几乎所有元素的晶体结构都被人们测定过，其中较简单的三种典型的晶体结构为面心立方、体心立方和密排六方。
1.面心立方
面心立方晶胞如图2-22所示，在晶胞中原子位于六面体的八个顶点和六个表面的面心位置，即（0，0，0），（1/2，1/2，0），（1/2，0，1/2），（0，1/2，1/2）。根据式（2-45），每个晶胞内包含有四个原子。晶胞的点阵常数可以用a来表示。可以将原子看作是半径相等的，相互吸引的小钢球，由于能量条件的要求，这些小钢球总是趋于最紧密的排列，最邻近的小钢球彼此相切，相切的两个原子中心之间的距离为原子直径。在面心立方中最密排面是{111}，密排方向是<110>，原子直径为（
）a，原子半径则为（
）a。在{111}面上每一列原子都是紧密相切的，第二列紧密排列的原子位于第一列原子的空隙处，而第三列原子又位于第二列原子的空隙处，依次排列构成{111}密排面，如图2-23所示。在密排面上每个原子和周围6个原子相切，假设在密排面内各小钢球的位置用A来表示，则间隙位置有两种，分别以B和C表示。第二层排面上的原子排在B位置，第三层密排面上的原子位于C位置，一直到第四层密排面原子才重复出现在A位置，如图2-23所示。所以面心立方密排面的堆垛次序为ABCABC…。
图2-22 面心立方晶胞
a）钢球模型 b）质点模型 c）晶胞中原子数示意图
图2-23 面心立方{111}面上原子排列及{111}面原子堆垛次序
在晶体中每一原子周围所具有的，与其等距离的最近邻的原子数目叫做配位数。很显然，在面心立方晶体中，和某一原子相距为（
）a的最近邻原子数有12个，故配位数为12。
原子钢球在空间堆垛的紧密程度可以用致密度来衡量，致密度亦称为堆跺密度。致密度以单位晶胞中原子钢球所占体积和晶胞的体积之比来表示。在面心立方晶胞中，原子所占体积为74%，而余下的26%则为晶胞内的空隙体积。面心立方晶胞中的间隙有两种，一种称为八面体间隙，间隙的中心位于晶胞的体心位置和晶胞每个棱边的中点，它是由周围六个原子所围成的八面体中心，故称为八面体间隙。在面心立方晶胞中，八面体间隙的半径为原子半径的0.41倍；另一种间隙称为四面体间隙，它是由一个顶角原子和相邻的三个面心原子所组成的四面体所围成。四面体间隙的半径为原子半径的0.225倍。如图2-24和图2-25所示。在八面体间隙和四面体间隙处常常可以容纳某些半径比较小的杂质原子或溶质原子。
图2-24 面心立方结构的间隙
a）八面体间隙 b）四面体间隙
图2-25 面心立方的八面体间隙和四面体间隙的钢球模型
2.体心立方
体心立方晶胞如图2-26所示。原子位于六面体的每个顶角和体心位置，即原子坐标为（0，0，0）和（1/2，1/2，1/2），每个晶胞中有2个原子，晶胞的点阵常数可以用a来表示。最密排方向为体对角线方向，即<111>。在<111>方向上原子紧密排列，彼此相切，原子半径为（3/4）a，每一个原子周围有8个最近邻原子，因此配位数为8。但每个原子周围除有8个最近邻原子外，尚有6个次近邻原子，次近邻原子的距离比最近邻原子距离远约15%左右，因此往往要考虑到次近邻原子的作用，有时将配位数记为8+6，即有效配位数要大于8。在体心立方晶胞中，没有类似面心立方{111}的那种最密排面，原子排列比较紧密的面是{110}，其上有<111>族的两个最密排方向。体心立方晶胞的致密度为0.68。它的致密度比面心立方小，总间隙比较大。它的间隙位置也分为两种，如图2-27所示。一种是扁八面体间隙，位于晶胞六面体的每个面的中心位置和每个棱的中心，八面体间隙半径为原子半径的0.154倍。另一种是四面体间隙位于由两个体心原子和两个顶角原子所组成的四面体中心，四面体间隙半径为原子半径的0.291倍。由此看出虽然体心立方的总间隙体积比面心立方的大，但从它的间隙尺寸分析则每个间隙体积比较小，而且它的四面体间隙尺寸比八面体间隙要大，这和面心立方情况相反，因此在体心立方晶体的间隙中所能容纳的杂质原子或溶质原子量往住比面心立方要少。
图2-26 体心立方晶胞
a）钢球模型 b）质点模型 c）晶胞中原子数示意图
