固体结构晶体学基础
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固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构
• 5.合金、合金系、相、组元、组织、显微组织、宏观组织； 合金相结构分类；影响相结构因素。
• 6.固溶体的分类、特点和性质，影响固溶体固溶度的因素。(置换固溶 体和间隙固溶体，有限固溶体和无限固溶体，有序固溶体和无序固溶体， 端部固溶体和中间固溶体，一次固溶体和二次固溶体)。 中间相的类型和特点。
• 空间格子：把晶体中质点的中心用直线联起来构成 的空间格架即晶体格子，简称晶格(space lattice)。 是用来描述晶体中原子排列规律的空间格架。
固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构
• 点阵：将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点即可得到一 个由无数几何点在三维空间排列成规则的空间格架(阵列)称 为空间点阵，简称点阵(space lattice) 。特征：每个阵点在 空间分布必须具有完全相同的周围环境(surrounding)
固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构
2.１ 晶体学基础
2.1.1 空间点阵与晶胞
• 阵点：为了便于分析研究晶体中质点的排列规律性， 可先将实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体并简 化，将其中每个质点抽象为规则排列于空间的几何 点，称之为阵点(lattice point)。它是纯粹的几何点， 各点周围环境相同。
• 1.晶体和非晶体的区别。 • 2.晶体结构与空间点阵、晶格、晶胞与原胞、晶系，布拉菲点阵，点阵
常数、七种晶系的各自特点。 • 3. 体心、面心立方和密排六方晶胞，根据原子半径计算出金属的晶胞常
数。掌握三种典型晶体结构的特征(包括：晶胞形状、晶格常数、晶胞原子 数、原子半径、配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，最密排面(滑移面) 和最密排方向的指数与个数，滑移系数目等) 。 • 4. 晶面指数、晶向指数，能标注体心、面心立方和密排六方晶胞的晶向 和晶面指数。晶面族，晶向族，晶带轴，晶面与晶向平行或垂直，晶向和 晶面指数的一些规律。求晶面间距d（hkl）、晶面夹角。晶带定理。
个参数来表示，此即晶格特征参数，简
称晶胞参数。它们是3条棱边的长度a、
Z
b、c （称为点阵常数、晶格常数
(lattice constants /parameters))和
3条棱边的夹角、、 （称为晶轴间
固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构
单晶体的异向性
金属
Cu Al Ag α-Fe Au
最大弹性模量 (MPa)
190000
晶向 [111]
最小弹性模量 晶向 (MPa)
66700
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75500
[111] 62800
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排列
距离 作用力 固定体积 形状
气态
(gas state)
无规律
远
小
无
无
液态
局部有序 较近 中等
有
无
(liquid state)
固态 结晶
(solid state)
非晶
有规律
小
强
局部有序 小
强
固体结构晶体学基础
有
有
有
有
《材料科学基础》 第二章 固体结构
• 晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体，即 晶体是具有格子构造的固体。
• 7.晶粒、晶界、各向同性与各向异性、同素异构转变(重结晶)和多晶型 性转变，单晶与多晶。
• 8.离子化合物的结构类型和特点，硅酸盐结构的一般特点。 • 9.共价晶体的特点。
固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构
概述
物质按聚集状态分类有三种主要状态：气态、液态和固态
按原子或分子排列规律性分：晶体(crystal)和非晶体(noncrystal)
• 晶胞：从晶格中选取一个具有代表性的能完全反映晶格特 征的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，这 种最小的几何单元称晶胞(cell)。晶胞是晶体中的重复单元， 它平行堆积可充满三维空间，形成空间点阵。
晶
格
示
意
图
固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构
