第一章-金属的晶体结构和机械性能课件.ppt（102页）

1、主要内容：主要内容：绪论绪论第一章第一章 金属的晶体结构与性能金属的晶体结构与性能第二章第二章 纯金属的结晶和单元相图纯金属的结晶和单元相图第三章第三章 二元合金的相结构与结晶二元合金的相结构与结晶第四章第四章 铁碳合金相图铁碳合金相图金金属属学学第五章第五章 回复与再结晶回复与再结晶第六章第六章 工业用钢工业用钢常常识识主主 要要 参参 考考 书书材料结构与性能材料结构与性能 李宗全李宗全 陈湘明主编陈湘明主编 浙江大学出版社浙江大学出版社 （参考：第（参考：第1、2、9章，材料的结构与性能的关系）章，材料的结构与性能的关系）金属学原理金属学原理 侯增寿侯增寿 主编主编 上海科技出版社上海科

2、技出版社 （参考：二元合金相图部分）（参考：二元合金相图部分）金属材料学金属材料学王笑天王笑天 主编主编 机械工业出版社机械工业出版社 （参考：钢的牌号、微量元素等）（参考：钢的牌号、微量元素等）材料科学基础材料科学基础 杜丕一主编杜丕一主编 机械工业出版社出版机械工业出版社出版 （参考：第（参考：第1篇，晶体学部分）篇，晶体学部分）认真听课，记好笔记，课下及时复习，弄懂搞明，不认真听课，记好笔记，课下及时复习，弄懂搞明，不可欠账，避免前松后紧，不用功学不好。可欠账，避免前松后紧，不用功学不好。学习本课程的要求学习本课程的要求绪绪 论论一一.材料的分类材料的分类（classifications

3、）化学组成分类化学组成分类components金属材料金属材料无机非金属材料无机非金属材料有机高分子材料有机高分子材料作用分类作用分类Function功能材料功能材料结构材料结构材料无机非金属材料无机非金属材料高分子材料高分子材料二、材料的发展历程二、材料的发展历程人类历史的发展可用使用材料划分：人类历史的发展可用使用材料划分：石器时代石器时代石斧、凿、刀、铲、箭头、纺轮、钵等石斧、凿、刀、铲、箭头、纺轮、钵等西安半坡遗址西安半坡遗址 早在新石器时代早在新石器时代(公元前公元前6000-5000年年)，中华民族的，中华民族的先人们用粘土先人们用粘土(主要成分为主要成分为SiO2，Al2O3)烧

4、制成陶器。烧制成陶器。陶器时代陶器时代青铜器时代青铜器时代 我国青铜的冶炼在夏朝我国青铜的冶炼在夏朝(公元前公元前2140年始年始)以前就开始以前就开始了，到殷、西周时期已发展到很高的水平。了，到殷、西周时期已发展到很高的水平。司母戊大鼎司母戊大鼎湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑中国古代铁器的金相组织湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄 铁器时代铁器时代 早在战国时期出现炼钢早在战国时期出现炼钢,早期热处理秦汉时期发达（早欧早期热处理秦汉时期发达（早欧洲洲2千年）。千年）。瓷器瓷器（高岭土、粘土、瓷石、瓷土）高岭土、粘土、瓷石、瓷土）我国在东汉时期发明了瓷器，成为最早生产我国在东汉时期发明了瓷器，成为最早生

5、产瓷器的国家。瓷器的国家。瓷器是中国文化的象征，对世界文明产生了瓷器是中国文化的象征，对世界文明产生了极大的影响。极大的影响。钢铁钢铁在当今的生活和生产中占有重要地位在当今的生活和生产中占有重要地位。随着航空、航天、电子、通讯等技术以及机械、随着航空、航天、电子、通讯等技术以及机械、化工、能源等工业的发展，化工、能源等工业的发展，复合材料复合材料和和纳米材料纳米材料的研究和应用引起了人们的重视。的研究和应用引起了人们的重视。第一章第一章 金属的晶体结构与机械性能金属的晶体结构与机械性能一一.金属的定义金属的定义1.化学中的定义：化学中的定义：广义讲：金属是一种与非金属元素发生化学反应时能广义讲

