金屬的晶體結構

2.2 ?金屬的晶體結構

2.2.1 三種典型的金屬晶體結構
???面心立方結構A1或 fcc、體心立方結構A2或 bcc和密排六方結構A3或 hcp三種。

?1.晶胞中的原子數:

面心立方結構 n = 8*1/8 + 6 * 1/2 = 4

????體心立方結構 n = 8*1/8 + 1 =2
????
????密排六方結構 n = 12*1/6 +2*1/2 +3 = 6

???2.點陣常數與原子半徑:

晶胞的大小一般是由晶胞的棱邊長度（a,b,c）即衡量的，它是表征晶體結構的一個重要基本參數。

如果把金屬原子看作剛球，并設其半徑為R，根據幾何學關系不難求出三種典型金屬晶體結構的點陣常數與R之間的關系：

面心立方結構：點陣常數為a，且

???3.配位數和致密度:

所謂配位數(CN)是指晶體結構中任一原子周圍最近鄰且等距離的原子數；而致密度是指晶體結構中原子體積占總體積的百分比。如以一個晶胞來計算，則致密度就是晶胞中原子體積與晶胞體積之比值，即
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??? 式中K為致密度；n為晶胞中原子數；v是一個原子的體積。

2.2.2 晶體的原子堆垛方式和間隙
???原子密排面在空間一層一層平行的堆垛起來就分別構成以上三種晶體結構。
???面心立方和密排六方結構的致密度均為0.74，是純金屬中最密集的結構。面心立方結構中{111}晶面和密排六方結構中{0001}晶面上的原子排列情況完全相同。

圖2.21 面心立方和密排六方點陣中密排面的分析

圖2.22 面心立方點陣中的間隙

???金屬晶體存在許多間隙，這種間隙對金屬的性能、合金相結構和擴散、相變等都有重要影響。

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2.2.3 多晶型性
???有些固態金屬在不同的溫度和壓力下具有不同的晶體結構即具有多晶型性，轉變的產物稱為同素異構體。例如，鐵在912℃以下為體心立方結構。稱為α-Fe；在912～1394℃具有面心立方結構，稱為γ-Fe；溫度超過1394℃至熔點間又變成體心立方結構，稱為δ－Fe。由于不同晶體結構的致密度不同，當金屬由一種晶體結構變為另一種晶體結構時，將伴隨有質量體積的躍變即體積的突變。