第三節(jié)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)

第三節(jié)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)第1頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一一課程性質(zhì)、任務(wù)及目的1課程性質(zhì)專業(yè)基礎(chǔ)課共56學(xué)時(shí)

2考試形式閉卷考試70%＋平時(shí)成績30%3本課程的主要任務(wù)研究金屬與合金的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝和性能四要素及四要素之間的關(guān)系與變化規(guī)律。┗此亦為金屬學(xué)的研究內(nèi)容——實(shí)際中我們最關(guān)心的是性能第2頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一

舉例：σb(MPa)鋁合金400～600銅合金600～70040鋼(退火態(tài))50040鋼(調(diào)質(zhì)態(tài))800性能取決于哪些因素呢？①化學(xué)成分不同，性能不同純鋁40

純銅60

純鐵200第3頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一②化學(xué)成分相同，處理方式不同，性能不同如：

0.8℅C的鋼鋸條→800℃，冷卻方式不同.

一根出爐后水冷，性硬而脆，一彎就斷；另一根隨爐緩慢冷卻，性軟，彎曲90°不斷。又如：石墨和金剛石均由碳原子構(gòu)成，但性能迥異。原因：碳原子的空間排列方式不同即內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不同第4頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一提高材料性能的主要途徑：一方面改變材料的化學(xué)成分，另一方面改進(jìn)材料的生產(chǎn)工藝，進(jìn)而改變材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)與性能。***材料科學(xué)研究的四要素及相互關(guān)系線：性能Performance加工工藝Process化學(xué)成分Composition組織結(jié)構(gòu)Construction內(nèi)因外因

第5頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一4目的利用上述四要素關(guān)系和規(guī)律：（1）進(jìn)行科學(xué)研究；（2）指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐；（3）研制新合金材料。第6頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一1金屬材料科學(xué)研究內(nèi)容：成分、組織結(jié)構(gòu)、工藝、性能┗其課程體系：

金屬學(xué)、金屬熱處理、金屬材料學(xué)、金屬性能、材料分析技術(shù)與方法等。

2本課程主要內(nèi)容:

金屬學(xué)：第一章~第八章

金屬熱處理：第九章~第十章

金屬材料學(xué)：第十二章~第十三章二本課程內(nèi)容第7頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一(1)掌握金屬材料的基本概念、基本理論與基本實(shí)驗(yàn)方法；(2)掌握金屬材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、工藝、性能間關(guān)系的一般規(guī)律；(3)了解金屬材料常用的分析方法，主要是金相分析方法。三要求第8頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一四參考文獻(xiàn)(1)材料科學(xué)基礎(chǔ),西安交通大學(xué),石德珂(2)金屬學(xué),宋維錫，冶金工業(yè)出版社,2000(3)材料科學(xué)基礎(chǔ),潘金生,清華大學(xué)出版社,1998(4)金屬熱處理,李松瑞,中南大學(xué)出版社,2003第9頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一金屬金屬的晶體結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容重點(diǎn)：金屬的晶體結(jié)構(gòu)學(xué)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)第10頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一金屬：是具有正的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)，通常具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性、高的密度和高的光澤。§1.1金屬㊣第11頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一原子(10-8cm)原子核(10-12cm)質(zhì)子原子核=質(zhì)子＋中子中子電子(10-13cm)(9.1х10-28g)

1、孤立自由原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)核外電子按能量等級(jí)由高到低分層排列著，內(nèi)層電子的能量最低，最穩(wěn)定，最外層電子能量高，與核結(jié)合弱，稱為價(jià)電子。金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第12頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一價(jià)電子=2價(jià)電子=3特點(diǎn):

其最外層的電子數(shù)很少，一般為1～2個(gè)，不超過3個(gè)。易失去電子變?yōu)檎x子，常稱為正電性元素。Mg：1s22s22p23s2Al：1s22s22p63s23p12、金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第13頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一3其他類原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

過渡族金屬原子:

最外層的電子和次外層電子均可失去→導(dǎo)致化合價(jià)可變；原子結(jié)合力特強(qiáng)（因?yàn)榇瓮鈱与娮右矃⑴c結(jié)合）→宏觀表現(xiàn)為熔點(diǎn)高，強(qiáng)度高。