6、：金属是一种与非金属元素发生化学反应时能 将其最外层电子让给非金属元素的一种元素。将其最外层电子让给非金属元素的一种元素。侠义讲：其氧化物、氢氧化物具有碱性，与酸反应能侠义讲：其氧化物、氢氧化物具有碱性，与酸反应能 形成盐的元素。形成盐的元素。2.工程中的定义：工程中的定义：具有一定具有一定金属性能金属性能的物质。的物质。第一节第一节 金属的概述金属的概述固态时具有金属光泽和可锻性，具有良好的导电性和导热性等。固态时具有金属光泽和可锻性，具有良好的导电性和导热性等。（一）金属原子的结构特点（一）金属原子的结构特点最外层电子数很少，一般只有最外层电子数很少，一般只有12个，多不超过个，多不超过4

7、个；个；最外层电子与原子核的结合力较弱，易失去电子；最外层电子与原子核的结合力较弱，易失去电子；（二）金属原子间的结合方式（二）金属原子间的结合方式以金属键的方式相结合以金属键的方式相结合外层电子脱落，形成自由电子外层电子脱落，形成自由电子二二.金属的特性金属的特性第二节第二节 金属的晶体结构金属的晶体结构 晶体晶体内部原子（分子、离子）在三维空间呈规则的周期性重复排列。内部原子（分子、离子）在三维空间呈规则的周期性重复排列。非晶体非晶体 原子无规则堆积，也称为原子无规则堆积，也称为“过冷液体过冷液体”。一、晶体的基本概念一、晶体的基本概念非晶体非晶体:蜂蜡、玻璃等。蜂蜡、玻璃等。晶体晶体 金

8、刚石、金刚石、NaClNaCl、冰冰等。等。液体液体晶体与非晶体有哪些区别晶体与非晶体有哪些区别？七七大大性性质质（1）各向异性）各向异性 （2）固定熔点）固定熔点（3）稳定性）稳定性（4）自限性）自限性（5）对称性）对称性（6）均匀性）均匀性(均一性均一性)（7）晶面角守恒定律晶面角守恒定律自限性：晶体具有自发地形成封闭的自限性：晶体具有自发地形成封闭的凸几何多面体外形能力的性质。凸几何多面体外形能力的性质。对称性：指晶体的物理化学性质能够在不同的对称性：指晶体的物理化学性质能够在不同的方向或位置上有规律地出现，也称周期。方向或位置上有规律地出现，也称周期。均匀性：指晶体在任一部位上都具有相

9、同性质均匀性：指晶体在任一部位上都具有相同性质的特征。的特征。各向异性各向异性不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能不同的现象不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能不同的现象.XYZXYZ有确定的熔点有确定的熔点熔点熔点晶体晶体非晶体非晶体时间时间温温度度晶体和非晶体的熔化曲线晶体和非晶体的熔化曲线原子（离子）的刚球模型原子（离子）的刚球模型原子中心位置原子中心位置 二、晶体的结构二、晶体的结构晶胞晶胞点阵（晶格）模型点阵（晶格）模型 为了研究方便，将原子或原子团（分子或分子团）抽象为为了研究方便，将原子或原子团（分子或分子团）抽象为一个点，代表原子的震动中心，这样原子在空间的规则排列，一个点，代

10、表原子的震动中心，这样原子在空间的规则排列，就成为一系列点在空间的规则排列，称为就成为一系列点在空间的规则排列，称为空间点阵空间点阵。阵点（结点）阵点（结点）晶格晶格晶胞晶胞XYZabc晶格常数晶格常数a，b，c，从晶格中选取出的有代表性的几何单元，从晶格中选取出的有代表性的几何单元，称为晶胞。称为晶胞。整个晶格就是晶胞在整个晶格就是晶胞在空间重复堆积而成。空间重复堆积而成。点阵类型点阵类型 根据晶格常数的不同，法国晶体学家布拉菲用数学方法证根据晶格常数的不同，法国晶体学家布拉菲用数学方法证明，空间点阵只能有明，空间点阵只能有14种，称为种，称为布拉菲点阵布拉菲点阵。分属。分属7大晶系。大晶系

