubic (F.C.C.晶格) ❖ 密排六方晶格(胞) Hexagonal Close-Packed (H.C.P.晶格)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.1 金属简介
❖ 学习目标： ➢ 根据金属键的本质，解释固态金属的一些特性—导
电性、正的电阻温度系数、传热性及延展性等） ➢ 利用双原子作用模型，分析两个原子间的相互作用
（P3的图1-2）
1.2 金属的晶体结构 –1 晶体的特性
立方晶格的配位数为8。配位数越大, 原子排列紧密程度就越大。
面心立方晶胞原子排列
FCC –Page2/4
❖ 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 (个)
➢
FCC –Page3/4
（3）原子半径
r原子
2a 4
or
a 2r原子 2
（4）致密度 0.74 (74%) （5）配位数 12
FCC –Page4/4
❖ 金属的晶格常数一般为:
1×10-10 m～7×10-10 m。
❖ 不同元素组成的金属晶体因晶格形式及晶格常数不同， 其物理、化学和力学性能也不同。
❖ 金属的晶体结构可用X射线（X－ray）结构分析技术进行测定。
1.2 金属的晶体结构 –3 三种典型的晶体结构
❖ 体心立方晶格(胞) Body-Centered Cubic (B.C.C.晶格) ❖ 面心立方晶格(胞) Face-Centered Cubic (F.C.C.晶格) ❖ 密排六方晶格(胞) Hexagonal Close-Packed (H.C.P.晶格)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.1 金属简介
❖ 学习目标： ➢ 根据金属键的本质，解释固态金属的一些特性—导
电性、正的电阻温度系数、传热性及延展性等） ➢ 利用双原子作用模型，分析两个原子间的相互作用
（P3的图1-2）
1.2 金属的晶体结构 –1 晶体的特性