晶体结构 ppt课件
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第一章-金属的晶体结构(共118张PPT)可修改全文
(3) 不需最小整数化； (4) 〔1 1 1〕
B面：
(1) 该面与z轴平行，因此x=1，y=2， z=∞； (2) 1/x=1，1/y=1/2，1/z=0； (3) 最小整数化1/x=2，1/y=1，1/z=0； (4) 〔2 1 0〕
C面：
(1) 该面过原点，必须沿y轴进行移动，因此x= ∞ ，y=-1，z=∞ (2) 1/x=0，1/y=-1，1/z=0； (3) 不需最小整数化；(4) 〔0 1 0〕
晶胞在三维空间的重复构成点阵
〔4〕晶格常数
在晶胞中建立三维坐标体系， 描述出晶胞的形状与大小
晶胞参数- 晶格常数:a、b、c 棱间夹角:α、β、γ
2 晶系与布拉菲点阵
依据点阵参数 的不同特点划分为七种晶系
(1) 三斜晶系
α≠β≠γ≠90° a≠ b≠ c
复杂单胞 底心单斜
(2) 单斜晶系
α=γ=90°≠β a≠ b≠ c
3 原子半径： r 2 a
4 配位数= 12
4
5 致密度= nv/V=(4×3πr3/4)/a3=0.74
γ－Fe(912~1394℃)、Cu、Ni、Al、Ag 等
——塑性较高
面心立方晶胞中原子半径与晶 格常数的关系
a
r 2a 4
(三)密排六方结构〔 h.c.p〕 〔 了解〕
金属：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co等
具有光泽：吸收了能量从被激发态回到基态时所 产生的幅射；
良好的塑性：在固态金属中，电子云好似是 一种流动的万能胶，把所有的正离子都结合 在一起，所以金属键并不挑选结合对象，也 无方向性。当一块金属的两局部发生相对位 移时，金属正离子始终“浸泡〞在电子云中， 因而仍保持着金属键结合。这样金属便能经 受较大的变形而不断裂。
B面：
(1) 该面与z轴平行，因此x=1，y=2， z=∞； (2) 1/x=1，1/y=1/2，1/z=0； (3) 最小整数化1/x=2，1/y=1，1/z=0； (4) 〔2 1 0〕
C面：
(1) 该面过原点，必须沿y轴进行移动，因此x= ∞ ，y=-1，z=∞ (2) 1/x=0，1/y=-1，1/z=0； (3) 不需最小整数化；(4) 〔0 1 0〕
晶胞在三维空间的重复构成点阵
〔4〕晶格常数
在晶胞中建立三维坐标体系， 描述出晶胞的形状与大小
晶胞参数- 晶格常数:a、b、c 棱间夹角:α、β、γ
2 晶系与布拉菲点阵
依据点阵参数 的不同特点划分为七种晶系
(1) 三斜晶系
α≠β≠γ≠90° a≠ b≠ c
复杂单胞 底心单斜
(2) 单斜晶系
α=γ=90°≠β a≠ b≠ c
3 原子半径： r 2 a
4 配位数= 12
4
5 致密度= nv/V=(4×3πr3/4)/a3=0.74
γ－Fe(912~1394℃)、Cu、Ni、Al、Ag 等
——塑性较高
面心立方晶胞中原子半径与晶 格常数的关系
a
r 2a 4
(三)密排六方结构〔 h.c.p〕 〔 了解〕
金属：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co等
具有光泽：吸收了能量从被激发态回到基态时所 产生的幅射；
良好的塑性：在固态金属中，电子云好似是 一种流动的万能胶，把所有的正离子都结合 在一起，所以金属键并不挑选结合对象，也 无方向性。当一块金属的两局部发生相对位 移时，金属正离子始终“浸泡〞在电子云中， 因而仍保持着金属键结合。这样金属便能经 受较大的变形而不断裂。
晶体结构(共78张PPT)
多为无色透明，折 射率较高
山东大学材料科学基础
共价键结合，有方 向性和饱和性，键 能约80kJ/mol
Si,InSb, PbTe
金属键结合， 无方向性，配 位数高，键能 约80kJ/mol
Fe,Cu,W
范得华力结合 ，键能低， 约 8-40 kJ /mol
Ar,H2,CO2
熔点高
强度和硬度由中到 高，质地脆
闪锌矿〔立方ZnS〕结构 S
