工程材料学-2金属的晶体结构与结晶.pptx

工程材料学

南京航空航天大学

第二章金属的晶体结构与结晶

§2.1晶体学基础知识

学习要求和难点

学习重点：

1.三种典型晶体结构的原子排列规则及其基本参数。

2.实际晶体结构的点、线、面缺陷与性能的关系。

3.结晶条件、结晶过程及细化晶粒的基本方法。

学习难点：

晶面指数与晶向指数的确定，结晶机理。

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。

固体物质大多为晶体，其原

子排列规则有序。

§2.1晶体学基础知识

2.1.1晶体与非晶体

晶体：固态物质的一种聚集方式，原子(或分子、离子)

在三维空间呈一定的规则周期性排列。

非晶体：原子排列没有规律的固体物质。

晶体

非晶体

原子排列长程有序

随机排列

有固定的熔点

无固定的熔点

物理、化学及机械性能的各向异性

各向同性

有特定的几何外形

无定形

晶体的特点：

§2.1晶体学基础知识

1.晶格：把粒子(原子或分子)

在空间的平衡位置抽象为规则

排列的几何点(结点),用一

系列相互平行的直线将节点连

接起来形成的空间格架称为晶格。

由结点形成的空间点的阵

列称空间点阵

2.1.2晶体的表征——晶格与晶胞

晶胞的确定要满足以下原则：①能充分反映整个空间点

阵的对称性，②具有尽可能多的直角，③体积要最小。

——通常为角上有阵点的最小平行六面体。

2.晶胞：组成晶格的最基本的几何单元。

3.点阵常数：描述晶胞空

间几何特征的数学参数，即平

行六面体的三个棱边长a、b、C

和及相互间夹角α、β、γ。

晶胞大小及形状

4.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,a=β=γ=90°

六方晶系：a=a₂=a₃≠C,α=β=90°,y=120°

立方

六方

四方

菱方

正交

单斜

三斜

5.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。

6.晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原

子数目。

7.配位数：晶格中与任一原子距离最近

且相等的原子数目。

8.致密度：晶胞中原子本身所占的体积

百分数。

晶面：晶体中过各原子中心所构成的不同方位的原子平面。

晶向：空间点阵中任两结点的连线的方向，代表了晶体中原子列的方向。

晶面指数与晶向指数(Miller指数)——在分析晶体特

性时，常涉及晶体中某些特定的原子排列方向和原子平面，为了便于研究和阐述，用特定数学符号来表征。

§2.1晶体学基础知识

2.1.3、立方晶系晶面、晶向表示方法

1.晶面指数标定方法：

(1)建立坐标系结点为原点，

三棱为方向，点阵常数为单位(原点在标定面以外，可以采用平移法);

(2)求出该晶面在三个坐标上的

截距a₁a₂a₃;

(3)计算其倒数b₁b₂b₃;

(4)化成最小整数比h:k:I;

(5)记为(hkl),负号记在字母

上方。

晶面指数的确定

晶面指数也叫密勒指数，其确定步骤分5步：

§2.1晶体学基础知识

第一步

第二步第三步第四步第五步

(110)

0

(001)

(100)

a

(ī1)

(010)

(112)

举例：

C

b

注意：晶面指数特征与与原点位置无关；每一指数对应一组平行的晶面。

晶面族：原子排列情况相同，但空间位向不同的各组晶面的集合。

(110)

Y

x

§2.1晶体学基础知识

立方晶系常见的晶面

个Z

X

(1)建立坐标系结点为原点，三

棱为方向，点阵常数为单位；

(2)求出晶向上任一点的坐标(x,y,z);

(3)化成最小的整数比u:V:W;

(4)记为：[uvw],负号记在字母

上方。

晶向指数的确定

晶面指数的确定步骤分4步：

2.晶向指数标定方法：

第一步第二步第三步

第四步

注意：

1.晶向指数特征与原点位置无关；

2.晶向具有方向性，如

[110]与[10]方向相反；

3.每一指数对应一组平行

的晶向。

[110]

221]

Y

§2.1晶体学基础知识

iī01^Z

(221)

X

晶向族：原子排列情况相同，但空间位向不同的各组晶向的集合。用尖括号uvW表示。

§2.1晶体学基础知识

[ī1]

[111]

立方晶系常见的晶向:

[111]

111]

个Z

→Y

X

结构特点：以金属键结合，无方向性，对称性较高的密堆

结构。90%以上的金属都属于三种典型的晶体结构：

体心立方(bcc)

面心立方(fcc)

密排六方(hcp)

2.2.1体心立方(Body-CenteredCubic,bcc)

具有bcc结构的金属：β-Ti、V、Cr、α-Fe、β-Z