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1、第二章第二章 固体结构固体结构第二章第二章 固体结构固体结构 第二章第二章 固体结构固体结构 本章主要内容 1、晶体学基础 2、金属的晶体结构 3、合金相结构 4、离子晶体的结构 5、共价晶体的结构 6、聚合物晶体结构 7、非晶态结构第二章第二章 固体结构固体结构 本章要求掌握的内容 1.晶体和非晶体的区别。 2.晶体结构与空间点阵、晶格、晶胞与原胞、晶系，布拉菲点阵，点阵常数、七种晶系的各自特点。 3. 体心、面心立方和密排六方晶胞，根据原子半径计算出金属的晶胞常数。掌握三种典型晶体结构的特征(包括：晶胞形状、晶格常数、晶胞原子数、原子半径、配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，最密排面(滑移
2、面)和最密排方向的指数与个数，滑移系数目等) 。 4. 晶面指数、晶向指数，能标注体心、面心立方和密排六方晶胞的晶向和晶面指数。晶面族，晶向族，晶带轴，晶面与晶向平行或垂直，晶向和晶面指数的一些规律。求晶面间距d（hkl）、晶面夹角。晶带定理。第二章第二章 固体结构固体结构 5.合金、合金系、相、组元、组织、显微组织、宏观组织；合金相结构分类；影响相结构因素。 6.固溶体的分类、特点和性质，影响固溶体固溶度的因素。(置换固溶体和间隙固溶体，有限固溶体和无限固溶体，有序固溶体和无序固溶体，端部固溶体和中间固溶体，一次固溶体和二次固溶体)。中间相的类型和特点。 7.晶粒、晶界、各向同性与各向异性、
3、同素异构转变(重结晶)和多晶型性转变，单晶与多晶。 8.离子化合物的结构类型和特点，硅酸盐结构的一般特点。 9.共价晶体的特点。第二章第二章 固体结构固体结构排列排列 距离距离 作用力作用力 固定体积固定体积 形状形状气态气态 无规律 远 小 无 无(gas state)液态液态 局部有序 较近 中等 有 无(liquid state)固态固态 结晶 有规律 小 强 有 有(solid state)非晶 局部有序 小 强 有 有 物质按聚集状态分类有三种主要状态：气态、液态和固态按原子或分子排列规律性分：晶体(crystal)和非晶体(noncrystal) 概概 述述 第二章第二章 固体结构
4、固体结构 晶体晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体， 即晶体是具有格子构造的固体。 晶体与非晶体的区别晶体与非晶体的区别：.原子规则排列原子规则排列：晶体中原子（分子或离子）在三维空 间呈周期性重复规则排列，存在长程有序，而非晶体的原 子无规则排列的。. .是否有固定熔点是否有固定熔点：晶体具有固定的熔点，非晶体无固 定的熔点，液固转变是在一定温度范围内进行。3.各向异各向异( (同同) )性性：晶体具有各向异性（anisotropy），非 晶体为各向同性。 绝大部分陶瓷、少数高分子材料、金属及合金是晶体； 多数高分子材料、玻璃及结构复杂材料是非晶体。 注意： 1. 实际金属为多晶体
5、，伪各向同性; 2. 晶体、非晶体间可相互转化。晶体在一定条件下可以 转化为晶体 第二章第二章 固体结构固体结构 单晶体的异向性 金属 最大弹弹性模量 (MPa) 晶向 最小弹弹性模量 (MPa) 晶向 Cu190000111 66700100 Al75500111 62800100 Ag115000111 43200100 -Fe284000111 132000100 Au112000111 41200100 第二章第二章 固体结构固体结构晶态与非晶态第二章第二章 固体结构固体结构补充概念：补充概念：1 1、晶态、晶态(crystalline (crystalline state)state
6、)：各向异性，原子规排，固定 熔点，长程有序 2 2、非晶态、非晶态( (noncrystallinenoncrystalline state)state)：各向同性，无固定熔点 ，没规则外形，长程无序，短程有序（玻璃） 3 3、准晶态、准晶态( (quasicrystallinequasicrystalline state)state)：具有一般晶体不能有 的对称性（如五次对称轴） 4 4、液晶、液晶(liquid (liquid crystals)crystals)：有机物加热时所经历的某一不 透明的浑浊液态阶段（中间相），具有和晶体相似的性质 ，又称中间相或介晶。 5 5、超晶格、超晶格
7、( (点阵点阵)(super )(super lattice)lattice)：是将两种或两种以上不 同材料按照特定的迭代序列、沉积在衬底上而构成的（可 是周期、准周期、随机三种）；超晶格自然界不存在，人 工生长出来的，用于半导体薄膜。 第二章第二章 固体结构固体结构 2.2. 晶体学基础晶体学基础 2.1.1 2.1.1 空间点阵与晶胞空间点阵与晶胞 阵点阵点：为了便于分析研究晶体中质点的排列规律 性，可先将实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体 并简化，将其中每个质点抽象为规则排列于空间的 几何点，称之为阵点阵点(lattice (lattice point)point)。它是纯粹 的几何点，
