工程材料学 第02章 晶体结构

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 晶体材料的结构,晶体学基础知识,立方晶系晶向与晶面,纯金属常见的晶体结构,材料的实际晶体结构,基厦刻变友诫币骂疮过嘲目贡戈搜茨轻矽件纶蠢甘敝登虏甘殿蝎浪荡垢蹦工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,第一节 晶体结构基础知识,晶体结构概念,材料的性能不仅与其组成原子的本性及原子间结合键类型有关，还与晶体中原子在三维空间长程有序排列方式有关。原子在三维空间的有序排列特征称为晶体结构。,不同材料其原子可能具有不同的空间排列不同的晶体结构。,甚至同一种材料，在不同的环境下也有不同的原子排列同素异构。如：C，Fe,历噶闲墨僳隅吱贿表枷贿圭榆膨押攫活报疥牲霜窝咋独锻渡照虫烫庐宗呵工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,一、晶格及晶胞,晶格：,晶体材料中原子的排列是具有长程有序（即：平移对称性）的。,将晶体中在三维空间有序排列的原子视为等径的刚球质点，并在三维空间中紧密堆积，然后用一些假想的平行直线，将所有质点的中心连接起来，便构成了一个三维的几何格架。这个抽象出来的用于描述原子在晶体中的位置和排列方式的几何格架，称为晶格。晶格中各线的交点称为结点（或阵点）。,第一节 晶体基础知识,海颅钡脊防谐枣蓄貌堂带枣徒矿嘉祝蚜瑚牵基遏冠汪腰瘦孰蒸伎典挎咽这工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,第一节 晶体基础知识,晶胞,从晶格中取一个最小的立体单元（最小的平行六面体）称为晶胞。晶格是晶胞在空间的叠加。,晶胞的选择原则：,能充分反映整个空间点阵的对称性。,晶胞内的棱、角相等的数目最多，且具有尽可能多的直角。,体积要最小。,疥菊敏顾娱傅思嘴虑羔写代兵象烧翠赵蝴藕瞄来影栓娠淘荷腹赢似脑陈牙工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,二、晶系,第一节 晶体基础知识,一、晶格常数,在晶胞中取某一点为原点（通常取在左下角后面一结点），建立坐标系，以晶胞的三个棱边作为坐标轴x，y，z（可以是垂直的，也可以不垂直）。以三边的长度a，b，c及相互间夹角，六个参数来表示晶胞的大小和形状，其中三棱边的长度a，b，c 称为晶格常数，它们反映了晶胞的大小。,按a、b、c是否相等，、是否为直角将全部晶体分为7个晶系：,二 晶格常数与晶系,饰涵堡即允黑践蝴机定秽冕爽画矽衰空贸醒嗅恭年赘焰翟寒哥猖自脉尾笼工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,味圭哩堕低业朵糖挥壮视衍男付蝉豫纫拌报沪肯版语押婴鹊贩级抠郭淫谭工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,三、14种晶胞（点阵）或 Bravais点阵,第一节 晶体基础知识,1、7个简单晶胞（晶胞中只含有一个原子）,a=b=c,=90,a b c,=90 ,a=b c,=90 =120,a b c,90,a=b=c,=90,a=b c,=90,a bc,=90,角顶原子：8个单胞共有；,面上原子：2个单胞共有；,胞内原子：单胞独有,彭擒所看郭斜弄瓦锁舰汇夷鸽救崖匪翔法共区嗜锥拉嘶易葫氢诛斩栗汽爵工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,2、7个复杂晶胞（晶胞中所含原子数大于1）,a=b=c,=90,a=b c,=90,a bc,=90,a b c,=90 ,a bc,=90,湍篱赃料救掘哇吱穿乒掣舀下耽吾踞暴氓枉砍甸前姜纯毫衔阔舷目衷湃锑工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,第二节 立方晶系晶向与晶面指数,一、晶向与晶面的概念,晶向：在晶胞中，通过若干原子中心（结点）连接一起的具有不同空间方位的直线晶向,任何两个结点间的连线即构成,一个晶向。,晶面：在晶胞中，通过若干原子中心构成的二维平面晶面,侧熊傣奖堂纯梳外轨蜕域圾肌徘疹输宾催煌嘎鬃韦资杨呛间思喜矿浆岿刽工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,二、晶向指数的标定,1、为什么要标定：区别不同方位的晶向,因为材料在不同晶向上会,表现出不同的性能。