陶瓷材料的晶体相结构解析学习教案

1、会计学1陶瓷材料的晶体相结构陶瓷材料的晶体相结构(jigu)解析解析第一页，共44页。2021-12-212晶体结构复杂，原子排列(pili)不紧密晶体相是陶瓷基本相，决定陶瓷的力学、物理、化学性能 配位数低没有大量自由电子 陶瓷的晶体结构分类离子键结合的陶瓷：MgO，ZrO2，CaO，Al2O3 等金属氧化物共价键结合陶瓷：SiC，Si3N4，纯SiO2高温相第2页/共44页第二页，共44页。2021-12-213某些陶瓷的介电性、半导体性和磁学特性对设计或利用电子线路器件特别(tbi)有用第3页/共44页第三页，共44页。2021-12-214第4页/共44页第四页，共44页。2021-1

2、2-215离子化合物结构(jigu)与正常价化合物基本相同结合键主要为离子键有一定比例的共价键有确定的成分，可用准确分子式表示2.AmXp型陶瓷晶体3.复杂化合物： a）AmBnXp型结构； b）固溶体4.硅酸盐第5页/共44页第五页，共44页。2021-12-216可以(ky)是离子型化合物可以是共价型的，价电子在很大程度上是共用的ZnS是这类化合物的一个例子如MgO，其中两个电子从金属原子转移到非金属原子，而形成阳离子Mg2+和阴离子O2第6页/共44页第六页，共44页。2021-12-217A原子只被做为直接邻居的X原子所配位，X原子也只有A原子作为第一邻居。所以(suy)A和X原子或离

3、子是高度有序的形成AX化合物时，使两种原子数目相等而且具有如上所述的有序配位的三种方法（原型）CN=8的CsCl型CN=6的NaCl型CN=4的ZnS型第7页/共44页第七页，共44页。2021-12-218 CsCl（NaCl、ZnS）的原子(yunz)排列NaCl、ZnS具有面心立方的排列NaCl可以看成由两个面心立方点阵穿插而成的超点阵，将Na+和Cl看成一个集合体，即一个结点，此结构则为FCC结构，单胞离子数为4个Na+和4个Cl第8页/共44页第八页，共44页。2021-12-219NaCl可以看成(kn chn)由两个面心立方点阵穿插而成的超点阵Na+Cl-将Na+和Cl-看成一个

4、集合体，即一个结点(ji din)，此结构则为FCC结构，单胞离子数为4个Na+和4个Cl-第9页/共44页第九页，共44页。2021-12-2110如氟化钙（CaF2）型结构AX2的ZrO2及UO2，ThO2，CeO2以及Al2O3结构的Al2O3及Cr2O3，-Fe2O3，Ti2O3，V2O3。CaF2型结构中A原子具有面心立方(lfng)点阵，X原子占据4个A原子之间的间隙位置，相邻的X原子并不接触第10页/共44页第十页，共44页。2021-12-2111如如Al2O 3Al2O 3及及Cr2O3Cr2O3，-Fe2O3-Fe2O3，Ti2O3Ti2O3，V2O3V2O3的结构的结构(

5、jigu)(jigu)Al2O3又称刚玉，工业中运用广泛，如刀具，火花塞、金刚砂磨轮，耐酸泵和印刷(ynshu)线路的衬底的以及排气系统中催化剂支架的高温材料Al2O3结构中O2离子具有密排六方的结构，O2位于密排六方的结点上，为保持电荷平衡，三分之二的八面体间隙被Al3+离子占据O2与相邻的Al3+离子的原子间距很短，只有0.191nm，相互作用的键能很高，因此熔点大于2000，硬度较高（莫氏硬度为9），能够抵抗大多数的化学试剂腐蚀Al2O3的低导电性和较高的热导率的结合使它能够用于各种电的用途中第11页/共44页第十一页，共44页。2021-12-2112CaF2型结构(jigu)CaF2

6、型结构是用于核燃料元件(yunjin)的UO2燃料元件(yunjin)的基础结构，又是ZrO2的一种多晶型结构第12页/共44页第十二页，共44页。2021-12-2113Zr 4 +O 2-Zr 4 +位于结点(ji din)位置， O 2-位于四面体间隙ZrO2及UO2，ThO2，CeO2的结构(jigu)，属于CaF2结构(jigu)ZrO2是有用的高温氧化物，Zr4+位于结点位置，O2位于四面体间隙第13页/共44页第十三页，共44页。2021-12-2114三种原子存在从而使问题(wnt)更加复杂，但是其中一些化合物是非常有用的例如BaTiO3用于诸如唱机中拾音器等第14页/共44页

7、第十四页，共44页。2021-12-2115在120以上，BaTiO3为立方(lfng)结构，Ba2+位于晶胞顶角，O2-离子位于面的中心，Ti4+位于晶胞中心这种结构在120以上是稳定(wndng)的，而在120以下有变化，这种变化使BaTiO3成为有用的压电材料第15页/共44页第十五页，共44页。2021-12-2116材料(cilio)的磁特性受阳离子的影响第16页/共44页第十六页，共44页。2021-12-2117如MgO中，如果F离子取代了O2离子，Li+离子可同时(tngsh)取代Mg2+离子，MgO可以溶于LiF中当然还可以是Mg2+溶于LiF中，这时没有相应的O2离子，这种

