上海交通大学：《工程材料学》课程教学资源（PPT课件）第二讲 晶体结构

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