华北理工无机材料岩相分析课件第1章 绪论

无机材料岩相基础

PetrographyofSilicate资源与环境学院地质系

刘丽娜绪论●课程性质及要求●本课程研究的内容●课程特点及教学安排●主要参考书一、课程性质及要求◆课程性质：☆是无机非金属材料、硅酸盐、材料科学等专业的一门技术基础课（必修课）。☆研究对象：硅酸盐工业原料及其产品。☆是一门以结晶学、矿物学、岩石学、晶体光学和物理化学等为基础理论并且与硅酸盐工艺学相结合的实验学科，借以解释生产和使用中的各种现象和机理。一、课程性质及要求◆要求：●掌握结晶学、矿物岩石学、晶体光学的基本理论知识；●学会用偏光、反光显微镜鉴定工艺矿物的原理和测定光学性质的方法；●用偏光、反光显微镜鉴定工艺岩石的矿物组成、含量、晶粒大小、显微结构特点，分析矿物原料、工艺过程与产品质量的关系，为提高产品质量提供理论依据。二、本课程研究的内容◆内容：主要研究耐火材料、水泥、陶瓷、玻璃等产品的矿物组成、显微结构及其与产品质量关系。●基础理论：结晶学、矿物学、岩石学、晶体光学。●研究方法：偏光显微镜（透射、反射）及其他测试手段。●产品的岩相分析：矿物组成及含量、颗粒大小、显微结构及其与产品质量的关系。三、课程特点及教学安排特点：内容涉及面广，基本概念多，实践性强。教学安排：原计划64学时，现32学时（讲24，实验8）。重点讲授，部分自学。考试：平时20-30%，终考70-80%。记笔记，重视实验课。答疑：科技楼605Referencebooks1.《工业岩石学》翁润生编著，中国地质大学出版社2.《耐火材料岩相分析》杨兴华，冶金工业出版社3.《耐火材料显微结构》高振昕等，冶金工业出版社4.《工业矿物与岩石》马鸿文主编，地质出版社5.《硅酸盐岩相学》洛阳建工专科学校编，建筑工业出版社6.《矿物材料学导论》倪文等，材料科学出版社7.《耐火材料工艺学》王维邦，冶金工业出版社8.《晶体光学》、《结晶学及矿物学》、《岩石学》等9.《硅酸盐岩相学实验》方亭亭主编，武汉工业大学出版社第一章结晶学基础本章要点：●晶体概念及其基本性质；●空间格子和晶胞的概念；●晶体对称特点、对称要素及对称定律；●对称型及晶体的分类；●单形、聚形的概念及特点；●晶面符号与单形符号；●晶格常数的概念及特点。第一节晶体一、晶体的概念●晶体(crystal):内部质点作有规律重复排列的固体。或具有格子构造的固体。●格子构造：晶体内部质点作有规律重复排列的构造。晶质体：绝大多数矿物矿物非晶质体：如玻璃、琥珀、蛋白石、褐铁矿等●非晶体：内部质点在三维空间不作规律排列，即不具格子构造的固体。是一种无规则形状的无定形体。●晶体和非晶体在一定条件下可相互转化。蛋白石—石英（晶质化）；黄铁矿—褐铁矿（非晶质化）第一节晶体二、晶体的内部构造—空间格子(lattice)1.空间格子的概念是表示晶体构造规律的几何图形，是由相当点在三维空间无限排列而成。●相当点：①质点种类相同（占据同种质点中心）②周围环境相同（相同方向、距离，有相同质点）2.空间格子要素●结点(node)：即相当点；●行列(row)：结点在直线上的排列。

结点间距：相邻两个结点间的距离。同一行列上结点间距相等，平行的行列上结点间距亦相等。第一节晶体●面网(net)：结点在平面上的分布。

面网密度(reticulardensity)：单位面积上的结点数目。

面网间距(interplanarspacing)：相邻两面网间的垂直距离。相互平行的面网，其面网密度、面网间距均相等。●平行六面体(parallelhexahedron)：是空间格子的最小单位，是由三对相互平行而且相等的面网组成的。3.空间格子类型及晶胞的概念●

