金属的晶体结构
金属的晶体结构
2.2 ?金属的晶体结构
2.2.1 三种典型的金属晶体结构
?面心立方结构a1或 fcc、体心立方结构a2或 bcc和密排六方结构a3或 hcp三种。
?1.晶胞中的原子数:
面心立方结构 n = 8*1/8 + 6 * 1/2 = 4
体心立方结构 n = 8*1/8 + 1 =2
密排六方结构 n = 12*1/6 +2*1/2 +3 = 6
?2.点阵常数与原子半径:
晶胞的大小一般是由晶胞的棱边长度（a,b,c）即衡量的，它是表征晶体结构的一个重要基本参数。
如果把金属原子看作刚球，并设其半径为r，根据几何学关系不难求出三种典型金属晶体结构的点阵常数与r之间的关系：
面心立方结构：点阵常数为a，且
?3.配位数和致密度:
所谓配位数(cn)是指晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数；而致密度是指晶体结构中原子体积占总体积的百分比。如以一个晶胞来计算，则致密度就是晶胞中原子体积与晶胞体积之比值，即
?
? 式中k为致密度；n为晶胞中原子数；v是一个原子的体积。
表 2.7 典型金属晶体结构的配位数和致密度
晶体结构类型
配位数（cn）
致密度
a1
12
0.74
a2
8( 8 + 6 )
0.68
a3
12( 6 + 6 )
0.74
2.2.2 晶体的原子堆垛方式和间隙
?原子密排面在空间一层一层平行的堆垛起来就分别构成以上三种晶体结构。
?面心立方和密排六方结构的致密度均为0.74，是纯金属中最密集的结构。面心立方结构中{111}晶面和密排六方结构中{0001}晶面上的原子排列情况完全相同。
图2.21 面心立方和密排六方点阵中密排面的分析
图2.22 面心立方点阵中的间隙 位于6个原子所组成的八面体中间的间隙称为八面体间隙，而位于4个原子所组成的四面体中间的间隙称为四面体间隙。图中实心圆圈代表金属原子，令其半径为ra；空心圆圈代表间隙，令其半径为rb。rb实质上是表示能放入间隙内的小球的最大半径。
?金属晶体存在许多间隙，这种间隙对金属的性能、合金相结构和扩散、相变等都有重要影响。
2.2.3 多晶型性
?有些固态金属在不同的温度和压力下具有不同的晶体结构即具有多晶型性，转变的产物称为同素异构体。例如，铁在912℃以下为体心立方结构。称为α-fe；在912～1394℃具有面心立方结构，称为γ-fe；温度超过1394℃至熔点间又变成体心立方结构，称为δ－fe。由于不同晶体结构的致密度不同，当金属由一种晶体结构变为另一种晶体结构时，将伴随有质量体积的跃变即体积的突变。
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?面心立方结构a1或 fcc、体心立方结构a2或 bcc和密排六方结构a3或 hcp三种。
?1.晶胞中的原子数:
面心立方结构 n = 8*1/8 + 6 * 1/2 = 4
体心立方结构 n = 8*1/8 + 1 =2
密排六方结构 n = 12*1/6 +2*1/2 +3 = 6
?2.点阵常数与原子半径:
晶胞的大小一般是由晶胞的棱边长度（a,b,c）即衡量的，它是表征晶体结构的一个重要基本参数。
如果把金属原子看作刚球，并设其半径为r，根据几何学关系不难求出三种典型金属晶体结构的点阵常数与r之间的关系：
面心立方结构：点阵常数为a，且
?3.配位数和致密度:
所谓配位数(cn)是指晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数；而致密度是指晶体结构中原子体积占总体积的百分比。如以一个晶胞来计算，则致密度就是晶胞中原子体积与晶胞体积之比值，即
?
? 式中k为致密度；n为晶胞中原子数；v是一个原子的体积。
表 2.7 典型金属晶体结构的配位数和致密度
晶体结构类型
配位数（cn）
致密度
a1
12
0.74
a2
8( 8 + 6 )
0.68
a3
12( 6 + 6 )
0.74
2.2.2 晶体的原子堆垛方式和间隙
?原子密排面在空间一层一层平行的堆垛起来就分别构成以上三种晶体结构。
?面心立方和密排六方结构的致密度均为0.74，是纯金属中最密集的结构。面心立方结构中{111}晶面和密排六方结构中{0001}晶面上的原子排列情况完全相同。
图2.21 面心立方和密排六方点阵中密排面的分析
图2.22 面心立方点阵中的间隙 位于6个原子所组成的八面体中间的间隙称为八面体间隙，而位于4个原子所组成的四面体中间的间隙称为四面体间隙。图中实心圆圈代表金属原子，令其半径为ra；空心圆圈代表间隙，令其半径为rb。rb实质上是表示能放入间隙内的小球的最大半径。
?金属晶体存在许多间隙，这种间隙对金属的性能、合金相结构和扩散、相变等都有重要影响。
2.2.3 多晶型性
?有些固态金属在不同的温度和压力下具有不同的晶体结构即具有多晶型性，转变的产物称为同素异构体。例如，铁在912℃以下为体心立方结构。称为α-fe；在912～1394℃具有面心立方结构，称为γ-fe；温度超过1394℃至熔点间又变成体心立方结构，称为δ－fe。由于不同晶体结构的致密度不同，当金属由一种晶体结构变为另一种晶体结构时，将伴随有质量体积的跃变即体积的突变。
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