第四章 材料科學(xué)基礎(chǔ)3

1、4.34.3 典型的晶體結(jié)構(gòu)及幾何特征典型的晶體結(jié)構(gòu)及幾何特征晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)：晶體中原子（分子或離子）在空間的具體晶體中原子（分子或離子）在空間的具體排列方式。排列方式。晶體的幾何特征晶體的幾何特征：晶胞內(nèi)的原子數(shù)，致密度，配位數(shù)，晶胞內(nèi)的原子數(shù)，致密度，配位數(shù)，以及晶體間隙。以及晶體間隙。4.3.1 金屬晶體結(jié)構(gòu)金屬晶體結(jié)構(gòu)（1）三種典型的金屬的晶體結(jié)構(gòu)三種典型的金屬的晶體結(jié)構(gòu)最常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)類型：最常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)類型：面心立方結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu)( (face-centered cubic, “fcc”) )體心立方結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu)( (body-centered cubic, “b

2、cc”）密排六方結(jié)構(gòu)密排六方結(jié)構(gòu) (hexgonal colsed-packed, “hcp”）-Fe-Fe、AlAl、CuCu、NiNi、AuAu、AgAg、PtPt等約等約2020種金種金屬是面心立方結(jié)構(gòu)。屬是面心立方結(jié)構(gòu)。剛球模型剛球模型晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù)質(zhì)點(diǎn)模型質(zhì)點(diǎn)模型1) 1) 面心立方結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu) (face-centered cubic, “fcc”)a.a.晶胞中的原子數(shù)晶胞中的原子數(shù)81/8+61/2=4b.b.晶胞晶胞常數(shù)與原子半徑的關(guān)系常數(shù)與原子半徑的關(guān)系c.c.配位數(shù)與致密度配位數(shù)與致密度晶體中原子排列的緊密程度與晶體結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。為了晶體中原子排列的緊密程度與晶

3、體結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。為了定量地表示定量地表示原子排列的緊密程度原子排列的緊密程度，采用配位數(shù)和致密度，采用配位數(shù)和致密度兩個(gè)參數(shù)。兩個(gè)參數(shù)。配位數(shù)配位數(shù)(CN, coordination number): 晶體結(jié)構(gòu)中，任一晶體結(jié)構(gòu)中，任一原子周圍最近鄰且等距的原子數(shù)。原子周圍最近鄰且等距的原子數(shù)。配位數(shù)越大，原子排配位數(shù)越大，原子排列的緊密程度越高列的緊密程度越高致密度致密度（APF, atomic packing factor）：晶體結(jié)構(gòu)中晶體結(jié)構(gòu)中各原子總體積占晶胞體積的百分比各原子總體積占晶胞體積的百分比。2) 體心立方結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu) (body-centered cubic, “bcc”

4、)-Fe、-Fe-Fe、CrCr、W W、MoMo、V V、NbNb等約等約3 30 0種金種金屬是體心立方結(jié)構(gòu)。屬是體心立方結(jié)構(gòu)。剛球模型剛球模型質(zhì)點(diǎn)模型質(zhì)點(diǎn)模型晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù)a.a.晶胞中的原子數(shù)晶胞中的原子數(shù)b.晶胞常數(shù)與原子半徑的關(guān)系c.配位數(shù)與致密度3) 3) 密排六方結(jié)構(gòu)密排六方結(jié)構(gòu) (hexagonal closed-packed, “hcp”)-Ti、Be、Zn、Cd、Mg等金屬是密排六方結(jié)等金屬是密排六方結(jié)構(gòu)。構(gòu)。剛球模型剛球模型質(zhì)點(diǎn)模型質(zhì)點(diǎn)模型晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù)a.a.晶胞中的原子數(shù)晶胞中的原子數(shù)b.晶胞常數(shù)與原子半徑的關(guān)系c.配位數(shù)與致密度求解求解hcphcp的致

5、密度的致密度（2)2)晶體的原子堆垛方式和間隙晶體的原子堆垛方式和間隙1)1)晶體中原子堆垛方式晶體中原子堆垛方式 金屬晶體中原子是以金屬晶體中原子是以緊緊密堆積密堆積的形式存在的的形式存在的 。 在一層中，最緊密的在一層中，最緊密的堆積方式，是一個(gè)球與周堆積方式，是一個(gè)球與周圍圍 6 個(gè)球相切，在中心的個(gè)球相切，在中心的周圍形成周圍形成 6 個(gè)凹位，將個(gè)凹位，將其算為第一層。其算為第一層。等徑球等徑球在平面上最緊密堆垛方式 123456 第二層第二層 對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn) 1，3，5 位。位。 ( 或?qū)?zhǔn)或?qū)?zhǔn) 2，4，6 位，其情形是

6、一樣的位，其情形是一樣的 )123456AB， 關(guān)鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊關(guān)鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。密的堆積方式。 下圖是此種下圖是此種六方六方緊密堆積緊密堆積的前視圖的前視圖ABABA 第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球。123456 于是每兩層形成一個(gè)周期，于是每兩層形成一個(gè)周期，即即 AB AB 堆積方式，形成六堆積方式，形成六方緊密堆積。方緊密堆積。 配位數(shù)配位數(shù) 12 。 ( 同層同層 6，上下層各，上下層各 3 )HCPhcp晶體的原子堆垛方式晶體的原子堆垛方式（ABAB）最密排面最密排面00010

7、001 第三層的另一種排列第三層的另一種排列方式方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層，是將球?qū)?zhǔn)第一層的的 2，4，6 位，不同于位，不同于 AB 兩層的位置，這是兩層的位置，這是 C 層。層。123456123456123456123456此種立方緊密堆積的前視圖此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC 第四層再排第四層再排 A，于是形，于是形成成 ABC ABC 三層一個(gè)周三層一個(gè)周期。期。 得到面心立方堆積。得到面心立方堆積。 配位數(shù)配位數(shù) 12 。( 同層同層 6， 上下層各上下層各 3 ) FCCBCA ABC ABC 形式的堆積，形式的堆積，為什么是面心立方堆積？為什么是面心立方堆積？ 我們來加以

8、說明。我們來加以說明。最密排面最密排面111fcc晶體的原子堆垛方式晶體的原子堆垛方式（ABCABC）ABABC原子堆垛模型原子堆垛模型 這兩種堆積都是這兩種堆積都是最緊密堆積最緊密堆積，空間利，空間利用率為用率為 74%。 金屬鉀金屬鉀 K 的的立方體心堆積立方體心堆積 還有一種空間利用率稍低的堆積方式，還有一種空間利用率稍低的堆積方式，體心立方堆積體心立方堆積：立方體立方體 8 個(gè)頂點(diǎn)上的球互不相切，但均與體心位置上的球相切。個(gè)頂點(diǎn)上的球互不相切，但均與體心位置上的球相切。 配位數(shù)配位數(shù) 8 ，空間利用率為，空間利用率為 68% 。2)2)晶體中原子間的間隙晶體中原子間的間隙 由于球體之間