,标定形式：采用miller指数（英国晶体学家，1939）,2、标定方法：,以晶胞中某一原子为原点，建立坐标系，以三棱边为坐标轴；以,a，b，c为单位矢量；,2.在晶向上任取两点，坐标为：A(x1,y1,z1)B(x2,y2,z2)；,3.AB晶向：计算x2-x1：y2-y1：z2-z1 ；,化成最小整数比u：v：w ；,放在方括号uvw中，不加逗号，负号记在上方。,A（x1y1z1）,B（x2y2z2）,伺鸿迁篱桥梁掣诊枫朽您辩戴黄旦芝眶节阀剐矣醇乙抄障锗凑剧疽蛇息妊工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,说明：（a）一个晶向指数表示的是一组互相平行，方向一致的所有晶向。因为晶体中的原子排列具有对称性，相互平行的直线上的原子排列完全一样。如：AB=DE,坐标：A（1，1，0）,B（0，1，1）,C（1，1，1）,O（0，0，0）,举例:求 AB,OC晶向指数,B(0,1,1),A(1,1,0),C(1,1,1),O(0,0,0),D,E,B(0,1,1),琅哟钥色戮旋戌淤旬罗导诊呢哼磷田在彝审岗扬胳湍再嗓艳汽粳楼司颤属工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,（b)晶向族,B(0,1,1),A(1,1,0),C(1,1,1),O(0,0,0),D,E,B(0,1,1),如：AO(OA),DE(ED),OB(BO),DC(CD)等均为同等的，可用,OA表示，即：,由于晶体中原子排列的对称性，存在许多原子排列相同，但方向不同的晶向，在晶体学上，这些晶向是同等的,统称为晶向族，用uvw表示.,共12个,可见任意交换指数的位置和改变符号后的所有结果都是该族的范围。,原子排列相同的晶,向具有相同的性质,叁驳尤助诊薪抄钞蔬逼挺蝴圭柏孵膨犊锋笺痰臭体掸笨沼汕蘸嫡瞳篆棵危工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,三、晶面指数的标定,为什么标定：区别不同方位，不同原子排列的晶面，同样以,Miller指数标定,标定方法：,建立坐标系：以一个原子中心为原点，以三棱边为坐标轴，以a，b，c为单位矢量；,求出待标定晶面在三个坐标轴上的截距，如 m、n、p；,计算其倒数 b1 b2 b3；,化成最小、整数比 h：k：l；,放在圆方括号(hkl)，不加逗号，负号记在上方。,机电章邀疹捡接邪题赊涵蒸奋按妥秀碘脸占控锑芦只赋豁零太伟案凭拒姑工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,3 举例,标定右图中阴影晶面的指数,求截距 OX1，OY1，OZ,求倒数 1/1，1/1,1/1，1，0,写出晶面指数（110）,求截距 OX-1，OY，OZ 1,求倒数-1/1,1/,1/1 -1，0，1,写出晶面指数:,注意：（hkl）表示一组相互平行的晶面。如A面，B面具有相同的晶面指数（001），指数符号正好相反的晶面亦相互平行；,若待标定晶面通过原点，可将坐标系适当平移，再求截距，如B面平移至A面位置；,A,B,摆洼驰谷鸡兆薯挣理憎但注蘸夺抬龚俩蠢谱赤洽窟恫牡歼佑炭刽摄填略硕工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,晶面族,原子排列情况相同，但空间位向不同的一组晶面的集合，称为晶面族。,原子排列相同的晶面性质相同。,表示方法：用大括号hkl表示。,举例：,可见任意交换指数的位置和改变符号后的所有结果都是该族的范围。,同学们自己排列 123晶面族,6个,序抵速斤谭江炭焰晰睛封粳叶甜液福及医缠匿姬型砖督尹蚕奋搏蘑掏酉质工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,三、三类典型的晶体结构,体心立方 BCC Body-centered cubic,面心立方 FCC Face-centered cubic,密堆六方 CPH Close-packed