11、。序序号号点阵类型点阵类型 晶系晶系晶族晶族序序号号点阵类型点阵类型晶系晶系晶族晶族1简单三斜简单三斜三斜三斜低低级级晶晶族族8简单六方简单六方六方六方中中级级晶晶族族2简单单斜简单单斜单单斜斜9菱形菱形（三角）（三角）菱方菱方3底心单斜底心单斜10简单四方简单四方四方四方（正方（正方)4简单正交简单正交正正交交11体心四方体心四方5底心正交底心正交12简单立方简单立方立方立方高高级级晶晶族族6体心正交体心正交13体心立方体心立方7面心正交面心正交14面心立方面心立方底心单斜简单三斜简单单斜简单立方体心立方面心立方简单菱方简单六方简单四方体心四方底心正交简单正交面心正交体心正交密堆原理密堆原理

12、 从球体堆积角度来说，球的堆积密度越从球体堆积角度来说，球的堆积密度越大系统内能就越小大系统内能就越小球体最紧密堆积原理。球体最紧密堆积原理。等径球体堆积等径球体堆积 ABAB型型等径球体堆积等径球体堆积 ABCABC型型不等径球体堆积不等径球体堆积 大球作紧密堆积，对小球则填充在其空隙大球作紧密堆积，对小球则填充在其空隙位置中，稍大的填充在八面体空隙中，稍位置中，稍大的填充在八面体空隙中，稍小的填充四面体空隙中；小的填充四面体空隙中；对实际晶体，由于负离子半径之比正离子对实际晶体，由于负离子半径之比正离子半径大的多，所以，负离子作紧密堆积，半径大的多，所以，负离子作紧密堆积，而正离子填充在四

13、面体和八面体空隙中。而正离子填充在四面体和八面体空隙中。三、三种常见的金属晶体结构三、三种常见的金属晶体结构（1 1）体心立方晶格）体心立方晶格 bccbcc（2 2）面心立方晶格）面心立方晶格 fccfcc（3 3）密排六方晶格）密排六方晶格 hcphcp（1 1）体心立方晶格）体心立方晶格 bccbcc-Fe-Fe（常温铁）、（常温铁）、W W、V V、Mo Mo 等等体心立方晶格组织材料较硬，抗力较大，不易锻造体心立方晶格组织材料较硬，抗力较大，不易锻造 体心立方体心立方晶胞晶胞晶格常数：晶格常数：a=b=ca=b=c；=90=90 晶胞原子数：晶胞原子数：原子半径：原子半径：致密度：致

14、密度：0.680.68致密度致密度=Va/VcVa/Vc，其中其中Vc:Vc:晶胞体积晶胞体积a a3 3Va:Va:原子总体积原子总体积2 2 4 4 r r3 3/3/3XYZabc2r2raa2 2体心立方结构中的间隙体心立方结构中的间隙（2 2）面心立方晶格）面心立方晶格 fccfcc-Fe-Fe、CuCu、NiNi、AlAl、AuAu、Ag Ag 等等较软，易变形，塑性好。较软，易变形，塑性好。面心立方面心立方晶胞晶胞晶格常数：晶格常数：a=b=ca=b=c；=90=90 晶胞原子数：晶胞原子数：原子半径：原子半径：致密度：致密度：0.0.7474XYZabc密排方向密排方向4 4面

15、心立方结构中的间隙面心立方结构中的间隙（3 3）密排六方晶格）密排六方晶格 hcphcpC C（石墨）、石墨）、MgMg、ZnZn 等等晶格常数晶格常数底面边长底面边长a a底面间距底面间距c c侧面间角侧面间角120120 侧面与底面夹角侧面与底面夹角9090 晶胞原子数：晶胞原子数：6 6原子半径：原子半径：a/2致密度：致密度：0.0.7474四、金属晶体中的晶面和晶向四、金属晶体中的晶面和晶向XYZabc晶面晶面通过原子中心的平面通过原子中心的平面晶向晶向通过原子中心的直线所指的方向通过原子中心的直线所指的方向XYZabc点阵几何元素表示法点阵几何元素表示法（1）坐标系的建立）坐标系的

