第2章 固体结构2.

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1、 第二章第二章 固体结构固体结构 本章主要内容本章主要内容n1 1、晶体学基础、晶体学基础n2 2、金属的晶体结构、金属的晶体结构n3 3、合金相结构、合金相结构 n4 4、离子晶体的结构、离子晶体的结构n5 5、共价晶体的结构、共价晶体的结构n6 6、聚合物晶体结构、聚合物晶体结构n7 7、非晶态结构、非晶态结构第二节第二节 金属的晶体结构金属的晶体结构n一、金属三种典型晶体结构一、金属三种典型晶体结构n1 1、面心立方结构（、面心立方结构（A1A1或或fccfcc）n 结构模型：结构模型：n晶胞中的晶胞中的原子数原子数：（1/81/8）8 +8 +（1/21/2）6= 46= 4个个n点阵

2、常数：点阵常数：a=b=c a=b=c 只用晶胞的一个棱边只用晶胞的一个棱边a a表示。表示。n原子半径：原子半径：相切的两原子中心距之半。相切的两原子中心距之半。n最近邻的原子球是相切的。面心立方结构的最密最近邻的原子球是相切的。面心立方结构的最密排面是排面是111111，最密排方向是，最密排方向是，原子半径，原子半径n配位数（配位数（CNCN）：）：晶体结构中，与任一原子最近邻晶体结构中，与任一原子最近邻且等距离的原子数。且等距离的原子数。FccFcc: CN=12: CN=12 ra24n致密度：致密度：单位体积晶胞中原子所占体积与晶胞体单位体积晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比。积之比。

3、 致密度致密度 为：为：n具有面心立方结构的金属具有面心立方结构的金属：CuCu、AgAg、AuAu、r-Fer-Fe、NiNi、AlAl等等 。74. 062423443443333aaarn2 2、体心立方结构（、体心立方结构（A2A2或或bccbcc）：）：n结构模型：结构模型：n晶胞中的晶胞中的原子数原子数： 8 81/8 +1=21/8 +1=2n点阵常数：点阵常数：a an原子半径：原子半径：原子密排面（原子密排面（110110），最密排方向），最密排方向111111，在此方向上原子彼此相切，在此方向上原子彼此相切。ra3 4配位数：配位数：CN 8CN 8致密度：致密度： 具有具

4、有bccbcc结构的金属：结构的金属：a-Fea-Fe、W W、MoMo、V V等。等。24324343380683333raaa.0.68n3 3、密排六方金属（、密排六方金属（A3A3或或hcphcp）：）：n结构模型。晶胞中的原子数：结构模型。晶胞中的原子数：121/6 +3+21/2=6n晶格常数：晶格常数：a ca cn原子半径：原子半径：n理想紧密堆垛理想紧密堆垛: :轴比轴比n非理想密排非理想密排 ，轴比，轴比c a 8 31633.r=a/2;r=a/2;c a 1633.d=ac a1 342 () u 配位数：配位数：CN 12CN 12 非理想密排时记为：非理想密排时记为

5、：6+66+6u致密度：致密度： 0.740.74u 也是一种密排结构。最密排面为也是一种密排结构。最密排面为00010001。u 最密排方向为最密排方向为 u具有具有hcphcp结构的金属：结构的金属：uMgMg、ZnZn、CdCd等。等。1120n二、金属晶体结构中的原子堆垛二、金属晶体结构中的原子堆垛n1 1、FccFcc和和hcphcp中的原子堆垛：中的原子堆垛：密排面密排面u 原子按原子按ABABAB-ABABAB-，堆垛成为，堆垛成为hcphcp结构；结构； n原子按原子按ABCABC-ABCABC-，堆垛成，堆垛成为为fccfcc结构。结构。n关键是第三层原子的堆垛位关键是第三层