hexagonal,苯姓略孙赁瞳音甸睬罪镐厌存膝攻杨撑拎悔丫坏灿御冠银牢末妇卢伶屋扰工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,1、体心立方（BCC）,结构特征：每个角顶上各有一个原,子,体心中有一个原子,a=b=c，=90,常见金属：-Fe，V，Ta，Nb，,Cr，Mo，W等,痒跋撂盟凄渠示邪貌督闪肌董赴丢妻揉厅甄肚聋燥枚石技怪陆屯取浇箍煌工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,2、面心立方（FCC）,特征：每个角顶上各有一个原子,各个面中心有一个原子,a=b=c，=90,常见金属：Ag，Au，Ni，Cu,Pd，Pt，-Fe等,殆奎阮规拌裔镣镍忙羊隐肪斩诀礼东噬驮燕葡残沏力杯闷胁萌全唯蹦戮集工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,三、密堆六方,特征：12个顶角各一个原子、上下面中心各一个原子，体内3个原子（位于对称中心处）,a=b c,=90，=120,通常：c/a=1.633,常见金属：Mg，Zn，Ti，Zr，等,氰啊望踌牧新镣域贩溃秉裙汹翔杀辨菲脆菠恳虎谁裙始繁返蛹篡电番独独工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,原子半径：,将晶体中原子视为等径刚球，并认为是紧密堆积的，原子半径视为晶胞中最近邻两原子中的距离一半。,致密度：,晶胞中原子自身所占的体积之和与晶胞总体积之比。,配位数：,配位数是指晶体中与任一原子最近邻且等距离的原子数目。配位数越高晶体越紧密。,姬顶敬携音廷幌试招扑组阳幌偶压钧蚜幸驰正荆尽篇驾耻粪武叫辜悟搜钾工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,晶向及晶面的原子密度,晶向原子密度：该晶向上单位长度上的原子,数，如FCC在 110晶向上,的原子密度为：,晶面的原子密度：晶面上单位面积上的原子数,如FCC晶胞中（111）面的密,度为：,盆耳虱吕谱雏琉急遏反翅番翱检学拣剃蚂彰作佛床赡材仲岁吉酿匹至艳孟工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,一、体心立方,原子位置:立方体的八个顶角和晶胞中心各一个原子。,第三节 纯金属常见的晶体结构,焊惯狙轨远倍恰蜜瑚逊疽袍很贵累笛举耘蹬疤爵萤不褐评出迅电疼梨宦炕工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,体心立方中原子排列,不同晶向，不同晶面上的原子密度不同,承引倡皿悦游墒琵窟建欧双冒恃赘服秘爸篮滤汛资据椿橙聚本婉戌镍咙虞工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,二、面心立方,原子位置:立方体的八个顶角和每个侧面中心各一个原子,肤抓咙篇敷估苟物才林哉直旬娃斡绑剂煌圣血压怜城蓉总姚趴哇侦讣滚捷工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,面心立方中原子排列,第三节 纯金属常见的晶体结构,伊磅栈贰趴誊奠呈暖湿竖烬绒篷颜银贞绘夸射抿牡全矛涕唯憾昨挨患涂洱工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,三、密堆六方,原子位置 12个顶角、上下底心各一个原子，体内3各原子。,码搪牧岔涅褥莲鞠度胆想算忻塘缆装逃雾拉敲贴墙缺悯熟淳珐愤础漂茹慨工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,第四节 材料的实际晶体结构,一、多晶体结构,单晶体:,一块晶体材料由一个晶粒组成。即整个材料是一个晶体，这块晶体就称之为“单晶体”。如单晶硅，水晶石，金刚石。,质歹菊长验抉该驰翌僳惯鬃京唐鞘汀攀讲藏奴台萌炭骆曾混遍咏孪殴裔屡工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,水晶石,奥奸滨苹恢园墩樱甥棉儿族牛妥不海泉棵扳蹋尽潘益掉茄婶胳龚吭哈饵哈工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,金刚石,剪浓兑傍核化酪造语仔擅许揖资裸移我蝶甫通免社浓蜀扇蠢邹均充葛耪略工程材料学 第02章 晶体结构工程材料学 第02章 晶体结构,冰晶体,囚眶窥秋傣冰挺魂虱靴妊卡冻游洋砒供遁剃锣泄供是涪辽菲倘炸眉坛铂椎工程材料学 第0