大学材料科学基础第二章材料中的晶体结构_ppt课件

第二章：材料中的晶体结构 晶体分类 金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体。 晶体结构 晶体中原子 (离子或分子 ) 在三维空间的具体排列方式一、 空间点阵和晶胞(Space Lattice and Unit Cell) 要点：1 晶体结构与空间点阵的区别；2 晶胞的概念；3 晶格常数。第一节 晶体学基础 Fundamentals of Crystallology1 空间点阵将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点（阵点 lattice point）， 即可得到一个由无数几何点在三维空间排列成规则的阵列 空间点阵（ space lattice） 。空间点阵是具体的晶体结构的几何抽象。晶体结构有多少种？注意：1 阵点可以代表原子、离子、分子甚至原子团，是这些质点的几何中心。2 每个阵点在空间分布必须具有完全相同的周围环境 (surroundings)。相同是指任一阵点周围的阵点数、阵点排列方式、阵点间间距都一样。只有满足上述两个条件的阵点组成的空间阵列才能称为空间点阵。2. 晶格将阵点用一系列平行直线连接，构成一空间格架称晶格。4. 点阵常数（晶格常数）按此原则选出的晶胞为一平行六面体，它的尺寸和形状用点阵常数（晶格常数）来描述，包括晶胞的各边长度和各边之间的夹角。二、 晶系与布拉菲点阵（ Crystal System and Bravais Lattice）晶系：不考虑晶胞中阵点的排列方式，只考虑点阵参数的差异，晶胞就只有七种形状。在晶体学中它们代表了七种晶体类型，称为 七大晶系 。布拉菲点阵：1848年， Bravais根据 “每个阵点周围环境相同 ”的要求，在考虑了晶胞中阵点的具体排列方式的基础上，从数学上证明了空间点阵中阵点的排列方式只有14种，这 14种空间点阵就叫 Bravais点阵，它们分属 7大晶系。晶体结构与空间点阵晶体结构是指实际晶体中的结构单元（原子、离子、分子、分子团等）在三维空间的具体的规律排列方式，种类数量几乎是无限。它和空间点阵的关系为：晶体结构 = 空间点阵 + 结构单元如： Cu, NaCl, CaF2有不同的晶体结构，但都属于面心立方点阵。思考题：空间点阵与布拉菲点阵。三、 晶向指数与晶面指数在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面，原子在空间排列的方向称为晶向。晶体的许多性能都与晶体中的特定晶面和晶向有密切关系。为区分不同的晶面和晶向，采用晶面和晶向指数来标定。（ Miller Indices of CrystallographicDirections and Planes）1 晶向指数的标定 建立以晶胞的边长作为单位长度的右旋坐标系。 将待定晶向平移至坐标原点。 求该晶向上离原点最近的节点在坐标上的投影。 所得结果约成互质整数，加一方括号 uvw。 晶向指数意义的讨论1 一个晶向指数表示着所有相互平行、方向一致的晶向指向，并不是指一根直线的指向；2 若两个晶向指数的数字相同，但符号相反，表示它们所指方向相反，3 晶向族： 立方晶系中因对称关系，有些晶向虽不平行，但质点排列方式和间距完全一样，它们属于同一晶向族，用表示晶向族举例：代表晶胞六根棱边： 100, 010, 001, ；代表晶胞中 8根体对角线；代表晶胞中 12根面对角线。属于同一晶向族的晶向指数特点？数字相同，但绝对值和排列顺序不同。2 晶面指数的标定 建立以晶胞的边长作为单位长度的右旋坐标系 求待定晶面在各坐标轴上的截距。 取截距的倒数。 将倒数约成互质整数，加一圆括号 (hkl)。Intercepts: a, a,Reciprocals: a/a, a/a, a/= 1, 1, 0Miller index for this plane : (1 1 0)Intercepts: 1/2a, a,Reciprocals: 2a/a, a/a, a/= 2, 1, 0Miller index for this plane : (2 1 0) 晶面指数意义的讨论1 一个晶面指数所代表的不仅是某一晶面，而是代表着 一组相互平行的晶面。2 若两晶面指数相同，但符号相反，表示两晶面平行，通常可认为是同一晶面。晶面族：晶面性质一样的晶面，它们在空间并不一定平行，用 hkl表示。属于同一晶面族的晶面指数特点是数字绝对值相同，但排列顺序不同。如 100晶面族：代表晶胞中的 3个表面，分别为 (100), (010), (001)。111晶面族： 4个。3 立方晶系中晶面的法线 在立方晶系中， 晶面的面法线就是与它数字相同的晶向指数。如 (hkl)晶面的面法线为 hkl， 这条规则必须牢记，讨论晶体滑移系、位错滑动和晶体塑性变形时要反复使用。3 六方晶系晶面和晶向指数标定立方晶系的方法依然适用。 a1， a2， c晶轴为单位长度建立坐标系，但 a1轴与 a2轴的夹角 为 120， c轴与 a1， a2轴相垂直 (,)。用这种方法标定的晶面族指数和晶向族指数，数字不同，和立方晶系不同，看不出它们的等同关系。例如晶胞的六个柱面的晶面族 100： 六方晶系的坐标轴六方晶系采用四轴坐标标定， a1、 a2、 a3之间的夹角均为 120o。晶面指数表示为 (hkil)，晶向指数表示为 uvtw。 用这种标定方法， 晶面族，晶向族就可以从指数上反映出来。例如，六个柱面的晶面族指数 分别为：在三维空间中独立的坐标轴只有三个。因而应用此方法标定的指数形式上是四个，但前三个指数中只有两个是独立的，它们之间有如下关系：晶面指数： i = - (h+k)晶向指数： t = - (u+v)这种标定方法标定晶面指数与三轴坐标相同，但晶向指数标定比较麻烦。 六方晶系晶向指数标定必需保证 t = -(u+v)