材料第二章

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材料结构的定义一、材料结构：组成材料的原子相互结合的方式及其按一定次序的组合、排列和相互间的各种联系。二、材料结构有以下四项内容1、组成材料原子本身（或离子、分子）的构造2、组成材料原子（或离子、分子）间的结合3、组成材料原子的排列(本节将要研究的内容）4、材料结构内存在的缺陷(下一章将要研究的内容） 晶体学基础空间点阵阵点晶格晶胞晶胞的选择：对称、直角和体积小晶胞参数（点阵常数）点阵矢量 晶系和布拉菲点阵按照六个晶胞参数组合的可能方式可将晶体结构分为七个晶系，14种晶胞布拉菲点阵晶系棱边长度与夹角关系对应标号简单立方体心立方面心立方立方a=b=c===90°123简单四方体心四方四方a=bc,===90°45简单菱方菱方a=bc,==90°6简单六方六方a=b,==90°=120°7简单正交底心正交体心正交面心正交正交abc,===90°891011简单单斜底心单斜单斜abc,==90°1213简单三斜三斜abc,90°14 晶体结构中的常用术语-1晶向和晶向指数晶体中各种方向上的原子列和表示晶向在空间确定位置的参数（Miller指数）晶面和晶面指数晶体中各种方位的原子平面和表示晶面在空间确定位置的参数（Miller指数）晶面间距相邻两个平行晶面之间的距离晶带相交并平行于某一晶向直线的所有晶面的组合 晶向指数的确定1、建立坐标系以晶格中某一原子为原点建立三维坐标系，通过原点引平行于所求晶向的直线2、确定坐标值以相应的晶格常数为量度单位求直线上任意一点的三个坐标值3、化整并加方括号将所求数值化为最简整数（互为质数），加以方括号即为所求的晶向指数[uvw]4、若有负值，负号标注在该数的上方 对晶向指数的几点说明一个晶向指数代表相互平行、方向一致的所有晶向晶向平行但方向相反，则指数取反原子排列相同，但方向不同的所有晶面统称为一个晶向族，如立方晶系〈100〉〈111〉 晶面指数的确定1建坐标注意不要把原点放在所求晶面上2求截距3取倒数4化整并加圆括号（hkl) 对晶面指数作如下说明晶面指数代表着一组相互平行的晶面平行晶面的晶面指数相同或符号相反原子排列相同，但位向不同的所有晶面统称为一个晶面族，如{111}在立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面必定相互垂直 计算｛hkl}晶面族或晶向族以下四条规则：hkl和uvw中3个数字都不等，且0.则有3!4=24组，如｛123｝hkl和uvw中2个数字相等，且0.则有3!/2!4=12组，如｛221｝hkl和uvw中3个数字相等，则有3!/3!4=4组，如｛111｝hkl和uvw中有1个为0，则总数除以2,则有3!/24=12如｛120}有2个为0,总数除以22,则有3!/（2!22)4=3组,如｛100}.注意：指数相同而符号相反两个晶面为一组。 六方晶系的晶面指数和晶向指数为了显示六方晶系的对称性，采用四轴坐标系晶面指数（三轴与四轴坐标系）：(HKL)(hkil)=(H,K,-(H+K),L晶向指数：[UVW][uvtw]=[2U-V,2V-U,-(U+V),3W] 晶面间距和晶带晶面间距：相邻两个平行晶面之间的距离晶面间距越大，晶面上原子的排列就越密集晶带晶带轴共带面晶带：相交和平行于某一直线的所有晶面的组合已知两不平行晶面指数，求晶带轴已知两不平行晶向，求其所确定的晶面 练习例1在一个面心立方晶胞中画出[012]和[123]的晶向例2在一个面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面 纯金属的晶体结构三种典型的晶体结构金属晶体结构术语多晶型性晶体结构中的原子半径 金属的三种典型晶体结构面心立方晶格体心立方晶格密排六方晶格上页下页晶体结构常用术语晶胞形状与大小晶胞原子数原子半径常见金属 晶向原子密度 原子的堆垛方式原子密排面和密排方向原子的堆垛方式晶面间距越大，晶面上原子的排列就越密集 原子排列的紧密程度配位数COORDINATIONNUMBER致密度CRYSTALDENSITY表示晶格中任一原子周围所最近且等距离的原子数指其晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比 晶体结构中的间隙八面体间隙四面体间隙 晶体类型原子密排面原子密排方向晶胞中的原子数配位数CN致密度KA1(fcc){111}<110>4120.74A2(bcc){110}<111>28,(8+6)0.68A3(hcp){0001}<1120>6120.74三种典型金属晶体结构的特征 多晶型性当外界条件（温度和压力）改变时，元素的晶体结构会发生改变的性质当晶体结构改变时，金属的性能（如体积、强度、塑性、导电性等）发生突变 例铁在912℃时由α-Fe（体心立方）变为γ-Fe（面心立方），已知碳存在于铁的间隙中，试解释为什么碳在γ-Fe中的溶解度（最高可达2.11%)比在α-Fe中的溶解度（最高只有0.0218%)大？已知γ-Fe、α-Fe和碳原子半径只有0.129nm,0.125nm和0.077nm. 作业P621、3、5(2)、6、8、9、18（选做）