刚玉结构ppt课件

1、A2X3型晶体结构,演讲人：黄红键 课程名称：无机材料的结构与性能,1,刚玉型结构的化合物还有-Fe2O3，Cr2O3，V2O3等氧化物以及钛铁矿型化合物FeTiO3，MgTiO3，PbTiO3，MnTiO3等。 刚玉硬度非常大，为莫氏硬度9级，熔点高达2050，这与Al-O键的牢固性有关。-Al2O3是高绝缘无线电陶瓷和高温耐火材料中的主要矿物。刚玉质耐火材料对PbO2，B2O3含量高的玻璃具有良好的抗腐蚀性能。 Al2O3有许多同质异晶体，目前已知的有10多种，主要有3种晶型，即-Al2O3、-Al2O3、-Al2O3。其中结构不同性质也不同，在1300以上的高温时几乎完全转化为-Al2O

2、3，在自然界中只存在-Al2O3 的晶体, 如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物, 因此, -Al2O3 的晶体结构也叫做刚玉晶体结构。 -Al2O3 的晶体结构为三方晶系, 可取简单的菱面体晶胞, 而菱形晶系可以转换成六方晶系, 因此也可取为六方晶胞。,2,如图1 所示, 菱面体的边长为5. 12 , 其平面角为5517每个晶胞包含2 个分子, 即10 个离子。,图1 刚玉晶体的菱面体晶胞,3,严格地说, 离子晶体不存在分子基元。通常,为了便于理解, 将菱面体8 个顶角及中心均置有一个Al2O3 分子, 而中心的分子对于顶角的Al2O3 来说, 转过了180。Al2O3 分子的构造见图2。 CN

3、+=6 CN-=4,图2 氧化铝的分子构造,4,如果将刚玉晶体的结构作层次分析, 则可看到氧离子O2- ( 图3 中白圈代表O2- ) 排列在一个平面上。而菱形晶系可以转换成六方晶系。,图3 刚玉结构示意图,5,如图4 所示, 其中a= 4. 75 , c= 12. 97 , c/ a= 2. 73。-Al2O3 的结构可以看成O2- 离子按六方紧密堆积排列, 即ABAB ,二层重复型。但需要重复几层呢？取决于Al3+的排列方式,图4 刚玉的六方晶胞示意图,6,Al3+ 填充于2/ 3 的八面体间隙, 使化学式成为Al2O3。由于只填充了2/ 3的间隙, 其余的1/ 3间隙是空着的。因此, A

4、l3+ 离子的分布必须有一定的规律, 其原则就是在同一层及层与层之间, Al3+ 离子之间的距离应保持最远,否则, 由于Al3+ 离子位置的分布不当, 出现过多的Al-O 八面体共面的情况, 将对结构的稳定性不利,7,鲍林第三规则 多面体共顶、共棱、共面规则，其内容是：“在一个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。其中高电价，低配位的正离子的这种效应更为明显”。 假设两个四面体共顶连接时中心距离为1，则共棱、共面时各为0.58和0.33。若是八面体，则各为1，0.71和0.58。两个配位多面体连接时，随着共用顶点数目的增加，中心阳离子之间距离缩短，库仑斥力增大，结构稳定性降低。,8,右图给出了Al3+ 离子分布的3 种形式。Al3+ 离子在O2- 离子的八面体空隙中, 只有按AlD, AlE,AlF ,这样的次序排列才满足Al3+ 离子之间的距离最远的条件。,9,现在, 按O2- 离子紧密堆积和Al3+离子排列的次序来看, 在六方晶胞中应该排几层才能重复。设按六方紧密堆积排列的O2- 离子分别为OA( 表示第一层) ,OB( 表示第二层) , 则A-Al2O3 中氧与铝的排列次序可写成 OAAlD