第一章金属的晶体结构周期表中金属与非金属元素界线附近元素具有二重性，称为类（亚）金属，如碳、硼、硅、锡、锗等。金属原子结构中最外层电子数很少，极易失去电子而形成电子层结构稳定的正离子状态；非金属原子则最外层电子数较多，易于得到电子而形成稳定结构的负离子状态。所以金属为正电性原子，非金属为负电性原子。1.1.2晶体中的结合键：离子键：盐类、碱类、金属氧化物。如NaCl。结合力较强，无方向性。所以离子化合物硬而脆，变形能力差；共价键：亚金属间的结合，具有方向性和饱和性，且结合极为牢固，共价晶体结构稳定、熔点高、质硬脆。如金刚石、SiC、SiO2；分子键（范德华力）：无方向性、饱和性，结合能低；金属键：绝大多数金属。金属原子间的结合取决于失去外层价电子的原子核（正离子）与弥漫其间的共有化自由电子的相互作用，这种作用通常称为金属键。金属键没有饱和性和方向性。因而每个原子趋于同更多的原子结合，形成低能量的紧密堆积结构。金属键的基本特点：电子共有化形成电子云在金属原子键结合情况下，以过渡族金属的原子间结合能最大，约为438~836kJ／mol，铜、银、金等约为293~334kJ/mol，钠、钾、锂等碱金属则约为84~168kJ／mol。所以过渡族金属通常具有较高的熔点和弹性模量，而热膨胀系数与压缩系数均较小（原子内层电子云已有相当重叠而不易压缩）。1.1.3原子间的结合能原子间的结合力和结合能通常利用“双原子模型”来表达。ro-原子的平衡间距原子结合能：平衡间距下的原子间相互作用能原子结合能越大，原子结合越稳定1.1.4金属的晶体性固态物质按其原子（或分子）聚集的组态，可划分为晶体（Crystals）与非晶体两大类。晶体中的原子在空间呈有规则的周期性的重复排列；而非晶体中的原子则无规则排列。晶体与非晶体性能有很大差异，主要表现在：晶体具有一定的熔点，非晶体则没有；晶体的某些物理性能和力学性能在不同的方向上具有不同的数值，呈现出各向异性，而非晶体则是各向同性的。某些天然晶体，如金刚石、水晶、NaCl等，其中所有原于均排列为相同位向的结构，称为单晶体。固态金属通常是由许多不同位向的小晶体组成，所以称为多晶体。通常工程上实际应用的金属材料都是“多晶体”，也就是由无数个小“单晶体”（常称为晶粒）所组成。因此，在晶粒交界处两边原子的排列不能恰好衔接在一起，出现一个原子排列不规则区域，这就是晶粒间界，简称为晶界。晶界的存在破坏了整块晶体的完整性，使原子的规则排列只局限于每个晶粒内部。对于由许多位向不同的晶粒所组成的多晶体金属而言，显然各晶粒的各向异性由于晶粒彼此位向不同而被掩盖（平均化）。所以在一般情况下，多晶体金属的性能表现为各向同性（又称作伪各向同性）。1.2晶体学基础1.2.1晶体结构与空间点阵：晶体物质的基本特征是物质质点在空间排列的规则性。这些质点既可以是组成物质的同类或异类单原子（离子、分子），也可以是等同的原子集团。由这些实际原子排列成的规则集合体称为晶体结构，也称为晶体点阵。组成晶体的物质质点不同，排列的规则不同，或者周期性不同，就可以形成各种各样的晶体结构，即实际存在的晶体结构可以有很多种。假定晶体中的物质质点都是固定的刚球，那么晶体即由这些刚球堆垛而成。图为原子的刚球堆垛模型。原子在各个方向的排列都很规则。刚球模型的优点是立体感强，很直观；刚球模型的缺点是很难看清内部原子排列的规律和特点，不便于研究。为了表明物质质点在空间排列的规律性，常常将实际质点抽象为纯粹的几何点，称之为阵点或结点。这些阵点或结点可以是原子或分子的中心，也可以是彼此等同的原子群或分子群的中心，每个阵点的周围环境都相同。这种阵点有规则地周期性重复排列所形成的空间几何图形即称为空间点阵。人为地将阵点用直线连接起来形成空间格子，称之为晶格。1.2.2晶胞为说明空间点阵排列的规律和特点，可在点阵中取出一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。将晶胞作三维的重复堆砌就构成了空间点阵。同一空间点阵可因选取方式不同而得到不相同的晶胞。为此，要求选取晶胞最能反映该点阵的对称性，选取晶胞的原则为：(1)选取的平行六面体应反映出点阵的最高对称性；(2)平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；(3)当平行六面体的棱边夹角存在直角时，直角数目应最多；(4)在满足上述条件的情况下，晶胞应具有最小的体积。通常选定晶胞角上某个阵点为参考坐标原点（习惯上多取晶胞后左下角阵点），从该点出发的三个棱边为坐标轴X、Y、Z（称为晶轴）；晶胞及其所属点阵类型即可由三个棱边长度a、b、c（点阵常数）和各晶轴间的夹角a，b，g等六个参数（点阵参数）表达出来