Zn
属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC，GaAs，AlP，InSb
山东大学材料科学基础
•
•
•
•
萤石〔CaF2〕型结构
立方晶系Fm3m空间群，
a0=0.545nm， Z=4。 AB2型化合物， rc/ra>0.732〔0.975〕 配位数：8：4
Ca2+作立方紧密堆积，
F-填入全部四面体 空隙中。 注意：所有八面 体空隙都未被占据。
山东大学材料科学基础
钙钛矿〔CaTiO3〕结构
Ti
ABO3型
立方晶系：以
•
一个Ca2+和3个
O2-作面心立方
Ca
密堆积，
Ti4+占1/4八面体C空aT隙iO3。晶胞 配位多面体连接与Ca2+配位数
Ti4+配位数6，rc/ra=0.436(0.414-0.732)
Ca2+配位数12，rc/ra=0.96
O2-配位数6；
取决温度、组成、掺杂等条件，钙钛矿结构呈现立方、
四方、正交等结构形式。
山东大学材料科学基础
许多化学式为ABO3型的化合物，其中A与B两种阳 离子的半径相差颇大时常取钙钛矿型结构。在钙钛矿 结构中实际上并不存在一个密堆积的亚格子，该结构 可以看成是面心立方密堆积的衍生结构。较小的B离 子占据面心立方点阵的八面体格位，其最近邻仅是氧 离子。
山东大学材料科学基础
共价键结合，有方 向性和饱和性，键 能约80kJ/mol
Si,InSb, PbTe
金属键结合， 无方向性，配 位数高，键能 约80kJ/mol
Fe,Cu,W
范得华力结合 ，键能低， 约 8-40 kJ /mol
Ar,H2,CO2
熔点高
强度和硬度由中到 高，质地脆
闪锌矿〔立方ZnS〕结构 S
Zn
属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC，GaAs，AlP，InSb
山东大学材料科学基础
•
•
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•
萤石〔CaF2〕型结构
立方晶系Fm3m空间群，
a0=0.545nm， Z=4。 AB2型化合物， rc/ra>0.732〔0.975〕 配位数：8：4
Ca2+作立方紧密堆积，
F-填入全部四面体 空隙中。 注意：所有八面 体空隙都未被占据。
山东大学材料科学基础
钙钛矿〔CaTiO3〕结构
Ti
ABO3型
立方晶系：以
•
一个Ca2+和3个
O2-作面心立方
Ca
密堆积，
Ti4+占1/4八面体C空aT隙iO3。晶胞 配位多面体连接与Ca2+配位数
Ti4+配位数6，rc/ra=0.436(0.414-0.732)
Ca2+配位数12，rc/ra=0.96
O2-配位数6；
取决温度、组成、掺杂等条件，钙钛矿结构呈现立方、
四方、正交等结构形式。
山东大学材料科学基础
许多化学式为ABO3型的化合物，其中A与B两种阳 离子的半径相差颇大时常取钙钛矿型结构。在钙钛矿 结构中实际上并不存在一个密堆积的亚格子，该结构 可以看成是面心立方密堆积的衍生结构。较小的B离 子占据面心立方点阵的八面体格位，其最近邻仅是氧 离子。
金属学与热处理-1.2-金属的晶体结构课件.ppt
C
B
A
C
C层
B
A
A
ABABABAB ABCABCABC
B层 ACACACAC ACBACBACB
25
26
ABCA ABA
27
面心立方晶格密排面的堆垛方式 28
密排六方晶格密排面的堆垛方式
29
典型金属晶体中原子间的间隙
四面体空隙（tetrahedral interstice），由4个球体所构成， 球心连线构成一个正四面体； 八面体空隙（octahedral interstice），由6个球体构成，球 心连线形成一个正八面体。
r 3a 4
r 2a 4
ra 2
14
配位数与致密度
➢配位数和致密度定量地表示原子排列的紧密程度。 ➢配位数（coordination number，CN）：晶体结构中 任一原子周围最近且等距离的原子数。 ➢致密度（K）：晶胞中原子所占的体积分数，
K nv V
式中，n为晶胞原子数，v原子体积，V晶胞体积。
22
