工程材料网络课程 2.2 金属材料的结构 2.2.1 晶体和纯金属的晶体类型

金属材料是指以金属键来表征其特性的材料，它包括金属及其合金。金属材料在固态下通常都是晶体状态，所以要研究金属及合金的结构就必须首先研究晶体结构。

2.2.1晶体和纯金属的晶体类型

1、晶体的基本概念

晶体结构指晶体内部原子规则排列的方式。晶体结构不同，其性能往往相差很大。为了便于分析研究各种晶体中原子或分子的排列情况，通常把原子抽象为几何点，并用许多假想的直线连接起来，这样得到的三维空间几何格架称为晶格；晶格中各连线的交点称为结点；组成晶格的最小几何单元称为晶胞，晶胞各边的尺寸a、b、c称为晶格常数，其大小通常以 为计量单位（A），晶胞各边之间的相互夹角分别以α、β、γ表示。图2-2-1演示了晶胞、晶格、晶格常数等。由于晶体中原子重复排列的规律性，因此晶胞可以表示晶格中原子排列的特征。在研究晶体结构时，通常以晶胞作为代表来考查。

根据6个点阵参数(a,b,c,α,β,γ)间的相互关系，可将全部空间点阵归属于7种类型，即7个晶系。按照"每个阵点的周围环境相同"的要求，布拉菲（Bravais A．）用数学方法推导出能够反映空间点阵全部特征的单位平面六面体只有14种，这14种空间点阵也称布拉菲点阵(建连接)。

图2-2-1

晶体中原子排列的规律性，可以从晶面和晶向上反映出来。晶体中各种方位上的原子面叫做晶面，各种方向上的原子列叫做晶向。金属的许多性能都和晶体中的特定晶面和晶向有密切联系，为了便于研究和表述不同晶面和晶向上原子排列情况与特征，有必要给各种晶面和晶向规定一定的符号，这种符号分别叫做“晶向指数”和“晶面指数”。

晶面指数

确定晶面指数的步骤如下：

（1）设晶格中某一原子为原点，通过该点平行于晶胞的三棱边作OX、OY、OZ三坐标轴，以晶格常数a、b、c分别作为相应的三个坐标轴上的度量单位，求出所需确定的晶面在三坐标轴上的截距。

（2）将所得三截距之值变为倒数。

（3）再将这三个倒数按比例化为最小整数，并加上一圆括号，即为晶面指数，一般表示为（hkl）。

在图2-2-2所示的立方晶格中，（100）、（110）、（111）三种晶面最重要。应该注意的是，某一晶面指数并不只代表某一具体晶面，而是代表一组相互平行的晶面，即所有相互平行的晶面都具有相同的晶面指数。另外，在同一种晶格中，有些晶面虽然在空间的位向不同，但其原子的排列情况完全相同，这些晶面均属于一个晶面族，其晶面指数用大括号{hkl}表示

图2-2-2

晶向指数

确定晶向指数的步骤如下：

（1）通过坐标原点引一直线，使其平行于所求的晶向。

（2）求出该直线上任意一点的三个坐标值。

（3）将三个坐标值按比例化为最小整数，加一方括号，即为所求的晶面指数，其一般形式为［uvw］。

在图2-8所示的立方晶格中，［100］、［110］、［111］三种晶向最重要。应该指出，晶向指数所表示的不仅仅是一条直线的位向，而是一族平行线的位向。即所有相互平行的晶向，都具有相同的晶向指数。另外，原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族，以〈uvw〉表示。

图2-2-3