非金屬原子:其最外層的電子數(shù)很多，一般為4～7個(gè)。易獲得電子變?yōu)樨?fù)離子，常稱為負(fù)電性元素。外層電子作用形式穩(wěn)定的八電子排布結(jié)構(gòu)接受或釋放額外電子共有電子第14頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一材料結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)原子的空間排列顯微組織原子結(jié)構(gòu)→原子排列結(jié)構(gòu)→微觀結(jié)構(gòu)→宏觀結(jié)構(gòu)4材料的結(jié)構(gòu)層次原子核外電子的排布方式顯著影響材料的電、磁、光和熱性能，還影響到原子彼此結(jié)合的方式，從而決定材料的類型。第15頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一晶態(tài)和非晶態(tài)。晶體結(jié)構(gòu)顯著影響材料的力學(xué)性能。材料結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)原子的空間排列顯微組織第16頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一晶粒的大小、合金相的種類、數(shù)量和分布等參數(shù)。材料結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)原子的空間排列顯微組織第17頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一晶粒合金相形貌第18頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一金屬鍵離子鍵共價(jià)鍵由兩種以上電負(fù)性相差很大的原子組成。易得失價(jià)電子→正負(fù)離子→①高價(jià)氧化物熔點(diǎn)高、硬度高、低塑性、是良好的電絕緣體。如Al2O3②低溫導(dǎo)電性差、高溫離子導(dǎo)電；③對(duì)可見光透明、吸收紅外波長。

金屬鍵物質(zhì)原子間的結(jié)合鍵主要包括金屬鍵、離子鍵和共價(jià)鍵三種。第19頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一不易失去也不易得到價(jià)電子，而是共有價(jià)電子成為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)→鍵有飽和性和方向性→①高熔點(diǎn)、高硬度、導(dǎo)電性差、低膨脹系數(shù)(強(qiáng)化合鍵)、性脆、延展性很差(方向性)。如陶瓷金屬鍵離子鍵共價(jià)鍵第20頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一處于集聚狀態(tài)的金屬原子，全部或大部分將它們的價(jià)電子貢獻(xiàn)出來，為整個(gè)原子集體所共有，稱為電子云。金屬鍵：貢獻(xiàn)出價(jià)電子的正離子沉浸在電子云中，它們依靠運(yùn)動(dòng)于其間的公有化的自由電子的靜電作用而結(jié)合起來。這種結(jié)合方式稱之為金屬鍵。共有價(jià)電子→電子云→鍵無方向性和飽和性，不易被破壞金屬鍵金屬鍵模型金屬鍵模型認(rèn)為：固態(tài)金屬中并非所有原子變?yōu)檎x子，而是絕大部分處于正離子狀態(tài)，仍有少部分處于中性原子狀態(tài)。金屬及其合金主要以金屬鍵方式結(jié)合，但也會(huì)出現(xiàn)金屬鍵與共價(jià)鍵或離子鍵混合的情況。第21頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一如何用金屬鍵來解釋金屬所具有的特性呢？導(dǎo)電性：在外電場(chǎng)的作用下，自由電子沿電場(chǎng)方向作定向運(yùn)動(dòng)。正的電阻溫度系數(shù)：隨著溫度升高，正離子振動(dòng)的振幅要加大，對(duì)自由電子通過的阻礙作用也加大，即金屬的電阻是隨溫度的升高而增加的。導(dǎo)熱性：自由電子的運(yùn)動(dòng)和正離子的振動(dòng)可以傳遞熱能。延展性：金屬鍵沒有飽和性和方向性，經(jīng)變形不斷裂。金屬光澤：自由電子易吸收可見光能量，被激發(fā)到較高能量級(jí)，當(dāng)跳回到原位時(shí)輻射所吸收能量，從而使金屬具有金屬光澤。金屬鍵的性能特點(diǎn)：

