无机非金属材料课程课件与复习

y
a
a
a
x
a
a
a
图1.4 二维晶体示意图
①沿x、y方向质点的排列在相距a处出现重复；
②a是晶胞的边长；
③对于三维结构，沿x、y、z方向质点的排列在相距一定 距离处出现重复，三个方向的距离可以相同，也可以不同， 三个晶轴间夹角可以相等，也可以不等。
（3）立方点阵 立方晶体有三种点阵：简单立方点阵，体心立方点
阵，面心立方点阵。简立方点阵：simple cubic (SC)； 体心立方点阵：body-centered cubic (BCC)；面心立 方点阵：face-centred cubi (FCC)。绝大部分金属具有 体心立方结构和面心立方结构。
如果原子半径不同，如由两种不同的原子或离子堆积 时算2(r。，Na例可+＋如以r：用Cl-离r) 1、子r晶2或体r+N、aCr-l来,晶代胞替大相小应为位(a置fcc上）原Na子Cl＝进行计
（1）晶胞的概念 为了讨论问题方便，将晶体结构划分为一个个小的晶胞。晶胞
是晶体结构的重复单元，它能表现出一定晶体结构的原子相对位 置和总体对称性。
各晶胞内的等同位置在相同方向上相同的距离内有着同样的周 围环境，如原子、离子配位数等。
晶体内长程有序排列的重复距离称为点阵常数，它代表晶胞的 大小，所谓点阵是晶体沿三维方向扩展的重复排列，下图是二维 晶体示意图：
2、固体中的原子有序排列
前面介绍了原子和原子之间的结合，接下来要考察原子在材 料中的排列。
1） 结晶特性 材料也和力学体系一样，其能量越低，则体系越稳定，这是普
遍规律。就物质的内能而言，E熔>E非>E晶 。 几乎所有金属，大部分无机非金属及一些高分子材料在凝固时
都要发生结晶（为什么？）。所谓结晶就是质点沿三维方向排列 形成有序的结构。这种结构的物质叫晶体，晶体结构的特征是长 程有序或远程有序。
聚合体类属 岛状 组群状（双四面体） 组群状（六元环） 组群状（三元环） 链状（单链） 链状（双链） 层状 架状
表1-6
基本结构单元 ［SiO4］4［Si2O7］6-
［Si6O18］12［Si3O9］6［Si2O6］4-
［Si4O11］6-
4-
［Si4O10 ］ ［SiO4］4-
四面体之间的桥氧数 0 1 2 2 2 2.5 3 4
考试时间：2015-04-29（第9周周三），14.00～15.40
点
地 点：科教南207（67人，见下左表）
科教南407（72人，见下右表）
考试题型： 一、填空题（20小题，20分） 二、简答题（3小题，30分） 三、论述题（2小题，20分） 四、公式与应用（2小题，20分） 五、综合题（1小题，10分）
欢迎有志于从无机非金属材料（玻璃、微晶玻璃、陶瓷、无机 -有机复合材料等）方向研究的同学加盟--攻读硕士学位。
1、学生类型：1）推免生；2）综合考评生；3）统考生。 2、招生人数：3～5人（3+2）。 3、选择原则：1）推免生与综合考评生优先；2）先联系者优 先；3）在本课题组结业学生优先。 4、联系方式：，
每个［SiO4］四面 体上的非桥氧数 4 3 2 2 2 1.5 1 0
聚合结构特征
单个［SiO4］四面体之间由 金属离子连接
两个［SiO4］四面体组源自文库双 四面体阴离子团；阴离子团 之间由金属离子连接
6 个 ［ SiO4 ］ 组 成 六 元 环 ， 环与环之间由金属离子连接
3 个 ［ SiO4 ］ 组 成 三 元 环 ， 环与环之间由金属离子连接
［ SiO4 ］ 四 面 体 通 过 2 个 桥 氧形成向一维方向伸展的单 链，链间由金属离子连接
两条单链通过桥氧形成向一 维方向伸展的双链，双链间 由金属离子连接
［ SiO4 ］ 四 面 体 通 过 3 个 桥 氧形成向二维方向伸展的层 状结构 ［ SiO4 ］ 四 面 体 通 过 4 个 桥 氧形成向三维空间伸展的网 络骨架结构
原子所占体积之和 晶胞体积
a
a
a
4r 3
4r 2
4 r3 3 8r3
2 4 r3 3
3
4 3
r
4 4 r3 3
3
4r 2
6. 硅酸盐晶体结构
1) 硅和氧是地壳中分布最广的两种元素，它们的分布量各占25%
和50%
硅酸盐的化学组成比较复杂，这是因为在硅酸盐中，正负离子 都可以被其他离子全部或部分地取代。硅酸盐的化学式有两种写 法，一种是把构成这些硅酸盐的氧化物写出来，先是一价碱金属 氧石先化的是物化一，学价其式、次可二是写价二为的价金K2、属O·三离Al价子2O的，3·6金其S属次iO氧是2;另化Al一3物+种和，是S最i4如后+，无是最机Si后铬O是2盐。O的如2写-钾，法长按， 一KA定lS的i3O离8子数比例写出其化学式，如钾长石可写为K2Al2Si6O16或
物质中原子通过不同类型的结合键而形成各 种材料。结合键的类型有化学键和物理键两种。
依靠电子相互作用的结合键称为化学键，类型 有离子键、共价键和金属键。
物质的键合还有一种较弱的物理键，如氢键、 范德华键。
表1 键合形式及形成材料的特征、性质
表2 物质形成的结构理论
O：Si 4:1 3.5:1 3:1 3:1 3:1 2.75:1 2.5:1 2:1
(1)硅酸盐结构中的Si4+间不存在直接的键，而Si4+与Si4+之间的连接是通过O2来实现的，如≡Si-O-Si≡
(2)每个Si4+存在于四个O2-为顶点的［SiO4］四面体的中心,[SiO4]是硅酸盐晶体 (3)[SiO4]四面体的每一个顶点即O2-最多只能为两个[SiO4] (4棱)两或个共邻面近会的降［低S［iOS4］iO四4 面体间只能以共顶而不能以共棱或共面相连接。因共 (5)[SiO4]四面体间可以通过共用顶角O2-而形成不同聚合程度的络阴离子团。
无机非金属材料的结构基础
固体材料:晶态和非晶态两种类型。 不同材料性质不同，材料性能由其内部结构决定; 结构变化，性质也变化。 材料的内部结构与材料的化学组成相联系，结构 中质点（原子、离子、分子等）化学组成的改变， 意味着质点在本质上存在着差异，从而在结构中的 排列结合方式也就发生了变化。 在组成、结构、性能三者的关系上，结构是核心 问题。 主要介绍无机非金属材料中的结合键、晶体结构、