8、各点周围环境相同。 空间格子空间格子：把晶体中质点的中心用直线联起来构 成的空间格架即晶体格子，简称晶格晶格(space (space lattice)lattice)。是用来描述晶体中原子排列规律的空间 格架。第二章第二章 固体结构固体结构 点阵点阵：将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点即可得 到一个由无数几何点在三维空间排列成规则的空间格架(阵 列)称为空间点阵，简称点阵点阵(space lattice)(space lattice) 。特征：每 个阵点在空间分布必须具有完全相同的周围环境 (surrounding) 晶胞晶胞：从晶格中选取一个具有代表性的能完全反映晶 格特征的基本单元（最小
9、平行六面体）作为点阵的组成单 元，这种最小的几何单元称晶胞晶胞( (cellcell) )。晶胞是晶体中的 重复单元，它平行堆积可充满三维空间，形成空间点阵。 晶晶 格格 示示 意意 图图第二章第二章 固体结构固体结构晶胞大小和形状表示方法晶胞大小和形状表示方法c XZYOba晶胞参数：晶胞的形状和大小可以用 6个参数来表示，此即晶格特征参数 ，简称晶胞参数。它们是3条棱边的 长度a、b、c （称为点阵常数、晶格 常数(lattice constants /parameters)和3条棱边的夹角、 、 （称为晶轴间夹角）第二章第二章 固体结构固体结构 选取晶胞的原则同一空间点阵可因选 取方式不
10、同而得到不相 同的晶胞。 选取晶胞遵循的原则： 1、单元应反映出点阵的 高度对称性 2、棱和角相等的数目最 多 3、棱边夹角为直角时， 直角数目最多 4、当满足上述条件的情 况下，晶胞体积最小第二章第二章 固体结构固体结构 空间点阵类型空间点阵类型 根据个参数间的相互关系可将全部空间点阵归为七大晶 系；根据“每个阵点的周围环境相同”的要求，可导出十 四种（称为布拉菲点阵）。晶系和点阵类型如表2.1、2.2 中所示（十四种空间格子） 七大晶系和十四种空间格子七大晶系和十四种空间格子 七大晶系：七大晶系：1.三斜晶系（triclinic system）:简单三斜2.单斜晶系（monoclinic
11、system）：简单、底心单斜3.正交晶系（orthogonal system）：简单、底心、体心 、面心正交4.四(正)方晶系（tetragonal system）：简单、体心四 方5.立方晶系（cubic system）：简单、体心、面心立方6.六方晶系（hexagonal system）：简单六方7.菱形晶系（rhombohedral system）：简单菱方第二章第二章 固体结构固体结构十四种布拉菲点阵的结构图问：问：上表中为什么没有底心四方 点阵和面心四方点阵？第二章第二章 固体结构固体结构 1.简单三斜点阵abc 90第二章第二章 固体结构固体结构2.简单单斜点阵 ab c = =
12、90第二章第二章 固体结构固体结构 3.底心单斜点阵 abc =90第二章第二章 固体结构固体结构4.简单正交点阵 abc，= = = 90第二章第二章 固体结构固体结构5.底心正交点阵 abc，= = = 90第二章第二章 固体结构固体结构6.体心正交点阵 abc，= = = 90第二章第二章 固体结构固体结构 7.面心正交点阵 abc，= = = 90第二章第二章 固体结构固体结构 8.简单六方点阵a1a2=a3 c，90，120第二章第二章 固体结构固体结构9.简单菱方点阵a=b=c，= 90第二章第二章 固体结构固体结构 10.简单四方点阵a=b c，= =90第二章第二章 固体结构固
13、体结构 11.体心四方点阵a=b c，= =90第二章第二章 固体结构固体结构12.简单立方点阵a=b=c，= =90第二章第二章 固体结构固体结构13.体心立方点阵a=b=c，= =90第二章第二章 固体结构固体结构 14.面心立方点阵a=b=c，= =90第二章第二章 固体结构固体结构晶体结构与空间点阵的区别空间点阵（空间点阵（space latticespace lattice）是晶体中质点 排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体 结构的周期性和对称性，由于各阵点的周 围环境相同，它只能有14中类型。晶体结构（晶体结构（crystal structurecrystal structure）
14、是晶体中 实际质点（原子、离子或分子）的具体排 列情况，它们能组成各种类型的排列，因 此，实际存在的晶体结构是无限的。第二章第二章 固体结构固体结构 2.1.2 2.1.2 晶向指数和晶面指数晶向指数和晶面指数晶面晶面(crystal plane)：晶体结构一系列原子所构成的平面。 晶向晶向(crystal directions)：通过晶体中任意两个原子中心连 成直线来表示晶体结构的空间的各个方向。 晶向指数晶向指数(indices of directions)和晶面指数晶面指数(indices of crystalplane)是分别表示晶向和晶面的符号，国际上用 illeriller指数（指数（iller indices ）来统一标定。第二章第二章 固体结构固体结构1.立方晶系中晶向指数（Orientation index) 晶向的矢量表示：OP = OP = ua+vb+wcua+vb+wc（1 1） 坐标法标定晶向指数坐标法标定晶向指数确定立方晶系(cubic crystal systems)晶向指数的步骤如下：(1) 设定坐标系：(2) 求坐标：过坐标原点，作直线与待求晶向平行;在该直线上任取一点，并确