1)良好的導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性；2)正的電阻溫度系數(shù)；

3)良好的強(qiáng)度及塑性；4)特有的金屬光澤。第22頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一原子電子結(jié)構(gòu)、電負(fù)性差異決定材料的結(jié)合機(jī)制：Sp價(jià)電子金屬原子間：結(jié)合鍵只能是金屬鍵；過渡金屬：原子間結(jié)合有金屬鍵和共價(jià)鍵；電負(fù)性差異很大的原子間：結(jié)合鍵只能是離子鍵；電負(fù)性差異不大的原子間：結(jié)合鍵既存在離子鍵又存在共價(jià)鍵。如：CaSO4對(duì)金屬鍵、共價(jià)鍵和離子鍵的小結(jié)：Ca2+和SO42-之間為離子鍵結(jié)合，而SO4主要為共價(jià)鍵結(jié)合。第23頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一ClCH聚氯乙烯（PVC塑料）范德瓦爾鍵（分子鍵）特性：分子晶體因其結(jié)合鍵能很低，所以其熔點(diǎn)很低，硬度也低。但其絕緣性良好。是分子或原子團(tuán)間的一種弱靜電結(jié)合，存在于高分子材料的分子間及一些陶瓷材料的分子層間，這類分子必然有顯正電的部分和顯負(fù)電的部分。一個(gè)分子的正電荷部位與另一分子的負(fù)電荷部位間以微弱靜電引力相互吸引而結(jié)合在一起稱為分子鍵。注意：分子間是范德瓦爾鍵，但分子內(nèi)是原子間強(qiáng)有力的共價(jià)鍵。第24頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一金屬(Mg鎂)分子(異戊烷)離子(NaCl)第25頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一吸引力：正離子與負(fù)離子（電子云）間靜電引力—長程力排斥力：正離子間，電子間的作用力—短程力結(jié)合力＝吸引力＋排斥力;結(jié)合能＝吸引能＋排斥能結(jié)合力：當(dāng)原子靠近到一定程度時(shí)，原子間所產(chǎn)生的較強(qiáng)的作用力。為什么原子趨于規(guī)則緊密排列？注意：當(dāng)兩原子距離很遠(yuǎn)時(shí)，不發(fā)生相互作用結(jié)合力與結(jié)合能金屬鍵模型以雙原子作用模型為例第26頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一原子間必須保持一定的平衡距離do，這是固態(tài)金屬中的原子趨于規(guī)則排列的重要原因。距離大于do：F＜0（吸引力）距離小于do：F＞0（排斥力）兩原子距離為do：F=0兩原子勢(shì)能E：兩原子距離為do：E=EAB（最?。┳畲蠼Y(jié)合力=理論抗拉強(qiáng)度只有離開平衡位置都會(huì)使勢(shì)能↑BC斜率越大，原子離開平衡位置所需力也越大→原子最穩(wěn)定EAB——原子結(jié)合能或鍵能推廣到多原子，說明原子趨于規(guī)則緊密排列的原因㊣Cd0dcAB0＋F－F結(jié)合力排斥力排斥力吸引力吸引力原子間距d原子間距d排斥能排斥能＋吸引能－吸引能EAB0A雙原子作用模型結(jié)合能第27頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一小結(jié)金屬原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

其最外層的電子數(shù)很少，一般為1～2個(gè)，不超過3個(gè)。易失去電子變?yōu)檎x子，常稱為正電性元素。金屬鍵：貢獻(xiàn)出價(jià)電子的正離子沉浸在電子云中，它們依靠運(yùn)動(dòng)于其間的公有化的自由電子的靜電作用而結(jié)合起來。這種結(jié)合方式稱之為金屬鍵。金屬原子的結(jié)合力和結(jié)合能（說明了金屬原子為什么具有規(guī)則緊密的排列方式）

因?yàn)椋褐挥挟?dāng)原子間保持一定平衡的距離，原子結(jié)合能（鍵能）才最低，原子才處于最穩(wěn)定狀態(tài)。任何的偏離都將使原子結(jié)合能增加，使原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)。第28頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一作業(yè)1、試用金屬鍵的結(jié)合方式，解釋金屬具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性和金屬光澤等基本特性.2、填空：1)金屬具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性和金屬光澤主要是因?yàn)榻饘僭泳哂?/p>

的結(jié)合方式。2)物質(zhì)的原子間結(jié)合鍵主要包括

、

和

三種。3)大部分陶瓷材料的結(jié)合鍵為

。4)高分子材料的結(jié)合鍵是

。3、判斷1)正的電阻溫度系數(shù)就是指電阻隨溫度的升高而增大。（）2)金屬具有美麗的金屬光澤，而非金屬則無此光澤，這是金屬與非金屬的根本區(qū)別。（

）第29頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一4、選擇題1)金屬原子的結(jié)合方式是（）

A．離子鍵B共價(jià)鍵C金屬鍵D分子鍵2)晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特征是（）

