常见金属的晶格类型探究

在已知的80多种金属元素中，除少数具有复杂的晶体结构外，大多数都具有简单的晶体结构。这是由于金属键没有方向性和饱和性，结合对象的选择性不强，所以金属原子结合在一起总是趋于结合得最紧凑和最密集。这种最密集的排列方式就是面心立方晶格和密排六方晶格，其次为体心立方晶格。

1.体心立方晶格

体心立方晶格的晶胞是立方体，立方体的8个顶角和中心各有一个原子，如图2－2所示。具有这种晶格的金属有钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)、α铁(α－Fe)等。

图2－2　体心立方晶格的晶胞

2.面心立方晶格

面心立方晶格的晶胞也是立方体，立方体的8个顶角和6个面的中心各有一个原子，如图2－3所示。具有这种晶格的金属有金(Au)、银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、γ铁(γ－Fe)等。

图2－3　面心立方晶格的晶胞

3.密排六方晶格(www.xing528.com)

密排六方晶格的晶胞是六方柱体，在六方柱体的12个顶角和上下底面中心各有一个原子，另外在上下面之间还有3个原子，如图2－4所示。具有此种晶格的金属有镁(Mg)、锌(Zn)、铍(Be)、α钛(α－Ti)等。

图2－4　密排六方晶格的晶胞

晶格中的原子并非是静止不动的，而是按一定的振幅振动着。振幅随着温度的升高而增强，原子的活动能力也就增强。这对于金属在高温时的结构和性能的变化有很大的影响。以上3种典型金属晶体结构的特点(见表2－1)。

表2－1　三种典型金属的晶体结构特点

金属晶体的特性如下。

(1)金属晶体具有确定的熔点。金属在由固态熔化成为液态时，其转变温度保持不变。而非晶体材料在固态熔化成为液态时，温度逐渐上升。

(2)金属晶体性能具有各向异性的特点。在晶体中，不同的原子排列方式和紧密程度不同，它们之间的结合力大小也不同，因此金属晶体在不同方向上的性能(力学性能、物理性能、化学性能)不同。这种性质就称为晶体的各向异性。