上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 工程材料学 第二讲 晶体结构 MAU SHM
工程材料学 第二讲 晶体结构
金属的晶体结尥 上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 固体的分类：按原子（或分子）的聚集状态 分为晶体和非晶体 （可以互相转换)。 晶体的特点： 基本质点在空间规则排列，具有规则的 外形； NG UN 具有一定熔点； 各向异性。 2
2 金属的晶体结构 固体的分类： 按原子(或分子)的聚集状态 分为晶体和非晶体（可以互相转换）。 晶体的特点： 基本质点在空间规则排列,具有规则的 外形； 具有一定熔点； 各向异性
金属的结构特征及金属键 上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 金属原子最外层电子数少，与原子核结合 力弱，摆脱原子核束缚成为自由电子。 原子失去价电子变成正离子，并且按照一 定的几何形式规则排列，在各自位置做轻微振 动，电子在其间自由运动， 形成电了云。 3
3 金属原子最外层电子数少，与原子核结合 力弱，摆脱原子核束缚成为自由电子。 原子失去价电子变成正离子，并且按照一 定的几何形式规则排列，在各自位置做轻微振 动，电子在其间自由运动，形成电子云。 金属的结构特征及金属键
金属键 上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 金属晶体依靠正离子与自由电子之间的引力 被牢固地结合起来，离子、电子之间的这种力相 平衡，从而使金属处于稳定，该种结合方式称为 金属键。 金属键对性能的影响：具有良好的导电性、 导热性、正的电阻温度系数、不透明、塑性好和 较高的强度。 4
4 金属键 金属晶体依靠正离子与自由电子之间的引力 被牢固地结合起来，离子、电子之间的这种力相 平衡，从而使金属处于稳定，该种结合方式称为 金属键。 金属键对性能的影响：具有良好的导电性、 导热性、正的电阻温度系数、不透明、塑性好和 较高的强度
其他类型的结合键 上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 共价键是一种强吸引力的结合键。两个原子接近时 借共用电子对所产生的力而结合。 离子键由正负电荷相互吸引造成，与正离子相邻的 是负离子，与负离子相邻的是正离子。 分子键靠原子各自内部电子分布不均匀产生较弱的 静电引力形成。 氢键是C一H、O一H或N一H键端部暴露的质子是没有 电子屏蔽的，所以，这个正电荷可以吸引相邻分子的价 电子而形成。 5
5 其他类型的结合键 共价键是一种强吸引力的结合键。两个原子接近时 借共用电子对所产生的力而结合。 离子键由正负电荷相互吸引造成，与正离子相邻的 是负离子，与负离子相邻的是正离子。 分子键靠原子各自内部电子分布不均匀产生较弱的 静电引力形成。 氢键是C－H、O－H或N－H键端部暴露的质子是没有 电子屏蔽的，所以，这个正电荷可以吸引相邻分子的价 电子而形成
晶体的基本概念 上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 为了研究晶体中原/分子的排列情况，将其 抽象为几何点， 并用直线连接起来形成的三维空 间格架称为晶格，交点称为结点， 组成晶格的最 小几何单元称为晶胞， 晶胞各边的尺寸a、b、C 称为晶格常数，其大小通常以埃为计量单位， 0T 胞各边之间的相互夹角分别以、B、y表示。 6
6 晶体的基本概念 为了研究晶体中原/分子的排列情况，将其 抽象为几何点，并用直线连接起来形成的三维空 间格架称为晶格，交点称为结点，组成晶格的最 小几何单元称为晶胞，晶胞各边的尺寸a、b、c 称为晶格常数，其大小通常以埃为计量单位，晶 胞各边之间的相互夹角分别以α、β、γ表示
晶体模型 上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY Z (a) (b) (c) CU TONG 简单立方晶体 (a) 晶体结构 (b)晶格 (c) 晶胞 7
7 晶体模型 简单立方晶体 （a） 晶体结构 （b） 晶格 （c） 晶胞
配位数与致密度 上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 为了描述晶格中原子排列的紧密程度。通常采用 配位数和致密度(K)来表示。 配位数是指晶格中与任一原子处于相等距离并相 距最近的原子数目： 致密度是指晶胞中原子本身所占的体积百分数， 即晶胞中所包含的原子体积与晶胞体积(V)的比值， 即K=nU/W（晶胞中包含原子数●每个原子体积/晶胞体 积)。 8
8 配位数与致密度 为了描述晶格中原子排列的紧密程度，通常采用 配位数和致密度（K）来表示。 配位数是指晶格中与任一原子处于相等距离并相 距最近的原子数目； 致密度是指晶胞中原子本身所占的体积百分数， 即晶胞中所包含的原子体积与晶胞体积（V）的比值， 即K=nU/V（晶胞中包含原子数每个原子体积/晶胞体 积）
体心心立方晶胞 上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY (a) (b) (c) (a)模型； (b) 晶胞； (c) 晶胞原子数 晶格常数a=b=C;a:=B=y=90°。在体心立方晶胞 中，原子位于立方体的八个顶角和中心，配位数8， K=0.68。属于这类晶格的金属有-Fe、Cr、V、W、Mo、 Nb等。 9
9 体心立方晶胞 （a） 模型； （b） 晶胞； （c） 晶胞原子数 晶格常数a=b=c；α=β=γ=90 。在体心立方晶胞 中，原子位于立方体的八个顶角和中心，配位数8， K=0.68。属于这类晶格的金属有α-Fe、Cr、V、W、Mo、 Nb等
面心心立方晶胞 上游充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY (a) (b) (c) (a) 模型； (b) 晶胞； 晶胞原子数 在面心立方晶胞中，原子位于立方体的八个顶角 和六个面的中心，配位数12，K=0.74。属于这类晶 格的金属有y-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等。 10
10 面心立方晶胞 （a） 模型； （b） 晶胞； （c） 晶胞原子数 在面心立方晶胞中，原子位于立方体的八个顶角 和六个面的中心，配位数12，K=0.74 。属于这类晶 格的金属有γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pb等