16、建立 注意：注意：这种坐标系统，在不同这种坐标系统，在不同的晶系中是不同的，即点阵常的晶系中是不同的，即点阵常数是不同的。数是不同的。如：如：立方晶系是一个直角坐标系，立方晶系是一个直角坐标系，=90，a=b=c。三斜晶系三斜晶系 ，abc。XYZabc （二）阵点位置表示法（二）阵点位置表示法点阵的阵点位置是以它们的坐标值来表示的。点阵的阵点位置是以它们的坐标值来表示的。uvwuvwrabc 空间中任一阵点空间中任一阵点P的位的位置可以用空间矢量来表示置可以用空间矢量来表示式中，式中，为从原点到阵点为从原点到阵点P的矢量；的矢量；分别表分别表示沿三个点阵矢量的平移量，示沿三个点阵矢量的平移量

17、，亦即该阵点的坐标。亦即该阵点的坐标。uvwruvw、XYZabcAPBC练 习 AxyzIBDCB1（三）晶向指数与晶面指数（三）晶向指数与晶面指数1.晶向指数晶向指数v 举例说明举例说明（米勒（Miller）指数）xyzCBAOOA 212 OB 111OC 110CA 0 2 1A/1-1/2总结：确定晶向指数的一般步骤总结：确定晶向指数的一般步骤（1）以晶胞的晶轴为坐标轴建立坐标系，以点阵矢量的长度）以晶胞的晶轴为坐标轴建立坐标系，以点阵矢量的长度 （即晶胞边长）作为坐标轴的长度单位。（即晶胞边长）作为坐标轴的长度单位。（2）平移，使晶向从原点）平移，使晶向从原点O出发。出发。（3）从

18、）从0点出发，沿晶向方向取最近一个点，写出坐标（点出发，沿晶向方向取最近一个点，写出坐标（）（4）化为最小整数，加上方括号）化为最小整数，加上方括号 ，负号记于数字上方。，负号记于数字上方。一般情况，对通过任一两点一般情况，对通过任一两点M ,N 的的MN晶向符号为晶向符号为 。如上图如上图CA方向的晶向符号确定方向的晶向符号确定A点坐标（点坐标（1 1），），C点点坐标（坐标（110），则），则 CA晶向符号晶向符号1-1，-1 ，1-00 1 0 2。111(,)X Y Z,u v w222(,)X Y Z2 21 12 21 12 21 1 X X-X X,Y Y-Y Y,Z Z-Z Z

19、 1212121注意：晶向符号不仅代表一根直线方向，而且代表注意：晶向符号不仅代表一根直线方向，而且代表所有平行于这根直线的直线方向。所有平行于这根直线的直线方向。晶向族的概念：晶向族的概念：原子排列相同而空间位向不同的所有晶向，原子排列相同而空间位向不同的所有晶向，称为晶向族，用称为晶向族，用表示。表示。如：立方晶系体对角线如：立方晶系体对角线=111+111+111+111+111+111+111+1112.晶面指数晶面指数晶面在晶体中的方位可用晶面指数表示。晶面在晶体中的方位可用晶面指数表示。x xy y2a2a2b2b3c3cm m例：当晶面平行某一晶轴，则晶面在该晶轴上截距为当晶面平

20、行某一晶轴，则晶面在该晶轴上截距为，倒数为，倒数为0。（1）以晶胞的晶轴为坐标轴建立坐标系，以点阵矢量的）以晶胞的晶轴为坐标轴建立坐标系，以点阵矢量的 长度（即晶胞边长）作为坐标轴的长度单位。长度（即晶胞边长）作为坐标轴的长度单位。（2）求出待定晶面在坐标轴）求出待定晶面在坐标轴X、Y、Z上的相应截距。上的相应截距。（3）取截距倒数。）取截距倒数。（4）化为没有公约数的最简整数）化为没有公约数的最简整数h、k、l，加上（），负，加上（），负 号标于数字上方。即晶面指数可以表示为号标于数字上方。即晶面指数可以表示为(h k l)。总结：确定晶面指数的一般步骤：总结：确定晶面指数的一般步骤：六个晶