8、情况下必须包含阳离子空位，结果两个Li离子被Mg2离子所替代第17页/共44页第十七页，共44页。2021-12-2118硅酸盐矿物(kungw)：长石，高岭土，滑石，镁橄榄石硅酸盐的其它工程应用包括电绝缘体、化学容器和增强玻璃纤维硅酸盐结构：成分、结构复杂，起决定作用的是硅-氧间的结合，即硅酸盐四面体单元第18页/共44页第十八页，共44页。2021-12-2119将四面体连接(linji)在一起的力包括离子键和共价键硅-氧间结合主要为离子键，还有一定的共价键成分因此硅-氧四面体的结合很牢固，（硅-氧间平均距离为0.160nm，小于硅氧原子半径之和）第19页/共44页第十九页，共44页。20

9、21-12-2120两种方法可以克服氧离子(lz)中电子的不足一是可以从金属原子得到(d do)一个电子，这种情况下产生SiO44离子和M+离子二是每个氧可以与第二个硅共用电子对，在这种情况下形成多个四面体配位群共用的氧称为桥氧。每一个氧最多只能被两个SiO4四面体共有第20页/共44页第二十页，共44页。2021-12-2121硅原子(yunz)位于氧原子(yunz)四面体的间隙中中心的氧原子被两个四面体单元(dnyun)所共有，称为桥氧第21页/共44页第二十一页，共44页。2021-12-2122SiO4四面体双重四面体单元（Si2O7）6-桥氧第22页/共44页第二十二页，共44页。2

10、021-12-21231)含有限(yuxin)硅氧团的岛状硅酸盐结构2)链状结构3)层状结构4)骨架状结构第23页/共44页第二十三页，共44页。2021-12-2124第24页/共44页第二十四页，共44页。2021-12-2125a、含孤立有限(yuxin)硅氧团的硅酸盐，孤立硅氧四面体指四面体之间不通过离子键或共价键结合b、含成对有限硅氧团和环状有限硅氧团的硅酸盐。硅氧四面体可成对连接(linji)，或连成封闭环硅氧四面体中氧为-1价，单个硅氧四面体为-4价，硅氧四面体可与其它正离子键合使化合价达到饱和第25页/共44页第二十五页，共44页。2021-12-2126成对成对硅氧硅氧团团单

11、一单一硅氧硅氧团团3节节环状环状环氧环氧团团4节节环状环状环氧环氧团团6节节环环状环氧团状环氧团第26页/共44页第二十六页，共44页。2021-12-2127分单链结构(jigu)和双链结构(jigu)，单链结构(jigu)按一维方向的周期性分为1，2，3，4，5，7节链第27页/共44页第二十七页，共44页。2021-12-2128第28页/共44页第二十八页，共44页。2021-12-2129单链结构按一维方向单链结构按一维方向(fngxing)的周期性分为的周期性分为1，2，3，4，5，7节链节链a.1节链b.2节链c.3节链d.4节链e.5节链f. 7节链第29页/共44页第二十九页

12、，共44页。2021-12-2130第30页/共44页第三十页，共44页。2021-12-2131第31页/共44页第三十一页，共44页。2021-12-2132方石英(shyng)的晶体结构第32页/共44页第三十二页，共44页。2021-12-2133如SiC，Si3N4，纯SiO2高温(gown)相SiC结构中碳原子位于FCC结点上，还有4个原子位于四面体间隙，配位数为4，不是密堆结构第33页/共44页第三十三页，共44页。2021-12-2134SiC中碳原子位于(wiy)FCC结点上，还有4个原子位于(wiy)四面体间隙， 配位数为4， 不是密堆结构第34页/共44页第三十四页，共4

13、4页。2021-12-2135第35页/共44页第三十五页，共44页。2021-12-2136SiO2更普通的结构是石英，它是在许多(xdu)海滩的沙子中发现的主要材料。另外一种天然硅酸盐是长石SiO2高温网络结构图第36页/共44页第三十六页，共44页。2021-12-2137Al/SiC复合材料复合材料(f h ci lio)中的中的SiC粒子粒子SiC第37页/共44页第三十七页，共44页。2021-12-2138材料熔融态粘度大，流体层的内摩擦力大，原子迁移困难组成(z chn)晶体的过程难于进行，易于形成过冷液体，粘度小的物质快冷时也可得到玻璃态（非晶态，或称金属玻璃）第38页/共44页第三十八页，共44页。2021-12-2139物质的玻璃态由离子多面体组成空间网络，多面体的排列无规律，无定形固体(gt)与晶体结构都有着短程的网络结构，但是只有晶体状态的硅石具有长程有序结构 网络结构高度交联，粘度也很大，一般是无定形的，即非结晶状态的第39页/共44页第三十九页，共44页。2021-12-2140第40页/共44页第四十页，共44页。2021-12-2141由于石英玻璃(sh yn b l)的高粘度使它很难成型热膨胀系数