六方密堆积 (HCP)：结构、性质与延展性

什么是六方密堆积？

六方密堆积 (HCP) 通过 ABABAB... 层序列排列——每隔一层直接位于第一层正上方。堆积效率与 CCP 相同，为 74%。

学习目标：

1. 描述 HCP 单元格的结构。
2. 计算每单元格的原子数。
3. 比较 HCP 和 CCP 的结构差异。
4. 解释 HCP 金属延展性较差的原因。

HCP 单元格

原子计数

• 12 个角原子 × 1/6 = 2
• 2 个面原子 × 1/2 = 1
• 3 个内部原子 × 1 = 3
• 总计：6 个原子

ABABAB vs ABCABC

关键区别在于第三层的放置位置：

• HCP：第三层 (C) 直接放在第一层 (A) 正上方 → ABABAB
• CCP：第三层 (C) 错位于 A 和 B 都不同的位置 → ABCABC

两者堆积效率和配位数相同，但滑移系统数不同，导致力学性质有差异。

延展性差异

HCP 只有 3 个滑移系统 → 层间滑移更困难 → 更脆。

例题：密度计算

已知：Mg (HCP)，$a = 320$ pm，$c = 520$ pm，$M = 24.3$ g/mol。

六方单元格体积：$V = \frac{3\sqrt{2}}{2}a^2 c$

常见错误

1. 认为 HCP 堆积效率低于 CCP — 两者都是 74%。差异在于层序列和滑移系统。

2. 原子数搞错 — HCP 的六方单元格有 6 个原子（不是 4 或 2）。

3. 忽略 $c/a$ 比 — 理想值 1.633。偏离表示非理想堆积。

常见问题

某些金属为什么偏好 HCP 而非 CCP？

取决于电子结构和原子大小。两者能量差很小，有些金属在不同温度下转换（如钴在 417°C 从 HCP 变为 FCC）。

相关主题

• 面心立方堆积 — ABCABC 堆积方案。
• 八面体空隙 — 密堆积中的空隙。
• 四面体空隙 — 更小的空隙。