21、面晶面族的概念：晶面族的概念：晶面族晶面族位向不同而原子排列完全相同的所有晶位向不同而原子排列完全相同的所有晶 面，用面，用 hkl 表示。表示。晶面族在高对称度的晶体中比较普遍，如立方晶系中，晶面族在高对称度的晶体中比较普遍，如立方晶系中，某些晶面族包括的等价晶面有：某些晶面族包括的等价晶面有：1 10 00 0=(1 10 00 0)+(0 01 10 0)+(0 00 01 1)+(1 10 00 0)+(0 01 10 0)+(0 00 01 1)共共6 6个个面面。1 11 10 0=(1 11 10 0)+(1 10 01 1)+(0 01 11 1)+(1 11 10 0)+(1

22、 10 01 1)+(0 01 11 1)+(1 11 10 0)+(1 10 01 1)+(0 01 11 1)+(1 11 10 0)+(1 10 01 1)+(0 01 11 1),共共1 12 2个个面面。1 11 11 1=(1 11 11 1)+(1 11 11 1)+(1 11 11 1)+(1 11 11 1)+(1 11 11 1)+(1 11 11 1)+(1 11 11 1)+(1 11 11 1)前六个与后六个晶面两两相互平行，共同构成一个十二面体。所以，前六个与后六个晶面两两相互平行，共同构成一个十二面体。所以，晶面晶面110又称为十二面体的面。又称为十二面体的面。前

23、四个晶面和后四个晶面两两平行，共同构成一个八面体，因此，前四个晶面和后四个晶面两两平行，共同构成一个八面体，因此，晶面族晶面族111又称为八面体的面。又称为八面体的面。注意注意 晶面指数代表了一组平行等距的晶面。晶面指数代表了一组平行等距的晶面。对于非立方晶系，由于晶格参数（对称性）改变，晶面族对于非立方晶系，由于晶格参数（对称性）改变，晶面族所包括的晶面数目就不一样了。所包括的晶面数目就不一样了。例如：正交晶系中，晶面（例如：正交晶系中，晶面（100）、（）、（010）、和（）、和（001）并）并 不是等同晶面，不能以不是等同晶面，不能以100来概括。来概括。正交晶系同指数晶向与晶面互相垂直

24、，即正交晶系同指数晶向与晶面互相垂直，即 （h k l）h k l。例如例如：（：（100）100立方晶系中一些晶面的晶面指数立方晶系中一些晶面的晶面指数3.六方晶系四轴指数六方晶系四轴指数 六方晶系有一六次六方晶系有一六次旋转轴，为适应为旋转轴，为适应为一特点，通常取四一特点，通常取四个轴，这比三个轴个轴，这比三个轴更为方便而准确，更为方便而准确，由于选取了四个轴，由于选取了四个轴，则晶面符号中有四则晶面符号中有四个指数（个指数（h k i l）(平面三个轴，垂直平面三个轴，垂直一个轴一个轴)，i=(h+k)，i指数指数并非独立。并非独立。六方晶系一些晶面的指数六方晶系一些晶面的指数c五晶体

25、的对称性五晶体的对称性1回转对称轴（旋转轴）和旋转回转对称轴（旋转轴）和旋转（一）宏观对称性（一）宏观对称性 当晶体绕一轴旋转而能完全复原时，此轴即为旋转对当晶体绕一轴旋转而能完全复原时，此轴即为旋转对称轴，在旋转一周（称轴，在旋转一周（360）的过程中，晶体能复原几次，）的过程中，晶体能复原几次，就称为几次回转轴。就称为几次回转轴。对称操作：晶体绕轴旋转。对称操作：晶体绕轴旋转。符号：符号：Ln ，国际符号，国际符号 n。回转对称轴只有五种：以符号回转对称轴只有五种：以符号1、2、3、4、6来表示。来表示。几种旋转轴几种旋转轴 符号：符号：m m晶体中可以没有对称面，也可以有若干个，晶体中可