晶胞大小和形状表示方法
• 晶胞参数：晶胞的形状和大小可以用6
《材料科学基础》 第二章 固体结构
第二章 固体结构
固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构
本章主要内容
• 1、晶体学基础 • 2、金属的晶体结构 • 3、合金相结构 • 4、离子晶体的结构 • 5、共价晶体的结构 • 6、聚合物晶体结构 • 7、非晶态结构
固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构 本章要求掌握的内容
[111] 132000
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[111] 41200
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固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构 晶态与非晶态
固体结构晶体学基础
Hale Waihona Puke Baidu
《材料科学基础》 第二章 固体结构
补充概念：
1、晶态(crystalline state)：各向异性，原子规排，固定熔点， 长程有序
2、非晶态(noncrystalline state)：各向同性，无固定熔点， 没规则外形，长程无序，短程有序（玻璃）
3、准晶态(quasicrystalline state)：具有一般晶体不能有的 对称性（如五次对称轴）
4、液晶(liquid crystals)：有机物加热时所经历的某一不透明 的浑浊液态阶段（中间相），具有和晶体相似的性质，又称 中间相或介晶。
5、超晶格(点阵)(super lattice)：是将两种或两种以上不同材 料按照特定的迭代序列、沉积在衬底上而构成的（可是周期、 准周期、随机三种）；超晶格自然界不存在，人工生长出来 的，用于半导体薄膜。
• 晶体与非晶体的区别： １.原子规则排列：晶体中原子（分子或离子）在三维空间
呈周期性重复规则排列，存在长程有序，而非晶体的原子无 规则排列的。
２.是否有固定熔点：晶体具有固定的熔点，非晶体无固定 的熔点，液固转变是在一定温度范围内进行。
3.各向异(同)性：晶体具有各向异性（anisotropy），非晶 体为各向同性。 • 绝大部分陶瓷、少数高分子材料、金属及合金是晶体；多 数高分子材料、玻璃及结构复杂材料是非晶体。 注意： • 1. 实际金属为多晶体，伪各向同性; • 2. 晶体、非晶体间可相互转化。晶体在一定条件下可以转 化为晶体
《材料科学基础》 第二章 固体结构
• 5.合金、合金系、相、组元、组织、显微组织、宏观组织； 合金相结构分类；影响相结构因素。
• 6.固溶体的分类、特点和性质，影响固溶体固溶度的因素。(置换固溶 体和间隙固溶体，有限固溶体和无限固溶体，有序固溶体和无序固溶体， 端部固溶体和中间固溶体，一次固溶体和二次固溶体)。 中间相的类型和特点。
• 空间格子：把晶体中质点的中心用直线联起来构成 的空间格架即晶体格子，简称晶格(space lattice)。 是用来描述晶体中原子排列规律的空间格架。
固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构
• 点阵：将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点即可得到一 个由无数几何点在三维空间排列成规则的空间格架(阵列)称 为空间点阵，简称点阵(space lattice) 。特征：每个阵点在 空间分布必须具有完全相同的周围环境(surrounding)
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《材料科学基础》 第二章 固体结构
2.１ 晶体学基础
2.1.1 空间点阵与晶胞
• 阵点：为了便于分析研究晶体中质点的排列规律性， 可先将实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体并简 化，将其中每个质点抽象为规则排列于空间的几何 点，称之为阵点(lattice point)。它是纯粹的几何点， 各点周围环境相同。
• 1.晶体和非晶体的区别。 • 2.晶体结构与空间点阵、晶格、晶胞与原胞、晶系，布拉菲点阵，点阵
常数、七种晶系的各自特点。 • 3. 体心、面心立方和密排六方晶胞，根据原子半径计算出金属的晶胞常
数。掌握三种典型晶体结构的特征(包括：晶胞形状、晶格常数、晶胞原子 数、原子半径、配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，最密排面(滑移面) 和最密排方向的指数与个数，滑移系数目等) 。 • 4. 晶面指数、晶向指数，能标注体心、面心立方和密排六方晶胞的晶向 和晶面指数。晶面族，晶向族，晶带轴，晶面与晶向平行或垂直，晶向和 晶面指数的一些规律。求晶面间距d（hkl）、晶面夹角。晶带定理。
