第二章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)

第二章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)金屬的晶體結(jié)構(gòu)第二節(jié)合金的晶體結(jié)構(gòu)第三節(jié)金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體1、晶體凡原子按一定規(guī)律排列的固態(tài)物質(zhì)，稱為晶體。(如:金剛石、石墨和一切固態(tài)金屬及其合金)1）原子在三維空間呈有規(guī)則的周期性重復(fù)排列。2）有固定的熔點如鐵的熔點1538℃，銅的熔點1083℃。3）晶體的性能隨著原子的排列方位而改變，即單晶體具有各向異性。2、非晶體及其特性(如:塑料、玻璃、瀝青)

內(nèi)部質(zhì)點無規(guī)則的堆積在一起的物質(zhì)稱為非晶體。與晶體相反，沒有固定的熔點；表現(xiàn)出各向同性。晶體與非晶體在一定條件下可互相轉(zhuǎn)化。非晶體：蜂蠟、玻璃等。晶體金剛石、NaCl、冰等。原子（離子）的剛球模型二、晶體結(jié)構(gòu)的基本知識1、晶格

假設(shè)原子為剛性小球，利用假想的幾何線條連接起來構(gòu)成一個空間格架，這種抽象的，用于描述原子在晶體中排列形式的幾何空間格架就叫晶格。晶格中的每個點稱為結(jié)點。晶格中各種不同方位的原子面稱為晶面。2、晶胞組成晶格的最基本幾何單元稱為晶胞。實際上整個晶格就是由許多大小、形狀和位向相同的晶胞在空間重復(fù)堆積而成的。3、晶格常數(shù)晶胞的各棱邊長為a、b、c和棱邊夾角α、β、γ。其中，棱邊長度稱為晶格常數(shù)。。XYZabc晶格常數(shù)a，b，c三、金屬特性和金屬鍵1、金屬特性在化學(xué)中，金屬的特性表現(xiàn)在它與非金屬元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并失去價電子；在工程技術(shù)中，金屬特性表現(xiàn)在他具有金屬光澤，一定塑性、良好的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性以及正的電阻溫度系數(shù)良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性，具有金屬光澤，不透明，正的電阻溫度系數(shù)。這主要是與金屬原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及原子間的結(jié)合方式有關(guān)。2、金屬鍵金屬晶體就是依靠各正離子與共有化自由電子間相互吸引而結(jié)合的方式稱為金屬鍵。

金屬鍵模型示意圖金屬特性的金屬鍵理論解釋（1）因為金屬是金屬鍵結(jié)合而成的，自由電子在一定電位差下運動，就構(gòu)成金屬良好的導(dǎo)電性。（2）而這種運動又為金屬所獨有，同時已能傳遞熱能，所以金屬具有良好的導(dǎo)熱性。（3）當金屬原子相對位移時，正離子和自由電子仍然保持結(jié)合，因而金屬可變形而不破壞，具有塑性。（4）金屬中的自由電子容易吸收可見光而被激發(fā)到較高的能級，當他跳回原來能級時把吸收的可見光又重新輻射出來，因而金屬不透明，有光澤。（5）金屬中正離子是以某一固定位置為中心作熱振動，對自由電子的流動有阻礙作用，就是金屬具有電阻的原因。（6）隨著溫度的升高，正離子振動的振幅要加大，對自由電子通過的阻礙作用也加大，因而金屬的電阻是隨溫度升高而增大，即具有正的電阻溫度系數(shù)。1、體心立方晶格bcc-Fe、W、V、Mo等四、常見金屬晶格類型體心立方晶胞晶格常數(shù)：a=b=c；

===90晶胞原子數(shù)：2原子半徑：致密度：0.68致密度=Va/Vc，其中Vc:晶胞體積a3Va:原子總體積24r3/3XYZabc2r2raa2、面心立方晶格fcc-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag等面心立方晶胞晶格常數(shù)：a=b=c；

===90晶胞原子數(shù)：4原子半徑：致密度：0.74XYZabc密排方向3、密排六方晶格hcpC（石墨）、Mg、Zn等晶格常數(shù)底面邊長a底面間距c側(cè)面間角120側(cè)面與底面夾角90晶胞原子數(shù)：6原子半徑：a/2致密度：0.74五、晶體結(jié)構(gòu)致密度致密度：是指晶胞中原子所占體積與該晶胞體積之比。1、

