C1-第一节 非晶体和晶体结构

NaCl、CaO、Al2O3等由离子键组成 、 、
性能： 性能： 一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢固。 一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢固。 因此， 熔点和硬度均较高，具有高的高温强度和耐 因此，其熔点和硬度均较高，具有高的高温强度和耐 磨性。另外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子， 磨性。另外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子， 因此，它们多数是良好的绝缘体 绝缘体。 因此，它们多数是良好的绝缘体。但当处在高温熔融 状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动， 状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，即 呈现离子导电性。 呈现离子导电性。
晶体--晶格 晶体--晶格 --晶格-Leabharlann 晶胞 晶格--晶胞 --晶胞
四、晶面指数和晶向指数
（一）晶面指数及确定方法 晶体学中，通过晶体中原子中心的平面称为晶面。 晶体学中，通过晶体中原子中心的平面称为晶面。 晶面 表示晶面的符号称为晶面指数 晶面指数。 表示晶面的符号称为晶面指数。
例如：求下列晶面的晶面指数(a=b=c) 例如：求下列晶面的晶面指数 1）建立坐标系，如图。（原点不能在待定晶面上） ）建立坐标系，如图。（原点不能在待定晶面上） 。（原点不能在待定晶面上
(110) (011) (110)
练习：求出下面晶面的晶面指数
(111) (110)
a)
b)
(120) (112) c) d)
（二）晶向指数及确定方法 任意两个原子之间的连线称为原子列， 任意两个原子之间的连线称为原子列，其所指方向 称为晶向。 称为晶向。
晶向指数确定方法
例如：求下列晶向的晶向指数(a=b=c) 例如：求下列晶向的晶向指数 1）建立坐标系，晶格常数分别作为相应三个坐标轴 ）建立坐标系， 的长度单位； 的长度单位； 2）过坐标原点做平行 ） 于待定晶向的直线； 于待定晶向的直线；
（a）石英晶体 ）
（b）石英玻璃 ）
三、晶体结构基本概念
（一）晶体和非晶体 晶体 定 义 内部的原子（ 内部的原子（离子或 分子）呈有序、 分子）呈有序、有规 的 非晶体 内部的原子（ 内部的原子（离子或 分子）呈无序、 分子）呈无序、无规 的
特 性
有
的
有
有 有
的
（二）晶体结构的基本概念 晶格——是指描述晶体排列规律的空间格架。 是指描述晶体排列规律的空间格架。 晶格 是指描述晶体排列规律的空间格架 晶胞——从晶格中取出一个最能代表原子排列特征 晶胞 从晶格中取出一个最能代表原子排列特征 的最基本的几何单元。 的最基本的几何单元。 晶格常数——晶胞各棱边的尺寸。 晶胞各棱边的尺寸。 晶格常数 晶胞各棱边的尺寸
（一）体心立方晶格（bcc） 体心立方晶格（bcc） 晶胞特征：晶胞是一个立方体， 晶胞特征：晶胞是一个立方体，原子分布在立方体 的八个结点和立方体的中心处。 的八个结点和立方体的中心处。 常见金属： 常见金属：α-Fe、Cr、W、Mo、V等 、 、 、 、 等
模型
晶胞
晶胞原子数
体心立方结构
（二）面心立方晶格（fcc） 面心立方晶格（fcc） 晶胞特征：晶胞是一个立方体， 晶胞特征：晶胞是一个立方体，每个顶角上均有一 立方体 个原子，每个面的中心均有一个原子。 个原子，每个面的中心均有一个原子。 常见金属： Fe、Au、Ag、Al、Cu、Pb、Ni等 常见金属：γ-Fe、Au、Ag、Al、Cu、Pb、Ni等。
注意： 注意： 晶面组： hkl）指原子排列规律相同， 晶面组：（hkl）指原子排列规律相同，相 互平行的一组 一组晶面 互平行的一组晶面 晶面族：{hkl}指原子排列规律相同 指原子排列规律相同， 晶面族：{hkl}指原子排列规律相同，但互 一族晶面 不平行的一族 不平行的一族晶面 {110}指 指 (110)、(101)、(011)、 、 、 、 (110)、(101)、(011) 、 、
Z [101]
〈110〉指 〉 [110]、[101]、[011]、 、 、 、 [110]、[101]、[011]、 、 、 、
X
[110]
Y
[110]
五、三种常见的晶体结构
晶体中的晶体结构通常分为7个晶系，14种晶 晶体中的晶体结构通常分为7个晶系，14种晶 绝大多数金属的晶体结构为体心立方 体心立方、 格。绝大多数金属的晶体结构为体心立方、面心 立方和密排六方三种紧密而简单的结构 三种紧密而简单的结构。 立方和密排六方三种紧密而简单的结构。
模型
Z c
100） （100）
2）求待定晶面在三个 ） 坐标轴上的截距。 坐标轴上的截距。 1、∞、 ∞ 、 、
b Y
a X
3）取三个截距的倒数 ） 1、0、0 、 、 4）化为最小整数， ）化为最小整数， 加圆括号，（ ，（100） 加圆括号，（ ）
