什麼是六方最密堆積結構
將最密堆積面以ABAB…方式疊合的晶體結構(HCP)。配位數12,理想的 c/a 約為1.633。Mg、Ti、Zn等。
日文名稱: 六方最密構造
「六方最密堆積結構」出現在1領域的1道練習題中(晶體結構與米勒指數等)。
這個名詞所屬的領域: 晶體結構與米勒指數
將最密堆積面以ABAB…方式疊合的晶體結構(HCP)。配位數12,理想的 c/a 約為1.633。Mg、Ti、Zn等。
日文名稱: 六方最密構造
「六方最密堆積結構」出現在1領域的1道練習題中(晶體結構與米勒指數等)。
這個名詞所屬的領域: 晶體結構與米勒指數
HCP是將最密面依ABAB…的順序堆疊而成的結構。常畫出的六角柱中,頂點有12×1/6、上下面中心有2×1/2、內部有3個,淨含6個原子。作為晶格的單位晶胞(底面為菱形的柱)含有2個原子。剛體球理想地相接觸時,c/a 為 √(8/3) ≈ 1.633,配位數12、堆積因子約0.74,與FCC同為最密堆積。Mg、Ti、Zr、Zn、Co、Be等在室溫下是這種結構。
實際HCP金屬的 c/a 偏離理想值,Zn約1.86、Cd約1.89較大,Mg約1.62幾乎為理想值,Ti與Zr約1.59、Be約1.57較小。c/a 大的金屬底面的晶面間距寬,以底面滑移為主。c/a 小於理想值的Ti與Zr,則容易發生柱面滑移。即使同為HCP,作用的滑移系統不同,變形的難易與織構的形成方式也會改變,因此 c/a 是重要的指標。
多晶要自由改變形狀,需要5個獨立滑移系統。HCP的底面滑移{0001}<11-20>只有3個系統,其中獨立的只有2個,無法承擔c軸方向的變形。因此,若具有c軸方向分量的錐面滑移或雙晶變形不作用,晶界處的變形便無法協調而容易破裂。鎂合金板在室溫下難以沖壓、多半加溫後成形,原因就在這裡;鈦的冷加工也不像FCC金屬那麼容易。
HCP的晶體對稱性低,因此楊氏模數、熱膨脹係數、滑移的難易在c軸方向與垂直於c軸的方向上不同。軋延的板容易形成底面與板面平行的織構,強度與成形性會隨板的方向而改變。在核反應爐燃料被覆管所用的鋯合金中,會控制織構,使析出的氫化物方向排列在不易破裂的方向。對HCP金屬零件,必須連同晶體方位的排列方式一併考慮其性質。
正確答案:A. c/a ≈ 1.633,堆積因子與FCC相同,約為0.74
HCP是將最密堆積面以ABAB…方式疊合的結構,剛體球理想接觸時 c/a = √(8/3) ≈ 1.633。配位數為12,堆積因子約為0.74,與以ABCABC…方式疊合的FCC同為最密堆積。約0.68是BCC的堆積因子,1.414(√2)是FCC面對角線與稜邊長度的比,並不是HCP的 c/a。實際的HCP金屬 c/a 會偏離理想值,Mg約為1.62,Ti約為1.59,Zn約為1.86。由於滑移系統較少,HCP金屬在室溫下的延性往往低於FCC金屬。
下層的3個球與上方的1個球相接觸形成正四面體,其高度為原子間距離a的 √(2/3) 倍。c 是這個高度的2倍,因此 c/a = 2√(2/3) = √(8/3) ≈ 1.633。
底面為菱形的基本單位晶胞中有2個。以六角柱計算,頂點12×1/6 + 上下面心2×1/2 + 內部3 = 6個,相當於3個基本單位晶胞。
兩者都是堆疊最密面的結構,但堆疊順序HCP為ABAB…,FCC為ABCABC…。堆疊中只要有1處錯亂,FCC中就會出現HCP的排列,因此也有像鈷這樣在約420℃發生HCP與FCC互換的金屬。