材料科學(xué)與工程第二章固體結(jié)構(gòu)回顧

1、第二章 固體(gt)結(jié)構(gòu)共四十五頁1. 晶胞 （1）構(gòu)成空間點陣的最基本單元。（2）選取原則：a 能夠充分反映空間點陣的對稱性；b 相等的棱和角的數(shù)目最多；c 具有盡可能多的直角；d 體積最小。（3）形狀和大小有三個棱邊的長度a,b,c及其夾角,表示。（4）晶胞中點(zhn din)的位置表示（坐標(biāo)法）。共四十五頁2. 7個晶系，14種布拉菲點陣(din zhn)的特征共四十五頁三斜：簡單(jindn)三斜單斜：簡單(jindn)單斜 底心單斜共四十五頁正交：簡單(jindn)正交 底心正交體心正交面心正交共四十五頁菱方：簡單(jindn)菱方六方：簡單(jindn)六方共四十五頁四方：簡單(

2、jindn)四方 體心四方共四十五頁立方(lfng)：簡單立方 體心立方 面心立方共四十五頁（1）晶向指數(shù)的標(biāo)定 a 建立坐標(biāo)系。確定原點（陣點）、坐標(biāo)軸和度量單位（棱邊）。 b 求坐標(biāo)。u，v，w。 c 化整數(shù)。 u,v,w。 d 加 。uvw（最小整數(shù)）。說明（意義）：a 指數(shù)意義：代表相互平行、方向(fngxing)一致的所有晶向。b 負值：標(biāo)于數(shù)字上方，表示同一晶向的相反方向。c 晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不同的一組晶向。用表示，數(shù)字相同，但排列順序不同或正負號不同的晶向?qū)儆谕痪蜃濉?. 晶向指數(shù)(zhsh)與晶面指數(shù)(zhsh)的標(biāo)注共四十五頁 （2）晶面指數(shù)的標(biāo)定

3、 a 建立坐標(biāo)系：確定原點（非陣點）、坐標(biāo)軸和度量單位。 b 量截距：x,y,z。 c 取倒數(shù)：h，k，l。 d 化整數(shù)(zhngsh)：h,k,l。 e 加圓括號：(hkl)。 （互質(zhì)的整數(shù)比）共四十五頁說明：a 指數(shù)意義：代表一組平行的晶面；b 0的意義：面與對應(yīng)的軸平行；c 平行晶面：指數(shù)相同，或數(shù)字相同但正負號相反；d 晶面族：晶體中具有相同條件（原子排列和晶面間距完全相同），空間位向不同的各組晶面。用hkl表示(biosh)。e 若晶面與晶向同面，則hu+kv+lw=0;平移坐標(biāo)原點：為了標(biāo)定方便。共四十五頁（3）六方系晶向指數(shù)和晶面指數(shù) a 六方系指數(shù)標(biāo)定的特殊性：四軸坐標(biāo)系（等價

4、(dngji)晶面不具有等價(dngji)指數(shù)）。 b 晶面指數(shù)的標(biāo)定 標(biāo)法與立方系相同(四個截距)；用四個數(shù)字(hkil)表示；i=-(h+k)。(c) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning 共四十五頁六方晶系晶向指數(shù)(zhsh)標(biāo)定采用(ciyng)4軸坐標(biāo)時，晶向指數(shù)可用u v t w來表示，這里 u + v = - t。為了標(biāo)定容易，一般先化為三軸坐標(biāo)。共四十五頁六方晶系中，三軸指數(shù)(zhsh)和四軸指數(shù)(zhsh)的相互轉(zhuǎn)化三軸晶向指數(shù)(zhsh)(U V W)四軸晶向指數(shù)(u v t w)三軸晶面指數(shù)(h k l)四軸晶面指數(shù)

5、(h k i l)i ( h + k ) 。共四十五頁4. 晶帶及晶帶定律(dngl)晶帶軸u v w與該晶帶的晶面（h k l）之間存在以下關(guān)系： hu + kv + lw = 0凡滿足此關(guān)系的晶面都屬于以u v w為晶帶軸的晶帶，故此(gc)關(guān)系式也稱作晶帶定律。所有平行或相交于同一直線的晶面構(gòu)成一個晶軸，此直線稱為晶帶軸。屬此晶帶的晶面稱為晶帶面。共四十五頁晶帶定律(dngl)的應(yīng)用（1）晶面1 (h1 k1 l1)晶面2 (h2 k2 l2)晶帶軸 (u v w)共四十五頁晶帶定律(dngl)的應(yīng)用（2）晶向1 (u1 v1 w1)晶向2 (u2 v2 w2)晶面 (h k l)共四十