晶体中原子的堆垛方式
面心立方和密排六方结构的致密度均为0.74， 是纯金属中最密集的结构。 面心立方与密排六方虽然晶体结构不同，但配 位数与致密度却相同，为搞清其原因，必须研究 晶体中原子的堆垛方式。 面心立方与密排六方的最密排面原子排列情况 完全相同，但堆垛方式不一样。
23
24
A
A
C
B A
(11 1)
59
练习4：下图标注了立方晶体的4个晶面，在每个晶 面上给出了3个晶面指数，选择正确的答案。
60
ACF
FN
ABD’E’
A’F’
AFI
BC
ADE’F’
O’M
B
A
C
C层
B
A
A
ABABABAB ABCABCABC
B层 ACACACAC ACBACBACB
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ABCA ABA
27
面心立方晶格密排面的堆垛方式 28
密排六方晶格密排面的堆垛方式
29
典型金属晶体中原子间的间隙
四面体空隙（tetrahedral interstice），由4个球体所构成， 球心连线构成一个正四面体； 八面体空隙（octahedral interstice），由6个球体构成，球 心连线形成一个正八面体。
r 3a 4
r 2a 4
ra 2
14
配位数与致密度
➢配位数和致密度定量地表示原子排列的紧密程度。 ➢配位数（coordination number，CN）：晶体结构中 任一原子周围最近且等距离的原子数。 ➢致密度（K）：晶胞中原子所占的体积分数，
K nv V
式中，n为晶胞原子数，v原子体积，V晶胞体积。
22
晶体中原子的堆垛方式
面心立方和密排六方结构的致密度均为0.74， 是纯金属中最密集的结构。 面心立方与密排六方虽然晶体结构不同，但配 位数与致密度却相同，为搞清其原因，必须研究 晶体中原子的堆垛方式。 面心立方与密排六方的最密排面原子排列情况 完全相同，但堆垛方式不一样。
23
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A
A
C
B A
(11 1)
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练习4：下图标注了立方晶体的4个晶面，在每个晶 面上给出了3个晶面指数，选择正确的答案。
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ACF
FN
ABD’E’
A’F’
AFI
BC
ADE’F’
O’M
晶体的界面结构(共45张PPT)
2．半共格相界 假设两相邻晶体在相界面处的晶面间距相差较大，那么在相界面上不可能做到完全的一一对
应，于是在界面上将产生一些位错，以降低界面的弹性应变能，这时界面上两相原子局部地保持 匹配，这样的界面称为半共格界面或局部共格界面。
从能量角度而言，以半共格界面代替共格界面更为有利。
3.非共格相界----两相在相界面处的原子排列相差很大。
位相角：θ〔沿坐标系中某一旋转轴的旋转角〕 方向角：φ〔晶界与另一晶粒的位相角〕
2.2 小角晶界
二、晶界自由度 三维晶界------有5个自由度
位相角：θ1 ，θ2， θ 3〔三个相邻晶粒的旋转角〕 方向角：φ1 ，φ2 〔晶界与另一晶粒的位相角〕
2.2 小角晶界
三、小角度晶界的位错模型
倾转晶界〔由刃型位错构成〕 1.对称倾斜晶界
共格晶界: 2种相的原子在界面处完全匹配，形 成完整格界面。
半共格晶界：晶面间距相差较大，在界面上将 产生一些位错，以降低界面的弹性应变能，这
时界面上两相原子局部地保持匹配 。 非共格晶界: 界面上两相原子无任何匹配关系
晶界分类
(1) 按两个晶粒之间夹角的大小来分：
小角度晶界 θ＝0°→3～10°
错配度定义为
式中a 和b分别表示相界面两侧的 相和相的点阵常数，且a ＞ a 。
由此可求得位错间距D为 D=α/δ
当δ很小时，可以近似为
D≈|b|/δ 当δ很小时，D很大，α和β相在相界面上趋于共格，即成为共格相 界；
当δ很大时，D很小，α和β相在相界面上完全失配，即成为非共格相 界，
完全共格相界
