小结
第二章晶体与晶体结构
内容:
金属的晶体结构：
合金的晶体结构
实际金属的晶体结构
第一节金属的晶体结构
晶体与非晶体
1. 晶体：指原子呈规则、周期性排列的固体。

常态下金属主要以晶体形式存在。

晶体具有各向异性。

非晶体：原子呈无规则堆积，和液体相似，亦称为“过冷液体”或“无定形体”。

在一定条件下晶体和非晶体可互相转化。

2. 区别
(a)是否具有周期性、对称性
(b)是否长程有序
(c)是否有确定的熔点
(d)是否各向异性
3金属的晶体结构
晶体结构描述了晶体中原子（离子、分子）的排列方式。

1）理想晶体——实际晶体的理想化
·三维空间无限延续，无边界
·严格按周期性规划排列，是完整的、无缺陷。

·原子在其平衡位置静止不动
2）理想晶体的晶体学抽象
（晶体）空间规则排列的原子→刚球模型→晶格（刚球抽象为晶格结点，构成空间格架）→晶胞（具有周期性最小组成单元）。

晶体学参数：a,b,c,α,β,γ
晶格常数：a,b,c
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，α=β=γ=90︒
六方晶系：a1=a2=a3≠ c, α=β=90︒, γ=120︒
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。

晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。

配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。

致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。

二.常见的金属晶格
晶胞晶体学参数原子半径晶胞原子数配位数致密度
2 8 68% BCC a=b=c,α=β
=γ=90o
FCC a=b=c, α=
4 12 74%
β=γ=900
HCP a=b c,
a/2 6 12 74% c/a=1.633, α
=β=90o, γ
=120o
第二节实际金属的晶体结构
理想晶体+晶体缺陷——实际晶体
实际晶体——单晶体和多晶体
单晶体：内部晶格位向完全一致，各向同性。

多晶体：由许多位向各不相同的单晶体块组成，各向异性。

晶粒\\晶界\\亚晶粒\\亚晶界
二、晶体缺陷：实际晶体中存在着偏离（破坏）晶格周期性和规则性的部分。

1．点缺陷——晶格结点处或间隙处，产生偏离理想晶体的变化；
空位：晶格结点处无原子；
置换原子：晶格结点处为其它原子占据；
间隙原子：原子占据晶格间隙；
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。

从而强度、硬度提高，塑性、韧性下降。

2.线缺陷(位错)—二维尺度很小，另一维尺度很大的原子
错排
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。

有刃型位错和螺型位错两种类型。

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。

从ρ- σ关系可以看出，减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。

3. 面缺陷——一维尺度很小，而二维尺度较大的原子
错排区域。

分为晶界、亚晶界、表面等
第三节非金属晶体
离子键特点：结合力很大
离子晶体性能：硬度高，强度大，热膨胀系统小，但脆性大。

共价键特点：结合力很大
共价晶体性能：强度高，硬度高，脆性大，熔点高，沸点高和挥发性低。

金属键特点：
①良好的导电性和导热性。

②正的电阻温度系数。

③不透明并呈现特有的金属光泽。

④良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。

分子键特点：范特瓦尔斯力很弱，由分子键结合的固体材料熔点低、硬度也很低，因无自由电子，因此材料有良好的绝缘性。

金属键分子键和共价键离子键、共价键多种结合键
第四节金属的结晶
1 .结晶与凝固的区别
2.纯金属的冷却曲线和过冷现象
3.纯金属的结晶过程
4. 金属晶粒的大小与控制
一次结晶、二次结晶
a.当温度T>T0时，Fs>FL, 液相稳定
b.当温度T<T0时，Fs<FL, 固相稳定
c.当温度T=T0时，Fs=FL, 平衡状态
T0：理论结晶温度（熔点或平衡结晶温度）在该温度下, 液体和晶体处于动平衡状态。

纯金属结晶时的冷却曲线
过冷与过冷度
液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。

理论结晶温度与实际结晶温度的差∆T称过冷度。

∆T= T0 –T1
过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。

过冷是结晶的必要条件。

二、金属的结晶过程
结晶：由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成。

液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为晶坯。

在T0以下，经一段时间后（即孕育期），一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。

晶核形成后便向各方向生长，同时，又有新的晶核产生。

晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。

每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。

晶体长大的方式：
⑴平面状长大（小体积液体）
⑵树枝状长大（实际金属）
实际金属的结晶主要以树枝状长大。

这是由于晶核棱角处的散热条件好，生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴…，树枝间最后被填充。

三.影响晶核的形核率和晶体长大率的因素
1.晶粒度：表示晶粒大小的尺度。

晶粒度可用晶粒的
平均面积或平均直径表示。

标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细。

2.决定晶粒度的因素
晶粒的大小取决于晶核的形成速度和长大速度。

单位时间、单位体积内形成的晶核数目叫形核率(N)。

单位时间内晶核生长的长度叫长大速度(G)。

N/G比值越大，晶粒越细小。

因此，凡是促进形核、抑制长大的因素，都能细化晶粒。

3.控制晶粒度的因素
①提高过冷度
过冷度ΔT提高，N提高、G提高
过冷度ΔT太高，D降低——N降低、G降低
所以，过冷度ΔT↑，N↑↑，G↑——N/G增大，细化
②变质处理又称孕育处理
即有意向液态金属内加入非均匀形核物质从而
细化晶粒的方法。

所加入的非均匀形核物质叫
变质剂（或称孕育剂）。

③振动，搅拌等
对正在结晶的金属进行振动或搅动，一方面可
靠外部输入的能量来促进形核，另一方面也可
使成长中的枝晶破碎，使晶核数目显著增加。