金属中常见的三种晶格

二、金属中常见的三种晶格

由于金属键的结合特点，使金属内部原子趋向于作高度对称、最紧密和最简单的排列。金属原子的这种排列特点，决定了金属具有密度大，强度高，塑性、韧性好以及一系列良好工艺性能的特点，而成为最重要的工程材料。大多数金属的晶体结构都比较简单，其中常见的有以下三种。

(一)体心立方晶格

体心立方晶格的晶胞如图2-5所示。它是一个立方体。其晶格常数a=b=c，α=β=γ=90°。故晶格常数通常只用一个a来表示。体心立方晶格中原子排列的特征是:在立方体的中心和8个顶角上各有一个原子。由于每个顶角上的原子各为周围8个晶胞所共有，体心原子为该晶胞所独有，故一个体心立方晶胞中的实际原子数为×8+1=2个。由图2-5可见，这种晶胞在其立方体对角线方向上的原子是彼此紧密接触排列的，故由该对角线长度√3a上所分布的原子数目(共2个)，可计算出其原子半径的尺寸为r=。

图2-5　体心立方晶胞

具有体心立方晶格的金属有铬(Cr)、钨(W)、钼(Mo)、钒(V)、α-Fe(室温下的铁)等。

(二)面心立方晶格

面心立方晶格的晶胞如图2-6所示。它也是一个立方体，所以也只用一个晶格常数a表示即可。面心立方晶胞原子排列的特征是:在立方体的6个表面的中心和8个顶角上各有一个原子。晶胞顶角上的原子为相邻的8个晶胞所共有，而每个面心的原子各为两个晶胞所共有。故一个面心立方晶胞中的实际原子数为×8+×6=4个。显然，在这种晶胞中，每个底面对角线上各原子彼此相互接触，因而其原子半径的尺寸应为r=。

图2-6　面心立方晶胞

具有面心立方晶格的金属有γ-Fe(912～1394℃区间的铁)、铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)等。

(三)密排六方晶格

密排六方晶格的晶胞如图2-7所示。该晶胞是一个正六方柱体，由6个呈长方形的侧面和两个呈六边形的底面所组成。因此要用两个晶格常数表示，一是柱体的高度c，另一个是六边形的边长a。晶胞中原子排列特征是:在晶胞的12个顶角和上、下两个六边形底面的中心各有一个原子，此外在晶胞中间还有3个原子，它们在柱体高1/2处以柱体中心线对称组成一个等边三角形。晶胞每个顶角上的原子各为与其相邻的6个晶胞所共有，上下底面中心的原子各为两个晶胞所共有，晶胞中3个原子为晶胞所独有。故一个密排六方晶胞中的实际原子数为×12+×2+3=6个。

图2-7　密排六方晶胞

具有密排六方晶格的金属有:镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)等。

除以上3种晶格外，少数金属还具有其他类型的晶格，但一般很少遇到。