3. 扭转晶界〔由螺型位错构成〕
以下图表示两个简单立方晶粒的扭转晶界结构，图中〔001〕 平面是共同的平面，可见这种晶界是由两组螺型位错交叉网络所形 成。扭转晶界两侧的原子位置是互相不吻合的，但这种吻合可以集 中到一局部原子的位置上，其余的局部仍吻合，不吻合的局部是螺 型位错。
晶体结构 PPT课件
结构可以看成是由C-C四面体共顶连接 而成。
金刚石的类型
晶格中N和B常替代C。N含量一般为 0.001% ~0.25%。按照N的含量将经金 刚石划分为不同类型/
Ⅰ型 (含N) Ⅰa型：N为N2、N3 、N n， 98%的天然无色--黄色钻石属于此类。 Ⅰb 型：N为孤N， 多数合成钻石属于此类。 Ⅰ型金刚石的主要用途：刀具、拉丝 模、砂轮、钻头等。
O2-位于立方晶胞晶棱的中点， Ca2+位于 立方晶胞的中心，配位数为12；Ti4+位于 晶胞的角顶，配位数为6；O 周围有4 个 Ca, 2个Ti。[TiO6]八面体共角顶连接。
CaTiO3的立方原始晶胞
Ti4+与八面体角顶的6个O2-配位
Ca2+
Ti4+ O2-
理想钙钛矿的晶胞
一般将等轴晶系钙钛矿结构称为理想 钙钛矿，典型代表是SrTiO3。这种结 构的钙钛矿很少见。只有当离子半径 满足(rA+rX) =1.414(rB+rX)。才能形成 理想的钙钛矿型结构。
方解石(CaCO3)的结构模型
每一个Ca2+与属于不同的CO32-离子团 中的六个氧离子配位，碳的氧离子配 位数为3 。
Ca2+与不同的CO32-离子团中的六个O2-配位，
(2)钙钛矿（CaTiO3）型晶体结构 高温下为等轴晶系，空间群Pm3m，
ao=0.385nm，Z=1。
钙钛矿结构可看成是较大的Ca2+和O2作立方最紧密堆积，Ti4+充填在由六个 氧形成的八面体空隙中。
10.1 元素单质的晶体结构
1.金属单质的晶体结构
典型的金属单质晶体，原子之间以金属键 结合，结构看成是由等大球紧密堆积而 成，原子配位数高。
晶体结构(结构 晶面指数)ppt课件
School of Physics and Information
SchToeoclhonfoloPghyy,sSiNcsNUand Information Technology, SNNU
CsCl 结构式
2. CsCl 结构——由两个简单立方子晶格彼此沿立方体空间对角线位移1／2
的长度套构而成
Cs+（0,0,0），Cl-（0.5,0.5,0.5）， Cs+ 平移（0.5,0.5,0.5）即可变为Cl-， Cs+和Cl离子各自构成简单立方结构
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 排列的固体，表现为长程有序（在微米量级范围是有序的）
非晶体：无规则的，无序的或短程有序的。
在X射线中出现明显衍射峰的称为晶体 （微米量级甚至纳米量级）
晶体分为： 单晶体 多晶体；有机晶体 无机晶体 完整晶体 非完整晶体
Pb(Zr,Ti)O 3
金刚石晶格碳1位置碳2位置其中informationtechnologysnnuwignerseitz原胞定义以任意一个格点为中心以此格点与一切相邻格点连线的中垂面为界面围成的最小多面体特点总是代表其点阵的点群对称性总是原胞最自然最漂亮的原胞能反映晶体对称性的最小重复单元平面六角bccfcc正十二面体schoolinformationtechnologysnnubravais格子的特点所有格点周围的环境都是一样的但沿不同方向上的物理性质不同的各向异性bravais格子的格点可以看成分布在一系列平行的直线上晶列晶列的指向晶向crystaldirection晶向指数的确定步骤晶向指数的确定步骤11以晶胞中的某一阵点为原点以三条棱边为以晶胞中的某一阵点为原点以三条棱边为轴并以晶胞棱边的长度为单位长度
SchToeoclhonfoloPghyy,sSiNcsNUand Information Technology, SNNU
CsCl 结构式
2. CsCl 结构——由两个简单立方子晶格彼此沿立方体空间对角线位移1／2
的长度套构而成
