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如果把晶体中的原子看成是一个个等直径的刚球,不管原子以哪种方式进行堆垛,在原子之间都必然存在许多间隙,这些间隙对金属的性能以及形成合金后的晶体结构、原子扩散、固态相变等都有重要的影响。
常见的面心立方、体心立方和密排六方结构晶体中的间隙分别是怎样的呢?
1、面心立方结构中的间隙
面心立方结构存在两种间隙,一种是八面体间隙,另一种是四面体间隙,见图1。从图中可以看出,八面体间隙是由六个原子所围成,四面体间隙位于四个原子所组成的四面体中间。由于各个棱边的边长相等,各原子中心至间隙中心的距离也相等,因而,它们分别属于正八面体间隙和正四面体间隙。

见图1
面心立方结构中,一个八面体间隙位于晶胞中心处,其余的八面体空隙位于晶胞棱边的中点处。因而,在一个面心立方晶胞中包含四个八面体间隙。八面体间隙的原子至间隙中心的距离为a/2,原子半径为
a/4,所以间隙半径为
≈0.146a。
面心立方结构中的四面体间隙位于立方体的体对角线上,一个晶胞中有八个这种间隙。根据几何学关系可求出两种间隙能够容纳的最大圆球半径。面体间隙的原子至间隙中心的距离为
,所以佳能系半径为
≈0.06a。可见,在面心立方晶体中,八面体间隙比四面体间隙大得多。
2、体心立方结构中的间隙
体心立方结构也存在两种间隙,即八面体间隙和四面体间隙,如图2 所示。

图2
八面体四个角上的原子中心至间隙中心的距离较远,为
a/2,而上下顶点的原子中心至间中心的距离较近,为a/2。间隙的棱边长度不全相等,是一个不对称的扁八面体间隙。间隙半径为顶点原子至间隙中心的距离减去原子半径:
≈0.067a。间隙中心位于立方体各面的中心以及棱边的中点。一个晶胞中有六个八面体间隙。
四面体间隙的棱边长度不全相等,也是不对称间隙,四面体间隙位于晶胞的各个面上,每个面上均有四个四面体间隙位置,一个品胞中有12个四面体间隙。原子中心到间隙中心的距离为
a/4,因此,间隙半径为
≈0.126a。四面体间隙比八面体间隙大得多。
3)密排六方结构中的间隙

图3
密排六方结构的八面体间隙和四面体间隙的形状与面心立方结构的完全相似,但位置不同,如图3所示。三种典型晶体中的间隙下表。

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