26、以没有对称面，也可以有若干个，最多有最多有9 9个，如立方体：个，如立方体：9 9个。个。图图1.7 1.7 立方体的九个对称面立方体的九个对称面2对称面与反映对称面与反映3对称中心和倒反对称中心和倒反符号：符号：i晶体可有对称中心，可没有，但最多只有一个。晶体可有对称中心，可没有，但最多只有一个。图1.8 对称中心a ab bi iaabb4回转反演轴与旋转倒反回转反演轴与旋转倒反当晶体绕某一轴旋转一定角度（当晶体绕某一轴旋转一定角度（360/n）,再以轴上的一个再以轴上的一个中心点作反演之后能得到复原时，此轴称为回转反演轴。中心点作反演之后能得到复原时，此轴称为回转反演轴。对称操作复合操作

27、，旋转对称操作复合操作，旋转+反伸，先绕一根直线旋转一反伸，先绕一根直线旋转一定角度后，再通过该直线上某一点进行倒反。定角度后，再通过该直线上某一点进行倒反。回转反演轴也可有回转反演轴也可有1次、次、2次、次、3次、次、4次和次和6次五种，分别次五种，分别以符号来表示。事实上等于对称中心以符号来表示。事实上等于对称中心i，等于对，等于对称面称面m。注意：注意：绕某直线旋转一定角度后，相等部分并未重复，只有经该直绕某直线旋转一定角度后，相等部分并未重复，只有经该直线上一点反伸，才能使晶体相等部分重复。线上一点反伸，才能使晶体相等部分重复。12346、12PP5P/P1P2P3P4P/BB/AAO

28、P点绕点绕 回转回转180与与 点重点重合，再经合，再经O点反演点反演而与而与 重合，则重合，则称称 为为2次回转次回转反演轴。反演轴。/BB3P/P/BB（二）微观对称（二）微观对称1)1)滑动面与反映平移滑动面与反映平移 是一个假想平面，相应对称操作是反映是一个假想平面，相应对称操作是反映+滑移。晶体结滑移。晶体结构中任意部分，先以滑移面为镜面反映，再平行于滑移面构中任意部分，先以滑移面为镜面反映，再平行于滑移面进行平移，使相等部分重合。进行平移，使相等部分重合。111222B/B 螺旋轴是一个假想直线，相应对称动作是旋转螺旋轴是一个假想直线，相应对称动作是旋转+轴向平移，轴向平移，晶体中

29、任一部分先绕轴旋转一定角度晶体中任一部分先绕轴旋转一定角度后，再沿轴平移一定距离，使相等部分重复。例：后，再沿轴平移一定距离，使相等部分重复。例：共有共有1111种螺旋轴：种螺旋轴：二次轴：二次轴：2 21 1，三次轴：三次轴：3 31 1，3 32 2，四次轴：四次轴：4 41 1，4 42 2，4 43 3，六次轴：六次轴：6 61 1，6 62 2，6 63 3，6 64 4，6 65 5。2)螺旋轴和旋转平移螺旋轴和旋转平移图图1.9 1.9 旋转平移旋转平移至此，把晶体内部构造的所有对称要素归纳如下：至此，把晶体内部构造的所有对称要素归纳如下：回转对称轴：回转对称轴：1、2、3、4、

30、6 对称面：对称面：m（）对称中心对称中心 （i）回转反演轴：回转反演轴：滑动面：滑动面：a、b、c、n、d 螺旋轴：螺旋轴：21，31，32，41，42，43，61，62，63，64，65。总结归纳213 4 6、练练 习习1.解释概念：解释概念：空间点阵、晶体七个性质、晶向族、晶面族空间点阵、晶体七个性质、晶向族、晶面族2.在立方晶系中画出（在立方晶系中画出（112）晶面。晶面。3.如图，设为立方晶系，试标如图，设为立方晶系，试标 出出AF方向的晶向指数，并写方向的晶向指数，并写 出该晶向所属晶向族中其他出该晶向所属晶向族中其他 所有晶向指数。所有晶向指数。4.设两个晶面（设两个晶面（15