體心立方的致密度2、面于心立壯方與洲密排沙六方胃的致費密度計算汁同體僅心立才方，鞋均為0.梯74。在晶區(qū)體中歪，致縣密度倦越大較，原塑子排百列就活越緊板密。酒所以些，當箭鐵在院冷卻晚時，勁由于縣晶格規(guī)致密栗度較俊大（0.獨74）的繞面心息立方遙晶格r-劍Fe轉(zhuǎn)變溉為晶啊格致共密度備較小才（0.唯68）的命體心靈立方覽晶格α-巾Fe，就氧會發(fā)哪生體泡積膨萍脹而峰引起努應(yīng)力判和變視形。六、屋金屬符晶體趟中的裳晶面亡和晶稍向XYZabc在金廊屬晶而體中耽各原轎子組靠成的淡平面熄，稱鉤為晶面。通采過兩倆個以米上原藍子中藥心連蒙線直渠線所么指方萬向稱爸為晶向。XYZabc立方晶格中不同方向的晶面與晶面指數(shù)具有認一定唐晶格坑類型殖金屬伐，在徑晶體舟的各駛個晶伯面與痕晶向黃上原伶子排滅列緊澇密程蘆度是固不同藝的，放原子附間相兄互作臂用也擱就不待同，獵因而娃使晶替體在彩不同鴨方向再上性俱能就鳴有差驅(qū)異，待這就暴是金棄屬晶恒體具樹有各撈向異漂性的皇原因缺。立方晶格中不同晶向與晶向指數(shù)

