材料科学研究与测试方法 晶体学基础

简单四方
四方晶系： a＝b≠c
体心四方
α＝ β＝γ ＝90°
正
交
简单正交
/
斜
方
a≠b≠c α＝β＝γ＝90 °
底心正交
体心正交 面心正交
六方 三方
简单六方
简单菱方
三方及六方： a＝b≠c α＝β＝90 ° ，γ＝120 °
单斜 三斜
三斜晶系 a≠b≠c α? β? γ? 90 °
简单三斜
单斜晶系：
晶体具有空间点阵式的周期性结构
晶体与非晶体
? 晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。 长程有序，各向异性 ,（导热、导电、膨胀 系数、折射率等物理性质） 。
? 非晶体： 原子在三维空间内不规则排列。长 程无序，各向同性。
? 在自然界中除少数物质（如普通玻璃、松香、 石蜡等）是非晶体外，绝大多数都是晶体， 如金属、合金、硅酸盐，大多数无机化合物 和有机化合物。
单晶体与多晶体
? 单晶体： 晶体中所有原子排列位向一致 的晶体，即由一个晶粒组成的晶体。
? 单晶体只有通过特殊的方法才能制取，如在 电子行业中广泛使用的 硅或锗单晶体。
? 实际金属多是由许多单晶体组成的 多晶 体，每一个单晶体称为一个晶粒，其边 界称为晶界。
? 单晶体具有各向异性，而多晶体则具有 各向同性。
材料的物理化学性能及应用效果
化学成分 矿物组成 宏观结构 显微结构
? 物相组成，尤其是结晶矿物相组成和显微 结构特征，是在化学成分确定后的起决定 作用的本质因素。
一、本课程的研究内容
主要内容： ?材料(整体的)成分、结构分析、材料
表面与界面分析、微区分析、形貌分 析、热分析等。 主要应用： ?研究材料成分、结构、性能等，解决 材料理论和工程实际问题。
刚玉
锗 酸 铋
邻苯二甲酸氢
电 气 石
晶体与非晶体的转变
? 相互转变需要一定条件： 1) 玻璃经长时间加热能变为晶态玻璃； 2) 金属从高温液态急冷，可变为非晶态金
属； 3) 非晶态金属具有高的强度与韧性等一系
列突出性能，近年来已为人们所重视。
1.1.2 空间点阵的四要素
（1）阵点 ：即空间点阵中的阵点。 （2）阵列 ：即阵点在同一直线上的排列。 （3）阵面 ：即阵点在同一平面上的分布。 ? 单位阵面上的阵点数称 面密度，相邻阵面间的垂
? 周期性排列的原子、分子、离子或其集团 是构成晶体结构的基本单元，称晶体的 结 构单元。
金原子 碳原子
硅原子
晶体
空间点阵的概念
? 如果将结构单元抽象成一个几何点，则可 将晶体结构抽象成无数个在三维空间呈规 则排列的点阵（由晶体结构周期规律中直 接抽象出来的点阵），该点阵又称 空间点 阵或晶体点阵，用S 表示。
衍射特征
? 简单点阵 :任何晶面都 能产生衍射
? 体心点阵 :指数和为偶 数的晶面
? 面心点阵 :指数为全奇 或全偶的晶面
二、本课程的作用
?将无机非金属材料工程领域的 核心问题“组成—结构—性能” 有机地联系在一起，从而实现 该领域人才培养的目标。
三、教学基本要求
1、正确选择材料分析、测试方法； 2、看懂或会分析较简单的测试结果 (图谱、
图像等)； 3、可以与分析测试专业人员共同商讨有关
材料分析研究的实验方案和分析较复杂的 测试结果； 4、具备专业从事材料分析测试工作的初步 基础，具备通过继续学习掌握材料分析新 方法、新技术的自学能力。
1 晶体学基础
1.1 晶体及其基本性质 1.2 晶向、晶面及晶带 1.3 晶体的宏观对称及点群 1.4 晶体的微观对称与空间群 1.5 晶体的投影 1.6 倒易点阵
1 晶体学基础
?1.1 晶体及其基本性质
?1.1.1 晶体的概念
? 晶体是指其内部的原子、分子、离子或其 集团在三维空间呈周期性排列的固体。
一、本课程的研究内容
? X射线衍射分析部分：
? X射线衍射的几何条件、强度、指标化及晶 胞参数的测定、 X射线物相分析等。
? 电子显微分析部分：
? 透射电子显微镜、扫描电子显微镜、电子探 针X射线微区分析等。
? 热分析部分：
? 差热、热重、热膨胀分析等。
? 光谱分析部分：
? 紫外、红外、拉曼、原子吸收光谱分析等。
多； 4.满足上述条件下，阵胞体
积尽可能最小。 ? 晶格常数： ? 三个棱边的长度 a,b,c 及
其夹角α,β,γ 表示。
1.1.3 布拉菲阵胞
? 根据点阵参数的特点分
七大晶系
立方 正方 斜方 菱方 六方 单斜 三斜
立方
简单立方
体心立方
面心立方
等轴晶系： a＝b＝c α＝β＝γ＝90°
四方（正方）
一、本课程的研究内容
基本原理： ? 通过对表征材料的物理性质或物理化学
性质参数及其变化(称为测量信号或特征 信息)的检测实现的。换言之，材料分析 的基本原理(或称技术基础)是指测量信 号与材料成分、结构等的特征关系。 ? 采用各种不同的测量信号(相应地具有与 材料的不同特征关系)形成了各种不同的 材料分析方法。
直距离称 面间距，平行阵面上的面密度和面间距 均相等。 （4）阵胞 ：在三维方向上两两平行且相等的六面 体。是空间点阵中的体积单元。空间点阵可以看 成是这种平行六面体在三维方向上的无缝堆砌。
空间点阵具有无穷多个阵点、阵列和阵面 。
Leabharlann Baidu
1.1.3 布拉菲阵胞
? 选取原则： 1.反映晶体的宏观对称性； 2.尽可能多的直角； 3.相等的棱边和夹角尽可能
材料研究与测试方法
一、本课程的研究内容
? 主要包括材料的晶体学基础、X射线 衍射分析、电子显微分析、热分析和 光谱分析等的测试原理、制样及分析 技术、影响因素、图谱解析和它们在 材料研究中的综合应用技术等，是关 于材料成分、结构、微观形貌与缺陷 等的现代分析、测试技术及其有关理 论基础的科学。
一、本课程的研究内容
a≠b≠c α＝γ＝90 ° β? 90°
简单单斜
底心单斜
布拉菲四大点阵类型
? 根据阵点在阵胞中的位置特点分： （1）简单型（ P）：阵点分布于六面体的 8个顶点
处。 （2）底心型（ C）：阵点除了分布于六面体的 8个
顶点外，在六面体的底心或对面中心处仍分布有 阵点。 （3）体心型（ I）：阵点除了分布于六面体的 8个顶 点外，在六面体的体心处还有一个阵点。 （4）面心型（ F）：阵点除了分布于六面体的 8个 顶点外，在六面体的 6个面心处还各有一个阵点。