第2章 材料的晶体结构

1第二章材料的晶体结构第二章材料的晶体结构2-1晶体结构基本知识2-2立方晶系中的晶面与晶向2-3实际金属晶体结构的特点2ac2-1引言1830年，法国晶体学家布拉菲（M.A.Bravais）利用数学推导，提出了晶体结构的空间点阵学说。规类为7个晶系，14种布拉菲点阵。1912年，德国法兰克福大学教授劳厄，发现了晶体的X射线衍射，从而在实验上证实了空间点阵学说。并获得1914年诺贝尔物理学奖。acbbaacacaa23第二章材料的晶体结构3第一节晶体结构基本知识一空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。特征：①原子的理想排列；②有14种。阵点－空间点阵中的点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。晶格－描述晶体中原子排列规律的空间格架。晶胞－空间点阵中最小的几何单元。第二章材料的晶体结构4二、晶系与晶格常数7个晶系14个布拉菲点阵三斜单斜正交六方菱方四方立方babcag点阵划分为晶格可以有不同的方法。简单立方体心立方面心立方点阵常数：abcαβγ第二章材料的晶体结构5•1.所选择的平行六面体的特性应符合整个空间点阵的特征，并应具有尽可能多的相等棱和相等角。•2.平行六面体中各棱之间应有尽可能多的直角关系。•3.在满足1,2时,平行六面体的体积应最小。根据上述原则，证明仅存在14种不同的晶格（或点阵），称做布拉维点阵，按对称性可分为7个晶系。二、晶系布拉菲（Bravais）规则第二章材料的晶体结构6babcag三斜晶系triclinicabc,abg901第二章材料的晶体结构7bb单斜晶系monoclinicabc,b=g=90aSimpleBase-centeredacacaa23第二章材料的晶体结构8accb斜方晶系Orthorhombicabc,a=b=g=90SimpleBase-centeredBady–centeredFace-centeredba4567第二章材料的晶体结构9a=bc,a=b=90,g=120六方晶系Hexagonalac8aaaaa三方(菱形)晶系Rhombohedrala=b=c,a=b=g909第二章材料的晶体结构10acaaca1011四方晶系Tetragonala=bc,a=b=g=90Body-centeredSimple第二章材料的晶体结构11aaaaaaaaa立方晶系(Cubicsystem)a=b=c,a=b=g=90SimpleBody-centeredFace–centered121314第二章材料的晶体结构12七个晶系的晶格参数a=b=c,a=b=g=90a=bc,a=b=g=90abc,a=b=g=90a=b=c,a=b=g90a=bc,a=b=90,g=120abc,b=g=90aabc,abg90立方六方四方三方斜方单斜三斜第二章材料的晶体结构13三纯金属的晶体结构常见金属的晶体结构：①Fcc：金、银、铜、铝、铅、镍、γ铁等②Bcc：铬、钾、钠、钨、钼、钽、α铁等③Hcp：镁、锌、镉、α钛等aaaa=b=c,a=b=g=90SimpleBody-centeredFace–centeredaaaaaa第二章材料的晶体结构14三类晶格的晶胞①（bcc）②（fcc）③（hcp）ar21=21818=4216818=632126112=ar43=ar42=%68=K%74=K%74=K第二章材料的晶体结构15晶向指数的标定a建立坐标系。确定原点（阵点）、坐标轴和度量单位（棱边）。b求坐标。u’,v’,w’c化整数。u,v,w.d加[]→[uvw]（最小整数）。第二节立方晶系中的晶面与晶向[1,0,0][0,0,1][0,1,0]O[1,1,0][1,1,0][1,1,1]晶向：空间点阵中各阵点列的方向。第二章材料的晶体结构16晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。晶面指数的标定a建立坐标系：确定原点（非阵点）、坐标轴和度量单位。b量截距：x,y,z。c取倒数：h’,k’,l’。d化整数：h,k,k。e加圆括号：(hkl)。31000210100zy03203200红色晶面：b:x,y,z=1，1/2，1/3。c：h’,k’,l’=1,2,3d：h,k,k=1,2,3,e：(hkl)=(123)绿色晶面：b:x,y,z=1，2/3，2/3。c：h’,k’,l’=1,3/23/2d：h,k,k=2,3,3,e：(hkl)=(223)第二章材料的晶体结构17(100)(001)(001)(111)(110)常见晶面的Miller指数密排面：原子密度最大的晶面。密排方向：原子密度最大的晶向。第二章材料的晶体结构18第三节实际金属晶体结构的特点单晶多晶单晶涡轮叶片DD3单晶叶片一多晶体结构由许多外形不规则的单晶体组成，每个单晶体内部原子排列大致相同，但各个单晶之间位相不大相同。第二章材料的晶体结构19四晶体的缺陷维纳斯“无臂”之美更深入人心晶体缺陷赋予材料丰富内容原子的不规则排列产生晶体缺陷。晶体缺陷在材料组织控制（如扩散、相变）和性能控制（如材料强化）中具有重要作用。第二章材料的晶体结构20晶体缺陷：实际晶体中与理想点阵结构发生偏差的区域。共分为三类：①点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小的缺陷。如空位、间隙原子、异类原子等。②线缺陷：在两个方向上尺寸很小，而另一个方向上尺寸较大的缺陷。主要是位错。③面缺陷：在一个方向上尺寸很小，在另外两个方向上尺寸较大的缺陷。如晶界、相界、表面等。第二章材料的晶体结构21①点缺陷---引起材料结构、性能的变化。(c)2003Brooks/ColePublishing/ThomsonLearning空位异种原子间隙原子异种原子第二章材料的晶体结构22②线缺陷线缺陷（位错）dislocation位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。意义：（对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用，对材料的扩散、相变过程有较大影响。随着位错数目的增加，金属强度先降低后增加，金属晶体中不含位错或含有大量位错均能使强度提高。）第二章材料的晶体结构23③面缺陷面缺陷主要包括晶界、相界和表面，它们对材料的力学和物理化学性能具有重要影响。晶粒理想表面状态纯铁晶界晶界：两个空间位向不同的相邻晶粒之间的界面。第二章材料的晶体结构24晶界分类1.大角度晶界：晶粒位向差大于10度的晶界。其结构为几个原子范围内的原子的混乱排列，可视为一个过渡区。2.小角度晶界：晶粒位向差小于10度的晶界。其结构为位错列，又分为对称倾侧晶界和扭转晶界。3.亚晶界：位向差小于1度的亚晶粒之间的边界。为位错结构。25