9、是剛性點(diǎn)接觸堆積，最緊密堆積中由于球體之間是剛性點(diǎn)接觸堆積，最緊密堆積中仍然有空隙存在。從形狀上看，空隙有兩種：一種仍然有空隙存在。從形狀上看，空隙有兩種：一種是是四面體空隙四面體空隙，由，由4 4個(gè)球體所構(gòu)成，球心連線構(gòu)成個(gè)球體所構(gòu)成，球心連線構(gòu)成一個(gè)四面體；另一種是一個(gè)四面體；另一種是八面體空隙八面體空隙，由，由6 6個(gè)球體構(gòu)個(gè)球體構(gòu)成，球心連線形成一個(gè)八面體。成，球心連線形成一個(gè)八面體。 顯然，由同種球組成的四面體空隙小于八顯然，由同種球組成的四面體空隙小于八面體空隙。面體空隙。間隙大小的定義：如果將一個(gè)半徑為間隙大小的定義：如果將一個(gè)半徑為r r的小球放入間的小球放入間隙中，該球剛好和

10、最近鄰的基體原子相切，那么隙中，該球剛好和最近鄰的基體原子相切，那么r r就就定義為定義為間隙的半徑間隙的半徑。414.012,42,2rRraRaR面心立方晶體面心立方晶體(fcc)(fcc)八面體間隙八面體間隙fccfcc晶體十二條棱的中點(diǎn)和體心晶體十二條棱的中點(diǎn)和體心等價(jià)的位置，是八面體間隙的等價(jià)的位置，是八面體間隙的位置，數(shù)目共有位置，數(shù)目共有 個(gè)個(gè)441121八面體間隙半徑八面體間隙半徑r r四面體間隙四面體間隙225. 0126,42, ar43RraRR四面體間隙數(shù)目為四面體間隙數(shù)目為8 8個(gè)，間隙半徑個(gè)，間隙半徑r r155. 01324,4,2r3RraRaR體心立方晶體體心

11、立方晶體(bcc)(bcc)八面體間隙八面體間隙的中心為八面體間隙的中心為bccbcc晶體的晶體的面心和棱心，數(shù)目為面心和棱心，數(shù)目為6 6，間隙，間隙半徑半徑r r非正八面體非正八面體291. 0135,4,2)4(2)2(r3RraRaaR體心立方晶體體心立方晶體(bcc)(bcc)四面體間隙四面體間隙的數(shù)目為四面體間隙的數(shù)目為1212個(gè)，間個(gè)，間隙半徑隙半徑r r非正四面體非正四面體n體心立方四面體間隙包含在八面體間隙中。為什體心立方四面體間隙包含在八面體間隙中。為什么不把四面體間隙簡單地看成為八面體間隙的一么不把四面體間隙簡單地看成為八面體間隙的一部分？部分？n理由是：若在四面體間隙內(nèi)

12、嵌入一個(gè)最大尺寸的理由是：若在四面體間隙內(nèi)嵌入一個(gè)最大尺寸的球，它就會(huì)陷在那里而不能自由地移到八面體間球，它就會(huì)陷在那里而不能自由地移到八面體間隙，所以雖然四面體間隙的位置處于八面體間隙隙，所以雖然四面體間隙的位置處于八面體間隙之中，但并不失其四面體間隙的特點(diǎn)。之中，但并不失其四面體間隙的特點(diǎn)。414.012,a22r21RraRR密排六方晶體密排六方晶體(hcp)(hcp)八面體間隙間隙位于正八面體的中心，處間隙位于正八面體的中心，處于高度為于高度為c/4c/4和和3c/43c/4處處八面體間隙的數(shù)目為八面體間隙的數(shù)目為6 6個(gè)，間個(gè)，間隙半徑隙半徑r r225.0126,38,2)2a3(

13、322)8c(r21RracaRR密排六方晶體密排六方晶體( (hcphcp) )四面體間隙間隙半徑間隙半徑r r間隙中心位置：間隙中心位置：7c/8(1c/8)7c/8(1c/8)，5c/8 5c/8 (3c/8) （在有中心原子的相間的三個(gè)（在有中心原子的相間的三個(gè)三角柱體中，每個(gè)三角柱體中各有三角柱體中，每個(gè)三角柱體中各有2 2個(gè)；個(gè)；C C軸上有軸上有2 2個(gè)；六方柱體的每根棱上有個(gè)；六方柱體的每根棱上有2 2個(gè)。）個(gè)。） 合計(jì)：合計(jì)：3 32+2+62+2+62/3=122/3=12個(gè)個(gè)5c/87c/8三種典型晶體中的間隙三種典型晶體中的間隙晶體點(diǎn)陣晶體點(diǎn)陣間隙類型間隙類型 間隙個(gè)數(shù)

14、間隙個(gè)數(shù)rb(間隙半徑間隙半徑)/ra（金屬原子半徑）（金屬原子半徑）fcc四面體四面體80.225八面體八面體40.414bcc四面體四面體120.291八面體八面體60.154hcp四面體四面體120.225八面體八面體60.414u幾點(diǎn)說明幾點(diǎn)說明:u(1)fcc和和hcp都是密排結(jié)構(gòu)，而都是密排結(jié)構(gòu)，而bcc則是比較則是比較“開放開放”的結(jié)的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗拈g隙較多。因此，碳、氮、氫、氧、硼等構(gòu)，因?yàn)樗拈g隙較多。因此，碳、氮、氫、氧、硼等原原子半徑較小的元素（即間隙原子）在子半徑較小的元素（即間隙原子）在bcc金屬中的擴(kuò)散速金屬中的擴(kuò)散速率往往比在率往往比在fcc及及hcp金屬中高得多

15、金屬中高得多。u(2)fcc和和hcp金屬中的八面體間隙大于四面體間隙，故這些金屬中的八面體間隙大于四面體間隙，故這些金屬中的間隙原子往往位于八面體間隙中。金屬中的間隙原子往往位于八面體間隙中。u(3)fcc和和hcp中的八面體間隙遠(yuǎn)大于中的八面體間隙遠(yuǎn)大于bcc中的八面體或四面中的八面體或四面體間隙，因而體間隙，因而間隙原子在間隙原子在fcc和和hcp中的固溶度往往比在中的固溶度往往比在bcc中大得多中大得多。3)3)金屬晶體的密度計(jì)算金屬晶體的密度計(jì)算若已知某種金屬晶體的晶體結(jié)構(gòu)，則可根據(jù)下若已知某種金屬晶體的晶體結(jié)構(gòu)，則可根據(jù)下式算出晶體的理論密度式算出晶體的理論密度n：單個(gè)晶胞中的原子

