常见晶体结构ppt课件.ppt

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1、1 常见晶体结构（1）体心立方结构 简写为BCC 例如：V Nb Ta Cr Mo W（2）面心立方结构 简写为FCC 例如：Al Cu Ag Au（3）密排六方结构 简写为HCP 例如：-Ti-Zr-Hf,三、常见晶体结构及其几何特征,体心立方结构 CN8,三、常见晶体结构及其几何特征,2 几何特征2.1 配位数 简写CN 一个原子周围最邻近的原子数 纯元素金属 这些最邻近的原子到所论原子的距离是相等的 多元素晶体 不同元素的最邻近原子到所论原子的距离不一定相等,这里，“最邻近”是就同种元素的原子相比较而言，而配位数则是一个原子周围的各元素的最近邻原子数之和。配位数通常用 CN 表示。例如，

2、CN 12 表示配位数为12。,面心立方结构 CN12,三、常见晶体结构及其几何特征,2 几何特征2.1 配位数 简写CN,密排六方结构 CN12,c 高度,a,面心立方结构 n=4,三、常见晶体结构及其几何特征,2 几何特征2.2 一个晶胞中的原子数 简写n,体心立方结构 n=2,三、常见晶体结构及其几何特征,2 几何特征2.2 一个晶胞中的原子数 简写n,密排六方结构 n=6,三、常见晶体结构及其几何特征,2 几何特征2.2 一个晶胞中的原子数 简写n,三、常见晶体结构及其几何特征,2 几何特征2.3 堆垛密度 又称紧密系数 致密度 简写 它表示原子排列的密集程度。假如把金属晶体中的原子看

3、成是有一定直径的刚球，则紧密系数可以用刚球所占空间的体积百分数来表示。以一个晶胞为例，致密度就等于晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比,即：致密度 晶胞中原子所占体积之和/晶胞的体积。=nv/V n:晶胞原子数 v：每个原子所占的体积 V:晶胞的体积,面心立方结构=0.74,三、常见晶体结构及其几何特征,2 几何特征2.3 堆垛密度 又称紧密系数 简写,体心立方结构 0.68,三、常见晶体结构及其几何特征,2 几何特征2.3 堆垛密度 又称紧密系数 简写,三、常见晶体结构及其几何特征,2 几何特征2.3 堆垛密度 又称紧密系数 简写,三、常见晶体结构及其几何特征,3 常见晶体中的重要间隙（既然堆垛

4、密度小于1，说明晶体中存在间隙）从晶体原子排列的刚球模型可以看到，在原子球与原子球之间存在着不同形貌的间隙。晶体结构中间隙的数量、位置和每个间隙的大小等也是晶体的一个重要特征，对于了解金属的性能、合金相结构、扩散、相变等问题很有用处。3.1 FCC结构（1）八面体间隙,边长为 a的正八面体数量为1+12*（1/4）=4与原子数比为1：1,如何度量八面体间隙？在八面体间隙中填入刚性小球并与最邻近的点阵原子相切。设rx为刚性小球的半径，则rx就是间隙大小的度量成刚性小球为间隙原子。rx+r=a/2对于FCCrx/r=0.414 即八面体间隙的相对大小,三、常见晶体结构及其几何特征,3 常见晶体中的

5、重要间隙 3.1 FCC结构（1）八面体间隙,红球为间隙原子黑球为晶胞原子,三、常见晶体结构及其几何特征,3 常见晶体中的重要间隙 3.1 FCC结构（2）四面体间隙,数量：8与原子数比为8：4=2：1rx/r=0.225,红球为间隙原子 黑球为晶胞原子,三、常见晶体结构及其几何特征,3 常见晶体中的重要间隙 3.1 FCC结构（2）四面体间隙,红球为间隙原子 黑球为晶胞原子,三、常见晶体结构及其几何特征,3 常见晶体中的重要间隙 3.2 BCC结构（1）八面体间隙（扁八面体间隙）,数量：6与原子数比为6：2=3：1rx/r=0.155,红球为间隙原子黑球为晶胞原子,三、常见晶体结构及其几何特

6、征,3 常见晶体中的重要间隙 3.2 BCC结构（2）四面体间隙,数量：12与原子数比为12：2=6：1rx/r=0.291,三、常见晶体结构及其几何特征,3 常见晶体中的重要间隙 3.3 HCP结构（1）八面体间隙,数量：6与原子数比为6：6=1：1rx/r=0.414,三、常见晶体结构及其几何特征,3 常见晶体中的重要间隙 3.3 HCP结构（2）四面体间隙,数量：12与原子数比为12：6=2：1rx/r=0.225,根据书中表1-2和1-3：（1）FCC和HCP都是密排结构。BCC是比较开放的结构，间隙较多，所以原子半径较小的元素（易形成间隙原子）在BCC金属中的扩散速率比在FCC、HC

