什么是晶体结构-定义|材料性质欧宝体育客户端

结晶固体的某些性质取决于材料的晶体结构，即原子、离子或分子的空间排列方式。

一般来说,固体具有结构刚性和抗形状或体积变化的特点。与液体不同的是，固体不会随容器的形状流动，也不会像气体那样膨胀到充满整个体积。固体比液体和气体具有更大的原子间引力。然而，用于工程目的的固体材料的性质有很大的差异。材料的性质取决于它们原子间键．这些相同的化学键也决定了固体中原子构型之间的空间。所有固体可分为:

非晶态固体．非晶态材料，或非晶态固体，其分子排列没有规律，缺乏晶体固体所具有的长程顺序。非晶态材料具有固体的性质，还具有结构刚性和抗形状或体积变化的特性。它们有明确的形状和体积，扩散缓慢。玻璃和石蜡等材料被认为是无定形的。这些材料也缺乏明确的熔点。在许多方面，它们类似于在室温下流动非常缓慢的液体。
结晶固体．结晶固体中的原子彼此紧密地结合在一起常规的几何晶格(结晶固体，包括金属和普通冰)。

一个晶体材料是一种原子在大的原子距离内以重复的或周期性的排列排列的原子，也就是说，存在长程顺序，这样在凝固时，原子将以重复的三维模式定位自己，其中每个原子都与最近的原子成键。并非所有的固体都是单晶。例如，当液态水开始结冰时，相变从小冰晶开始，冰晶生长直到融合，形成多晶结构。在最后一块冰中，每个小晶体(称为“谷物)是原子具有周期性排列的真正晶体，但整个多晶体没有原子的周期性排列，因为周期模式在晶界．

晶格

结晶固体的某些性质取决于晶体结构物质中原子、离子或分子的空间排列方式。一个晶格是在整个空间中延伸的数学点的重复模式。的力量化学成键导致重复。正是这种重复的模式控制着属性强度，延性，obao体育，ob电竞平台 (传导或传输热、电等的特性)，和形状．这种模式一般有14种，称为布拉维晶格．

大多数常见金属都有三种相对简单的晶体结构:

资料来源:美国能源部，材料科学。DOE基础手册，第1卷和第2卷。1993年1月。

身体中心立方- bcc。在原子的bcc (bcc)排列中，单位细胞由立方体角上的8个原子和立方体主体中心的1个原子组成。在bcc排列中，一个单细胞包含(8个角原子×⅛)+(1个中心原子× 1) = 2个原子。该结构比简单的立方结构更有效(68%)，是碱金属和早期过渡金属的常见结构。含有BCC结构的金属包括铁素体、铬、钒、钼和钨。这些金属具有高强度和低延展性。
面心立方fcc。在原子的fcc (fcc)排列中，单元单元由立方体角上的8个原子和立方体每面中心的1个原子组成。在催化裂化排列中，一个单元单元包含(8个角原子×⅛)+(6个面原子×½)= 4个原子。这种结构，连同它的六边形相对结构(hcp)，具有最有效的包装(74%)。含有FCC结构的金属包括奥氏体、铝、铜、铅、银、金、镍、铂和钍。这些金属具有低强度和高延展性。
六方紧密包装- hcp。在原子的hcp (hcp)排列中，单位细胞由三层原子组成。顶层和底层在一个六边形的角上有六个原子，每个六边形的中心有一个原子。中间层包含三个原子，夹在顶层和底层的原子之间，因此得名紧密排列。六方密堆(hcp)是两种密度最高的简单原子堆类型之一，另一种是面心立方(fcc)。然而，与fcc不同的是，它不是一个Bravais晶格，因为有两个非等价的晶格点集合。含有HCP结构的金属包括铍、镁、锌、镉、钴、铊和锆。HCP金属不如FCC金属韧性好。

原子填充因子- APF

在结晶学,原子填充因子(APF)，填充效率或填充率是单位胞内所有原子的球体积之和(假设原子硬球模型)除以单位胞体积。

按照惯例，APF是通过假设原子是刚性球体来确定的。球体的半径被认为是原子不重叠的最大值。在材料科学在美国，单位电池的原子填充因子解释了材料的许多特性。例如，具有高原子填充系数的金属将具有更高的延展性或延展性，类似于当石头靠得更近时，道路会更光滑，使金属原子更容易滑过另一个。

