《机械工程材料晶体结构和非晶体教学课件PPT》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工程材料晶体结构和非晶体教学课件PPT（26页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、五、三种常见的晶体结构五、三种常见的晶体结构 晶体中的晶体结构通常分为晶体中的晶体结构通常分为7 7个晶系，个晶系，1414种晶种晶格。绝大多数金属的晶体结构为体心立方、面心格。绝大多数金属的晶体结构为体心立方、面心立方和密排六方三种紧密而简单的结构。立方和密排六方三种紧密而简单的结构。1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体（一）体心立方晶格（一）体心立方晶格（bccbcc）晶胞特征：晶胞特征：晶胞是一个立方体，原子分布在立方体晶胞是一个立方体，原子分布在立方体 的八个结点和立方体的中心处。的八个结点和立方体的中心处。体心立方结构体心立方结构常见金属：常见金属： -Fe、Cr、W、M
2、o、V等等晶胞晶胞模型模型1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体2 2原子半径原子半径ar433 3配位数配位数8 81 1晶胞内原子个数晶胞内原子个数2 2配位数配位数是指晶格中与任一原子最临近且等距离的原子数。是指晶格中与任一原子最临近且等距离的原子数。1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体（二）面心立方晶格（二）面心立方晶格（fccfcc）常见金属：常见金属： -Fe-Fe、AuAu、AgAg、AlAl、CuCu、PbPb、NiNi等。等。晶胞晶胞模型模型1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体2 2原子半径原子半径ar423 3配位数配位数12121 1晶胞
3、内原子个数晶胞内原子个数4 41-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体（三）密排六方晶格（三）密排六方晶格（hpchpc）晶胞特征：晶胞特征：晶胞是一个正六方棱柱，原子分布在正六方柱体晶胞是一个正六方棱柱，原子分布在正六方柱体的十二个结点和上、下底面的中心处，另外三个原子排列在上、的十二个结点和上、下底面的中心处，另外三个原子排列在上、下底面之间。下底面之间。常见金属：常见金属： MgMg、ZnZn、BeBe、CdCd、 -Ti等。等。晶胞晶胞模型模型 晶胞原子数晶胞原子数1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体六、三种典型晶格的致密度及晶面晶向分析六、三种典型晶格的致密度及晶
4、面晶向分析（一）晶格致密度（一）晶格致密度致密度致密度是指晶胞中所包含的原子所占是指晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比。有的体积与该晶胞体积之比。68. 04334233aa体心立方：体心立方：面心立方：面心立方：74. 03342344aa1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体（二）晶面及晶面的原子密度（二）晶面及晶面的原子密度晶面晶面通过晶体中原子中心的平面。通过晶体中原子中心的平面。(111)晶面指数晶面指数表示晶面的符号。表示晶面的符号。1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体2）求待定晶面在三个）求待定晶面在三个 坐标轴上的截距。坐标轴上的截距。 1、1
5、）建立坐标系，如图。（原点不能在待定晶面上）建立坐标系，如图。（原点不能在待定晶面上）ZYXcba晶面指数的确定方法晶面指数的确定方法3）取三个截距的倒数）取三个截距的倒数 1、 0、 01-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体晶面晶面（hklhkl）指原子排列规律相同，相指原子排列规律相同，相 互平行的一组晶面。互平行的一组晶面。晶面族晶面族 hklhkl 指原子排列规律相同，但指原子排列规律相同，但互不平行的一族晶面互不平行的一族晶面右图上有几个（右图上有几个（100100）晶面？）晶面？110包括：包括：(110)(110)(110)和和(110)(011)和和(011)(101
6、)和和(101)1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体d)c)b)a)练习：求出下面晶面的晶面指数练习：求出下面晶面的晶面指数(111)(120)(110)(112)1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体晶面上原子排列的紧密程度用晶面上原子排列的紧密程度用晶面的原子密晶面的原子密度度表示：表示：晶面单位面积中的原子个数晶面单位面积中的原子个数1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体（三）晶向及晶向的原子密度（三）晶向及晶向的原子密度晶向晶向任意两个原子之间任意两个原子之间的连线所指的方向。的连线所指的方向。110晶向指数晶向指数表示晶向的符号。表示晶向的符号。1-1
7、 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体1）建立坐标系，晶格常数分别作为相应三个坐标轴）建立坐标系，晶格常数分别作为相应三个坐标轴的长度单位；的长度单位；2）过坐标原点做平行）过坐标原点做平行 于待定晶向的直线；于待定晶向的直线；3）求出直线上任意一点）求出直线上任意一点的坐标值。的坐标值。1、1、2/3；4）将三个坐标值按比例）将三个坐标值按比例 化为最小整数，加方化为最小整数，加方 括号，括号，332。ZYXcba332 23c1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体ZYX110110110指指110、101、011、110、101、011、1011-1 1-1 晶体结构和非晶体