16、數(shù)目：單個(gè)晶胞中的原子數(shù)目(個(gè)個(gè))；A: 原子的摩爾質(zhì)量原子的摩爾質(zhì)量 （g/mol）NA:阿伏伽德羅常數(shù)阿伏伽德羅常數(shù) (6.021023個(gè)個(gè)/mol)Vc: 晶胞體積晶胞體積 (cm3)例題例題1 1：已知已知CuCu原子半徑為原子半徑為0.128 nm0.128 nm，摩爾質(zhì)量為，摩爾質(zhì)量為63.5 g/mol63.5 g/mol，CuCu金屬的晶體結(jié)構(gòu)為金屬的晶體結(jié)構(gòu)為fccfcc結(jié)構(gòu)，計(jì)算這結(jié)構(gòu)，計(jì)算這種種CuCu金屬的理論密度，并與實(shí)際密度相比較（實(shí)際密金屬的理論密度，并與實(shí)際密度相比較（實(shí)際密度為度為8.92 g/cm8.92 g/cm3 3 ）作業(yè)：作業(yè)：1. 已知已知BCC結(jié)

17、構(gòu)的結(jié)構(gòu)的Fe晶體中，它的晶格常數(shù)晶體中，它的晶格常數(shù)a為為0.2866 nm，F(xiàn)e原子的摩爾質(zhì)量為原子的摩爾質(zhì)量為55.847 g/mol,求求BCC結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的Fe金屬的理論密度。金屬的理論密度。2.已知已知Zr的晶體結(jié)構(gòu)為的晶體結(jié)構(gòu)為HCP,它的密度為它的密度為6.51 g/cm3. 求求（a）它的晶胞體積，（）它的晶胞體積，（b）如果）如果c/a比為比為1.593，分別，分別計(jì)算計(jì)算a、c值。值。(4) (4) 晶體的多晶型性晶體的多晶型性4.3.2 陶瓷晶體結(jié)構(gòu)陶瓷晶體結(jié)構(gòu)陶瓷是由離子鍵或兼有離子鍵和共價(jià)鍵的方式結(jié)合而成陶瓷是由離子鍵或兼有離子鍵和共價(jià)鍵的方式結(jié)合而成的復(fù)雜化合物。陶

18、瓷晶體按結(jié)合鍵類型分為離子晶體和的復(fù)雜化合物。陶瓷晶體按結(jié)合鍵類型分為離子晶體和共價(jià)晶體，其中離子晶體占大多數(shù)。共價(jià)晶體，其中離子晶體占大多數(shù)。 不等徑球體的緊密堆積不等徑球體的緊密堆積: 當(dāng)大小不等的球體進(jìn)當(dāng)大小不等的球體進(jìn)行堆積時(shí)，其中行堆積時(shí)，其中較大的球?qū)戳胶土⒎阶罹o密堆積較大的球?qū)戳胶土⒎阶罹o密堆積方式進(jìn)行堆積，而較小的球則按自身體積的大小填入方式進(jìn)行堆積，而較小的球則按自身體積的大小填入其中的八面體空隙中或四面體空隙中其中的八面體空隙中或四面體空隙中（離子化合物晶（離子化合物晶體）。體）。離子晶體的結(jié)構(gòu)離子晶體的結(jié)構(gòu)陰離子（負(fù)離子）：陰離子（負(fù)離子）：大球，密堆積，形成間隙

19、大球，密堆積，形成間隙陽離子（正離子）：陽離子（正離子）：小球，填充間隙小球，填充間隙規(guī)則：陰陽離子相互接觸穩(wěn)定規(guī)則：陰陽離子相互接觸穩(wěn)定配位數(shù)大穩(wěn)定配位數(shù)大穩(wěn)定（2）第二規(guī)則（電價(jià)規(guī)則）第二規(guī)則（電價(jià)規(guī)則）：由于在形成每一個(gè)離子鍵時(shí)正離子給出的價(jià)電子數(shù)應(yīng)等于負(fù)離由于在形成每一個(gè)離子鍵時(shí)正離子給出的價(jià)電子數(shù)應(yīng)等于負(fù)離子得到的價(jià)電子數(shù)。子得到的價(jià)電子數(shù)。 式中Z+和Z-分別是正、負(fù)離子的電價(jià)（即金屬元素和非金屬元素的原子價(jià)），CN+ 和CN- 分別是正離子和負(fù)離子的配位數(shù)。電價(jià)規(guī)則，對于規(guī)則多面體配位結(jié)構(gòu)是比較嚴(yán)格的規(guī)則。電價(jià)規(guī)則，對于規(guī)則多面體配位結(jié)構(gòu)是比較嚴(yán)格的規(guī)則。(a) 共頂點(diǎn)配位四面體

20、共頂點(diǎn)配位四面體 (b) 共棱配位四面體共棱配位四面體 (c) 共面配位四面體共面配位四面體 (d) 共頂點(diǎn)配位八面體共頂點(diǎn)配位八面體 (e) 共棱配位八面體共棱配位八面體 (f) 共頂點(diǎn)配位八面體共頂點(diǎn)配位八面體 兩個(gè)配位多面體連接時(shí)，隨著共用定點(diǎn)數(shù)目的增兩個(gè)配位多面體連接時(shí)，隨著共用定點(diǎn)數(shù)目的增加，中心陽離子之間距離縮短，庫倫斥力增大，加，中心陽離子之間距離縮短，庫倫斥力增大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低。4 4).).不同種類正離子多面體間連接規(guī)則（鮑林不同種類正離子多面體間連接規(guī)則（鮑林第四規(guī)則）第四規(guī)則）當(dāng)晶體中存在一種以上的正離子時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一種以當(dāng)晶體中存在一種以上的正離子時(shí)，

21、就會(huì)產(chǎn)生一種以上的配位多面體，這些正離子的電價(jià)有高有低，配位上的配位多面體，這些正離子的電價(jià)有高有低，配位數(shù)有多有小，數(shù)有多有小，那么它們之間是怎樣連接呢？那么它們之間是怎樣連接呢？ 根據(jù)鮑林第三規(guī)則，高電價(jià)，低配位的正離子根據(jù)鮑林第三規(guī)則，高電價(jià)，低配位的正離子配位多面體應(yīng)盡量互不連接配位多面體應(yīng)盡量互不連接.-.-引出鮑林第四規(guī)則：引出鮑林第四規(guī)則： 在含有一種以上正離子的晶體中，電價(jià)大，配在含有一種以上正離子的晶體中，電價(jià)大，配位數(shù)小的那些正離子之間，有盡量互不結(jié)合的趨勢位數(shù)小的那些正離子之間，有盡量互不結(jié)合的趨勢（特別傾向于共頂相連）（特別傾向于共頂相連）5 5）. .節(jié)約規(guī)則（鮑林第

