材料科学基础 第二章 材料中的晶体结构

1、11924C,第二章 材料中的晶体结构,第一节 晶体学基础 第二节 纯金属的晶体结构 第三节 离子晶体的结构 第四节 共价晶体的结构,11924C,第一节 晶体学基础,一、空间点阵和晶胞,图2-1 晶体结构 a)晶体 b)晶格 c)晶胞,11924C,第一节 晶体学基础,图2-2 在同一点阵中选取不同的晶胞,11924C,第一节 晶体学基础,图2-3 晶胞、晶轴和点阵矢量,11924C,第一节 晶体学基础,表2-1 14种布拉菲点阵与七个晶系,二、晶系和布拉菲点阵,11924C,第一节 晶体学基础,图2-4 14种布拉菲点阵的晶胞,1.晶向指数,三、晶向指数和晶面指数,11924C,第一节 晶

2、体学基础,2.晶面指数,图2-5 晶向指数的确定,11924C,第一节 晶体学基础,图2-6 晶面指数的确定,11924C,第一节 晶体学基础,图2-7 六方晶系 a)晶面指数 b)晶向指数,3.六方晶系的晶向指数和晶面指数,11924C,第一节 晶体学基础,图2-8 012和123晶向的确定,4.晶面间距 5.晶带,11924C,第一节 晶体学基础,图2-9 (012)和(123)晶面的确定,11924C,第二节 纯金属的晶体结构,一、典型金属的晶体结构,图2-10 面心立方结构 a)刚性球模型 b)晶胞模型 c)晶胞中的原子数(示意图),11924C,第二节 纯金属的晶体结构,图2-11

3、体心立方结构 a)刚性球模型 b)晶胞模型 c)晶胞中的原子数(示意图),11924C,第二节 纯金属的晶体结构,图2-12 密排六方结构 a)刚性球模型 b)晶胞模型 c)晶胞中的原子数(示意图),11924C,第二节 纯金属的晶体结构,图2-13 面心立方结构中原子的堆垛方式 a)晶面的堆垛 b)面心立方晶胞,1.原子的堆垛方式,11924C,第二节 纯金属的晶体结构,图2-14 密排六方结构中原子的堆垛方式 a)晶面的堆垛 b)密排六方晶胞,11924C,第二节 纯金属的晶体结构,表2-2 三种典型金属晶体结构的特征,2.点阵常数,表2-3 一些重要金属的点阵常数,3.晶胞中的原子数 4

4、.配位数和致密度 5.晶体结构中的间隙,11924C,第二节 纯金属的晶体结构,图2-15 面心立方结构中的间隙 a)八面体间隙 b)四面体间隙,11924C,第二节 纯金属的晶体结构,11924C,第二节 纯金属的晶体结构,图2-17 密排六方结构中的间隙 a)八面体间隙 b)四面体间隙,11924C,第二节 纯金属的晶体结构,图2-18 面心立方结构中间隙的刚球模型 a)四面体间隙 b)八面体间隙,表2-4 三种典型晶体结构中的间隙,11924C,第二节 纯金属的晶体结构,表2-4 三种典型晶体结构中的间隙,11924C,第二节 纯金属的晶体结构,图2-19 纯铁加热时的膨胀曲线,解：由于

5、-Fe的致密度为0.68，-Fe的致密度为0.74，,二、多晶型性,11924C,第二节 纯金属的晶体结构,即-Fe中的总空隙量比-Fe大。初看上去，似乎-Fe中可以溶解更多的碳，但如仔细计算-Fe和-Fe中的间隙尺寸，,11924C,第二节 纯金属的晶体结构,图2-20 -Fe中(100)晶面上碳原子所处的 间隙位置(0，1/2，0),11924C,第二节 纯金属的晶体结构,三、晶体结构中的原子半径 1.温度与压力的影响 2.结合键的影响 3.配位数的影响,表2-5 原子半径与配位数的关系,11924C,第二节 纯金属的晶体结构,图2-21 元素的原子半径与原子序数的关系,11924C,第三

6、节 离子晶体的结构,一、离子晶体的主要特点 二、离子半径、配位数和离子的堆积,表2-6 离子半径比、配位数与负离子配位多面体的形状,11924C,第三节 离子晶体的结构,三、离子晶体的结构规则 1.负离子配位多面体规则鲍林第一规则 2.电价规则鲍林第二规则,11924C,第三节 离子晶体的结构,图2-22 MgO晶格中的配位多 面体镁氧八面体Mg 的连接方式,11924C,第三节 离子晶体的结构,3.关于负离子多面体共用点、棱与面的规则 四、典型离子晶体的结构 1. NaCl晶型,图2-23 典型二元离子晶体的结构 a)NaCl型 b)CsCl型 c)立方ZnS型 d)六方ZnS型 e)Ca型

7、 f)金红石Ti型,11924C,第三节 离子晶体的结构,2. CsCl晶型 3.闪锌矿(立方ZnS)晶型 4.纤锌矿(六方ZnS)晶型 5.萤石(CaF2)晶型 6.金红石(TiO2)晶型,11924C,第三节 离子晶体的结构,图2-24 Al2O3的晶体结构,11924C,第四节 共价晶体的结构,一、共价晶体的主要特点 二、典型共价晶体的结构 1.金刚石晶型 2. ZnS晶型 3. SiO2晶型,11924C,第四节 共价晶体的结构,图2-25 金刚石的结构,11924C,第四节 共价晶体的结构,图2-26 白硅石的结构,11924C,第四节 共价晶体的结构,1.回答下列问题： 2.有一正

8、交点阵的a=b，c=a/2。 3.立方晶系的111、110、123晶面族各包括多少晶面?写出它们的密勒指数。 4.写出六方晶系的102晶面族中所有晶面的密勒指数，在六方晶胞中画出110、101晶向和(102)晶面，并确定(102)晶面与六方晶胞交线的晶向指数。 5.根据刚性球模型回答下列问题：,11924C,第四节 共价晶体的结构,6.用密勒指数表示出体心立方、面心立方和密排六方结构中的原子密排面和原子密排方向，并分别计算这些晶面和晶向上的原子密度。 7.求下列晶面的晶面间距，并指出晶面间距最大的晶面： 8.回答下列问题： 9.回答下列问题： 10.已知离子晶体NaF中Na+与F-离子的原子序数分别为11和9，其屏蔽常数均为4.52，外层电子主量子数n均为2，实验测得NaF的离子间距离为23.1nm，试求Na+与F-的离子半径。,11924C,第四节 共价晶体的结构,11.化合物CsBr具有CsCl的结构。 12.已知Na+和Cl-的半径分别为0.097nm和0.181nm，请计算NaCl中钠离子中心到：最近邻离子中心间的距离；最近邻正离子中心间的距离；第二个最近的Cl-离子中心间的距