1、第二章 材料的结构,物质由原子组成。原子的结合方式和排列方式决定了物质的性能。 原子、离子、分子之间的结合力称为结合键。 不同类型的原子之间产生不同性质的结合键。,C60,离子键（Al2O3)、共价键(SiC)、金属键(大多金属）、分子键(CO2、H2）,C60,C60、石墨、金刚石：C的同素异形体,一、晶体结构的基本概念,1、晶体与非晶体 晶体:是指原子在三维空间中有规则的周期性重复排列的固体称为晶体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有固定熔点和各向异性。 非晶体：指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。（如晶体金属液态急冷成非晶态金属）,2、晶格与晶胞, 晶格：用假
2、想的直线将原子中心连接起来所形成。,的三维空间格架。 直线的交点（原子中心）称结点。 由结点形成的空间点的阵列称空间点阵, 晶胞：能反映晶格的原子排列规律的最小几何单元。, 晶系： 根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。 90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。 立方晶系：a=b=c，=90 六方晶系：a1=a2=a3 c，=90，=120, 晶格常数： 晶胞的几何特征用棱边的长度 a、b、c，各棱间的夹角用、表示。, 原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。 如体心立方晶格原子半径=, 晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。 如体心立方晶格原子数=1+1/88=2, 致密度：
3、晶胞中原子本身所占的体积百分数。致密度K=nV1/V,其中V为原子体积、V为晶胞的体积 如体心立方晶胞致密度为0.68,二、金属的晶体结构,1、纯金属的晶体结构 金属原子是通过正离子与自由电子的相互作用而结合的，称为金属键。 金属原子趋向于紧密排列。,具有良好的导热性、导电性、延展性及金属光泽。 常见纯金属的晶格类型有体心立方(bcc)、面心立方(fcc)和密排六方(hcp)晶格。, 体心立方晶格,体心立方晶格的参数,体心立方晶格,原子个数：2 配位数： 8 致密度：0.68 常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等,晶格常数：a(a=b=c),原子半径：, 面心立方晶格,面心立方晶格的参
4、数,原子个数：4 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等,晶格常数：a,面心立方晶格, 密排六方晶格,密排六方晶格的参数,原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等,晶格常数：底面边长 a 和高 c，c/a=1.633,密排六方晶格,三种常见晶格的密排面和密排方向,2、实际金属的晶体结构,变形金属晶粒尺寸约1100m，铸造金属可达几mm。, 单晶体与多晶体 单晶体：其内部晶格方位完全一致的晶体。 多晶体： 晶粒：实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成，这些小晶体称为晶粒。,晶界：晶
5、粒之间的交界面。 晶粒越细小，晶界面积越大。 多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。, 晶体缺陷 晶格的不完整部位称晶体缺陷。 实际金属中或多或少都存在着晶体缺陷，按形状可分三类，即点、线、面缺陷。, 点缺陷 空间三维尺寸都很小的缺陷，相当于原子尺寸。,空位 间隙原子 置换原子,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。可以是自间隙原子，也可以是杂质间隙原子。,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。,空位和间隙原子引起的晶格畸变, 线缺陷晶体中的位
6、错 位错：晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体发生局部滑移，滑移面上滑移区与未,滑移区的交界线称作位错。分为刃型位错和螺型位错。,刃型位错和螺型位错,刃位错的形成,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。 半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ ”表示。 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ ”表示。,位错密度：单位体积内所包含的位错线总长度。 = S/V(cm/cm3或1/cm2)位错对性能的影响：金属的塑性变形主要由位错运动引起，因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径。 减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。,电子显微镜下的位错,电子显微镜下的位错观察, 面缺陷晶界与亚晶界 晶界是不同位向晶粒的过度部位，宽度为510个原子间距，位向差一般为3040。,亚晶粒：实际晶粒也不是完全理想的晶体，而是由许多位向相差很小的亚晶粒组成。位向差一般小于(1 2 ) 。 亚晶粒之间的交界面称亚晶界。亚晶界实际上由一系列的刃型位错构成。故细化晶粒也能显著提高金属的强度。,晶界的特点： 原子排列不规则。 熔点低。 耐蚀性差。 易产生内吸附，外来原子易在晶界偏聚。 阻碍位错运动，是强化部位，因而实际使用的金属力求获得细晶粒。 是相变的优先形核部位,显微组织的显示,
