常见的晶格类型有哪些:区分要点与判定方法
常见的晶格类型有哪些,材料学基础里主流分为14种布拉维晶格,工程上高频使用的是简单立方、体心立方、面心立方、密排六方四类,你可以通过晶胞内原子位置、配位数、致密度三个指标快速识别,这套判定方式适合大学材料专业课答题、金相预习以及晶体结构识图,不适用于复杂共价晶体、非晶态物质的结构判定,非晶没有周期性晶格,不能套用这套分类。
常见的晶格类型基础参数对比
| 晶格名称 | 配位数 | 致密度 | 典型材料 |
|---|---|---|---|
| 简单立方 | 6 | 0.52 | 钋 |
| 体心立方 | 8 | 0.68 | α铁、铬、钨 |
| 面心立方 | 12 | 0.74 | γ铁、铜、铝 |
| 密排六方 | 12 | 0.74 | 镁、锌、钛 |
简单立方晶格的原子只分布在立方体八个顶点,顶点原子被相邻八个晶胞共享,单个晶胞实际占有一个原子,这种晶格在常见金属里比较少见,多数只出现在少数放射性单质晶体中,你在做题时不要把它和体心立方混淆,体心立方会在立方体中心额外多出一个独立原子。
体心立方晶格原子位于立方体顶点与体心位置,晶胞原子总数为两个,滑移系数量相对偏少,材料常温下塑性较为有限,很多高熔点金属会采用这种结构,升温到特定相变温度后,部分金属可以转变为面心立方晶格,铁在912摄氏度上下就会发生这个结构转变。
面心立方晶格原子分布在立方体顶点与六个面的中心,面心原子由两个晶胞共用,单个晶胞包含四个原子,它的滑移系数量多,塑性表现更好,铜、铝这类容易冲压、拉伸成型的金属大多属于面心立方晶格,相同温度条件下,这类晶体的变形能力通常优于体心立方晶格。
密排六方晶格不属于布拉维立方晶格体系,晶胞外形为六棱柱,上下两个六边形底面顶点和底面中心都排布原子,棱柱中间还有三层原子,它和面心立方晶格致密度相同,只是原子堆叠顺序不一样,面心立方是ABC堆叠,密排六方是AB堆叠。
堆叠顺序是核心区分点。
14种布拉维晶格按照晶系可以划分为7大晶系,分别是立方晶系、四方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系、六方晶系、菱方晶系,立方晶系内部包含简单立方、体心立方、面心立方三种布拉维格子,其余晶系各自对应数量不等的布拉维格子,学习的时候优先掌握立方晶系,再拓展其余晶系。
配位数指一个原子周围紧邻且等距的原子数量,配位数数值越高,原子堆积越紧密,致密度是晶胞中原子总体积和晶胞体积的比值,这个数值不会超过1,密排结构的致密度上限为0.74,不存在更高的等径球密排致密度,你在计算的时候可以用这个数值核对计算结果是否存在明显偏差。
晶格类型只描述原子周期性排布的几何框架,不等同于晶体,相同晶格类型的物质,原子种类不同,物理性能差距很大,同为面心立方的铝和金,硬度、电阻率差别明显,晶格结构是决定性能的一个重要因素,不是唯一因素。
