SiO2的结构
晶格：用假想的直线将原子
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： 能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。 晶格常数：
各棱边的尺寸 a、b、c；夹角、、。
晶系：


根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。

它们的具体组合状态称为结构。
金 属 键
C60
2.1 金属材料的晶体结构与结晶
2.1.1 金属的晶体结构

一、基本概念 晶体：原子呈规则排列的固体。 常态下金属主要以晶体形式 存在。 晶体具有各向异性。
金属的结构

非晶体：原子呈无序排列的固 体。
在一定条件下晶体和非晶体
晶态 非晶态

可互相转化。
原子半径： r 原子个数：4
配位数： 12 致密度：0.74
2a
4
常见金属： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等
⑶ 密排六方晶格
密排六方晶格
密排六方晶格的参数

密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c， c/a=1.633
1 原子半径 ：r a 2
原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。
光学金相显示的纯铁晶界
多晶体示意图


⑵ 晶体缺陷
晶格的不完整部位称晶体缺陷。 实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三类,
即点、线、面缺陷。
① 点缺陷 ：空间三维方向上尺寸都很小的缺陷。

空位：晶格中某些缺排原子的空结点。

间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。可以是基体金属原子，


2.1.2 纯金属的结晶
物质由液态转变为固态的过程称为凝固。 物质由液态转变为晶态的过程称为结晶。 物质由一个相转变为另一个相的过程称为相变，结晶过程是相 变过程。

③ 面缺陷：在三维尺寸的一个方向上尺寸很小，另两个方向 上尺寸较大的缺陷，主要有晶界与亚晶界两种。
晶界是不同位向晶粒间的过度部位，宽度为5~10个原子

间距，位向差一般为20~40°。

亚晶粒是组成晶粒的尺寸很小，位向差也很小(10’ ~2 ) 的小晶块。亚晶粒之间的交界面称亚晶界。
① 原子排列不规则. ② 熔点低。 ③ 耐蚀性差。 ④ 易产生内吸附，外来原子易在晶界偏聚。 ⑤ 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。 ⑥ 是相变的优先形核部位。
正交
单斜
三斜



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。
正离子

金属原子趋向于紧密排列。
电子云
金属键示意图
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。
晶体缺陷对金属材料带来的性能影响：
缺陷的存在对金属的物理性能和机械性能都有一定的 影响，利用缺陷强化金属。
点缺陷：存在对金属的物理性能和力学性能都有一定影 响，尤其影响晶体的电阻和晶体密度最显著。可达到固溶 强化（强度、硬度提高，塑性、韧性降低）； 线缺陷：大量位错互相缠结，交织在一起，阻碍塑性变 形，造成金属强化称加工硬化（强度、硬度提高，塑性、 韧性降低）； 面缺陷：细晶强化（强度、硬度提高，塑性、韧性改 善） 。

金属的位错密度为104~1012/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

金属晶须
强化金属的主要途径。

退火态 加工硬化态
(105-108/cm2) (1011-1012/cm2)
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观察
2、实际金属的晶体结构


⑴ 单晶体与多晶体
单晶体：由一个核心（称为晶核）生长而成的晶体。 特征：同一位向 如金刚石、水晶单晶硅等。

多晶体： 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：晶粒之间的交界面。晶粒越细小，晶界面积越大。


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
立方
六方
四方 菱方
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。
也可以是外来原子。

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
间隙原 子
小置换原 子
大置换原 子


② 线缺陷：在三维尺寸的两个方向上尺寸很小，另一个
方向上尺寸较大的缺陷； 晶体中的位错是典型的线位错。 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：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)
第2章 金属材料的组织结构

2.1 金属材料的晶体结构与结晶
2.1.1 金属的晶体结构

Байду номын сангаас
2.1.2 纯金属的结晶
2.1.3 金属的同素异构转变
2.1.4 合金的晶体结构
2.2 铁碳合金相图 2.2.1 二元合金相图种类 2.2.2 铁碳合金相图

物质由原子、分子或离子组成。 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。
⑴ 体心立方晶格
体心立方晶格
体心立方晶格的参数

体心立方晶格
晶格常数：a(a=b=c) 原子半径：
3 r a 4
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
⑵ 面 心 立 方 晶 格
面心立方晶格
面心立方晶格的参数

面心立方晶格
晶格常数：a