體心立方堆積課件.ppt

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1、金屬晶體的結(jié)構(gòu)金屬晶體是金屬原子或離子彼此靠金屬鍵結(jié)合而成的。金屬鍵沒有方向性，金屬晶體內(nèi)原子以配位數(shù)高為特征。金屬晶體的結(jié)構(gòu)：等徑球的密堆積。10.2.1金屬晶體的結(jié)構(gòu)金屬晶體中粒子的排列方式常見的有三種：六方密堆積（hcp）面心立方密堆積（ccp）體心立方堆積（bcp）金屬晶體的堆積模型金屬晶體中離子是以緊密堆積的形式存在的。下面用等徑剛性球模型來討論堆積方式。在一個(gè)層中，最緊密的堆積方式，是一個(gè)球與周圍6個(gè)球相切，在中心的周圍形成6個(gè)凹位，將其算為第一層。123456第二層對(duì)第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1，3，5位。(或?qū)?zhǔn)

2、2，4，6位，其情形是一樣的)123456AB，關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。下圖是此種六方緊密堆積的前視圖ABABA第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球。123456于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，即ABAB堆積方式，形成六方緊密堆積（A3，hcp）。配位數(shù)12。(同層6，上下層各3)第三層的另一種排列方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層的2，4，6位，不同于AB兩層的位置，這是C層。123456123456123456123456此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC第四層再排A，于是形成ABCABC三層一個(gè)周期。得到面心立方堆積

3、(A1,ccp)。配位數(shù)12。(同層6，上下層各3)BCAABCABC形式的堆積，為什么是面心立方堆積？金屬晶體堆積的模型和空間占有率1、體心立方密堆積：金屬原子分別占據(jù)立方晶胞的頂點(diǎn)位置和體心位置，在立方體的體對(duì)角線上，球是相互接觸的，設(shè)立方體的邊長(zhǎng)為a，球的半徑為r，對(duì)到a與r的關(guān)系：立方體心晶胞中的金屬原子個(gè)數(shù)為2（1個(gè)體心位置，8個(gè)在頂角位置），立方體的體積為a3，由此計(jì)算出空間利用率為：金屬晶體堆積的模型和空間占有率2、簡(jiǎn)單立方堆積：如果把體心立方堆積的晶胞中的體心球抽走，構(gòu)成簡(jiǎn)單立方堆積，這里只有1個(gè)球了。配位數(shù)為6。計(jì)算空間

4、占有率的關(guān)鍵：晶胞中的球的相切點(diǎn)在哪里?請(qǐng)想象，當(dāng)體心立方晶胞的體心球被抽走，頂點(diǎn)球會(huì)彼此靠攏而接觸，因此，金屬原子（球）的接觸點(diǎn)在立方體的棱的中心，得到a與r的關(guān)系：2r=a簡(jiǎn)單立方堆積空間占有率=金屬晶體堆積的模型和空間占有率3、立方面心最密堆積（ABCABC）簡(jiǎn)單立方堆積的配位數(shù)為6，空間利用率為52%，體心立方堆積的配位數(shù)為8，空間利用率為68%，能不能通過提高配位數(shù)，增加在晶體微觀空間的占有率？結(jié)論是肯定的。對(duì)于面心立方，金屬原子的配位數(shù)為：12；邊長(zhǎng)a與金屬半徑r的關(guān)系：面心立方堆積空間占有率=金屬晶體堆積的模型和空間占有率4

5、、六方最密堆積（ABAB）金屬原子的配位數(shù)與立方面心的一致，為：12?？臻g利用率也一致，為74.05%。設(shè)兩個(gè)球心之間的距離為a，六方晶胞底面上的晶胞參數(shù)就等于a。問六方晶胞的c多長(zhǎng)？從圖可見，c等于以a為邊長(zhǎng)的正四面體的高（h）的2倍。用立體幾何不難求證：c=1.633a。晶胞體積為V=abcsin120o，每個(gè)晶胞平均有2個(gè)球，因此：這兩種堆積（六方最密堆積、立方面心最密堆積）都是最緊密堆積，空間利用率為74.05%。K的立方體心堆積還有一種空間利用率稍低的堆積方式，立方體心堆積：立方體8個(gè)頂點(diǎn)上的球互不相切，但均與體心位置上的球相切

6、。配位數(shù)8，空間利用率為68.02%。六方緊密堆積——IIIB，IVB面心立方緊密堆積——IB，Ni，Pd，Pt立方體心堆積——IA，VB，VIB金屬的堆積方式金屬堆積方式小結(jié)從周期系中的金屬采取的堆積方式可以看到，體心立方堆積、六方最密堆積和立方面心最密堆積三種堆積方式所占的比例差別不大，都為大多數(shù)金屬采納。體心立方堆積不是最密堆積，但它的空間利用率僅比最密堆積低約6%，而且第一層球的配位數(shù)為8，比第一層球遠(yuǎn)約15%的第二層球還有6個(gè)，兩層加在一起算是6+8=14，因而也是一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。有的金屬的堆積的方式不止一種，這是由于它們受熱改

7、變堆積方式的緣故。1.體心立方堆積：bcp配位數(shù)：8空間占有率：68.02%10.1.3球的密堆積求體心立方晶胞中金屬原子的空間利用率（2）原子半徑r與晶胞邊長(zhǎng)a的關(guān)系：勾股定理：2a2+a2=(4r)2底面對(duì)角線平方垂直邊長(zhǎng)平方斜邊平方得：（3）?=晶胞含有原子的體積/晶胞體積?100%=（1）計(jì)算每個(gè)晶胞含有幾個(gè)原子:1+8×1/8=22.面心立方密堆積：ccp配位數(shù)：12空間占有率:74.05%求面心立方晶胞的空間利用率解：晶胞邊長(zhǎng)為a，原子半徑為r.據(jù)勾股定理：a2+a2=(4r)2a=2.83r每個(gè)面心立方晶胞含原子數(shù)目：8?1

8、/8+6??=48個(gè)頂點(diǎn)各1個(gè)原子，為8個(gè)晶胞共享；6個(gè)面心，各1個(gè)原子，為2個(gè)晶胞共享.?%=(4?4/3?r3)/a3=(4?4/3?r3)/(2.83r)3?100%=74%3.六方密堆