第二懂節(jié)苗合金祖的晶疏體結(jié)爪構(gòu)一、杰合金至的基些本概盟念合金摘：兩種籮或兩跌種以殼上的版金屬煌或金店屬與湊非金奶屬元議素熔需合而宴成，低并具倘有金棟屬特依性的壁物質(zhì)動。組元商：組成玩合金李的最鮮基本輩的、喇獨立閉的物貝質(zhì)。例上如：刺元素蠶、穩(wěn)伍定化鵲合物淡。如創(chuàng)，F(xiàn)e躬-C合金佛中，F(xiàn)e、C均為唉組元幟。相：是指規(guī)合金僚中成眠分、漿結(jié)構(gòu)省均相工同的熱組成持部分爆，相悼與相抬之間龍有明籠顯的演界面椒。合金澆中有搖兩類巧基本莫相——固溶瓦體跨和按化合煌物二、姿合金禿的相兼結(jié)構(gòu)1、固瓜溶體合金痰在固釋態(tài)下只，組扮元間眨仍能咳互相昂溶解杏而形殘成的卸均勻捆相，刷稱為固溶皂體。形成副固溶嫌體后修，晶邪格保親持不率變的最組元暑稱溶劑，晶比格消盆失的眼組元旬稱溶質(zhì)。固請溶體答的晶凍格類繞型與溝溶劑裹組元垮相同真。如，F(xiàn)e野(C)固溶墳體。（1）固簡溶體花的分萬類1）置助換固恐溶體番：若溶私質(zhì)原憐子代歷替一莖部分誘溶劑臉原子古而占階據(jù)溶罷劑中匯的某能些結(jié)紛點位級置，霸稱為咽置換莫固溶館體。2）間辰隙固登溶體撕：溶質(zhì)侮原子下在溶瘡劑晶擦格中奏并不華占據(jù)供晶格瓣結(jié)點換的位扎置，尸而是蜓在結(jié)蘇點間墳的空衰隙中反，這植種形惹式的驕固溶襲體稱謠為間槍隙固隔溶體怒。固溶僵體分筆類ZXY間隙原子間隙固溶體置換固溶體置換原子YXZ（2）固濱溶體眾的性軍能由于愿溶質(zhì)襲原子粗的溶糾入，棍使固割溶體椒的晶每格發(fā)扛生畸掉變，扯變形靠抗力芳增大欲，使滅金屬跡的強議度硬臟度升評高的摧現(xiàn)象固稱為固溶賢強化。當溶藥質(zhì)的雜質(zhì)量兄分數(shù)彩適當?shù)r，搞固溶墻體不透僅有慶著較由純金等屬高敞的強拼度和臉硬度科，而病且有史著好爭的塑聯(lián)性和弟韌性歷。固溶仙強化形成琴固溶樹體使樸金屬介強度催和硬駛度提奶高的積現(xiàn)象正?；@晶格晶格熊畸變晶格柔畸變小原運子置墻換引汽起的晶格輩畸變間隙處原子蘋引起頑的晶格炮畸變2、金副屬化謹合物金屬腫化合佩物是合沸金組賢元間染發(fā)生樓相互券作用凳而生袖成的繁一種嶺新相丘，其留晶格塞類型距和性雅能不重同于去其中噴任一怪組元拜，因打此性研能也罵不同防于組桌元。（1）金舌屬化聾合物會的分走類1）正常泛價化殃合物——這類例金屬刊化合鄉(xiāng)豐物通猛常由臥金屬侮元素河與周賄期表雖中第IV、V、Ⅵ族的炊元素營組成臨的。貧例如Mg莊S、Mn積S、Mg興2S景i等，主其分鐵子式反符合唇原子庭價規(guī)評律，預(yù)并且恭成分陶是固鑰定不樸變的桃。2)電子屠化合畫物——這類但金屬解化合婦物是輛按一痛定電夫子濃撒度組叼成的路具有艘一定攻晶格匙類型點的化勾合物。電子叔濃度C為化園合物妄中的殖價電則子數(shù)幻玉與原拌子數(shù)蹤蝶之間遍的比發(fā)值，過即：C電=價電喜子數(shù)/原子距數(shù)3)間隙滿化合斷物——間隙臭化合懷物一民般是催由原亦子直鏈徑較科大的挑過渡計族金范屬元伐素（Fe、Cr、Mo、W、V等）麥與原圣子直外徑較游小的收非金籌屬元射素（H、C、N、B等）機組成略。間隙優(yōu)化合汗物桑軌中分宣為兩帶類，庭一類矩是具撿有簡巨單晶她格形視式的樹間隙籮化合盞物。洲如VC、WC、TI陶C等。另一攻類是張具有魂復(fù)雜醉結(jié)構(gòu)副的間戰(zhàn)隙化周合物腥，如Fe3C、Cr23C6、Cr7C3、Fe4W2C等枕。VC的晶沿體結(jié)囑構(gòu)Fe3C的晶餅體結(jié)欣構(gòu)Fe3C是鐵吐碳合惜金中智的一斑種重巖要間港隙化蒼合物蘇，其綠碳原澡子與腥鐵原纖子的狹半徑婆之比臺為0.洋63。（2）金甜屬化蔑合物勾的性急能金屬屢化合租物的選熔點涌一般頑較高賢，具葵有較藏高硬獅度，旋但脆膠性較尸大。許當它馳呈細航小顆姑粒均哪勻分乓布在開固溶播體基渠體上檢時，逢將使說合金潛的強側(cè)度、筆硬度危及耐狠磨性住明顯殿提高村，這亞一現(xiàn)準象稱何為彌散搶強化。因良此，媽金屬燃化合說物在霉合金影中作澤為強議化相撒存在社，它協(xié)是許震多合饞金鋼悅、有為色金循屬和照硬質(zhì)艘合金鏡的重秒要組合成相次。第三溫節(jié)金林屬的發(fā)實際歸晶體釣結(jié)構(gòu)一、親單晶父體與叔多晶其體單晶紅體：晶體禿內(nèi)部獻的晶典格方繁位完糊全一升致，預(yù)這晶乳體稱吹為單查晶體桶。如單邁晶Si半導(dǎo)網(wǎng)體。多晶值體：這種圖實際塑上由墻許多肯晶粒恒組成喊的晶斃體稱槽為多鑰晶體敘。其中裕每個讓小晶貫體的捷外形多為脅不規(guī)偵則的限顆粒賊，通常稱旅為晶粒。晶粒肝與晶尊粒之明間的掏界面稱為晶界枝。晶粒（單晶體）二、泰晶體斃的缺莊陷晶體保中原籠子完撫全為僅規(guī)則想排列菜時，繭稱為理想社晶體。實際垂上，國金屬娃由于環(huán)多種泛原因桶的影麗響，僚內(nèi)部疑總是慨存在梨著大章量缺鐘陷。根據(jù)晴晶體戚缺陷房誠的幾后何特緊點，暈常分短為：點缺妥陷：園空位君、間生隙原漲子、展異類會原子線缺謊陷：短位錯面缺扛陷：首晶界最與亞尊晶界1、點畝缺陷夾：點缺使陷是指冒長、抓寬、件高尺境寸都削很小纏的缺甜陷。放常見次的點吸缺陷蜜是空糠位和促間隙熱原子嗚。如果是間隙罵原子洞是其銷它元窗素就混稱為:異類米原子（雜勝質(zhì)原字子）空位間隙林原子置換尼原子在空揉位和確間隙醫(yī)原子荒附近閣，由鐵于原喉子間借作用粒力的字平衡擊被破槽壞，前使周脫圍原朱子發(fā)賠生靠副攏或頂撐開房誠，因然此，掩發(fā)生貴晶格梨畸變聯(lián)，使陷金屬窮的強遇度提栽高，羽塑性斃下降。正刃猛位錯負刃編位錯2、線鋪缺陷—刃型物位錯線缺叉陷是在貨空間職的一恒個方建向上撫尺寸