个参数来表示，此即晶格特征参数，简
称晶胞参数。它们是3条棱边的长度a、
Z
b、c （称为点阵常数、晶格常数
(lattice constants /parameters))和
3条棱边的夹角、、 （称为晶轴间
固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构
单晶体的异向性
金属
Cu Al Ag α-Fe Au
最大弹性模量 (MPa)
190000
晶向 [111]
最小弹性模量 晶向 (MPa)
66700
[100]
75500
[111] 62800
[100]
115000
[111] 43200
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284000
排列
距离 作用力 固定体积 形状
气态
(gas state)
无规律
远
小
无
无
液态
局部有序 较近 中等
有
无
(liquid state)
固态 结晶
(solid state)
非晶
有规律
小
强
局部有序 小
强
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有
有
有
有
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• 晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体，即 晶体是具有格子构造的固体。
• 7.晶粒、晶界、各向同性与各向异性、同素异构转变(重结晶)和多晶型 性转变，单晶与多晶。
• 8.离子化合物的结构类型和特点，硅酸盐结构的一般特点。 • 9.共价晶体的特点。
固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构
概述
物质按聚集状态分类有三种主要状态：气态、液态和固态
按原子或分子排列规律性分：晶体(crystal)和非晶体(noncrystal)
• 晶胞：从晶格中选取一个具有代表性的能完全反映晶格特 征的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，这 种最小的几何单元称晶胞(cell)。晶胞是晶体中的重复单元， 它平行堆积可充满三维空间，形成空间点阵。
晶
格
示
意
图
固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构
晶胞大小和形状表示方法
• 晶胞参数：晶胞的形状和大小可以用6
《材料科学基础》 第二章 固体结构
第二章 固体结构
固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构
本章主要内容
• 1、晶体学基础 • 2、金属的晶体结构 • 3、合金相结构 • 4、离子晶体的结构 • 5、共价晶体的结构 • 6、聚合物晶体结构 • 7、非晶态结构
固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构 本章要求掌握的内容
[111] 132000
[100]
112000
[111] 41200
[100]
固体结构晶体学基础
《材料科学基础》 第二章 固体结构 晶态与非晶态
固体结构晶体学基础
Hale Waihona Puke Baidu
《材料科学基础》 第二章 固体结构
补充概念：
1、晶态(crystalline state)：各向异性，原子规排，固定熔点， 长程有序
2、非晶态(noncrystalline state)：各向同性，无固定熔点， 没规则外形，长程无序，短程有序（玻璃）
3、准晶态(quasicrystalline state)：具有一般晶体不能有的 对称性（如五次对称轴）
4、液晶(liquid crystals)：有机物加热时所经历的某一不透明 的浑浊液态阶段（中间相），具有和晶体相似的性质，又称 中间相或介晶。
5、超晶格(点阵)(super lattice)：是将两种或两种以上不同材 料按照特定的迭代序列、沉积在衬底上而构成的（可是周期、 准周期、随机三种）；超晶格自然界不存在，人工生长出来 的，用于半导体薄膜。
• 晶体与非晶体的区别： １.原子规则排列：晶体中原子（分子或离子）在三维空间
呈周期性重复规则排列，存在长程有序，而非晶体的原子无 规则排列的。
２.是否有固定熔点：晶体具有固定的熔点，非晶体无固定 的熔点，液固转变是在一定温度范围内进行。
3.各向异(同)性：晶体具有各向异性（anisotropy），非晶 体为各向同性。 • 绝大部分陶瓷、少数高分子材料、金属及合金是晶体；多 数高分子材料、玻璃及结构复杂材料是非晶体。 注意： • 1. 实际金属为多晶体，伪各向同性; • 2. 晶体、非晶体间可相互转化。晶体在一定条件下可以转 化为晶体