西安交通大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)課件——考研必備.ppt

1、第二章 材料中的晶體結(jié)構(gòu) CRYSTAL STRUCTURE IN MATERIALS,第一節(jié) 晶體學(xué)基礎(chǔ) FUNDAMENTALS OF CRYSTALLOGRAPHY,一、空間點(diǎn)陣和晶胞 Space lattice & cell,基元 晶體中在空間有規(guī)則的周期性重復(fù) 排列的基本單元,晶體結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣基元,THE END,(2) 盡可能多的直角,(3) 盡可能小的體積,3) 簡(jiǎn)單晶胞(初級(jí)晶胞)只含一個(gè)陣點(diǎn)的晶胞,4) 復(fù)雜晶胞(非初級(jí)晶胞)含多個(gè)陣點(diǎn)的晶胞,(1) 盡可能高的對(duì)稱性,二、晶系和布拉菲點(diǎn)陣,課外思考題：,2) 確定已知晶向的指數(shù) (Miller指數(shù)),(1) 建坐標(biāo)一般為右手坐標(biāo)

2、，坐標(biāo)原點(diǎn)位于待 定晶向上某一陣點(diǎn)，坐標(biāo)軸為晶胞棱邊,(2) 求投影以晶格常數(shù)為單位，求待定晶向上 任一陣點(diǎn)的投影值,(3) 化整數(shù)將投影值化為一組最小整數(shù),三、晶向指數(shù)和晶面指數(shù),1. 晶向指數(shù)及其確定方法,1) 晶向指數(shù) 晶體點(diǎn)陣中陣點(diǎn)列的方向指數(shù),例如,在立方晶系中:,(1) 代表相互平行、方向相同的所有晶向,(2) 代表與 反向平行的晶向,(3) 晶向族 代表陣點(diǎn)排列情況完全相同、但 位向不同的所有晶向,4) 討論,課外思考題：,2. 晶面指數(shù)及其確定方法,1) 晶面指數(shù) 晶體點(diǎn)陣中陣點(diǎn)面的方向指數(shù),2) 確定已知晶面的指數(shù),(1) 建坐標(biāo)右手坐標(biāo)，坐標(biāo)軸為晶胞的棱邊， 坐標(biāo)原點(diǎn)不能位

3、于待定晶面內(nèi),(2) 求截距以晶格常數(shù)為單位，求待定晶面在 坐標(biāo)軸上的截距值,(4) 化整數(shù)將截距值的倒數(shù)化為一組最小整數(shù),(3) 取倒數(shù)將截距值取倒數(shù),3) 討論,(1) 代表相互平行且法線相同的所有晶面,(2) 代表與法線方向反向平行的晶面,(3) 晶面族 代表陣點(diǎn)排列情況完全相同、但 位向不同的所有晶面,例如,立方晶系中:,(4) 立方晶系中，相同指數(shù) 的晶面與晶向必定垂直,THE END,課外思考題：,問題的提出:六方晶系為什么不用Miller指數(shù)？,3. 六方晶系晶面和晶向的 Miller- Bravais 指數(shù),THE END,(2) 求截距以晶格常數(shù)為單位，求待定晶面在 坐標(biāo)軸上

4、的截距值,(4) 化整數(shù)將截距值的倒數(shù)化為一組最小整數(shù),(3) 取倒數(shù)將截距值取倒數(shù),1) 確定已知晶面的指數(shù)（hkil）,(1) 建坐標(biāo)四軸坐標(biāo)，坐標(biāo)軸為 、 、 和 ，坐標(biāo)原點(diǎn)不能位于待定晶面內(nèi),課堂練習(xí),THE END,(2) 第種方法 公式換算法：,先在三軸坐標(biāo)中確定待定晶向的 Miller 指數(shù)UVW, 再用下述公式換算成 uvtw,THE END,(3) 第種方法正射投影修正系數(shù)法：,在四軸坐標(biāo)中，從待定晶向上的某個(gè)陣 點(diǎn)向四個(gè)坐標(biāo)軸作垂直投影，給 軸的投影 值乘以 3/2，再將四個(gè)投影值化為一組最小 整數(shù)，即為 uvtw,課堂練習(xí),THE END,課外思考題：,對(duì)于各晶系的簡(jiǎn)單點(diǎn)