A近程有序排列B遠(yuǎn)程有序排列

C完全無序排列D部分有序排列3)正的電阻溫度系數(shù)是指（）

A隨溫度增高導(dǎo)電性增大的現(xiàn)象B隨溫度降低電阻下降的現(xiàn)象

C隨溫度升高電阻減少的現(xiàn)象D隨溫度降低電阻升高的現(xiàn)象4)金屬鍵的一個(gè)基本特征是（）

A．沒有方向性B．具有飽和性

C.具有擇優(yōu)取向性D.沒有傳導(dǎo)性。第30頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一第31頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一§1.2金屬晶體典型結(jié)構(gòu)四硼酸鋁銥釹晶體磷酸鈦氧鉀晶體四硼酸鋁釹晶體第32頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一第33頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一非晶體——原子排列短程有序或無序非晶體的特點(diǎn)是：①結(jié)構(gòu)無序；②物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性；③沒有固定的熔點(diǎn)；④熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）和膨脹性小。

材料的原子排列注意晶體與非晶體的區(qū)別與聯(lián)系第34頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一晶體——基元在三維空間呈規(guī)律性排列單個(gè)的原子、離子、分子或彼此等同的原子群或分子群等。

晶體的主要特點(diǎn)是：①結(jié)構(gòu)上長程有序；②物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性；③有固定的熔點(diǎn)；④在一定條件下有規(guī)則的幾何外形(天然晶體才有)。⑤對(duì)稱性（周期性）。⑥最小內(nèi)能和最大穩(wěn)定性。注意：晶體和非晶體在一定條件下可互相轉(zhuǎn)化第35頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一非晶體：蜂蠟、玻璃等。晶體：金剛石、NaCl、冰等。液體第36頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一原子（離子）的剛球模型原子中心位置

晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣鋼球模型—用鋼球代表空間排列的原子但難看清原子排列的規(guī)律和特點(diǎn)?？芍庇^地看出原子在各個(gè)方向的排列都是很規(guī)則的。怎么辦？第37頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一晶胞點(diǎn)陣（晶格）模型晶格(lattice)：將陣點(diǎn)用線連接起來形成的空間格子。陣點(diǎn)：將構(gòu)成晶體的原子或原子群抽象為純粹的幾何點(diǎn)?？臻g點(diǎn)陣：是一個(gè)幾何概念。是陣點(diǎn)在三維空間中形成的有規(guī)律的某種對(duì)稱排列。第38頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一XYZabc晶格常數(shù)a，b，c晶胞(unitcell)：是從晶格中選取出來的一個(gè)能夠完全反映晶格特征的最小幾何單元，可用來分析晶體中原子排列的規(guī)律性。晶胞大小常用棱邊長度和夾角來表示。第39頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一空間點(diǎn)陣是一種數(shù)學(xué)上的抽象!金剛石晶格模型(空間點(diǎn)陣)第40頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一晶體結(jié)構(gòu)=空間點(diǎn)陣+基元構(gòu)成晶體的基元在三維空間有規(guī)律的周期性的具體排列方式甲：空間點(diǎn)陣乙：基元，含有兩個(gè)不同的原子丙：晶體結(jié)構(gòu)第41頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一

布拉菲在1948年根據(jù)“每個(gè)陣點(diǎn)環(huán)境相同”的要求，用數(shù)學(xué)分析法證明晶體的空間點(diǎn)陣只有14種，稱為布拉菲點(diǎn)陣，分屬7個(gè)晶系。晶系邊長夾角晶體實(shí)例立方a=b=cα=β=γ=90°Cu,NaCl四方a=b≠cα=β=γ=90°Sn,SnO2正交a≠b≠cα=β=γ=90°I2,HgCl2三方a=b=cα=β=γ≠90°Bi,Al2O3六方a1=a2=a3cα=β=90°γ=120°Mg,AgI單斜a≠b≠cα=γ=90°β=120°S,KClO3三斜a≠b≠cα≠β≠γ≠90°CuSO4·5H2O七個(gè)晶系及有關(guān)特征空間點(diǎn)陣的種類第42頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一七個(gè)晶系(triclinic)(monoclinic)(orthorhombic)(tetragonal)(cubic)(rhombohedral)(hexagonal)第43頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一14種布拉菲空間點(diǎn)陣三斜P單斜C單斜P正交P立方P立方I立方F六方H三方R四方P四方I正交C正交F正交I第44頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一三種典型晶體結(jié)構(gòu)體心立方(body-centeredcubic)面心立方(face-centeredcubic)密排六方(hexagonalclose-packed)

三種典型晶體結(jié)構(gòu)第45頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一晶胞中所含原子數(shù):

是指一個(gè)晶胞內(nèi)真正包含的原子數(shù)目。配位數(shù):