31、2）和（）和（034）是属于六方晶系的正交坐标表是属于六方晶系的正交坐标表 示，试写出在四轴坐标下这两示，试写出在四轴坐标下这两 个晶面的晶面指数。个晶面的晶面指数。(120)根据根据CsCl晶体结构，如果晶体结构，如果Cs离子半径为离子半径为0.17nm，Cl离子半径为离子半径为0.181nm，计算晶胞的堆积系数（致，计算晶胞的堆积系数（致密度）。假设正负离子沿立方对角线接触。密度）。假设正负离子沿立方对角线接触。MgO具有具有NaCl结构。根据结构。根据O离子半径为离子半径为0.14nm和和Mg离子半径为离子半径为0.072nm，计算，计算MgO的堆积系数。的堆积系数。7.一个立方系晶胞，

32、在一个立方系晶胞，在X、Y、Z三个晶轴上的截距三个晶轴上的截距分别为分别为a/2、4b、2c/3，连接这三个截点作一个平，连接这三个截点作一个平面，试确定该平面的晶面指数，并作出该晶面的面，试确定该平面的晶面指数，并作出该晶面的示意图。示意图。8.若现有两个晶面若现有两个晶面 ，试，试确定这两个晶面在正交坐标下的晶面指数。确定这两个晶面在正交坐标下的晶面指数。9.在立方晶系中绘出在立方晶系中绘出110、111晶面族所包晶面族所包括的晶面。括的晶面。10.求金刚石结构中通过（求金刚石结构中通过（0,0,0）和）和（3/4,3/4,1/4）两点决定的晶向，并求与该）两点决定的晶向，并求与该晶向垂直

33、的晶面。晶向垂直的晶面。12132113第三节第三节 金属的实际晶体结构缺陷金属的实际晶体结构缺陷实际金属晶体结构与理想结构的偏离实际金属晶体结构与理想结构的偏离单晶体单晶体：内部晶格位向完全一致的晶体（理想晶体）。如单晶：内部晶格位向完全一致的晶体（理想晶体）。如单晶SiSi半导体。半导体。多晶体多晶体：由许多位向不同的：由许多位向不同的晶粒晶粒构成的晶体。构成的晶体。晶粒（单晶晶粒（单晶体）体）晶体缺陷类型晶体缺陷类型（1 1）点缺陷：空位、间隙原子、异类（杂质）原子）点缺陷：空位、间隙原子、异类（杂质）原子（2 2）线缺陷：位错）线缺陷：位错（3 3）面缺陷：晶界与亚晶界）面缺陷：晶界与

34、亚晶界（4 4）体缺陷：气泡、空洞、镶嵌块、沉淀相）体缺陷：气泡、空洞、镶嵌块、沉淀相一、点缺陷一、点缺陷如果间隙原子是其它元素就称为如果间隙原子是其它元素就称为:异类原子异类原子（杂质原子）（杂质原子）空位空位 间隙原子间隙原子 按形成的原因不同分四类：按形成的原因不同分四类：原子热振动部分原子获得足够高的能量部分原子获得足够高的能量 克服约束,迁移到新的位置空位,间隙原子形成形成引起局部点阵畸变 引起引起热缺陷的形成原因热缺陷的形成原因（一）热缺陷（一）热缺陷由于热运动而产生的点缺陷。由于热运动而产生的点缺陷。图图2.1 弗仑克尔缺陷弗仑克尔缺陷 图图2.2 肖特基缺陷肖特基缺陷间隙足够大