8、晶体结构和非晶体注意：注意：晶向组：晶向组： uvwuvw 指原子排列规律相同，相互平行的指原子排列规律相同，相互平行的 所有晶向。所有晶向。晶向族：晶向族：uvwuvw指原子排列规律相同，但互不平指原子排列规律相同，但互不平 行的所有晶向。行的所有晶向。晶向上原子排列的紧密程度用晶向上原子排列的紧密程度用晶向的原子密晶向的原子密度度表示：表示：晶向单位长度上的原子个数晶向单位长度上的原子个数1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体七、单晶体的各向异性与多晶体的伪各向同性七、单晶体的各向异性与多晶体的伪各向同性单晶体单晶体晶体内部的原子都按同一晶体内部的原子都按同一规律同一位向排列规律
9、同一位向排列的的晶体。晶体。（a）（b）晶粒晶粒外形不规则的外形不规则的颗粒状的小晶体。颗粒状的小晶体。晶界晶界晶粒与晶粒之晶粒与晶粒之间的界面，简称晶界。间的界面，简称晶界。多晶体多晶体由许多位向不同的由许多位向不同的单晶体所组成的晶体。单晶体所组成的晶体。1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体晶体在不同方向上的性能晶体在不同方向上的性能(力学性能、物理性能、力学性能、物理性能、化学性能化学性能)各异各异晶体的晶体的各向异性各向异性。（a）1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体应用：应用：铁的单晶体在磁场中沿铁的单晶体在磁场中沿方向的磁化比方向的磁化比沿沿方向容易，所以，
10、制造变压器铁心的硅钢方向容易，所以，制造变压器铁心的硅钢片的片的晶向应平行于导磁方向，以降低变压器晶向应平行于导磁方向，以降低变压器的铁损。的铁损。 在多晶体的金属中，整块金属在多晶体的金属中，整块金属在各个方向上的性能是均匀一致的，在各个方向上的性能是均匀一致的，称为称为“伪各向同性伪各向同性”。（b）1-1 1-1 晶体结构和非晶体晶体结构和非晶体 若整个晶体完全是由晶胞规则重复若整个晶体完全是由晶胞规则重复 排列的，这种晶体为理想晶体。排列的，这种晶体为理想晶体。 实际晶体中，由于各种因素的影响，实际晶体中，由于各种因素的影响， 总会存在一些不完整、原子排列总会存在一些不完整、原子排列
11、偏离理想状态的区域，这些区域偏离理想状态的区域，这些区域 称为晶体缺陷。称为晶体缺陷。理想晶体理想晶体晶体缺陷晶体缺陷 点缺陷点缺陷按几何形态分为按几何形态分为 线缺陷线缺陷 面缺陷面缺陷1-2 1-2 晶体缺陷晶体缺陷1-2 1-2 晶体缺陷晶体缺陷一、点缺陷一、点缺陷点缺陷点缺陷在三维尺度上都很小，不超过几个原子直径的缺陷。在三维尺度上都很小，不超过几个原子直径的缺陷。点缺陷示意图点缺陷示意图点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生了扭点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生了扭曲曲晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增晶格畸变，使金属的电阻率、屈服强度增加，金属的密度发生变化。加，金属的密度发
12、生变化。 空位空位 间隙原子、间隙原子、置换原子置换原子1-2 1-2 晶体缺陷晶体缺陷平面示意图平面示意图立体模型立体模型二、线缺陷二、线缺陷 在二维尺度上都很小，另一维尺度上很大的缺陷。在二维尺度上都很小，另一维尺度上很大的缺陷。 晶格中的晶格中的“位错线位错线” 简称位错。简称位错。可视为晶格中可视为晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移所致其相一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移所致其相对滑移的交界线即为位错线。可分为对滑移的交界线即为位错线。可分为刃型刃型和和螺型螺型位错。位错。GH刃型位错示意图刃型位错示意图EF线为线为位错线位错线负刃型位错负刃型位错正刃型位错正刃型位错D
13、1-2 1-2 晶体缺陷晶体缺陷三、面缺陷三、面缺陷 是指两个维度尺寸很大而在另一个维度上尺寸是指两个维度尺寸很大而在另一个维度上尺寸很小的缺陷。金属晶体中的面缺陷主要是指很小的缺陷。金属晶体中的面缺陷主要是指晶界晶界、亚晶界亚晶界和和相界相界等。等。1-2 1-2 晶体缺陷晶体缺陷晶界原子排列示意图晶界原子排列示意图亚晶界位错结构示意图亚晶界位错结构示意图晶界：晶界：不同位向晶粒与晶粒之不同位向晶粒与晶粒之间的界面（过渡区）叫间的界面（过渡区）叫“晶粒晶粒间界间界”简称晶界。简称晶界。亚晶界：亚晶界：每个晶粒内的晶格位每个晶粒内的晶格位向在不同区域上有微小差别的界向在不同区域上有微小差别的界
14、面（过渡区），由一系列刃型位面（过渡区），由一系列刃型位错组成。错组成。1-2 1-2 晶体缺陷晶体缺陷 晶界上的原子排列因受到相临晶粒的影响，其规晶界上的原子排列因受到相临晶粒的影响，其规律性较差，但不是完全混乱无序的，因而原子常占据律性较差，但不是完全混乱无序的，因而原子常占据不同位向的折衷位置，致使晶格畸变较大，能量高；不同位向的折衷位置，致使晶格畸变较大，能量高；位错密度高；杂质原子含量一般高于晶粒内部；易腐位错密度高；杂质原子含量一般高于晶粒内部；易腐蚀和氧化；熔点低等。蚀和氧化；熔点低等。 一般来说，金属的晶粒越细，单位体积金属中一般来说，金属的晶粒越细，单位体积金属中的晶界和亚晶界面积越大，金属的强度便越高，这的晶界和亚晶界面积越大，金属的强度便越高，这就是金属的就是金属的细晶强化细晶强化。此外，晶界同样对金属的塑。此外，晶界同样对金属的塑性变形、相变和扩散等过程有重要的影响。性变形、相变和扩散等过程有重要的影响。1-2 1-2 晶体缺陷晶体缺陷晶界晶界光学显微镜下工业纯铁的组织光学显微镜下工业纯铁的组织晶界晶界晶面晶面光学显微镜物镜光学显微镜物镜经经过过物物镜镜的的漫漫射射光光线线对对晶粒形状进行讨论晶粒形状进行讨论
机械工程材料晶体结构和非晶体教学课件PPT