Cs+（0,0,0），Cl-（0.5,0.5,0.5）， Cs+ 平移（0.5,0.5,0.5）即可变为Cl-， Cs+和Cl离子各自构成简单立方结构
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 排列的固体，表现为长程有序（在微米量级范围是有序的）
非晶体：无规则的，无序的或短程有序的。
在X射线中出现明显衍射峰的称为晶体 （微米量级甚至纳米量级）
晶体分为： 单晶体 多晶体；有机晶体 无机晶体 完整晶体 非完整晶体
Pb(Zr,Ti)O 3
金刚石晶格碳1位置碳2位置其中informationtechnologysnnuwignerseitz原胞定义以任意一个格点为中心以此格点与一切相邻格点连线的中垂面为界面围成的最小多面体特点总是代表其点阵的点群对称性总是原胞最自然最漂亮的原胞能反映晶体对称性的最小重复单元平面六角bccfcc正十二面体schoolinformationtechnologysnnubravais格子的特点所有格点周围的环境都是一样的但沿不同方向上的物理性质不同的各向异性bravais格子的格点可以看成分布在一系列平行的直线上晶列晶列的指向晶向crystaldirection晶向指数的确定步骤晶向指数的确定步骤11以晶胞中的某一阵点为原点以三条棱边为以晶胞中的某一阵点为原点以三条棱边为轴并以晶胞棱边的长度为单位长度
第二章 晶体结构ppt课件
1-1 晶向指数 [u v w]
建立步骤： ①建立坐标系。以某一阵点为坐标原点，三个棱边为 坐 标轴，并以点阵常数(a、b、c)作为各个坐标轴的单位长度； ②作 OP // AB ； ③确定P点的三个坐标值（找垂直投影）； ④将坐标值化为互质的最小整数，并放入到[ ] 中，则 [uvw]即为所求；
1.晶体结构与空间点阵（续）
1-4 晶胞 ①定义：在空间点阵中，能够代表晶格中原子排列特征的最小单元体。 晶胞通常是平行六面体，将晶胞作三维的重复堆砌就构成了空间点 阵。 ②晶胞的选取原则：
几何形状与晶体具有同样的对称性； 平行六面体内相等的棱与角的数目最多； 当平行六面体棱间有直角时，直角数目最多； 在满足上述条件下，晶胞的体积应最小。
o o a a a c , 9 0 , 1 2 0 1 2 3
菱方：简单菱方 o a b c , 9 0
单斜：简单单斜 底心单斜
a b c ,
9 0
o
三斜：简单三斜
a b c ,
9 0
第二章 晶体结构
第一节 晶体的特征
各项异性 晶体由于具有按照一定几何规律排列的内 部结构，空间不同方向上原子排列的特征不同， 如原子间距及周围环境，因而在一般情况下， 单晶体的许多宏观物理量（如弹性模量、电阻 率、热膨胀悉数、折射率、强度及外表面化学 性质等）的大小是随测试方向的不同而改变的， 这个性质称为各项异性。晶体断裂的解理性就 是晶体具有各项异性的最明显例子。
晶体具有确定的熔点
熔点是晶体物质的结晶状态与非结晶状态互相转 变的临界温度，晶体熔化时发生体积变化。 晶体有一些其他共同特征：晶体中存在不完整性， 晶体内原子排列并不是理想的有序排列，而是有 缺陷的；晶体的原子周期排列促成晶体有一些共 同的性质，如均匀性、自限性和对称性等。
常见的晶体结构-PPT
Octahedral sites:
6
×
×
晶体结构中得空隙位(3): hcp
Tetrahedral sites
×
×
7c 8
1c
××
8
2 6 2 1 2 3 12 3
5c 8
3c 8
棱与中心线得1/4与3/4处
3、点阵常数与原子半径
R 2R
R RR
a0
a0 2R
a0
a0
2 2R 3
R 2R
图2-48 NaCL晶胞
图2-49 CsCL晶胞
Zn
0 75
(0, 0, 0), (1 , 1 , 0), (1 , 0, 1), (0, 1 , 1) 22 2 2 22
50 25
0
(1 , 1 , 1), ( 3 , 3 , 1), (1 , 3 , 3), ( 3 , 1 , 3) 444 444 444 444
(2
R
fcc
)
Center of tetrahedron, o,
oD = (3/4)DE
A D
B
rin
oD