35、间隙足够大结构致密易形成结构致密易形成热缺陷的两种基本形式：热缺陷的两种基本形式：（二）组成缺陷（二）组成缺陷 是一种杂质缺陷，在原晶体结构中进入了杂质原子，它与固是一种杂质缺陷，在原晶体结构中进入了杂质原子，它与固有原子性质不同，破坏了原子排列的周期性，形成缺陷。有原子性质不同，破坏了原子排列的周期性，形成缺陷。杂质原子有两种类型杂质原子有两种类型:1:1）置换型）置换型 2 2）间隙型）间隙型 （a）置换型杂质）置换型杂质 （b）间隙型杂质）间隙型杂质（三）电荷缺陷（三）电荷缺陷 晶体中某些质点个别电子处于激发状态，晶体中某些质点个别电子处于激发状态，有的离开原来质点，形成自由电子，在原来

36、电有的离开原来质点，形成自由电子，在原来电子轨道上留下了电子空穴。子轨道上留下了电子空穴。（四）非化学计量缺陷（四）非化学计量缺陷 由化合物的非化学计量引起空位和间隙由化合物的非化学计量引起空位和间隙原子，常伴有电荷的转移。原子，常伴有电荷的转移。二、线缺陷二、线缺陷 刃型位错与螺型位错刃型位错与螺型位错刃型位错刃型位错 （1）刃型位错）刃型位错刃型位错形成的原因特点：滑移方向与位错线垂直，符号特点：滑移方向与位错线垂直，符号，有多余半片原子面。，有多余半片原子面。（2 2）螺型位错）螺型位错螺型位错的形成原因螺型位错的形成原因特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，特点：滑移方

37、向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺丝状，称螺型位错。呈螺丝状，称螺型位错。a-正常面网正常面网 b-刃型位错刃型位错 c-螺型位错螺型位错线缺陷原子面网示意图线缺陷原子面网示意图刃型位错的运动刃型位错的运动螺型位错的运动螺型位错的运动混合型位错的运动混合型位错的运动塑性变形中位错的运动塑性变形中位错的运动三、面缺陷三、面缺陷晶粒（单晶体）晶粒（单晶体）晶界晶界涉及较大范围（二维方向），如：晶界、晶体的表面及堆垛层错。涉及较大范围（二维方向），如：晶界、晶体的表面及堆垛层错。亚晶界亚晶界根据相邻晶界之间的位向差（根据相邻晶界之间的位向差（）不同，晶界可以分为两类：）不同，晶界可以分为

38、两类：小角度晶界小角度晶界两相邻晶粒的位向差约小于两相邻晶粒的位向差约小于10，即，即450时，不能用布氏硬度时，不能用布氏硬度。压头：淬火钢球（规定直径10，5，2.5mm）压入金属表面保持一定时间，通过测量所加载荷与压痕面积的比值来表示硬度值。2.2.洛氏硬度（洛氏硬度（HRHR）压头：金刚石圆锥体或淬火钢球在规定的载荷下，根据压入深度来测量材料的硬度。0.002khHRk选定常数h压痕深度 根据压头种类和所加载荷，可分为HRC、HRB、HRA和HRFV等。HRC和和HRA读读C标尺，采用金刚石圆锥压头（标尺，采用金刚石圆锥压头（k0.2）；）；HRB读读B标尺，采用淬火钢球（标尺，采用淬

39、火钢球（k0.26）。）。洛氏硬度主要测量较硬材料的硬度。洛氏硬度主要测量较硬材料的硬度。3.3.维氏硬度（维氏硬度（HVHV）l压头为顶角136的金刚石方锥。通过测量压痕两对角线的平均长度来确定硬度，也可由压痕面积上的压力算出。21.8544PHVd 维氏硬度可以更准确的测量金属零件表面硬度，也可用来测量硬度很高的零件的硬度。4.4.肖氏硬度（肖氏硬度（HSHS）应用弹性回跳法将撞销从一定高度落到所试材料的表面上而发生回跳。撞销是一只具有尖端的小锥，尖端上常镶有金刚钻。用测得的撞销回跳的高度来表示硬度。适用于测定黑色金属和有色金属的肖氏硬度值。常用于测定轧辊、橡胶、塑料等的硬度。在橡胶、塑料行业中常称作邵氏硬度。下面请观看教学片！谢谢！