晶体结构的几何理论及晶格缺陷课件

晶体结构的几何理论及晶格缺陷§8—1十四种空间格子平行六面体的选择各晶系平行六面体的形状和大小平行六面体中结点的分布十四种布拉维格子平行六面体的选择平行六面体实空间格子中的最小重复单位。整个晶体结构可以视为这种平行六面体在三维空间平行的、毫无空隙的重复堆砌而成。对于每种晶体结构而言，结点的分布是客观存在的，但平行六面体的选择是人为的。在选择平行六面体时必须尊许一定的原则。图8－1空间点阵与空间格子平行六面体的选择原则如下：所选取的平行六面体应能反映结点分布整体所固有的对称性；在上述前提下，所选取的平行六面体中棱与棱之间的直角关系力求最多；在满足以上两个条件的基础上，所选取的平行六面体的体积力求最小。各晶系平行六面体的形状和大小平行六面体的形状和大小用它的三根棱长（轴长）a、b、c及棱间的夹角（轴角）a、b、g表征。这组参数（a、b、c；a、b、g）称为晶胞参数。各晶系的晶胞参数如下：等轴晶系：a＝b＝c；a＝b＝g＝90

四方晶系：a＝b

c；a＝b＝g＝90

六方及三方晶系：a＝b

c；

a＝b＝90

；g＝120

三方晶系（三方菱面体格子）a＝b＝c；

a＝b＝g

90

，60

，10928`16``斜方晶系：a

b

c；a＝b＝g＝90

单斜晶系：a

b

c；a＝g＝90

；b

90

三斜晶系：a

b

c；a

b

g

90

平行六面体中结点的分布

按选择原则选择出的平行六面体中，结点（相当点）的分布只能有四种可能的情况，与其相对应可分为四种格子类型：

原始格子（P）底心格子（C）体心格子（I）面心格子（F）原始格子（P）：结点分布在平行六面体的八个角顶上。底心格子：结点分布在平行六面体的角顶及某一对面的中心。其中可细分为：C心格子（C）：结点分布于平行六面体的角顶和平行(001)一对平面的中心A心格子（A）：结点分布于平行六面体的角顶和平行(100)一对面的中心B心格子（B）：结点分布于平行六面体的角顶和平行(010)一对面的中心体心格子（I）：结点分布于平行六面体的角顶和体中心。

面心格子（F）：结点分布于平行六面体的角顶和三对面的中心。

abcd

图8－2四种格子类型a.原始格子b.底心格子c.体心格子d.面心格子4、十四种布拉维格子综合考虑平行六面体的形状和结点分布情况，在晶体结构中只可能出现14种不同型式的空间格子。这是由布拉维（A.Bravais）于1848年最先推导出来的，故称布拉维格子。

既然平行六面体有七种形状和四种结点分布类型，为什么不是7×4＝28种布拉维格子呢？一、某些类型的格子彼此重复并可转换;二、一些不符合某晶系的对称特点而不能在该晶系中存在。例如：三斜面心格子可转变为体积更小的三斜原始格子。三斜面心格子可转变为体积更小的三斜原始格子图解单斜B心格子（细线）转变为单斜原始格子（粗线）的图解a体视图b（010）面投影图四方底心格子（虚线）转变为四方原始格子（实线）图解三方体心格子（虚线）转变为三方原始格子（实线）的图解注：六方原始格子可以转化成具有双重体心的菱面体格子，同样三方菱面体格子也可转换为具有双重体心的六方格子，它的体积相当于菱面体格子的三倍。这两种转换的格子均不符合选择原则。但为了适应晶体的布拉维定向，三方菱面体格子常按六方格子进行转换。六方原始格子（细线）转变为双重体心的菱面体格子（粗线）的图解三方原始菱面体格子（细线）转变为双重体心的六方格子（粗线）的图解§8—2晶格缺陷概念：晶格缺陷是指在晶体结构中的局部范围内，质点排列偏离了格子构造规律的现象。产生原因：内部质点的热震动、受到辐射、应力作用等。晶格缺陷按照其在晶体结构中分布的几何特点可分为以下几种类型：点缺陷线缺陷面缺陷体缺陷点缺陷概念：发生在一个或若干个质点范围内所形成的晶格缺陷。常见的点缺陷表现为：空位、填隙、替位。在离子晶格中，点缺陷还可以俘获电子或空穴。当光波入射晶体中时，可使电子发生迁移并与缺陷发生作用、吸收某些波长的光波的能量而呈色。色心：能吸收某些光波能量而使晶体呈色的点缺陷称为色心。

空位：晶格中应有质点占据的位置因缺失质点而造成空位。如图中Vm和2Vm分别为单个质点的空位和两个质点的双空位。（图）图8－3点缺陷的主要的表现形式Vm

空位2Vm

双空位Mi填隙质点M替位质点填隙：在晶体结构中正常排列的质点之间，存在多余的质点填充晶格空隙的现象。这种填隙的质点可以是晶体自身固有成分的质点，也可是其他杂质成分的质点替位：杂质成分的质点代替了晶体本身固有成分的质点，并占据了被替代质点的晶格位置的现象称为替位。由于替位和被替位的质点间的半径、电价等方面存在差异，因而造成不同形式、程度不等的晶格畸变。（图）图8－4替位所造成的晶格缺陷（畸变）线缺陷概念：在晶体内部结构中沿某条线（行列）方向上的周围局部范围内所产生的晶格缺陷。表现形式：位错位错（dislocation）：在晶体中的某些区域内，一列或数列质点发生有规律的错乱排列现象。柏氏矢量：位错可以视为晶格的局部滑动造成的，因此1939年柏格斯（Burgers）提出用晶格滑动的矢量来表示位错的特征，该矢量称为柏氏矢量。根据柏氏矢量与位错线的关系，位错可分为：刃位错、螺旋位错、及混合位错等类型。刃位错：位错线与柏氏矢量（b）垂直的位错。图中是一具刃位错的晶体结构示意图。螺旋位错：位错线与柏氏矢量（b）平行的位错。（图）混合位错：柏氏矢量与位错线既不平行也不垂直的位错。面缺陷概念：沿晶格内或晶粒间某些面的两侧局部范围内所出现的晶格缺陷。种类：

平移界面堆垛层错晶界亚晶界平移界面：晶格中的一部分沿某一面网相对于另一部分滑动。以滑动面为界，格子构造规律被破坏。堆垛层错：晶体结构中相互平行的堆积层有其固有的重复排列顺序。如果堆垛层偏离了原来固有的顺序，则视为产生了堆垛层错。晶界：同种晶体内部结晶方位不同的两晶格间的界面。按结晶方位差异的大小，将晶界分为小角晶界和大角晶界。小角晶界：两晶格间结晶方位之差小于15o的晶界。例如：倾斜晶界和扭转晶界。大角晶界：两晶格间结晶方位之差大于15o的晶界。图8－5两种小角度倾斜晶界示意图a对称倾斜晶界b不对称倾斜晶界图8－6大角度倾斜晶界结构示意图（a）图8－7大角度倾斜晶界结构示意图（b）图8－8大角度倾斜晶界结构示意图（c）亚晶界：实际晶体中，晶格可视为由许多相互间取向并非严格一致，其结晶方位有很小的差异呈镶嵌状的小块晶格所组成。这些小块晶体称为亚晶（亚结构或镶嵌块）。亚晶界的概念：两相邻亚晶的边界称为亚晶界