【正文】 c來表示，兩者的比值 c/a≈ ，其原子半徑 r=a/2；每個晶胞所包含的原子數(shù)為 個。許多晶體物質如石膏、云母、方解石等常沿一定的晶面易于破裂，具有一定的解理面，也都是這個道理。實際的金屬結構包含許多小晶體，每個小晶體的晶格是一樣的，但各小晶體之間彼此方位不同。 22 實際金屬結構 ?多晶體的性能在各個方向基本是一致的，這是由于多晶體中，雖然每個晶粒都是各向異性的，但它們的晶格位向彼此不同，晶體的性能在各個方向相互補充和抵消，再加上晶界的作用，因而表現(xiàn)出各向同性。 ?有色金屬，如銅、錫、鋁、鋅等晶粒，一般比鋼鐵的晶粒大些，通常用肉眼可看見。 22 實際金屬結構 二、晶體缺陷 實際上每個晶粒內部，其結構也不是那么理想，存在著一些原子偏離規(guī)則排列的不完整性區(qū)域，這就是晶體缺陷。當晶格中的某些原子由于某種原因（如熱振動等）脫離其晶格節(jié)點將產生此類點缺陷。 (3) 置換原子 雜質元素占據(jù)金屬晶格的結點位置稱為置換原子。這種錯徘現(xiàn)象是晶體內部局部滑移造成的，根據(jù)局部滑移的方式不同，可形成不同類型的位錯，如圖所示為常見的一種刃型位錯。 22 實際金屬結構 化工學院 金屬晶體中的位錯很多，相互連結成網狀分布。如前所述，晶界是晶粒與晶粒之間的界面，由于晶界原子需要同時適應相鄰兩個晶粒的位向，就必須從一種晶粒位向逐步過渡到另一種晶粒位向，成為不同晶粒之間的過渡層，因而晶界上的原子多處于無規(guī)則狀態(tài)或兩種晶粒位向的折衷位置上（如圖所示）。 亞晶界示意圖和組織圖 167。 一、離子晶體 常見的離子晶體結構基本上是面心立方晶格。每個正離子周圍有六個最近的負離子。 23 非金屬晶體 二、共價晶體 共價晶體基本上屬于面心立方體晶格，金剛石就是典型的共價晶體。 ?硅酸鹽也是一種具有代表性的共價晶體。 23 非金屬晶體 三、結晶性高分子聚合物 塑料、橡膠等是由很長的、卷曲的、并且纏結在一起的有機高分子組成。 24 金屬的結晶 一、結晶的概念和過冷現(xiàn)象 金屬由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。冷卻速度越快，△ T越大。物質中能夠自動向外界釋放出其多余的或能夠對外作功的這一部分能量叫做 “ 自由能（Ｇ） ” 。低于理論結晶溫度時，由于液相的自由能（Ｇ液）高于固相晶體的自由能（Ｇ固），液體向晶體的轉變便會使能量降低，于是便發(fā)生結晶；高于理論結晶溫度時，由于液相的自由能（Ｇ液）低于固相晶體的自由能（Ｇ固），晶體將要熔化。二是由液態(tài)金屬中一些外來的微細固態(tài)質點而形成的，稱為外來晶核 ?當液體冷卻到結晶溫度后，一些短程有序的原子團開始變得穩(wěn)定，成為極細小的晶體，稱之為 晶核 。 24 金屬的結晶 ?由每個晶核長成的晶體稱為晶粒，晶粒之間的接觸面稱為晶界。因此， 一般金屬的晶粒越小，強度、塑性和韌性就越好 。 24 金屬的結晶 2)未熔雜質的影響 ?任何金屬中總不免含有或多或少的雜質，有的可與金屬一起熔化，有的則不能，而是呈未熔的固體質點懸浮于金屬液體中。 化工學院 167。 3 / 41 / 2Z =0 .9( N /G ) ( / )ZvsvsZ N GZ???單 位 體 積 中 晶 粒 的 數(shù) 目單 位 面 積 上 晶 粒 的 數(shù) 目N 形 核 率G 長 大 速 度2. 晶粒大小的控制 增大過冷度： 晶粒的大小取決于形核率和長大速度的比值，而形核率和長大速度又取決于過冷度，因此晶粒的大小可以用過冷度來控制。 