6、原子的堆垛位置：置：n第三层原子可有两种堆垛方第三层原子可有两种堆垛方式都能得到最紧密的原子排式都能得到最紧密的原子排列。列。n第三层的差别，并不影响原第三层的差别，并不影响原子排列的紧密程度，但两种子排列的紧密程度，但两种方式所产生的结构不同。方式所产生的结构不同。n三、金属晶体中的堆垛间隙：三、金属晶体中的堆垛间隙：n1 1、面心立方中的间隙：、面心立方中的间隙：n（1 1）FccFcc中的八面体间隙中的八面体间隙n正八面体（各个棱边长度相同）。正八面体（各个棱边长度相同）。ufccfcc八面体间隙形状八面体间隙形状：u由由6 6个原子组成一个八个原子组成一个八面体，此八面体的每个面面体，

7、此八面体的每个面是是111111。八面体中心就是一八面体中心就是一个间隙中心个间隙中心nfccfcc八面体间隙的位置八面体间隙的位置：n立方体中心和每个棱边的中心。立方体中心和每个棱边的中心。nfccfcc八面体间隙的个数八面体间隙的个数：n1+121+121/4=41/4=4个个nfccfcc八面体间隙的半径：八面体间隙的半径：n间隙中心位置到邻近原子面的最间隙中心位置到邻近原子面的最近距离。即：表示能放入间隙内近距离。即：表示能放入间隙内的小球的最大半径。的小球的最大半径。 八面体间隙中心到近邻原子球面最短距离方向是八面体间隙中心到近邻原子球面最短距离方向是方向，在方向，在 aa长度内包含

8、一个原子直径长度内包含一个原子直径和一个间隙直径，所以八面体和一个间隙直径，所以八面体间隙半径间隙半径为：为： rarrrr八面 122122 220414.ra24ra22n(2)Fcc(2)Fcc中的四面体间隙：中的四面体间隙：nFccFcc中四面体的形状：中四面体的形状：由由4 4个原子组成一个四面体，个原子组成一个四面体，四面体的每个面由四面体的每个面由111111面构成。四面体的各个棱面构成。四面体的各个棱边长度相同，为正四面体。边长度相同，为正四面体。nfccfcc四面体的位置：四面体的位置：4 4条体对角线上，每一条对角条体对角线上，每一条对角线上有两个。它们的中心位置是线上有两

9、个。它们的中心位置是 及其及其等效位置。等效位置。nfccfcc四面体的数量：四面体的数量：4 42=82=8个个nfccfcc四面体的半径四面体的半径：四面体间隙中心到最近邻原子四面体间隙中心到最近邻原子中心的方向是中心的方向是方向，在方向，在a a/4/4长度内包含长度内包含1 1个原子半径和个原子半径和1 1个四面体间隙半径，所以个四面体间隙半径，所以四面体四面体间隙半径间隙半径为：为：rarrrr四面34342 202247.ra22n2 2、体心立方中的间隙：、体心立方中的间隙： n(1)(1)体心立方的八面体间隙：体心立方的八面体间隙：nbccbcc八面体间隙形状：八面体间隙形状：

10、由六个原子组成一个八面体，八面体由六个原子组成一个八面体，八面体的每个面为的每个面为110110面，各棱边长度不同，是个扁八面体。面，各棱边长度不同，是个扁八面体。nbccbcc八面体间隙位置：八面体间隙位置：在立方体每个面的中心和每条棱边的在立方体每个面的中心和每条棱边的中心。中心。nbccbcc八面体间隙数量：八面体间隙数量：6 61/2+121/2+121/4=61/4=6个个n八面体间隙的半径：八面体间隙的半径：n根据根据100100方向计算：方向计算：rarrrr八面1221243201547.ra3 434ra n根据根据110110方向计算：方向计算：n r八面 = 0.633r

11、n(2)(2)体心立方四面体间隙：体心立方四面体间隙：nbccbcc四面体间隙形状：四面体间隙形状：由由4 4个原子围成的四面体，四面体的个原子围成的四面体，四面体的每个面为每个面为110110面，每条棱边长度不相同，面，每条棱边长度不相同，不是正四面体不是正四面体。nbccbcc四面体间隙位置：四面体间隙位置：中心为中心为 0 0 以及等效位置。以及等效位置。nbccbcc四面体间隙数量：四面体间隙数量：6 64 41/2=121/2=12个个nbccbcc四面体间隙间隙半径：四面体间隙间隙半径：rrrr四面 54430291.34ra n体心立方四面体间隙包含在八面体间隙中。体心立方四面体