22、五規(guī)則節(jié)約規(guī)則（鮑林第五規(guī)則） 同一晶體中，同種正離子和同種負(fù)離子的結(jié)合方式同一晶體中，同種正離子和同種負(fù)離子的結(jié)合方式應(yīng)最大限度地趨于一致。應(yīng)最大限度地趨于一致。 或者說：晶體中配位多面體類型傾向于最少。或者說：晶體中配位多面體類型傾向于最少。 因?yàn)樵谝粋€(gè)均勻穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)中，不同尺度，形狀因?yàn)樵谝粋€(gè)均勻穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)中，不同尺度，形狀的配位多面體很難有效地堆積在一起。的配位多面體很難有效地堆積在一起。好比：好比：用瓷磚拼一個(gè)地板，對只用一種規(guī)則形狀如四用瓷磚拼一個(gè)地板，對只用一種規(guī)則形狀如四方形，菱形，正三角形等很能容易拼成一個(gè)緊密接觸方形，菱形，正三角形等很能容易拼成一個(gè)緊密接觸的地板，若用兩種

23、形狀瓷磚就困難一些，用多種陶瓷的地板，若用兩種形狀瓷磚就困難一些，用多種陶瓷磚就更困難，或不可能拼成一個(gè)緊密排列的地板。磚就更困難，或不可能拼成一個(gè)緊密排列的地板。第一規(guī)則第一規(guī)則：由：由r+/r-r+/r-正負(fù)離子形成一個(gè)怎樣的配位正負(fù)離子形成一個(gè)怎樣的配位關(guān)系。（四面體，八面體）關(guān)系。（四面體，八面體）第二規(guī)則第二規(guī)則：由電中性：由電中性配位多面體間連接方式（幾個(gè)配位多面體間連接方式（幾個(gè)多面體相連）多面體相連）第三規(guī)則第三規(guī)則：配位多面間怎樣連接最穩(wěn)定。：配位多面間怎樣連接最穩(wěn)定。第四規(guī)則第四規(guī)則：有幾種正離子，電價(jià)大，配位數(shù)小的正離：有幾種正離子，電價(jià)大，配位數(shù)小的正離子配位多面體，盡

24、量互不結(jié)余子配位多面體，盡量互不結(jié)余第五規(guī)則第五規(guī)則：配位多面體類型趨于最少。：配位多面體類型趨于最少。 這五個(gè)規(guī)則，是在分析，研究大量晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)這五個(gè)規(guī)則，是在分析，研究大量晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上建立的，是離子化合物晶體結(jié)構(gòu)規(guī)律性的具的基礎(chǔ)上建立的，是離子化合物晶體結(jié)構(gòu)規(guī)律性的具體概括，適合于絕大多數(shù)離子晶體，特別是在分析比體概括，適合于絕大多數(shù)離子晶體，特別是在分析比較復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，有較大的幫助。較復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，有較大的幫助。一種原子占據(jù)晶胞的結(jié)點(diǎn)，一種原子占據(jù)晶胞的結(jié)點(diǎn)，另一種占據(jù)體心位置，是由另一種占據(jù)體心位置，是由兩個(gè)簡單立方點(diǎn)陣穿插而成。兩個(gè)簡單立方點(diǎn)陣穿插而成。兩個(gè)面心立

25、方分點(diǎn)陣穿插而成的迭結(jié)構(gòu)（或超結(jié)構(gòu)）。兩個(gè)面心立方分點(diǎn)陣穿插而成的迭結(jié)構(gòu)（或超結(jié)構(gòu)）。MgO、CaO、FeO、TiN、TiC、MnO其中其中S S2-2-占據(jù)占據(jù)FCCFCC晶胞結(jié)點(diǎn)，晶胞結(jié)點(diǎn)，ZnZn2+2+占據(jù)四個(gè)不相鄰的四面體間隙。占據(jù)四個(gè)不相鄰的四面體間隙。同構(gòu)化合物：同構(gòu)化合物：-SiC, GaAs, AlP, InSb, 其中其中SiC為高溫材為高溫材料；料；GaAs為半導(dǎo)體材料。為半導(dǎo)體材料。簡單六方，簡單六方，S S占據(jù)結(jié)點(diǎn)，占據(jù)結(jié)點(diǎn)，ZnZn占據(jù)四面體間隙。占據(jù)四面體間隙。相同結(jié)構(gòu)的有：相同結(jié)構(gòu)的有：BeO, ZnO, AlN, 其中，其中，BeO為優(yōu)質(zhì)耐熱材為優(yōu)質(zhì)耐熱材料，

26、反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料；料，反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料；ZnO為半導(dǎo)體材料，用于非線性變?yōu)榘雽?dǎo)體材料，用于非線性變阻器。阻器。結(jié)構(gòu)：面心立方，結(jié)構(gòu)：面心立方，CaCa2+2+占據(jù)結(jié)點(diǎn)，占據(jù)結(jié)點(diǎn)，F(xiàn) F- -占據(jù)所有四面體間隙。占據(jù)所有四面體間隙。金紅石是金紅石是TiO2的一種的一種常見的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（此常見的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（此外外TiO2還有板鈦礦及還有板鈦礦及銳鈦礦結(jié)構(gòu)），也是銳鈦礦結(jié)構(gòu)），也是陶瓷材料中比較重要陶瓷材料中比較重要的一種結(jié)構(gòu)。它具有的一種結(jié)構(gòu)。它具有立方體心結(jié)構(gòu)。立方體心結(jié)構(gòu)。 每個(gè)晶胞中含有兩每個(gè)晶胞中含有兩個(gè)個(gè)Ti4+離子（紫球）離子（紫球）和和4個(gè)個(gè)O2-離子（綠離子（綠球）。球）。用途：重要的電容

27、器材料和光催化材料。用途：重要的電容器材料和光催化材料。4.3.3 合金相的晶體結(jié)構(gòu)合金相的晶體結(jié)構(gòu)（1）基本概念基本概念 合金合金（alloy）：由兩種或兩種以上的金屬或金屬與：由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法組合而成并具有金屬非金屬經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。特性的物質(zhì)。 組元組元（component）：組成合金的基本的獨(dú)立的物：組成合金的基本的獨(dú)立的物質(zhì)。組元可以是金屬和非金屬元素，也可以是化合物。質(zhì)。組元可以是金屬和非金屬元素，也可以是化合物。 合金系合金系(alloy system): :由給定組元配置成的一由給定組元配置成的一系列成