即：建坐标→求截距→取倒数→化整数→加（） 建坐标→求截距→取倒数→化整数→ 注意：若截距值是负值， 注意：若截距值是负值，在数字头上加横线如 (100) 。
第一章
材料的结构
第一节 非晶体和晶体结构 第二节 晶体缺陷 第三节 合金的相结构 第四节 合金的组织结构
第一节 非晶体和晶体结构
一、原子的结合键及其特性 原子的结合键及其特性 二、非晶体结构 三、晶体结构基本概念 四、晶面指数和晶向指数 五、三种常见的晶体结构 六、三种典型晶格的致密度与配位数 七、单晶体的各向异性与多晶体的伪各向同性
（a）晶态 ）
（b）部分晶态 ）
（c）非晶态 ）
（三）非晶态陶瓷（玻璃相） 非晶态陶瓷（玻璃相） 玻璃材料为经熔融、冷却、固化， 玻璃材料为经熔融、冷却、固化，具有无规则结 构的非晶态无机物，原子排列近似液体，短程有序， 构的非晶态无机物，原子排列近似液体，短程有序， 形状又象固体那样保持一定的形状。 形状又象固体那样保持一定的形状。玻璃相多为无规 则网络的硅酸盐结构，但其排列是无序的， 则网络的硅酸盐结构，但其排列是无序的，因此整个 玻璃相是一个不存在对称性及周期性的体系。 玻璃相是一个不存在对称性及周期性的体系。
（二）离子键 这种结合的实质是金属原子将自己最外层的价电 给予非金属原子 使自己成为带正电的正离子， 非金属原子， 子给予非金属原子，使自己成为带正电的正离子，而 非金属原子得到价电子后使自己成为带负电的负离子， 非金属原子得到价电子后使自己成为带负电的负离子， 静电引力结合在一起 这样，正负离子依靠它们之间的静电引力结合在一起。 这样，正负离子依靠它们之间的静电引力结合在一起。
SiC、Si3N4、BN等化合物 、 等化合物
（四）分子键 分子型物质能由气态转变为液态， 分子型物质能由气态转变为液态，由液态转变为 固态，这说明分子间存在着相互作用力， 固态，这说明分子间存在着相互作用力，这种作用 分子间力或范德华力。 力称为分子间力或范德华力 力称为分子间力或范德华力。范德华力是存在于分 子间的一种吸引力，它比化学键弱得多。 子间的一种吸引力，它比化学键弱得多。 一般来说，某物质的范德华力越大，则它的熔点、 一般来说，某物质的范德华力越大，则它的熔点、 沸点就越高。对于组成和结构相似的物质， 沸点就越高。对于组成和结构相似的物质，范德华 力一般随着相对分子质量的增大而增强。 力一般随着相对分子质量的增大而增强。 性能： 由范德华键结合的固体材料熔点低、硬度也很低， 由范德华键结合的固体材料熔点低、硬度也很低， 熔点低 因无自由电子而具有良好的绝缘性 良好的绝缘性。 因无自由电子而具有良好的绝缘性。
（二）非晶态高分子 高分子是长链结构， 高分子是长链结构，这个长链是曲曲折折的蜷 曲形。有规则的蜷曲(折叠)形成晶态， 曲形。有规则的蜷曲(折叠)形成晶态，无规则的蜷 曲形成非晶态；高分子的分子与分子堆砌在一起。 曲形成非晶态；高分子的分子与分子堆砌在一起。 有规则的堆砌形成规整的晶态排列； 有规则的堆砌形成规整的晶态排列；无规则的堆砌 形成非晶态。 形成非晶态。
（三）共价键 共价键是由两个或多个电负性相差不大的原子 间通过共用电子对而形成的化学键。 共用电子对而形成的化学键 间通过共用电子对而形成的化学键。 方向性和饱和性。 有方向性和饱和性。 性能： 性能： 共价键的结合极为牢固，故共价晶体具有结构 共价键的结合极为牢固，故共价晶体具有结构 稳定、熔点高、强度高、质硬脆等特点 等特点。 稳定、熔点高、强度高、质硬脆等特点。由于束缚 在相邻原子间的“共用电子对”不能自由地运动， 在相邻原子间的“共用电子对”不能自由地运动， 共价键结合形成的材料一般是绝缘体 绝缘体， 共价键结合形成的材料一般是绝缘体，其导电能力 差。
（五）氢键 氢键是一种特殊的分子间作用力。它是由氢原子 氢键是一种特殊的分子间作用力。它是由氢原子 同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子 O、F、 、 、 N等相结合而产生的具有比一般次价键大的键力，又 等相结合而产生的具有比一般次价键大的键力， 等相结合而产生的具有比一般次价键大的键力 称氢桥。氢键具有饱和性 方向性。 饱和性和 称氢桥。氢键具有饱和性和方向性。氢键的结合力 较范德华键强。 较范德华键强。 氢键可以存在于分子内或分子间。 氢键可以存在于分子内或分子间。氢键在高分子材 料中特别重要，纤维素、尼龙和蛋白质等分子有很 料中特别重要，纤维素、 强的氢键，并显示出非常特殊的结晶结构和性能。 强的氢键，并显示出非常特殊的结晶结构和性能。
[332]
Z
c a X b
2 3
3） 3）求出直线上任意一点 的坐标值。 、 、 ； 的坐标值。1、1、2/3； 4）将三个坐标值按比例 ） 化为最小整数， 化为最小整数，加方 括号， 括号，[332]。 。
c
Y
建坐标系→做直线→求坐标值→化整数→ 建坐标系→做直线→求坐标值→化整数→加 [ ]
注意： 注意： 晶向组：[uvw]指原子排列规律相同 指原子排列规律相同、 晶向组：[uvw]指原子排列规律相同、相互平行且 方向相同的所有晶向。 方向相同的所有晶向。 晶向族： uvw〉指原子排列规律相同、 晶向族：〈uvw〉指原子排列规律相同、但互不平 行的所有晶向。 行的所有晶向。