7、P中高得多。（2）FCC、HCP的八面体间隙大于四面体间隙，因此这些金属中的间隙原子主要位于八面体间隙中。（3）BCC中，四面体间隙大于八面体间隙，间隙原子主要占据四面体间隙中。八面体间隙是不对称的，主要引起据间隙原子为a/2的两个原子显著的偏离原始位置，其余不发生明显的改变，整个点阵畸变不大。（4）FCC、HCP的八面体间隙远大于BCC的八面体间隙和四面体间隙，所以间隙原子在FCC和HCP中的固溶度比在BCC大得多。（5）FCC和HCP的两种间隙的相对大小相等。（原因见堆垛方式）,三、常见晶体结构及其几何特征,3 常见晶体中的重要间隙 3.4 总结,FCC和HCP配位数是一样的间隙相对大小是

8、一样的间隙数和原子数比是一样的堆垛密度（致密度）是一样的,三、常见晶体结构及其几何特征,4 常见晶体的堆垛方式 任何晶体都可以看成由任给的hkl原子面一层一层堆垛而成的。主要讨论FCC和HCP的密排面的堆垛次序。4.1 FCC结构111面为密排面,三、常见晶体结构及其几何特征,4 常见晶体的堆垛方式 4.1 FCC结构 111面为密排面第二层放在“下箭头”的位置，（也可以放在“上箭头”的位置）第三层放在第二层之上的“上箭头”的位置。,三、常见晶体结构及其几何特征,4 常见晶体的堆垛方式 4.1 FCC结构,A,三、常见晶体结构及其几何特征,4 常见晶体的堆垛方式 4.2 HCP结构（0001）

9、面为密排面第二层放在“下箭头”的位置，（也可以放在“上箭头”的位置）第三层的位置与第一层重合。,（1）只看一层原子时，密排面是一样的（2）看相邻的两层原子时，堆垛是一样的（3）看相邻的三层原子时，堆垛是不同的,三、常见晶体结构及其几何特征,4 常见晶体的堆垛方式 4.3 FCC和HCP的比较,Hcp的堆垛方式为AB,AB,密排面（0001）垂直于C轴。Fcc的堆垛方式为ABC,ABC,密排面111垂直于体对角线。,总结,绪论 大家自己看晶体学基础：一、空间点阵阵点：理想晶体、几何点、周围环境相同空间点阵：阵点规则、周期、有规律的排列，三维空间晶胞：具有代表性的、最小单元、先满足对称性、六个点阵

10、常数（晶格常数）晶系和空间点阵类型：7各晶系 14个空间点阵晶体结构和空间点阵的区别二、晶面指数和晶向指数的标定步骤：晶面族和晶向族：位向不同、原子排列相同、晶体学上性质等价晶带：平行或相交晶带轴晶面的全体三、常见晶体结构配位数：12 8 12 个数：4 2 6堆垛密度：0.74 0.68 0.74间隙：见表1-3 堆垛方式：FCC ABCABCA.HCP ABABA,第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。(或对准 2，4，6 位，其情形是一样的),关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。,下图是此种六方紧密堆积的前视图,A,第一种是将球对准

11、第一层的球。,于是每两层形成一个周期，即 AB AB 重复的堆积方式，形成六方紧密堆积。,配位数 12。(同层 6，上下层各 3),六方密堆积配位数 12，空间利用率为 74.05%。,属于六方密堆积的金属有：IIIB，IVB及 Be、Mg、Tc、Re、Ru、Os 等。,面心立方紧密堆积(Face-centred Cubic clode Packing),第一层、第二层与六方密堆积相同。但是，第三层排布与六方密堆积的排布不同。采取第二种方式：ABC ABC ABC重复的堆积方式，形成面心立方紧密堆积。(第一层有7个质点，第二层有3个质点，第三层有3个质点、方向与二层不同。),面心立方紧密堆积的前视图,A,第四层再排 A，于是形成 ABC ABC 三层一个周期。得到面心立方堆积。,配位数 12。(同层 6，上下层各 3),ABC ABC 形式的堆积，为什么是面心立方堆积？我们来加以说明。,