6、五頁晶帶定律(dngl)的應(yīng)用（3）晶軸1 (u1 v1 w1)晶軸2 (u2 v2 w2)晶軸3 (u3 v3 w3)若則三個晶軸同在一個(y )晶面上共四十五頁晶帶定律(dngl)的應(yīng)用（4）晶面1 (h1 k1 l1)晶面2 (h2 k2 l2)晶面3 (h3 k3 l3)若則三個晶面同屬(tn sh)一個晶帶共四十五頁5. 晶面間距的確定與計算a 一組平行晶面中，相鄰兩個平行晶面之間的距離。低指數(shù)晶面的面間距較大；晶面間距越大,該面上原子排列(pili)越緊密。b 計算公式共四十五頁上述公式(gngsh)僅適用于簡單晶胞,對于復(fù)雜晶胞則要考慮附加面的影響 fcc 當(dāng)（hkl）不為(b

7、wi)全奇、偶數(shù)時，有附加面： bcc 當(dāng)hkl奇數(shù)時，有附加面：六方晶系 立方晶系：如0 0 0 1面 Dhkl/2共四十五頁6.晶體(jngt)的對稱元素與32種點群 點群（point group）晶體中所有點對稱(duchn)元素的集合。根據(jù)晶體外形對稱(duchn)性，共有32種點群?？臻g群（space group）晶體中原子組合所有可能方式。根據(jù)宏觀、微觀對稱元素在三維空間的組合，可能存在230種空間群。微觀對稱性宏觀對稱性共四十五頁體心(t xn)立方點陣面心立方(lfng)點陣密排六方點陣7.3種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特點 共四十五頁共四十五頁8. 晶體中原子(yunz)的堆垛

8、方式和間隙 共四十五頁典型晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征(tzhng) 堆垛方式 ABCABC. ABABAB. 共四十五頁共四十五頁共四十五頁固溶體基本特征：保持原溶劑的晶體結(jié)構(gòu)；有一定的成份(chng fn)范圍；固溶體中的結(jié)合鍵主要是金屬鍵。具有比較明顯的金屬性質(zhì)。具有一定的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性和一定的塑性等等。9. 固溶體的分類(fn li)及特征 共四十五頁固溶體分類：按溶質(zhì)原子在溶劑點陣中的位置(wi zhi)分： 置換固溶體、間隙固溶體按溶解度分：無限固溶體、有限固溶體按原子在點陣中排列的秩序性分： 無序固溶體、有序固溶體共四十五頁原子尺寸因素：原子半徑差越小，固溶度越大。晶體結(jié)構(gòu)因素：結(jié)構(gòu)相同，

9、溶解度大；間隙原子在FCC中溶解度大于BCC中溶解度。電負性因素(化學(xué)親和力)：電負性差越大，溶解度小。（負電性差很大時，形成化合物）電子濃度(nngd)因素：電子濃度e/a越大，溶解度越小。（電子濃度：合金中組元的價電子總數(shù)和原子總數(shù)之比。）10. 影響(yngxing)固溶體固溶度的因素 共四十五頁正常價化合物：符合化合物規(guī)律。具有嚴格的化合比、成分固定不變，成分可用化學(xué)式表示,一般(ybn)為AB型、AB2型或A2B型、A3B2型。電子化合物（電子相）：按照一定電子濃度值形成。不遵循原子價規(guī)律，成分在一定范圍內(nèi)變化，電子濃度是決定其晶體結(jié)構(gòu)的主要因素。電子濃度相同,相的晶體結(jié)構(gòu)類型相同。

