1、新疆大学材料物理（材料科学基础）物理科学与技术学院 李强2007.1st TermMaterials Science and Engineering, Dr. Q. Li第二章 固体结构2-2 金属的晶体结构由于金属键 不具有饱和性和方向性 ，使金属的晶体结构倾向于 紧密堆垛 排列 。 所以金属的晶体结构通常为以下三种：l 面心立方结构 (facecentered cubic, fcc)l 体心立方结构 (bodycentered cubic, bcc)l 密排六方结构 (hexagonal close-packed, hcp) DateXinjiang UniversityMaterials
2、 Science and Engineering, Dr. Q. Li2.2.1 三种典型的金属晶体结构l 描述晶胞从以下几个方面：n点阵参数 ： 晶格常数和晶轴间夹角n晶胞中原子数n原子半径 R (和点阵常数的关系 )： 采用刚球模型 (见后 )n配位数 (coordinative number)： 最近邻原子数n致密度 ： 钢球模型中 ,晶胞中原子所占体积与晶胞总体积之比n密排方向和密排面n晶体结构中的间隙 (大小和数量 )n原子的堆垛方式DateXinjiang UniversityMaterials Science and Engineering, Dr. Q. Li2.2.1 三种典
3、型的金属晶体结构l 原子半径：不同晶体中原子的半径是不同的，它与 晶体的结构 以及 原子间价键的类型 有关。n对于 金属 和 共价键 晶体，一般采用刚球模型，原子半径 R定义为 最近邻原子距离的一半 ：(1) 共价键晶体 ： R取决于原子间是单键，双键或是三键。 键 数越多， R越小 。一般书中列的都是 单键半径 。(2) 金属键晶体 ： R与原子的配位数 CN有关。 CN， R 。 一般来说， CN从 12变到 8, 6, 4, R分别收缩 3%, 4%, 12%。一般书中列的金属原子的半径都是对于 CN=12下的。n对于 离子晶体 ，情况较简单，实验发现，在不同的化合物中， 离子半径基本保
4、持不变 。Case： 纯 Fe在 915 会发生同素异构转变，从 fcc转变为bcc。如果认为发生转变时， Fe原子的半径不变，则体积应该膨胀 (0.74-0.68)/0.74=8% 。但实际上，转变时体积只膨胀了约 0.87% 。这是因为金属原子半径与 CN有关 ， CN， R。 所以从fcc bcc(CN:12 8)时 , 原子半径收缩。实际测量结果 : Rbcc=0.1251nm, Rfcc=0.1284nm, R/Rfcc=2.6%。DateXinjiang UniversityMaterials Science and Engineering, Dr. Q. Li2.2.1 三种典型
5、的金属晶体结构l 面心立方 fcc晶体：DateXinjiang UniversityMaterials Science and Engineering, Dr. Q. Li2.2.1 三种典型的金属晶体结构l 面心立方 fcc晶体：密排面： 111密排方向： 配位数 (最近邻数 ): 12DateXinjiang UniversityMaterials Science and Engineering, Dr. Q. Li2.2.1 三种典型的金属晶体结构l 面心立方的堆垛顺序：密排面 111上的原子排布 B位置 () C位置 () A面 fcc的堆垛顺序为 ABCABC A原子面 B原子面
6、C原子面 DateXinjiang UniversityMaterials Science and Engineering, Dr. Q. Li2.2.1 三种典型的金属晶体结构l 体心立方 bcc晶体：DateXinjiang UniversityMaterials Science and Engineering, Dr. Q. Li2.2.1 三种典型的金属晶体结构l 体心立方 bcc晶体：密排面： 110密排方向： 配位数 (最近邻数 ): 8DateXinjiang UniversityMaterials Science and Engineering, Dr. Q. Li2.2.1 三种典型的金属晶体结构l 体心立方的堆垛顺序：密排面 110上的原子排布 bcc的堆垛顺序为 ABAB DateXinjiang University