28、分不同的合金組成的合金系統(tǒng)。兩個(gè)系列成分不同的合金組成的合金系統(tǒng)。兩個(gè)組元組成的為組元組成的為二元系二元系，三個(gè)組元組成的為，三個(gè)組元組成的為三三元系元系，更多組元組成的稱為，更多組元組成的稱為多元系多元系。相相(phase): :合金中具有同一聚集狀態(tài)、同一合金中具有同一聚集狀態(tài)、同一晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并以界面相互隔開的均勻組晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并以界面相互隔開的均勻組成部分。合金在固態(tài)下可以形成均勻的成部分。合金在固態(tài)下可以形成均勻的單相單相合金合金，也可能是由幾種不同的相所組成的，也可能是由幾種不同的相所組成的多多相合金相合金。 在液態(tài)下，大多數(shù)合金的組元均能相互溶解，稱在液態(tài)下，大多數(shù)合金的組元

29、均能相互溶解，稱為均勻的液體，因而只具有一個(gè)液相。在凝固后，為均勻的液體，因而只具有一個(gè)液相。在凝固后，由于各組元的晶體結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)等不同，各組元由于各組元的晶體結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)等不同，各組元間的相互作用不同，在固態(tài)合金中可能出現(xiàn)不同的間的相互作用不同，在固態(tài)合金中可能出現(xiàn)不同的相結(jié)構(gòu)（相結(jié)構(gòu)（phase structure），主要有，主要有固溶體（固溶體（solid solution）和和金屬化合物（金屬化合物（intermetallic compound）兩大類，統(tǒng)稱兩大類，統(tǒng)稱合金相。合金相。合金相合金相固溶體固溶體（solid solution）金屬化合物金屬化合物（intermeta

30、llic compound）固溶體固溶體(solid solution)：溶質(zhì)原子融入固態(tài)的溶劑：溶質(zhì)原子融入固態(tài)的溶劑中，并保持溶劑晶格類型而形成的相。中，并保持溶劑晶格類型而形成的相。按溶質(zhì)原按溶質(zhì)原子位置子位置置換固溶體（置換固溶體（substitutional solid solution）間隙固溶體（間隙固溶體（interstitial solid solution）按固溶度按固溶度有限固溶體有限固溶體無限固溶體無限固溶體按溶質(zhì)原按溶質(zhì)原子分布子分布有序固溶體有序固溶體無序固溶體無序固溶體(2)(2)固溶體固溶體1) 置換固溶體置換固溶體: 溶質(zhì)原子位于溶質(zhì)原子位于晶格點(diǎn)陣位置的固溶

31、體。晶格點(diǎn)陣位置的固溶體。影響置換固溶體溶解度的因素：影響置換固溶體溶解度的因素： a. 原子尺寸原子尺寸：原子尺寸差越：原子尺寸差越小，越易形成置換固溶體，且小，越易形成置換固溶體，且溶解度越大。溶解度越大。b.晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)： 結(jié)構(gòu)相同，溶解度大，晶體結(jié)構(gòu)相結(jié)構(gòu)相同，溶解度大，晶體結(jié)構(gòu)相同是組元間形成無限固溶體的必要條件。同是組元間形成無限固溶體的必要條件。c.電負(fù)性電負(fù)性： 電負(fù)性差電負(fù)性差X 0.4 0.5,傾向于形成穩(wěn)定的化合物。傾向于形成穩(wěn)定的化合物。d. 電子濃度電子濃度：電子濃度（合金中價(jià)電子數(shù)目與原：電子濃度（合金中價(jià)電子數(shù)目與原子數(shù)目的比值）子數(shù)目的比值）e/a越大，溶解

32、度越小。越大，溶解度越小。價(jià)電子濃度價(jià)電子濃度（或簡稱電子濃度）是指合金中每個(gè)原子平均的價(jià)電子數(shù)，（或簡稱電子濃度）是指合金中每個(gè)原子平均的價(jià)電子數(shù)，用用e/a表示。對于由表示。對于由1，2，m等組元形成的等組元形成的m元合金，我們有：元合金，我們有：e/a=Z1C1+Z2C2+ZmCm。式中。式中Zi（i=1-m）為組元）為組元i的原子價(jià)電子數(shù)，的原子價(jià)電子數(shù)，Ci為組元為組元i的原子百分?jǐn)?shù)（的原子百分?jǐn)?shù)（C1+C2+Cm=1）。）。對于第對于第VIII族組元，規(guī)定其價(jià)電子數(shù)為零（族組元，規(guī)定其價(jià)電子數(shù)為零（Z=0），而對其它組元，價(jià)電），而對其它組元，價(jià)電子數(shù)就等于它在周期表中的族數(shù)（子數(shù)

33、就等于它在周期表中的族數(shù)（Z=N）。）。例如，對例如，對60at%Cu+40at%Zn這個(gè)二元合金，這個(gè)二元合金，e/a=1X0.60+2X0.40=1.40。2) 間隙固溶體間隙固溶體: 溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體。的固溶體。3) 3) 固溶體的結(jié)構(gòu)固溶體的結(jié)構(gòu)a. 晶格畸變晶格畸變 形成固溶體時(shí)，雖然仍保持溶劑的晶體結(jié)構(gòu)，但形成固溶體時(shí)，雖然仍保持溶劑的晶體結(jié)構(gòu)，但由于溶質(zhì)原子的大小與溶劑不同，形成固溶體時(shí)必由于溶質(zhì)原子的大小與溶劑不同，形成固溶體時(shí)必然產(chǎn)生然產(chǎn)生晶格畸變（或稱點(diǎn)陣畸變）晶格畸變（或稱點(diǎn)陣畸變）。b. 微觀不均勻性微觀不均勻性

34、在固溶體中，溶質(zhì)原子分布可能是在固溶體中，溶質(zhì)原子分布可能是無序（無序（Random）的的, 即它們呈統(tǒng)計(jì)分布，也可能是即它們呈統(tǒng)計(jì)分布，也可能是部分部分和和完全有序完全有序（Ordered）的，但完全有序的固溶體，通常把他歸類的，但完全有序的固溶體，通常把他歸類為化合物。為化合物。 溶質(zhì)原子完全無序分布僅是一種理想情況。處于熱溶質(zhì)原子完全無序分布僅是一種理想情況。處于熱力學(xué)平衡的固溶體可認(rèn)為在宏觀尺度是均勻的，而在原力學(xué)平衡的固溶體可認(rèn)為在宏觀尺度是均勻的，而在原子尺度是不均勻的。子尺度是不均勻的。 固溶體中溶質(zhì)原子的不均勻分布會(huì)形成固溶體中溶質(zhì)原子的不均勻分布會(huì)形成叢聚（偏聚，叢聚（偏聚，

