海南大学：《材料科学基础》课程教学资源（PPT课件）Chapter 2 固体结构 2.2 金属的晶体结构

2.2金属的晶体结构 金属在固态下一般是晶体。决定晶体结构的内部因素是原子或离 子、分子间键合的类型及键的强弱。金属晶体的结合键是金属键，由 于其无饱和性、无方向性的特点从而使内部的原子趋于紧密排列，构 成高度对称性的简单晶体结构；而亚金属晶体的主要结合键是共价键， 由于共价键具有方向性从而使其具有较复杂的晶体结构

2.2 金属的晶体结构 金属在固态下一般是晶体。决定晶体结构的内部因素是原子或离 子、分子间键合的类型及键的强弱。金属晶体的结合键是金属键，由 于其无饱和性、无方向性的特点从而使内部的原子趋于紧密排列，构 成高度对称性的简单晶体结构；而亚金属晶体的主要结合键是共价键， 由于共价键具有方向性从而使其具有较复杂的晶体结构

2.2.1三种典型的金属晶体结构 ·体心立方结构，缩写为BCC(body-centered cubic) ·面心立方结构，缩写为FCC（face-centered cubic) ·密排六方结构，缩写为HCP(hexagonal close-packed)或HCP

• 体心立方结构，缩写为BCC（body-centered cubic） • 面心立方结构，缩写为FCC（face-centered cubic ） • 密排六方结构，缩写为HCP（hexagonal close-packed）或HCP 2.2.1 三种典型的金属晶体结构

1.BCC O例如：a-Fe,难熔金属(V,Nb, Ta,Cr,Mo,W) 碱金属 @n=2一个晶胞内的原子数 ©CN=8 配位数：一个原子周围的最近邻原子数— Coordination Number

1. BCC  例如: α-Fe , 难熔金属（V, Nb, Ta, Cr, Mo, W） 碱金属  n = 2 一个晶胞内的原子数  CN=8 配位数：一个原子周围的最近邻原子数—— Coordination Number

④紧密系数：又称堆垛密度 晶胞中各原子的体积之和 晶胞的体积 计算ξ时，假定原子是半径为的刚性球，而且相距最近 的原子是彼此相切的 .对于BCC, 4 2× V3 3 5= 4 =0.68

 紧密系数：又称堆垛密度 ＝ 计算ξ时, 假定原子是半径为r的刚性球，而且相距最近 的原子是彼此相切的 ∴ 对于 BCC, 晶胞中各原子的体积之和 晶胞的体积

配位数：心原子上下各为4个=8 晶胞中的原子数： 8×1/8(角)+1（心）}=2 最近的原子间距：d(= 点阵常数：a 2 致密度：0.68

配位数： 最近的原子间距：d ( = ) 点阵常数：a 致密度：0.68 晶胞中的原子数： 心原子上下各为4个= {8×1/ 8(角)+ 1(心)}= 8 2 a 2 3

2.FCC 0例如：Y-Fe,Al,Ni,Pb,Cu, Ag,Au,不锈钢 @n=8×1/8+6×1/2=4原子/晶胞 OCN-12 4x 13 0= 3 4 -=0.74 e

2. FCC  例如:γ-Fe , Al , Ni , Pb , Cu , Ag , Au , 不锈钢  n= 8×1/8+6×1/2=4 原子/晶胞  CN=12  π( ) ξ . a 3 3 4 2 4 3 4 0 74  = =

(b) 配位数：12（上、同、下层各为4个)12 晶胞中的原子数：4{=8×1/8（角）+6×1/2（面）=4 最近的原子间距：d(=a/√2=2R) 点阵常数：a(=4R/√2) 致密度：APF-晶胞内原子总体积/晶胞体积=0.74

配位数：12（上、同、下层各为4个） 晶胞中的原子数：4 {= 8×1/ 8（角）+ 6×1/ 2（面）}= 最近的原子间距：d ( ) 点阵常数：a ( ) 致密度：APF=晶胞内原子总体积/晶胞体积= 4 12 0.74 = a / 2 = 2R = 4R/ 2

3.HCP O例如：Be.Mg,Zn.Cd,Zr,Hf,Ti(低温) 1 、1 @n= 二×12+二×2+3=6 6 2 CN=12 ④5=0.74理想情况下： 8 =1.633 a V3 CN=12ξ=0.74

3. HCP  例如: Be, Mg, Zn, Cd, Zr, Hf，Ti(低温)  n＝  CN＝12  ξ＝0.74 理想情况下：

配位数：12（同层6个、上、 下两层各为3个) 晶胞中的原子数：6 {=12×1/6(边角)+2×1/ 2(面)+3（内）} 最近的原子间距： d(= a2 1V3 +4 点阵常数：a,c 致密度：0.74

配位数：12（同层6个、上、 下两层各为3个） 点阵常数：a ，c 致密度：0.74 最近的原子间距： d ( ) 晶 胞 中 的 原 子数 ：6 {=12×1/6(边角)+ 2×1/ 2(面)+ 3(内)} 3 4 2 2 a c = +

典型金属结构晶体学特点 结构类型 结构特征 体心立方 面心立方 密排六方 点阵类型 体心立方 面心立方 简单六方 点阵常数 a a a,c,c/a=1.633 最近的原子间距 4② a2 c2 d=3+4 =a (原子直径) 晶胞中原子数 1+x8=2 1 8 8×8+2×6=4 6 配位数 8 12 12 2a)3 4 -a 致密度 -=0.68 4 -=0.74 0.74 a

d a 4 2 d a = 2 3 = a a c d = + = 3 4 2 2 0 8 2 8 1 1+  = 6 4 2 1 8 8 1  +  = 0.68 ) 4 3 )( 3 4 2 ( 3 3 =  a  a 0.74 ) 4 2 )( 3 4 4 ( 3 3 =  a  a 结 构 特 征 结 构 类 型 体心立方 面心立方 密排六方 点 阵 类 型 体心立方 面心立方 简单六方 点 阵 常 数 a a a，c，c/a =1．633 最近的原子间距 （原子直径） 晶胞中原子数 6 配 位 数 8 12 12 致 密 度 0.74 典型金属结构晶体学特点