5、陣，晶面間距 與晶面指數(shù) (hkl) 和點(diǎn)陣常數(shù) (a, b, c) 之間有如下關(guān)系：,四、晶面間距,2. 計(jì)算公式,2) 對(duì)于非簡(jiǎn)單點(diǎn)陣，其某些面的面間距與簡(jiǎn)單 點(diǎn)陣的相同，某些卻是簡(jiǎn)單點(diǎn)陣的分?jǐn)?shù)倍。 如，對(duì)于簡(jiǎn)單立方， 對(duì)于面心立方，,3. 討論,1) 應(yīng)用公式的條件：各晶系中的簡(jiǎn)單點(diǎn)陣，如 簡(jiǎn)單立方點(diǎn)陣、簡(jiǎn)單四方點(diǎn)陣、簡(jiǎn)單正交點(diǎn) 陣、簡(jiǎn)單六方點(diǎn)陣等。,課堂練習(xí),晶帶軸uvw與該晶帶中任一晶帶面 (hkl) 滿足下列關(guān)系式：,五、晶帶及晶帶定理,2. 晶帶定理,THE END,3. 推論,1) 兩個(gè)不平行的晶面 和 必定 屬于同一個(gè)晶帶，其晶帶軸uvw可由下 式求得：,2) 已知一個(gè)晶帶中

6、的任意兩個(gè)晶帶面 和 ，則符合下式的晶面 也 屬于該帶：,THE END,否,課堂練習(xí),六、晶體的極射赤面投影圖,1. 投影原理（以立方晶系為例）,第二節(jié) 純金屬的晶體結(jié)構(gòu) CRYSTAL STRUCTURE OF PURE METALS,一、金屬的典型晶體結(jié)構(gòu),面心立方結(jié)構(gòu) FCC (face-centered cubic) Cu, Ni, Al,-Fe,密排六方結(jié)構(gòu) CPH (close-packed hexagonal) Zn, Mg , -Ti ,原子密排面和密排方向,一個(gè)晶胞中的原子數(shù),原子的配位數(shù),點(diǎn)陣常數(shù),致密度,間隙,2,4,一個(gè)體心立方晶胞中的原子數(shù)：2,一個(gè)面心立方晶胞中的

7、原子數(shù)：4,一個(gè)密排六方晶胞中的原子數(shù)：6,8,12,12,bcc fcc cph,1) 面心立方結(jié)構(gòu)晶體中的間隙,正八面體間隙：位于晶胞各棱邊中點(diǎn)及體心位置. 一個(gè)晶胞中共有4個(gè).,正四面體間隙：位于晶胞體對(duì)角線的四分之一處. 一個(gè)晶胞中共有8個(gè).,2) 體心立方結(jié)構(gòu)晶體中的間隙,扁八面體間隙：位于晶胞各棱邊中點(diǎn)及面心處. 一個(gè)晶胞中共有6個(gè).,THE END,四面體間隙：位于晶胞各面中線的四分之一處. 一個(gè)晶胞中共有12個(gè).,THE END,3) 密排六方結(jié)構(gòu)晶體中的間隙,正八面體間隙：一個(gè)晶胞中共有6個(gè).,THE END,正四面體間隙：一個(gè)晶胞中共有12個(gè).,THE END,THE EN

8、D,7. 原子的堆垛方式( 僅介紹 fcc 和 cph ),3) 面心立方結(jié)構(gòu)的堆垛次序,4) 密排六方結(jié)構(gòu)的堆垛次序,二、多晶型性,純鐵加熱時(shí)的膨脹曲線,THE END,三、晶體的原子半徑,2. 影響原子半徑的主要因素,1) 溫度與壓力的影響 原子半徑隨晶體的溫度及壓力改變而改變,3) 配位數(shù)的影響 原子半徑隨配位數(shù)降低而減小,THE END,第三節(jié) 離子晶體的結(jié)構(gòu) STRUCTURE OF IONIC CRYSTALS,離子晶體的主要特點(diǎn),離子半徑、配位數(shù)和負(fù)離子配位多面體,離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則,二、離子半徑、配位數(shù)和負(fù)離子配位多面體,單價(jià)離子半徑：,多價(jià)離子半徑：,式中, Z 原子序數(shù) W 離子價(jià)數(shù) 屏蔽常數(shù) n 外層電子的主量子數(shù) 由 n 決定的常數(shù),用鮑林法計(jì)算離子半徑 ：,THE END,3. 負(fù)離子配位多面體,3) 負(fù)離子配位 多面體的形狀,三、離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則,例如，對(duì)于MgO:,四、離子晶體的典型結(jié)構(gòu),1. NaCl 晶型,2.,2. CsCl 晶型,3. 立方ZnS (閃 鋅礦) 晶型,4.,4. 六方ZnS (纖 鋅礦) 晶型,課外思考題,5. CaF2 (螢 石) 晶型,6.,6. TiO2 (金 紅石) 晶型,7. MgAl2O4 (尖晶石) 晶型,8. Al2O3 (剛玉) 晶型,1. 共價(jià)鍵結(jié)合，鍵合力通常強(qiáng)于離子鍵 2. 鍵的飽和