提高液態(tài)金屬的冷卻速度是增大過冷度的主要方式。 采用超高速急冷技術。例如 Fe、 Co、 Sn、 Mn等元素都具有同素異構特性。 12 動載荷時材料的力學性能 化工學院 167。 12 動載荷時材料的力學性能 化工學院 167。 12 動載荷時材料的力學性能 化工學院 167。鐵在 1394℃ 以上時具有體心立方晶格 ，稱為 ? Fe；冷卻至1394~912℃ 之間，轉變?yōu)?面心立方晶格 稱為 ? Fe；繼續(xù)冷卻至 912℃ 以下又轉變?yōu)?體心立方晶格 ，稱為 ? Fe。 24 金屬的結晶 三、金屬的同素異構性 ?某些金屬在不同溫度和壓力下呈不同的晶體結構，同一種固態(tài)的純金屬（或其他單相物質），在加熱或冷卻時發(fā)生由一種穩(wěn)定狀態(tài)轉變成另一種晶體結構不同的穩(wěn)定狀態(tài)的轉變，稱為 同素異構轉變 。 提高液態(tài)金屬的過冷能力也是增大過冷度的有效方法。 化工學院 167。形核率愈大，則結晶后的晶粒愈多，晶粒就越細小。因為當液體中有這種未熔雜質存在時，金屬可以沿著這些現(xiàn)成的固體質點表面產生晶核，減小它暴露于液體中的表面積，使表面能降低，其作用甚至會遠大于加速冷卻增大過冷度的影響 ?在金屬結晶時，從為向液態(tài)金屬中加入某種難溶雜質來有效地細化金屬的晶粒，以達到提高其力學性能的目的，這種細化晶粒的方法叫做“ 變質處理 ” ，所加入的難溶雜質叫 “ 變質劑 ” 或 “ 人工晶核 ” 。 24 金屬的結晶 ?過冷度對晶核的形成率和成長率的這些影響，主要是因為在結晶過程中有兩個相反的因素同時在起作用 ?其中之一即如前所述的晶體與液體的自由能差（ ⊿ Ｇ），它是晶核的形成和成長的推動力 ?另一相反因素便是液體中原子遷移能力或擴散系數(shù)（ D），這是形成晶核及其成長的必需條件，因為原子的擴散系數(shù)太小的話，晶核的形成和成長同樣也是難以進行的。因此，金屬實際上是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的晶粒所組成的多晶體 ?晶粒的大小對金屬的性能影響很大。晶體在各個方向生長的速度是不一致的，在長大初期，小晶體保持規(guī)則的幾何外形，但隨著晶核的長大，晶體逐漸形成棱角，由于棱角處散熱條件比其它部位好，晶體將沿棱角方向長大，從而形成 晶軸 ，稱為一次晶軸；晶軸繼續(xù)長大，且長出許多小晶軸，二次晶軸、三次晶軸、 … ，成樹枝狀，當金屬液體消耗完時，就形成 晶粒 。 化工學院 167。 24 金屬的結晶 ?對于固態(tài)金屬和液態(tài)金屬可將它們的自由能分別用Ｇ固（Ｇ固＝ U固 TS固）和Ｇ液（Ｇ液＝ U液 TS液）來表示。 純金屬結晶時的冷卻曲線 化工學院 167。 圖中的 T0為 理論結晶溫度 ，它是液態(tài)金屬在無限緩慢冷卻條件下的結晶溫度。因此，對這類高聚物雖然不具備前面所述的晶體定義，但也稱為結晶。由于這些硅酸根四面體可以采用不同方法互相連接，或與各種正離子連接，可以形成各種不同的硅酸鹽結構。硅、鍺、錫的同素異構體或者或化合物也具有這種立方結構。 離子鍵結合力大，所以離子晶體的硬度高，但脆性大。 鈉離子失去一個電子成為帶正電荷的 Na+，氯離子獲得一個電子成為帶負電荷的 Cl。 22 實際金屬結構 ?點缺陷的存在，提高了材料的硬度和強度，降低了材料的塑性和韌性，增加位錯密度可提高金屬強度，但塑性隨之降低 ?面缺陷能提高金屬材料的強度和塑性 ?細化晶粒是改善金屬力學性能的有效手段 化工學院 167。 22 實際金屬結構 化工學院