第2章 - 水晶结构 2.pptVIP

§2.2常见的晶体结构;图2-31 等大球密堆积的排列形式 A-一层等大球 B-二层等大球;图2-32 等大球的六方(a)和立方(b)最紧密堆积;图2-33面心立方和密排六方点阵中密排面的分析 ;紧密堆积的特点： 1）每个球接触到的同等球的个数为12； 2）形成两种空隙：八面体空隙（6个球形成）、四面体空隙（4个球形成）。 n个等径球体堆积系统： 八面体空隙的总数为：6n/6=n (个） 四面体空隙的总数为：8n/4=2n(个） 3）离子晶体中，负离子作等大球体紧密堆积，正离子填在负离子堆积形成的空隙中。;3、原子和离子的配位数 原子或离子的配位数是指在晶体结构中，该原子或离子的周围与它直接相邻结合的原子个数或异号离子的个数。 原子晶体（金属）中，每个原子的配位数均为12。； 离子晶体中，正离子填入负离子作紧密堆积所形成的空隙中，其配位数一般为4和6（立方紧密堆积中，配位数有8）； 共价晶体中，由于具有方向性和饱和性，配位数不受球体紧密堆积规则支配，配位数较低，一般不超过4。 离子的配位数与正负离子的半径比（r+ / r-)有关，见表2-3。;1. 三种典型的金属晶体结构;图2-35 面心立方结构;图2-36 密排六方结构;图2-37 体心立方结构;空隙(间隙）;图2-38 面心立方点阵中的间隙 ;图2-39 面心立方晶体中间隙的刚球模型;图2-40 密排六方点阵中的间隙;图2-41 体心立方点阵中的间隙;堆积系数（致密度）K：;0.414R;三、常见无机化合物的晶体结构;1、NaCl型结构面心立方格子;Na;NaCl型结构在三维方向上键力分布比较均匀，因此其结构无明显解理（晶体沿某个晶面劈裂的现象称为解理），破碎后其颗粒呈现多面体形状。 常见的NaCl型晶体是碱土金属氧化物和过渡金属的二价氧化物，化学式可写为MO，其中M2+为二价金属离子。结构中M2+离子和O2-离子分别占据NaCl中Na+和Cl-离子的位置。这些氧化物有很高的熔点，尤其是MgO（矿物名称方镁石），其熔点高达2800℃左右，是碱性耐火材料镁砖中的主要晶相。 MgO, CaO, SrO（氧化锶）, BaO, MnO, CoO,NiO ;2.CsCl型结构;图2-50 CsCl晶胞图;§2.3 固溶体的晶体结构;置换固溶体，亦称替代固溶体，其溶质原子位于点阵结点上，替代（置换）了部分溶剂原子。金属元素彼此之间一般都能形成置换固溶体，但溶解度视不同元素而异，有些能无限溶解，有的只能有限溶解。 若溶质能够在溶剂中以任意比例固溶，则形成连续型（无限型）固溶体。如MgO-NiO,MgO-FeO, Al2O3-Cr2O3, ThO2-UO2, PbZrO3-PbTiO3, Ni-Cu, Fe-Cr, Au-Ag等都可以形成连续固溶体。 缺陷方程： ; 若溶质在溶剂中只有部分固溶，则形成有限型固溶体。如MgO- Al2O3, MgO-CaO,ZrO2-CaO, Fe-C, Cu-Zn , 缺陷方程： ;二、形成置换固溶体的影响因素;三、 间隙固溶体;一般情况下，固溶体中溶质原子的分布是无序的 溶质原子与溶剂原子分别占据固定位置，且每个晶胞中溶质原子和溶剂原子数之比都是一定的，这样的固溶体叫做有序固溶体。这样的有序结构，叫做超点阵。 合金中溶质原子还可能形成丛聚，即同类原子趋于相邻。丛聚可以呈随机弥散分布。事实上，实验中还没有见到溶质原子呈完全随机分布的固溶体。因此，只能在宏观尺度上认为处于热力学平衡态的固溶体是真正均匀的，而原子尺度上并不要求它也是均匀的。不同类型固溶体中原子排列情况示于图2-42。;图2-42 不同类型固溶体中原子排列示意图 ;溶质原子的分布主要取决于同类原子间的结合能和异类原子间的结合能的相对大小： 1) A组元间， B组???间与A、B组元间的结合能近似相等，溶质原子无序分布。 2）同类原子间的结合能大于异类原子间的结合能，溶质原子偏聚状态。 3）异类原子间的结合能大于同类原子间的结合能时，溶质原子呈部分有序排列。 4）某些合金，当溶质原子浓度达到一定原子分数时称完全有序排列。 ;五. 固溶体的性质;1、稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生 ;(2)ZrO2是一种高温耐火材料，熔点2680℃，但发生相变时伴随很大的体积收缩，这对高温结构材料是致命的。若加入CaO，则和ZrO2形成固溶体，无晶型转变，体积效应减少，使ZrO2成为一种很好的高温结构材料。 ;2、活化晶格 ;3、固溶强化;实际应用：铂、铑单独做热电偶材料使用，熔点为1450℃，而将铂铑合金做其中的一根热电偶，铂做另一根热电偶，熔点为1700℃，若两根热电偶都用铂铑合金而只是铂铑比例不同，熔点达2000℃以上。 ;4、形成固溶体后对