純金屬的晶體結(jié)構(gòu)

《純金屬的晶體結(jié)構(gòu)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)1．三種常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)?固態(tài)物質(zhì)按其原子的聚集狀態(tài)可分為兩大類：晶體和非晶體，晶體指的是材料的原子（離子、分子）在三維空間呈規(guī)則的周期性排列的物體，如金剛石、水晶、金屬等。非晶體指的是材料的原子（離子、分子）在三維空間無規(guī)則排列的物體，如松香、石蠟、玻璃等。在一定的條件下晶體和非晶體可以互相轉(zhuǎn)化（I2-1）。晶體結(jié)構(gòu)是晶體中原子（離子或分子）規(guī)則排列的方式。晶格是假設(shè)通過原子結(jié)點(diǎn)的中心劃出許多空間直線所形成的空間格架。能反映晶格特征的最小組成單元稱為晶胞（I2-2）。晶格常數(shù)指的是晶胞的三個(gè)棱

2、邊的長度a,b,c。常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有⑴體心立方晶格（BCC—Body-Centered?Cube），典型代表為鉬（Mo）、鎢、釩、鉻、鈮、α-Fe等，八個(gè)原子處于立方體的角上，一個(gè)原子處于立方體的中心，如圖2所示。⑵面心立方晶格（FCC—Face-Centered?Cube），典型代表為鋁、銅、鎳、金、銀、γ-Fe等，原子分布在立方體的八個(gè)角上和六個(gè)面的中心，如圖1所示。⑶密排六方晶格（HCP—Hexagonal?Close-Packed）典型代表為鎂、鎘（Cd）、鋅、鈹（Be）等。12個(gè)原子分布在六方體的1

3、2個(gè)角上，上下底面中心各分布一個(gè)原子，上下底面之間均勻分布3個(gè)原子，如圖3所示。??圖1面心立方晶格??????????????圖2體心立方晶格????????????圖3密排六方晶格原子半徑指的是晶胞中相距最近的兩個(gè)原子之間距離的一半，致密度指的是晶胞中所包含的原子所占有的體積與該晶胞體積之比。體心立方模型與晶胞示意圖（I2-3）,在體心立方晶格中如圖4：?圖??4晶格常數(shù)：a=b=c；a=b=g=90°???晶胞原子數(shù)：2原子半徑：致密度：0.68面心立方模型與晶胞示意圖（I2-4），在面心立方晶格中如圖5：

4、???圖???5?晶格常數(shù)：a=b=c；a=b=g=90°???晶胞原子數(shù)：4??原子半徑：致密度：0.74?????????密排六方模型與晶胞示意圖（I2-5）,在密排六方晶格中如圖1-6：??圖???6底面邊長a底面間距c側(cè)面間角120°側(cè)面與底面夾角90°???晶胞原子數(shù)：6原子半徑：a/2致密度：0.74三種晶胞類型的模型對(duì)比示意圖（I?2-6）。2.?金屬晶體的特性金屬晶體區(qū)別于非晶體是其具有確定的熔點(diǎn)。在晶體中，不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，因而金屬晶體不同方向上的性能不同，這種性質(zhì)叫做晶

5、體的各向異性，而非晶體則是各向同性的。但是對(duì)于實(shí)際的金屬，其內(nèi)部是由許多的晶粒組成，每個(gè)晶粒在空間分布的位向不同，因而在宏觀上沿各個(gè)方向的性能趨于相同，晶體的各向異性顯示不出來。3.?實(shí)際金屬中的晶體缺陷實(shí)際金屬的結(jié)構(gòu)中存在許多不同類型的缺陷，按幾何特征可以分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。點(diǎn)缺陷如圖7，指的是三維尺度上都很小，不超過幾個(gè)原子直徑的缺陷。它包括空位、間隙原子、異類原子。當(dāng)晶格中某些原子由于某種原因，（如熱振動(dòng)等）脫離其晶格結(jié)點(diǎn)而轉(zhuǎn)移到晶格間隙這樣就形成了點(diǎn)缺陷，點(diǎn)缺陷的存在會(huì)引起周圍的晶格發(fā)生畸變，從而

6、使材料的性能發(fā)生變化，如屈服強(qiáng)度提高和電阻增加等。?????圖7???點(diǎn)缺陷示意圖線缺陷指的是原子排列的不規(guī)則區(qū)在空間一個(gè)方向上的尺寸很大，而在其余兩個(gè)方向上的尺寸很小。如：位錯(cuò)。位錯(cuò)可認(rèn)為是晶格中一部分晶體相對(duì)于另一部分晶體的局部滑移而造成?；撇糠峙c未滑移部分的交界線即為位錯(cuò)線，電子顯微鏡下的位錯(cuò)（I2-7）。由于晶體中局部滑移的方式不同，可形成不同類型的位錯(cuò)，圖8a為一種最簡(jiǎn)單的???“刃型位錯(cuò)”。因?yàn)橄鄬?duì)滑移的結(jié)果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的邊緣好像插入晶體中的一把刀的刃口，故稱“刃型位錯(cuò)”。圖

7、8b為一種“螺型位錯(cuò)”，晶體右邊上部相對(duì)于下部晶面發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。???????????????圖8a刃型位錯(cuò)示意圖???????????????????????圖8b螺型位錯(cuò)示意圖刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)的形成動(dòng)畫（M2-1）。晶體中存在大量的位錯(cuò)，一般用位錯(cuò)密度來表示位錯(cuò)的多少。位錯(cuò)密度指單位體積中位錯(cuò)線的總長度或單位面積上位錯(cuò)線的根數(shù)，由于位錯(cuò)線附近的原子偏離了平衡位置,使晶格發(fā)生了畸變,對(duì)晶體的性能有顯著的影響。實(shí)驗(yàn)和理論研究表明：晶體的強(qiáng)度和位錯(cuò)密度有如圖9的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)晶體中位錯(cuò)密度很低時(shí)，晶體強(qiáng)度很高；相反在晶

8、體中位錯(cuò)密度很高時(shí)，其強(qiáng)度也很高。但目前的技術(shù)，僅能制造出直徑為幾微米的晶須，不能滿足使用上的要求。而位錯(cuò)密度很高易實(shí)現(xiàn)，如劇烈的冷加工可使密度大大提高，這為材料強(qiáng)度的提高提供途徑。圖9???金屬強(qiáng)度與位錯(cuò)密度的關(guān)系面缺陷指的是原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間兩個(gè)方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小的缺陷，包括晶界（晶粒與晶粒之間的接觸界面）和亞晶界（亞晶粒之間的邊界）兩種