例如，在fcc排列中，一个单元格包含(8个角原子×⅛)+(6个面原子×½)= 4个原子。这种结构，连同它的六边形相对结构(hcp)，具有最有效的包装(74%)。

晶粒结构与晶界

谷物-谷物边界 — 来源:美国能源部，材料科学部。DOE基础手册，第1卷和第2卷。1993年1月。

并不是所有的固体都是单晶(例如。硅半导体)．大多数晶体固体是由许多大小和方向不同的小晶体或颗粒组成的集合。这些都随机晶体取向．当金属开始结晶时，相变开始于小晶体生长，直到它们融合，形成多晶结构．在最后一块固体材料中，每个小晶体(称为“谷物)是原子具有周期性排列的真正晶体，但整个多晶体没有原子的周期性排列，因为周期模式在晶界．晶粒和晶界有助于确定材料的性质。

谷物，也被称为结晶，是小的甚至是微观的晶体，它是在许多材料的冷却过程中形成的(结晶)。金属的一个非常重要的特征是晶粒的平均大小。晶粒的大小决定了金属的性能。例如，晶粒尺寸越小，拉伸强度越高，延展性越好。更大的晶粒尺寸是改善高温蠕变性能的首选。蠕变是在恒定的载荷或应力下随时间增加的永久变形。随着温度的升高，蠕变逐渐变得容易。
晶界．晶界指的是一个晶界与其他晶界分开的外部区域。晶界将晶体结构相同的不同取向的晶体区(多晶)分开。晶界是晶体结构中的二维缺陷，往往会降低材料的导电性和导热性。大多数晶界是开始腐蚀和从固体中析出新相的首选位置。它们对许多蠕变机制也很重要。另一方面，晶界扰乱位错的运动通过一个材料。由于晶界缺陷区应力场的存在，以及晶界缺陷区缺乏滑移面和滑移方向以及晶界的整体对准，位错传播受到阻碍。因此，减小晶粒尺寸是提高机械强度的常用方法，因为更小的晶粒在滑移面单位面积上产生更多的障碍。

粒取向

的微晶的取向可以是随机的，没有首选方向，称为随机纹理，或首选，可能是由于生长和加工条件。随机取向可通过横轧材料获得。如果这样的样品在一个方向上被充分地轧制，它可能在轧制方向上形成面向晶粒的组织。这就是所谓的择优取向．在许多情况下，偏好取向是非常可取的，但在其他情况下，它可能是最有害的。例如，铀燃料元件的优先取向会在核反应堆中使用期间导致尺寸的灾难性变化。

特别参考:美国能源部，材料科学。DOE基础手册，第1卷和第2卷。1993年1月。

多态性和同素异形

Fe-Fe3C相图 — 图中为铁-铁碳化物(Fe-Fe3C)相图。含碳率和温度决定了铁碳合金的相，从而决定了其物理特性和力学性能。碳含量的百分比决定了亚铁合金的类型:铁、钢或铸铁。来源:wikipedia.org Läpple, Volker - Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen。License: CC BY-SA 4.0

一些晶体材料可能有不止一个晶体结构，这种现象被称为多态性．多态性是一种材料的多重结晶形式的发生。根据吉布斯相平衡规则，这些独特的晶体相依赖于密集的变量，如压力而且温度．多态性与同素异形，指化学元素。也就是说，多态是指包括合金和化学元素在内的任何晶体材料的更普遍的术语。每种多形体实际上是一种不同的热力学固态，同一化合物的晶体多形体表现出不同的物理性质，如溶解速率、形状(晶面之间的角度和晶面生长速率)、熔点等。因此，多态在结晶产品的工业制造中具有重要意义。

一个熟悉的例子是碳。石墨(一种柔软、黑色、片状固体，中等电导体)在环境条件下是稳定的多形体，而金刚石(一种极硬、透明的晶体，碳原子排列在四面体晶格中。不良的导体。一种极好的热导体)在极高的压力下形成。

另外,纯铁在室温下有BCC晶体结构，在913℃时变为FCC铁。锆是HCP (α)高达863°C，在那里它转变为BCC (β，锆)形式。问题是这些相变形成了这种材料很脆弱的．

参见:锆合金的高温蒸汽氧化

引用:

材料科学:

美国能源部，材料科学部。DOE基础手册，第1卷和第2卷。1993年1月。
美国能源部，材料科学部。DOE基础手册，第2卷和第2卷。1993年1月。
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拉玛什，巴拉塔，《核工程概论》3d版，北京理工大学学报，2001,ISBN: 0-201-82498-1。

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材料科学

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