图2-27 体心立方结构的间隙
a）八面体间隙 b）四面体间隙
3.密排六方结构(www.xing528.com)
密排六方的晶胞可以有两种取法，一种取法为一平行六面体，每个晶胞中包含有位于晶胞内和八个顶点位置的原子共2个。但为了更好地反映晶体的对称性而选取六棱柱体为晶胞，如图2-28所示，此晶胞的体积恰好为平行六面体的3倍，这样的晶胞中包含有6个原子，晶胞内有3个，12个顶角原子和上下两个底心原子。晶格常数用a、c两个数值表示，a表示底面的六角形边长，c表示棱柱体的高度。晶胞内的原子位于c=1/2处，它们在底面上的投影分别落在三个相间的三角形的中心位置。在理想情况下（最密排情况），底面上原子之间距离和上下层间原子间距相等，此时轴比
。但实际上很多呈这种结构的晶体其轴比在1.633附近变动。当同一底面上原子之间距离大于上下层的原子之间距离时，c/a<1.633；当底面上原子之间距离小于上下层的原子之间距离时，轴比c/a>1.633。当c/a=1.633时，原子半径为a/2，配位数为12，致密度约为0.74。当轴比偏离1.633时，配位数可记为6+6。在密排六方结构中，最密排面是（0001），其上有3个最密排方向[]，[
]和[
]。在密排面（0001）上原子排列情况和面心立方{111}上原子排列情况完全一样，只是密排面的堆垛次序不一样。在面心立方中堆垛次序为ABCABC…，而在密排六方中堆垛次序为ABABAB…。密排六方结构中总的间隙体积与面心立方相同，它的间隙位置也分为两种，如图2-29所
图2-28 密排六方结构晶胞
a）钢球模型 b）质点模型 c）晶胞中原子数示意图
图2-29 密排六方结构的间隙
a）八面体间隙 b）四面体间隙
示，一种为八面体间隙，间隙半径为原子半径的0.41倍，另一种为四面体间隙，间隙半径为原子半径的0.225倍。最后要指出的是密排六方结构是属于简单六方点阵的，因为晶胞内处于（0，0，0）和（2/3，1/3，1/2）处的二类原子的环境是不同的，不能同时作为阵点，如果顶角为阵点，那么体内三个原子应分别附属于一个顶角，这就是说每个阵点包含着两个原子，所以密排六方结构属于简单六方点阵。
4.其他类型结构
（1）复杂密排结构
在密排结构中，除了密排次序为ABCABC…的面心立方和ABAB…的密排六方结构以外，尚有更复杂的密排结构。已测定出一种四层密排结构，堆跺次序为〔ABAC〕ABAC…，在镧系元素中的α-镨、α-钕等和锕系中的α-镅都具有这种结构。另有一种九层的密排结构，堆跺次序为〔ABCBCACAB〕…，镧系元素中的钐具有这种结构。在各种密排结构中往往由于加工或相变等造成堆垛次序的错误，因而形成错层。
（2）金刚石结构
金刚石结构如图2-30所示，这种晶体结构也属于面心立方点阵。每一阵点上有两个原子。可以看成是两个面心立方点阵穿插而成。两个面心立方点阵沿着体对角线相对位移了体对角线的1/4长度。每个晶胞中包含有8个原子，原子之间最近距离为（
）a。每一个原子被4个邻近原子所包围，此四个邻近原子组成一个四面体，该原子位于四面体中心，这种结构的配位为4。致密度约为0.344。
图2-30 金刚石结构
a）共价键 b）晶胞 c）原子在底面的投影
（3）其他亚金属结构
第VA族元素As、Sb、Bi具有菱方结构，如图2-31所示。配位数等于3，每个原子有三个最近邻的原子，以共价键方式相结合并形成层状结构（图2-31中水平面）。层与层之间结合带有金属键的性质。所以，这几种亚金属兼有金属和非金属的特性。图2-32第VIB族元素Se和Te的晶体结构，其配位数等于2，每个原子有两个近邻，以共价键方式相结合。原子组成呈螺旋分布的链状结构。其结构可归为菱方，当采用六方系坐标轴时，用c和a两个点阵常数来表明晶胞的大小。螺旋链绕着c轴，原子与c轴距离为x，Se和Te的x值分别等于0.217a和0.269a。
图2-31 第VA族元素As、Sb、Bi的晶体结构
图2-32 Se和Te的晶体结构
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