材料科学基础第2章.ppt

第二章

固体结构概述物质通常有三种聚集状态：气态、液态和固态。而按照原子（或分子）排列的规律性又可将固态物质分为两大类，晶体和非晶体。

????晶体中的原子在空间呈有规则的周期性重复排列；而非晶体的原子则是无规则排列的。原子排列在决定固态材料的组织和性能中起着极重要的作用。金属、陶瓷和高分子的一系列特性都和其原子的排列密切相关。一种物质是否以晶体或以非晶体形式出现，还需视外部环境条件和加工制备方法而定，晶态与非晶态往往是可以互相转化的2.１晶体学基础2.1.1空间点阵与晶胞空间点阵的概念：为了便于分析研究晶体中原子或分子的排列情况，可把它们抽象为规则排列于空间的无数个几何点，这些点子可以是原子或分子的中心，也可以是彼此等同的原子群或分子群的中心，但各个点子的周围环境必须相同，这种点子的空间排列称为空间点阵。晶胞:从晶格中选取一个能完全反映晶格特征的基本单元作为点阵的组成单元，这种最小的几何单元称晶胞晶胞示意图晶胞大小和形状表示方法晶胞大小和形状表示方法为：晶胞的棱边长度ａ、ｂ、ｃ（称为点阵常数、晶格常数(latticeconstants/parameters))；棱边的夹角为α、β、γ（称为晶轴间夹角）。选取晶胞的原则：1、应反映出点阵的高度对称性2、棱和角相等的数目最多3、棱边夹角为直角时，直角数目最多4、晶胞体积最小空间点阵类型根据６个参数间相互关系可将全部空间点阵归为七大晶系：1.三斜晶系：a≠b≠c，α≠β≠γ≠90°2.单斜晶系：a≠b≠c，α＝γ＝90°≠β3.正交(斜方)晶系：a≠b≠c，α＝β＝γ＝90°4.四(正)方晶系：a＝b≠c，α＝β＝γ＝90°5.立方晶系：a＝b＝c，α＝β＝γ＝90°6.六方晶系：a＝b≠c，α＝β＝90°，γ＝120°7.菱形晶系：a＝b＝c，α＝β＝γ≠90°按照“每个阵点的周围环境相同”的要求，布拉菲用数学方法推导出能够反映空间点阵全部特征的单位平面六面体只有14种，这14种空间点阵也称为布拉菲点阵。晶体结构和空间点阵的区别：空间点阵：空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，它只能有14种。晶体结构：晶体结构是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，因此实际存在的晶体结构是无限的。晶体结构差异很大，而空间点阵可能相同晶体结构相似，而空间点阵可能不同1简单三斜点阵a≠b≠cα≠β≠γ2底心单斜点阵a≠b≠cα=γ=90°≠β3简单单斜点阵a≠b≠cα=γ=90°≠β4简单正交点阵a≠b≠c，α=β=γ=90°5底心正交点阵a≠b≠c，α=β=γ=90°6体心正交点阵a≠b≠c，α=β=γ=90°7面心正交点阵a≠b≠c，α=β=γ=90°8简单六方点阵a=b≠c，α=β=90°，γ=120°9简单菱方点阵a=b=c，α=β=γ≠90°10简单四方点阵a=b≠c，α=β=γ=90°11体心四方点阵a=b≠c，α=β=γ=90°12简单立方点阵a=b=c，α=β=γ=90°13体心立方点阵a=b=c，α=β=γ=90°14面心立方点阵a=b=c，α=β=γ=90°2.1.2晶向指数和晶面指数晶面——晶体结构一系列原子所构成的平面。晶向——通过晶体中任意两个原子中心连成直线来表示晶体结构的空间的各个方向。晶向指数和晶面指数是分别表示晶向和晶面的符号，国际上用Ｍiller指数来统一标定。1.立方晶系中晶向指数确定立方晶系晶向指数［ｕｖｗ]的步骤如下：(1)设坐标(2)求坐标(3)化整数(4)化为最小整数，列括号［ｕｖｗ］负值则在指数上加一负号。立方晶系中一些常用的晶向指数晶向指数还有如下规律：（1）某一晶向指数代表一组在空间相互平行且方向一致的所有晶向。（2）若晶向所指的方向相反，则晶向数字相同符号相反。（3）有些晶向在空间位向不同，但晶向原子排列相同，这些晶向可归为一个晶向族，用〈ｕｖｗ〉表示。如〈111〉晶向族包括[111]、[T11]、[1T1]、[11T]、[TT1]、[1TT]、[T1T]、[TTT]；〈100〉