35、cluster）或或短程有序短程有序。2）固溶體的性質(zhì)）固溶體的性質(zhì)與純金屬相比，由于溶質(zhì)原與純金屬相比，由于溶質(zhì)原子的融入導(dǎo)致固溶體晶格畸子的融入導(dǎo)致固溶體晶格畸變（或稱點(diǎn)陣畸變），導(dǎo)致變（或稱點(diǎn)陣畸變），導(dǎo)致力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能產(chǎn)生了不同程度的變化。產(chǎn)生了不同程度的變化。(3)金屬金屬(間間)化合物（化合物（P37）定義定義：合金中各組元發(fā)生化學(xué)的相互作用，形成的晶體結(jié)構(gòu)合金中各組元發(fā)生化學(xué)的相互作用，形成的晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元，在相圖上處于中間位置的新相。不同于任一組元，在相圖上處于中間位置的新相。又稱為又稱為中中間相間相。分類：分類： 1)1)正常價(jià)化合物

36、；正常價(jià)化合物；2)2)電子化合物；電子化合物；3)3)尺寸化合物（間隙相、間隙化合物、拓?fù)涿芏严啵┏叽缁衔铮ㄩg隙相、間隙化合物、拓?fù)涿芏严啵﹏(P42)(P42)合金相的類型：合金相的類型：根據(jù)合金相在相圖中的位置可以將其分為固溶體（固溶體（端部固溶體端部固溶體）和中間相（中間）和中間相（中間/ /二二次固溶體）兩大類。次固溶體）兩大類。端部固溶體：端部固溶體：位于位于相圖端部和純組元相圖端部和純組元相連接，它的晶體相連接，它的晶體結(jié)構(gòu)保持純組元的結(jié)構(gòu)保持純組元的晶體結(jié)構(gòu)，圖中的晶體結(jié)構(gòu)，圖中的和和就是端部固溶就是端部固溶體。體。中間相：中間相：在相圖中間位置，都是化合物，在相圖中間位置，

37、都是化合物，晶體結(jié)構(gòu)和組成它們的組元不相同。晶體結(jié)構(gòu)和組成它們的組元不相同。,為中間相。中間相也可能有一定的固溶度。為中間相。中間相也可能有一定的固溶度。注意：由于中間注意：由于中間/二次固溶體二次固溶體的結(jié)構(gòu)不同于組成固溶體的的結(jié)構(gòu)不同于組成固溶體的任何一個(gè)組元，故近年來中任何一個(gè)組元，故近年來中間固溶體（二次固溶體）這間固溶體（二次固溶體）這個(gè)名稱已不復(fù)采用。個(gè)名稱已不復(fù)采用。金屬化合物的基本特點(diǎn)：金屬化合物的基本特點(diǎn)：v1)1)可用化學(xué)分子式表示（其成分可在一定范圍內(nèi)變化），但可用化學(xué)分子式表示（其成分可在一定范圍內(nèi)變化），但并不一定遵循化合價(jià)規(guī)律的化合物。如：并不一定遵循化合價(jià)規(guī)律的化

38、合物。如：CuCu5 5ZnZn8 8v2)2)結(jié)合以金屬鍵結(jié)合為主（保留金屬特性）。結(jié)合以金屬鍵結(jié)合為主（保留金屬特性）。v3)3)具有不同于組成金屬化合物組元的另一種新的結(jié)構(gòu)。如：具有不同于組成金屬化合物組元的另一種新的結(jié)構(gòu)。如：CuCu為為fcc, Znfcc, Zn為為hcp, Cuhcp, Cu5 5ZnZn8 8具有復(fù)雜立方結(jié)構(gòu)。具有復(fù)雜立方結(jié)構(gòu)。v4)4)性能不同于組成中間相的純組元。一些中間相熔點(diǎn)、硬度性能不同于組成中間相的純組元。一些中間相熔點(diǎn)、硬度很高；一些中間相熔點(diǎn)較低，脆性大；一些中間相具有特殊很高；一些中間相熔點(diǎn)較低，脆性大；一些中間相具有特殊的物理化學(xué)性能，如具有超

39、導(dǎo)性、強(qiáng)磁性、耐熱、耐蝕、具的物理化學(xué)性能，如具有超導(dǎo)性、強(qiáng)磁性、耐熱、耐蝕、具有形狀記憶效應(yīng)等。有形狀記憶效應(yīng)等。v5)5)中間相的形成也受原子尺寸、電子濃度、化學(xué)親和力等因中間相的形成也受原子尺寸、電子濃度、化學(xué)親和力等因素的影響。素的影響。1）正常價(jià)化合物）正常價(jià)化合物(P52)化學(xué)價(jià)規(guī)律：即各組化學(xué)價(jià)規(guī)律：即各組元的價(jià)電子數(shù)之和為元的價(jià)電子數(shù)之和為8 8 按化學(xué)分子式，正常價(jià)化合物一般有按化學(xué)分子式，正常價(jià)化合物一般有AB,AB2(或或A2B)等類等類型。其晶體點(diǎn)陣對應(yīng)于具有同類化學(xué)分子式的離子化合物點(diǎn)型。其晶體點(diǎn)陣對應(yīng)于具有同類化學(xué)分子式的離子化合物點(diǎn)陣類型，如陣類型，如AB型正常價(jià)

40、金屬間化合物與典型的離子化合物型正常價(jià)金屬間化合物與典型的離子化合物NaCl或或ZnS具有相似的點(diǎn)陣類型；具有相似的點(diǎn)陣類型；AB2與典型的與典型的CaF2點(diǎn)陣類點(diǎn)陣類型相似；型相似；A2B與與反反CaF2點(diǎn)陣點(diǎn)陣類型相似，但其性能卻由于組元類型相似，但其性能卻由于組元不同而有所不同（不同而有所不同（P52表表2-4）CaFCaF2 2型點(diǎn)陣中，對調(diào)兩種型點(diǎn)陣中，對調(diào)兩種離子的位置，則構(gòu)成反離子的位置，則構(gòu)成反CaFCaF2 2點(diǎn)陣點(diǎn)陣各種正常價(jià)化合物各種正常價(jià)化合物2）電子化合物（電子相）電子化合物（電子相）不遵循正常化合價(jià)規(guī)律，結(jié)構(gòu)受電子濃度控制的金屬化合物。不遵循正?；蟽r(jià)規(guī)律，結(jié)構(gòu)受電

41、子濃度控制的金屬化合物。vHume-RutheryHume-Ruthery等發(fā)現(xiàn)很多化合物當(dāng)它的電子濃度相同時(shí)，會(huì)等發(fā)現(xiàn)很多化合物當(dāng)它的電子濃度相同時(shí)，會(huì)出現(xiàn)相同的結(jié)構(gòu)，這類化合物稱電子化合物或出現(xiàn)相同的結(jié)構(gòu)，這類化合物稱電子化合物或Home-RutheryHome-Ruthery相。相。v晶體結(jié)構(gòu)與電子濃度的對應(yīng)關(guān)系：晶體結(jié)構(gòu)與電子濃度的對應(yīng)關(guān)系：v（1 1）電子濃度）電子濃度3/23/2（21/1421/14）時(shí)：）時(shí)：v體心立方結(jié)構(gòu)的體心立方結(jié)構(gòu)的 相（相（ 黃銅結(jié)構(gòu)）黃銅結(jié)構(gòu)）如：如：CuZn,AgZn,AuZnCuZn,AgZn,AuZn；v密排六方結(jié)構(gòu)的密排六方結(jié)構(gòu)的 相，如相，如