10、與原子尺寸有關(guān)的化合物：受原子尺寸因素控制，成分可在一定范圍內(nèi)變動，但組成它們的組元大致都有一定的原子組成比，可用化學(xué)分子式表示。11. 中間(zhngjin)相的分類及其結(jié)構(gòu)特點 共四十五頁12. 離子晶體(jngt)的結(jié)構(gòu)規(guī)則 負離子配位(pi wi)多面體規(guī)則電價規(guī)則負離子多面體共用頂、棱和面的規(guī)則不同種類正離子配位多面體間連接規(guī)則節(jié)約規(guī)則共四十五頁13. 幾種離子(lz)晶體的結(jié)構(gòu)特點 NaCl共四十五頁共四十五頁共四十五頁1、 CsCl為有序體心立方結(jié)構(gòu)(jigu)，它屬于 點陣2、六方晶系中 晶面間距(jin j) 晶面間距3、立方晶體中的001方向是 次對稱軸？4、理想密排六方結(jié)

11、構(gòu)金屬的c/a為 5、簡單立方晶體中原子的配位數(shù)為_填空題：共四十五頁6、某單質(zhì)金屬從高溫冷卻到室溫的過程中發(fā)生(fshng)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時體積膨脹，則低溫相的原子配位數(shù)比高溫相 。7、簡單立方晶體的致密度為？8、立方晶體中（110）和（211）面同屬于 晶帶。9、已知fcc結(jié)構(gòu)中原子在（111）面上的堆垛方式為ABCABC，則在（001）面上的堆垛方式為？10、由A和B兩種元素組成的固溶體，同類原子間的結(jié)合能分別為EAA，EBB，而異類原子間的結(jié)合能為EAB。當(dāng)A和B原子在該固溶體中呈現(xiàn)無序分布（隨機分布）時，則EAAEBBEAB。共四十五頁11、晶體中的對稱軸中不存在 次對稱軸。12、fc

12、c晶體若以100面為外表面，則表面上每個原子的最鄰近原子數(shù)為 個。13、立方晶體中含有(hn yu)111晶向的晶面為？（110）、（101）、14、立方晶體中（111），（112），（110）晶面間距最大的是？共四十五頁1. 求 和 兩晶向所決定的晶面，并繪圖表示(biosh)出來。答：設(shè)所求的晶面指數(shù)為（h k l）則計算(j sun)與論述題：共四十五頁2. MgO 具有NaCl 結(jié)構(gòu)。根據(jù)O2-半徑為0.140nm 和Mg2+半徑為0.072nm，計算球狀離子所占據(jù)(zhnj)的體積分數(shù)和計算MgO 的密度。并說明為什么其體積分數(shù)小于74.05%？解：在MgO 晶體中，正負離子直接相鄰

13、，a=2(r+r-)=0.424(nm)4(4/3)(0.143+0.0723)/0.4243=68.52%4(24.3+16)/6.0231023(0.42410-7)3=3.5112(g/cm3)共四十五頁MgO 體積分數(shù)小于74.05%，原因(yunyn)在于r+/r-=0.072/0.14=0.5140.414，正負離子緊密接觸，而負離子之間不直接接觸，即正離子將負離子形成的八面體空隙撐開了，負離子不再是緊密堆積，所以其體積分數(shù)小于等徑球體緊密堆積的體積分數(shù)74.05%。共四十五頁3. 寫出圖示立方晶格中晶面ABCD和晶向CE的指數(shù)；在右圖的單胞中畫出晶面（111）和該面上(min shn)屬于三個晶向，并標(biāo)出具體指數(shù)。共四十五頁 4. 試從結(jié)合鍵的角度，分析(fnx)工程材料的分類及其特點。 答：金屬材料：主要以金屬鍵為主，大多數(shù)金屬強度和硬度較高，塑性較好。 陶瓷材料：以共價鍵和離子鍵為主，硬、脆，不易變形，熔點高。 高分子材料：分子內(nèi)部以共價鍵為主，分子間為分子鍵和氫鍵為主。 復(fù)合材料：是以上三中基本材料的人工復(fù)合物，結(jié)合鍵種類繁多。性能差異很大。 共四十五頁內(nèi)容摘要第二章 固體結(jié)構(gòu)。正交：簡單正交 底心正交體心正交面心正交。六方：簡單六方。c 平行晶面：指數(shù)相同，或數(shù)字相同但正負號相反。a 六方系指數(shù)標(biāo)定的特殊性：四軸