是指在晶體結(jié)構(gòu)中，與任一原子最近鄰且等距離的原子數(shù)。原子半徑:原子半徑是指晶胞中原子密度最大方向相鄰兩原子之間距離的一半。晶格參數(shù)

致密度:

是指晶胞中原子所占體積分?jǐn)?shù)，即K=nv′/V。式中，n為晶胞所含原子數(shù)、v′為單個(gè)原子體積、V為晶胞體積。間隙半徑：頂點(diǎn)原子至間隙中心的距離減去原子半徑。第46頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一1體心立方(bcc)晶格參數(shù)Cr、V、Mo、W和α-Fe等30多種密排方向第47頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一①原子數(shù)(Atomicnumber):每個(gè)角上原子為相鄰的8個(gè)晶胞所共有。第48頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一②原子半徑密排方向第49頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一③配位數(shù)(coordinationnumber)

:8

配位數(shù)越大，原子排列越密集㊣第50頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一a/2④致密度:致密度數(shù)值越大，則原子排列越緊密N個(gè)球密堆積，則有N個(gè)八面體間隙，2N個(gè)四面體間隙注意:⑤間隙半徑：第51頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一2面心立方(fcc)晶格參數(shù)-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag等約20種。第52頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一XYZabc密排方向第53頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一①原子數(shù):②配位數(shù):12222233331111第54頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一③原子半徑:第55頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一④致密度:⑤間隙半徑：第56頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一3密排六方(hcp)晶格參數(shù)Mg、Zn、Cd、Be等20多種第57頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一①原子數(shù):②原子半徑:r=a/2第58頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一③配位數(shù):12第59頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一④軸比：c/a=

1.633aACAaaaaaaDO第60頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一⑤致密度:第61頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一晶格參數(shù)一覽表結(jié)構(gòu)類型原子半徑r原子數(shù)配位數(shù)致密度K=nυ/VfccA14120.74bccA2280.68hcpA3a/26120.74要求會(huì)計(jì)算并記憶第62頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一為什么面心立方和密排六方結(jié)構(gòu)不同而其緊密程度相同？即配位數(shù)均為12，致密度均為0.74第63頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一最緊密堆積原理：晶體中各原子間的相互結(jié)合，可以看作是球體的堆積。球體堆積的密度越大，系統(tǒng)的勢(shì)能越低，晶體越穩(wěn)定，此即球體最緊密堆積原理。適用于：典型的離子晶體和金屬晶體。㊣晶體中的原子堆垛方式第64頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一球體最緊密排列的平面就是密排面密排立方密排面為底面面心立方密排面為垂直于立方體空間對(duì)角線的對(duì)角面第65頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一a)b)bbbcccc)密排面上原子排列示意圖第66頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一第三層bbbABC第67頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一兩種三層堆疊方式ABA:第三層位于第一層正上方ABC:第三層位于一二層間隙第68頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一見P11圖1-13第69頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一體心立方結(jié)構(gòu)原子的堆垛方式AB

體心立方原子排列較為緊密的面為晶胞立方體的兩個(gè)斜對(duì)角線所組成的面，若將該面向四周擴(kuò)展，則如下圖所示。由圖可看出，這層原子面的空隙是由四個(gè)原子所構(gòu)成的，緊密程度較差（密排六方和面心立方密排面的空隙是由三個(gè)原子所構(gòu)成的），稱為次密排面。為獲得較緊密的排列，第二層次密排面(B層)的每個(gè)原子應(yīng)坐落在第一層(A層)空隙中心上，第三層原子位于第二層空隙處并與第一層的原子中心重復(fù)，以此類推。第70頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一晶面：在晶體中，由一系列原子所構(gòu)成的平面。晶向：在晶體中，任意兩個(gè)原子之間連線所指的方向。表述不同晶面和晶向的原子排列情況及其在空間的位向稱為晶面指數(shù)和晶向指數(shù)。

∵不同的晶面和晶向上原子排列的疏密程度不同，原子間相互作用就不同㊣晶面及晶向力學(xué)性能和理化性能也不同。第71頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一ABB’O晶向指數(shù)的確定方法：①建立以晶胞的邊長作為單位長度的坐標(biāo)系。設(shè)坐標(biāo)②從坐標(biāo)原點(diǎn)引一有向直線平行于待定晶向。③在直線上任取一點(diǎn)求出該點(diǎn)的坐標(biāo)值。求坐標(biāo)值④將所得坐標(biāo)值約成互質(zhì)整數(shù)（化整數(shù)），再加方括號(hào)[]。⑤若晶向指向坐標(biāo)負(fù)方向，則在晶向指數(shù)的這一數(shù)字之上冠以負(fù)號(hào)。[112][210][120]1晶向指數(shù)[uvw]第72頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一晶向指數(shù)相同，符號(hào)相反的為同一條直線原子排列相同但空間位向不同的所有晶向