42、CuCu3 3Ga Ga ；組成電子相的組成電子相的2 2個(gè)組元的原子尺寸相差大時(shí)，傾向與形個(gè)組元的原子尺寸相差大時(shí)，傾向與形成體心立方結(jié)構(gòu)的成體心立方結(jié)構(gòu)的 相；若原子尺寸相差小時(shí)傾向出現(xiàn)相；若原子尺寸相差小時(shí)傾向出現(xiàn)密排六方結(jié)構(gòu)的密排六方結(jié)構(gòu)的 相。相。n少數(shù)合金出現(xiàn)復(fù)雜立方的少數(shù)合金出現(xiàn)復(fù)雜立方的 -Mn-Mn結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) , ,如如CuCu5 5SiSi。（2 2）電子濃度為）電子濃度為21/1321/13時(shí)：時(shí)：v在很多合金中出現(xiàn)在很多合金中出現(xiàn)復(fù)雜立方的復(fù)雜立方的 相（相（ 黃銅結(jié)黃銅結(jié)構(gòu)）構(gòu)）。v如：如：CuCu5 5ZnZn8 8：v3 3）當(dāng)電子濃度為）當(dāng)電子濃度為7/4 = 2

43、1/127/4 = 21/12時(shí)時(shí)v密排六方結(jié)構(gòu)密排六方結(jié)構(gòu)( (相相) )。v其軸比其軸比 c c/ /a a 比理想軸比小，約為比理想軸比小，約為1.55-1.581.55-1.58。v如：如：CuZnCuZn3 3、CuCu3 3SnSn、AuZnAuZn3 3等。等。v()間隙相（間隙相（簡單間隙化合物，簡單間隙化合物，P56P56）v定義：定義：非金屬的原子半徑非金屬的原子半徑(r(rX X) )與金屬的原子半徑與金屬的原子半徑(r(rM M) ) 之比小于之比小于0.590.59時(shí)形成的具有簡單結(jié)構(gòu)的金屬化合物。時(shí)形成的具有簡單結(jié)構(gòu)的金屬化合物。v形成：形成：過渡族金屬元素與過渡族

44、金屬元素與H H、N N、C C、B B等形成。等形成。v特點(diǎn)特點(diǎn): : (1)(1)具有簡單的化學(xué)式，如具有簡單的化學(xué)式，如 MXMX、M M2 2X X、MXMX2 2等等 （2 2）金屬原子組成簡單點(diǎn)陣并與其為純金屬）金屬原子組成簡單點(diǎn)陣并與其為純金屬時(shí)的結(jié)構(gòu)不同。如：時(shí)的結(jié)構(gòu)不同。如：VCVC，V V為為bcc, Cbcc, C原子存在八面原子存在八面體間隙中，體間隙中，VCVC為為fccfcc。不能理解為純幾何性的填充。不能理解為純幾何性的填充間隙，有電化學(xué)因素起作用。間隙，有電化學(xué)因素起作用。（3）尺寸化合物）尺寸化合物晶體結(jié)構(gòu)主要由原子尺寸決定，這樣的金屬化合物稱為尺寸化合晶體結(jié)

45、構(gòu)主要由原子尺寸決定，這樣的金屬化合物稱為尺寸化合物。包括間隙相、間隙化合物、拓?fù)涿芏严嗳N類型。物。包括間隙相、間隙化合物、拓?fù)涿芏严嗳N類型。間隙相間隙相性能：性能：v具有明顯的金屬性；具有明顯的金屬性；v具有極高的熔點(diǎn)；具有極高的熔點(diǎn)；v具有極高的硬度。具有極高的硬度。v是鋼中重要的強(qiáng)化相。是鋼中重要的強(qiáng)化相。v如：NbC的熔點(diǎn)3770，硬度2050HV; VC 的熔點(diǎn)3023，硬度2010HV;v間隙相與間隙固溶體的異同：間隙相與間隙固溶體的異同：v相同處：相同處：v（1 1）均由過渡族金屬和原子半徑小于）均由過渡族金屬和原子半徑小于0.1nm 0.1nm 的非金屬元素組成；的非金屬元

46、素組成；v（2 2）r rB B/r/rA A0.590.590.59時(shí)形成的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的時(shí)形成的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬化合物。金屬化合物。v組成：組成：過渡族金屬Fe、Cr、Mn、Mo、W等與C原子形成的碳化物。v類型：類型： M M3 3C C、M M6 6C C、M M2323C C6 6型等型等vM M3 3C C型型: :FeFe3 3C,NiC,Ni3 3C,CoC,Co3 3C C。正交晶系復(fù)雜結(jié)構(gòu)。正交晶系復(fù)雜結(jié)構(gòu)。一個(gè)晶胞有一個(gè)晶胞有1616個(gè)原子，其個(gè)原子，其中中1212個(gè)金屬原子，個(gè)金屬原子，4 4個(gè)碳個(gè)碳原子原子vM M6 6C C型型: :Fe3W3C, Fe2W4C,

47、 Fe3Mo3C, 面心立方復(fù)雜面心立方復(fù)雜結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。nM M2323C C6 6型型: :Cr2323C6 6,Fe2121W2 2C6 6，面心立方復(fù)雜結(jié)構(gòu)。nM M7 7C C3 3型型: :Cr7 7C3 3，簡單六方結(jié)構(gòu)。一個(gè)晶胞中有112個(gè)原子，其中96個(gè)金屬原子，16個(gè)碳原子一個(gè)晶胞中有116個(gè)原子，其中92個(gè)金屬原子，24個(gè)碳原子v結(jié)合鍵：結(jié)合鍵：vFeFe3 3C C中各鐵原子之間是純金屬鍵，中各鐵原子之間是純金屬鍵，v鐵原子和碳原子之間可能同時(shí)存在金屬鍵和離子鍵。v間隙化合物的性能：間隙化合物的性能：v具有明顯的金屬性；v具有高的熔點(diǎn)和硬度（比間隙相要低些）。v（）拓樸密

48、堆相（拓樸密堆相（Topologically Close-Topologically Close-packed Phasepacked Phase）v定義：定義：合金中，由于各元素原子尺寸不同的，進(jìn)合金中，由于各元素原子尺寸不同的，進(jìn)行適當(dāng)配合得到主要以四面體形式堆垛的行適當(dāng)配合得到主要以四面體形式堆垛的 CN CN 比比1212大的（例如大的（例如CN =12CN =12，1414，1515，1616等）并且致密等）并且致密度大于度大于0.740.74的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。剛性球模型，同類型原子最緊密堆垛的配位數(shù)只能是剛性球模型，同類型原子最緊密堆垛的配位數(shù)只能是1212，致密度致密度0.740.7