14种空间格子（布拉维格子）▲平行六面体的形状是由它的三条棱长ａ、ｂ、ｃ和它们的夹角α、β、γ决定的，其中称ａ、ｂ、ｃ、α、β、γ称为格子常数（平行六面体参数）第一节晶体▲根据对称性，平行六面体的共七种形态，与晶体的七个晶系相对应。（P27）立方格子：等轴晶系，ａ=ｂ=ｃα=β=γ=90°四方格子：四方晶系，ａ=ｂ≠ｃα=β=γ=90°六方格子：六方晶系，ａ=ｂ≠ｃα=β=90°γ=120°菱面体格子：三方晶系，ａ=ｂ=ｃα=β=γ≠90°、60°、109°28′16″斜方格子：斜方晶系，ａ≠ｂ≠ｃα=β=γ=90°单斜格子：单斜晶系，ａ≠ｂ≠ｃα=γ=90°β＞90°三斜格子：三斜晶系，ａ≠ｂ≠ｃα≠β≠γ≠90°第一节晶体▲根据平行六面体中结点分布情况，空间格子又可分为四种幻灯片21类型：原始格子（P）：结点分布于角顶底心格子（C）：角顶+1对面中心面心格子（F）：角顶+面中心体心格子（I）：角顶+体中心第一节晶体●晶胞(unitcell)的概念：能够充分反映晶体结构特点的最小构造单位。＊其形状和大小用晶胞参数来确定，与平行六面体参数相当。思考题：平行六面体与晶胞的区别。第一节晶体三、晶体的基本性质⒈自限性(selfconfinement):

晶体在适当条件下，可自发的形成几何多面体形态的性质。（食盐—立方体，方解石—菱面体，方镁石—立方体）▲晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的直接反映。晶面—面网，晶棱—行列，角顶—结点。⒉均一性(homogeneity):

同一晶体的各个部位具相同性质。三、晶体的基本性质3.异向性(anisotropy):同一晶体在不同方向上性质有差异。（蓝晶石的硬度、云母的解理、石英的压电性）4.对称性(symmetry):

指晶体中相等的晶面、晶棱和角顶及其物化性质在不同方向或位置上有规律地重复出现。5.最小内能及稳定性（minimuminternalenergyandstability）:在相同热力学条件下，晶体与同种物质的非晶体、液体、气体相比较，其内能最小，最稳定。第一节晶体★布拉维法则在一个晶体上，各晶面间相对的生长速度与它们本身面网密度的大小成反比，即面网密度越大的晶面，其生长速度越慢，反之则快。保留下来的实际晶面是网密度大的晶面。（P4图1-7）第二节晶体的对称与分类一、

对称的概念有相同部分两个特点：相同部分有规律重复出现☆概念：物体相同部分做有规律地重复的性质。●晶体对称的特点①所有晶体都是对称的；②晶体的对称是有限的，严格受格子构造控制；③不仅外形上对称，其物理化学性质也对称。第二节晶体的对称和分类二、对称操作与对称要素☆对称操作（symmetryoperation）：使对称图形中的相同部分作有规律重复所进行的操作。☆对称要素(symmetryelement)：进行对称操作时所借助的几何要素（点、线、面）●晶体的宏观对称要素⒈对称面（symmetryplane）--反映假想的平面，它把晶体平分为互为镜像的两个相等部分。用Ｐ表示。第二节晶体的对称和分类对称面可能出露的位置：①垂直平分晶面；②垂直平分晶棱并通过晶体中心；③包含晶棱并平分晶面夹角的平面。一个晶体可以没有对称面，也可能有一个或若干个，但最多不超过９个。表示方法：NP，如2P、3P、9P。第二节晶体的对称和分类⒉对称轴（symmetry

axis）--旋转为一假想的通过晶体中心的直线。晶体围绕此直线旋转一定角度后，相等的部分重复出现。以Ｌｎ表示。轴次（ｎ）：晶体绕轴旋转360°，相同部分重复出现的次数。基转角（α）:相等部分重复出现旋转的最小角度。

ｎ＝360°／α（n＞2，高次轴）第二节晶体的对称和分类晶体对称定律（lawofcrystalsymmetry）：

晶体中可能出现的对称轴只能是一次轴、二次轴、三次轴、四次轴、六次轴，不可能存在五次或高于六次的对称轴。对称轴可能出露的位置：过晶体几何中心，且

①晶面中心；

②晶棱中点；

③角顶联线。在一个晶体中可以无也可以有一种或几种对称轴，而每一种对称轴也可以有一个或多个。如立方体有3L44L36L2。第二节晶体的对称和分类3.对称中心（centerofsymmetry

）：--反伸晶体内部假象的一点，通过此点的直线两端等距离处有晶体上相等的部分。☆当晶体有对称中心时，其晶面必然成对分布，每对晶面都是两两平行，同形等大且方向相反的。☆在一个晶体中可以无也可以有对称中心，但最多只有一个。用C表示。第二节晶体的对称和分类三、对称型及晶体的分类●对称型（classofsymmetry）：一个晶体上全部对称要素的组合。共有３２种对称型。●晶体的对称分类：属于同一对称型的晶体归为一类，故有32个晶类。根据高次轴的有无或多少分成三个晶族：