——晶向族<uvw><100>包括[100][010][001][123][0ī0][0ī0]與[010]第73頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一2晶面指數(shù)（hkl）晶面指數(shù)的確定方法：①在以晶胞的邊長作為單位長度的坐標(biāo)系中取該晶面在各坐標(biāo)軸上的截距。（設(shè)坐標(biāo)、求截距）②取截距的倒數(shù)。取倒數(shù)③將倒數(shù)約成互質(zhì)整數(shù)（化整數(shù)），再加圓括號(hào)（）第74頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一另外還有｛100｝｛111｝等晶面族晶面的空間位向不同但原子排列相同的所有晶面——晶面族{hkl}立方晶系的｛110｝晶面族XXXXXXYYYYYYZZZZZZ(110)(101)(011)(ī10)(ī01)(0ī1)000000第75頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一晶面指數(shù)的數(shù)字和順序相同，符號(hào)相反則兩平面互相平行同一晶面族各平行晶面的面間距相等。如：(111)與(īīī)第76頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一[100][111]當(dāng)一個(gè)晶向[uvw]與一個(gè)晶面（hkl）平行時(shí)hu+kv+lw=0當(dāng)一個(gè)晶向[uvw]與一個(gè)晶面(hkl)垂直時(shí)h=uK=vl=w如：[100]晶向與（010）晶面平行如：[111]晶向與（111）晶面垂直3晶面與晶向的關(guān)系第77頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一體心立方晶格中最密原子面是｛110｝，原子排列最密的方向是<111>。面心立方晶格中最密的原子面是｛111}，原子排列最密的方向是<110>。[100][111][110]ABCDEOF（110）第78頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一4六方晶系的晶向指數(shù)和晶面指數(shù)三坐標(biāo)軸[UVW]四坐標(biāo)軸[uvtω]u=2U/3-V/3v=2V/3-U/3t=-(u+v）ω=W晶向指數(shù)的確定：+x1=[100]=[īī0]=[010]=[111]+x2+x3=[001][ī2ī0][2īī0][īī20][0001][1123]第79頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一晶面指數(shù)的確定：X1、X2、X3、Z（hkil）i=-(h+k)(01ī0)(1ī00)(0001)(10ī0)(ī100)(ī010)(0ī10)+x2+x1+x3第80頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一XYZXYZ晶體的各向異性原因:不同晶面或晶向上原子密度不同引起各種性能不同的現(xiàn)象。是晶體的一個(gè)重要特性，是區(qū)別于非晶體的一個(gè)重要標(biāo)志第81頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一在實(shí)際生產(chǎn)中，一般見不到金屬材料的各向異性特征。這是為什么呢？第82頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一多晶體:

實(shí)際應(yīng)用的工程材料中，哪怕是一塊尺寸很小材料，都包含著許許多多的小晶粒，每個(gè)小晶粒都是由大量位向相同的晶胞組成的，而各個(gè)小晶粒之間，彼此的位向卻不相同。稱這種由多個(gè)小晶粒組成的晶體為“多晶體”。由于多晶體晶粒與晶粒之間位向是任意的，晶粒的各向異性互相抵消，整個(gè)晶體不顯示各向異性，稱之為偽等向性。第83頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一晶粒：多晶體材料中每個(gè)小晶體的外形多為不規(guī)則的顆粒狀，通常把它們叫做“晶?！薄?/p>

晶界：晶粒與晶粒之間的分界面叫“晶界”。為了適應(yīng)兩晶粒間不同晶格位向的過渡，在晶界處的原子排列總是不規(guī)則的。

第84頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一單晶體:一塊晶體材料，其內(nèi)部的晶體位向完全一致時(shí)，即整個(gè)材料是一個(gè)晶體，這塊晶體就稱之為“單晶體”。在實(shí)用材料中，如半導(dǎo)體集成電路用的單晶硅、專門制造的晶須和其他一些供研究用的材料。實(shí)際生產(chǎn)中可通過特殊工藝制備單晶體。第85頁，共91頁，2023年，2月20日，星期一例子：純鐵