49、4。v形成形成TCPTCP相的關(guān)鍵條件相的關(guān)鍵條件：v大小原子適當(dāng)配合大小原子適當(dāng)配合（原子尺寸因素是影響（原子尺寸因素是影響TCPTCP相相的主要因素）。的主要因素）。vTCPTCP相的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：相的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：v1 1）空間堆垛）空間堆垛：由：由CN12CN12、 CN14CN14、 CN15CN15、 CN16CN16的配位多面體的配位多面體堆垛堆垛堆成。堆成。v配位多面體配位多面體: :把晶體點(diǎn)陣中一個(gè)原子周圍最近鄰把晶體點(diǎn)陣中一個(gè)原子周圍最近鄰原子的中心連接起來所構(gòu)成的多面體。原子的中心連接起來所構(gòu)成的多面體。多面體多面體的每個(gè)面都是三角形。的每個(gè)面都是三角形。拓樸密堆相可以看成由拓樸

50、密堆相可以看成由配位多面體堆垛而成。配位多面體堆垛而成。v配位數(shù)：配位數(shù)：v指多面體中心指多面體中心原子周圍的近原子周圍的近鄰原子數(shù)鄰原子數(shù)vCN12CN12的的2020面體面體vCN14CN14的的2424面體面體n 配位多面體的種類：配位多面體的種類：vCN15CN15的的2626面體面體 CN16CN16的的2828面體面體v2 2）原子層堆垛：為層狀結(jié)構(gòu)）原子層堆垛：為層狀結(jié)構(gòu)。v主層：由較小的原子排列，排列成三角形、四角形主層：由較小的原子排列，排列成三角形、四角形和六角形網(wǎng)絡(luò)圖案，和六角形網(wǎng)絡(luò)圖案，v次層：尺寸較大的原子常組成次層，次層原子位置次層：尺寸較大的原子常組成次層，次層原

51、子位置對應(yīng)著主層最大空隙處。對應(yīng)著主層最大空隙處。v主層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常用如下符號表示：主層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常用如下符號表示：取網(wǎng)絡(luò)中任一取網(wǎng)絡(luò)中任一原子，依次寫出圍繞著它的多邊形類型，例如三角原子，依次寫出圍繞著它的多邊形類型，例如三角形為形為3 3，四邊形為，四邊形為4 4等。等。拓樸密堆相結(jié)構(gòu)又可看成由原拓樸密堆相結(jié)構(gòu)又可看成由原子密排層堆垛的層狀結(jié)構(gòu)子密排層堆垛的層狀結(jié)構(gòu)v如果有如果有n n個(gè)相鄰接的個(gè)相鄰接的m m邊形，則記為邊形，則記為m mn n，如圖，如圖(b)(b)的網(wǎng)絡(luò)，符號的網(wǎng)絡(luò)，符號4 44 4。v圖圖(c)1(c)1個(gè)原子由個(gè)原子由3 3個(gè)相鄰接的三角形以及個(gè)相鄰接的三角形以及

52、2 2個(gè)相鄰接的四邊形圍繞，符號記為個(gè)相鄰接的四邊形圍繞，符號記為3 33 3 4 42 2(d) 32 4 3 4型；型；(e) 6 3 6 3型；型；(f) 63型；型；vTCPTCP相的類型：相的類型：v1 1）LavesLaves相（相（p54p54）v通式為通式為ABAB2 2的化合物，借助于兩種不同大小的原子配合排列成的化合物，借助于兩種不同大小的原子配合排列成密堆結(jié)構(gòu)，稱為密堆結(jié)構(gòu)，稱為LavesLaves相。相。v形成條件：形成條件：v原子尺寸：原子尺寸：理論上理論上LavesLaves相的相的A A原子和原子和B B原子半徑比值原子半徑比值r rA A/r/rB B為為1.2

53、551.255，實(shí)際上這比值約在，實(shí)際上這比值約在1.051.051.681.68范圍內(nèi)；范圍內(nèi)；v電子濃度：電子濃度：一定的結(jié)構(gòu)類型對應(yīng)一定的電子濃度。一定的結(jié)構(gòu)類型對應(yīng)一定的電子濃度。vLavesLaves相的晶體結(jié)構(gòu)相的晶體結(jié)構(gòu)vMgCuMgCu2 2（復(fù)雜立方）型，電子濃度（復(fù)雜立方）型，電子濃度1.331.331.751.75vMgZnMgZn2 2（復(fù)雜六方）型，電子濃度（復(fù)雜六方）型，電子濃度1.801.802.002.00vMgNiMgNi2 2（復(fù)雜六方）型，電子濃度（復(fù)雜六方）型，電子濃度1.801.801.901.90v最多的是最多的是MgCuMgCu2 2型結(jié)構(gòu)，其次為

54、型結(jié)構(gòu)，其次為MgZnMgZn2 2型結(jié)構(gòu)，極少型結(jié)構(gòu)，極少數(shù)為數(shù)為MgNiMgNi2 2型結(jié)構(gòu)。型結(jié)構(gòu)。vMgCuMgCu2 2：v立方結(jié)構(gòu)。立方結(jié)構(gòu)。MgCuMgCu2 2型結(jié)構(gòu)的晶胞如圖所示。型結(jié)構(gòu)的晶胞如圖所示。一個(gè)晶胞中含一個(gè)晶胞中含8 8個(gè)個(gè)MgMg原子，原子，1616個(gè)個(gè)CuCu原子。原子。v大晶胞分為大晶胞分為8 8個(gè)小立方體：個(gè)小立方體：vMgMg原子原子處在大立方體處在大立方體8 8個(gè)頂點(diǎn)、個(gè)頂點(diǎn)、6 6個(gè)面心以及個(gè)面心以及在晶胞內(nèi)相間的在晶胞內(nèi)相間的4 4個(gè)小立方體中心位置；個(gè)小立方體中心位置；v另外另外4 4個(gè)小立方體內(nèi)各有個(gè)小立方體內(nèi)各有1 1個(gè)以個(gè)以CuCu原子原子組成的組成的四面體，四面體中心和小立方體中心重合。四面體，四面體中心和小立方體中心重合。n一個(gè)晶胞有一個(gè)晶胞有8 8個(gè)個(gè)MgMg原子原子1616個(gè)個(gè)CuCu原子。原子。v許多合金系能形成許多合金系能形成 LavesLaves相：相：v例如在合金鋼中原子尺寸較小的合金元素錳、鎳、例如在合金鋼中原子尺寸較小的合金元素錳、鎳、鉻可