低级晶族：无高次轴中级晶族：一个高次轴高级晶族：有多个高次轴第二节晶体的对称和分类每个晶族根据对称的特点分成七个晶系：

三斜晶系：无Ｐ和Ｌ２低级晶族单斜晶系：Ｐ和Ｌ２各不多于一个斜方晶系：Ｌ２或Ｐ多于一个

高级晶族：有４个Ｌ３

四方晶系：有一个Ｌ４中级晶族三方晶系：有一个Ｌ３六方晶系：有一个Ｌ６第三节晶体的理想形态单形—由同种晶面组成晶体的理想形态

聚形—由两种以上晶面组成一、单形●概念：由对称要素联系起来的一组晶面的总和。即单形是借助对称型中全部对称要素的作用可使它们相互重复的一组晶面。有些晶体对称型相同，但形态却完全不一样。（如图）第三节晶体的理想形态

●47种单形高级晶族常见单形

四面体：由四个等边三角形晶面组成；

八面体：由八个等边三角形晶面组成，横断面为正方形；

立方体：六个晶面成对平行，互相相交；

菱形十二面体：由十二个菱形晶面组成，成对平行且垂直Ｌ２；

五角十二面体：由十二个五边形晶面组成，其中有四个边相等，另一个边中点为Ｌ２

第三节晶体的理想形态中级晶族常见单形⒈四方柱：由四个晶面组成，成对平行，横断面为正方形；⒉六方柱：由六个晶面组成，成对平行，横断面为正六边形；⒊四方双锥：由八个等腰三角形的晶面组成，横断面为正方形；⒋六方双锥：由十二个等腰三角形面晶面组成，成对平行，横断面为正六边形；⒌菱面体：由六个菱形晶面组成，成对平行，上部三个晶面和下部三个晶面错开一个角度（60。）并交于高次轴上、下各一点，横断面为六边形。第三节晶体的理想形态低级晶族常见单形1.单面：由一个晶面组成；2.平行双面：由一对相互平行的面组成；3.反映双面：由两个相交的面组成；4.斜方柱：由4个两两平行的晶面组成，横断面为菱形；5.斜方双锥：由8个不等边三角形组成的双锥体，横断面为菱形。

第三节晶体的理想形态二、聚形●概念：由两个或两个以上单形聚合而成。只有属于同一对称型的单形才能聚合成聚形。●根据不同晶面的数目可知组成聚形的单形数目。●组成聚形的单形，由于互相切割，其晶面形状和它单独存在时不一样，不能凭借晶面形状来确定单形名称。但属于同一单形的各个晶面是同形等大的。第三节晶体的理想形态●聚形分析⒈找出聚形晶体中的全部对称要素，确定对称形和晶系；⒉观察聚形中有几种形状不同的晶面，从而确定单形数目；⒊把同一种单形的晶面向外扩展相交，即得一种单形；⒋根据对称性、晶面数目、晶面相互关系和对称要素的关系来确定单形名称。第四节晶体定向和晶面符号

描述一个晶体形态时，有时仅用其对称要素和单形还不能确定出它的真实形态。如图。一、晶体定向的概念在晶体上建立一个三度空间的坐标系，即在晶体上选择坐标轴（晶轴）和确定每个轴上的度量单位（轴单位）。●一般选三个轴交于晶体中心一点，分别用X、Y、Z表示。Z轴－直立，Y轴－左右，X轴－前后。每两个晶轴正端的交角分别用α、β、γ表示，称作轴角。第四节晶体定向和晶面符号●晶轴—行列；轴单位—结点间距，X、Y、Z轴上的轴单位分别以a0、b0、c0表示。a:b:c称为轴率。●轴率a:b:c和轴角α、β、γ叫晶体常数。●晶轴选择的原则①首先选对称轴；②其次选对称面法线；③选较发育的晶棱。注：选出的晶轴位置关系应互相垂直或尽可能垂直。第四节晶体定向和晶面符号●

轴单位的选择等轴晶系：a＝b＝c三方、四方、六方晶系：a＝b≠c斜方、单斜、三斜晶系：a≠b≠c二、各晶系晶体的定向（P23）⒈等轴晶系、四方晶系、斜方晶系的晶体定向选三个互相垂直的Ln为晶轴,α＝β＝γ＝90°等轴—3L4；四方—L4-Z、2L2-X、Y；斜方—3L2或L2-Z、相互垂直的2P的法线-X、Y。第四节晶体定向和晶面符号⒉三方、六方晶系的晶体定向选四个晶轴（四轴定向）：直立轴（高次轴）为z轴，水平轴为x、y、u轴（3个L2），正端交120°且垂直z轴。α＝β＝90°，γ＝120°⒊单斜晶系的晶体定向以唯一的L2或P的法线为y轴，两个垂直y轴的晶棱为x、z轴，α＝γ＝90°，β＞90°（x轴倾斜）⒋三斜晶系的晶体定向对称程度低，选三个近乎垂直的晶棱为x、y、z轴，α≠β≠γ≠90°

第四节晶体定向和晶面符号三、晶面符号和单形符号●晶面符号：表示晶面在空间相对位置的符号。通常用米氏符号来表示，一般形式是（hkl）。h、k、l叫晶面指数，在数值上等于该晶面在晶轴上的截距系数的倒