R fcc
3 4
DE
R fcc
2Rfcc
rin
3 2
2 3
R
fcc
R fcc
(
3 2
1)R
fcc
o
C
A
E
B
rin 3 1 0.225
R fcc
2
晶体结构中得空隙位(2): bcc
Octahedral sites: Face and edge center sites
6 1 12 1 6
2
4
6
×
×
晶体结构中得空隙位(3): hcp
Tetrahedral sites
×
×
7c 8
1c
××
8
2 6 2 1 2 3 12 3
5c 8
3c 8
棱与中心线得1/4与3/4处
3、点阵常数与原子半径
R 2R
R RR
a0
a0 2R
a0
a0
2 2R 3
R 2R
图2-48 NaCL晶胞
图2-49 CsCL晶胞
Zn
0 75
(0, 0, 0), (1 , 1 , 0), (1 , 0, 1), (0, 1 , 1) 22 2 2 22
50 25
0
(1 , 1 , 1), ( 3 , 3 , 1), (1 , 3 , 3), ( 3 , 1 , 3) 444 444 444 444
(2
R
fcc
)
Center of tetrahedron, o,
oD = (3/4)DE
A D
B
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R fcc
3 4
DE
R fcc
2Rfcc
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3 2
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fcc
R fcc
(
3 2
1)R
fcc
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C
A
E
B
rin 3 1 0.225
R fcc
2
晶体结构中得空隙位(2): bcc
Octahedral sites: Face and edge center sites
6 1 12 1 6
2
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第三章 晶体结构
第一节 原子晶体、分子晶体和金属晶体结构概述 一、原子晶体结构(惰性气体低温凝聚态) 二、分子晶体结构（a-硫，白磷） 三、金属晶体（A1面心；A2体心；A3六方密堆；
A4金刚石结构）
山东大学材料科学基础
离子晶体（NaCl）
金属
氢键晶体（硼酸）
共价键晶体（锑化銦） 分子晶体（固态氩）混合键晶体（石墨）
山东大学材料科学基础
根据鲍林静电价规则，
S=Z/n
NaCl: 每一个Na+静电键 强度是1/6.正负离子的配 位数相等，都是6。因此 键强度总和达到氯离子的 价电荷数(6x(1/6)=1)
若以Z表示单位晶胞中的“分子”数（相当于单位晶胞中 含NaAl的个数），在NaAl晶体中，Z=4。 用坐标系法给出单位晶胞中各个质点的空间坐标。其中： Cl—：000，1/2 1/2 0，1/2 0 1/2，0 1/2 1/2； Na+：0 0 1/2， 1/2 0 0，0 1/2 0，1/2 1/2 1/2。这种方法描述晶体结构最规范。
Zn
属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC，GaAs，AlP， InSb
山东大学材料科学基础
• •
•
•
萤石（CaF2）型结构
立方晶系Fm3m空间群， a0=0.545nm，
Z=4。 AB2型化合物， rc/ra>0.732（0.975） 配位数：8：4 Ca2+作立方紧密堆积， F-填入全部四面体 空隙中。 注意：所有八面 体空隙都未被占据。
山东大学材料科学基础
许多AB型的化合物，包括许多陶瓷材料如 MgO,CaO, NiO, CoO,MnO和PbO等都形成该 结构。 MgO: 阳离子Mg2+的静电键强度是2/6 ,键强 度总和等于氧离子O2-的电价6x(2/6)=2 CaO: (在水泥熟料中的不良作用) 方解石(CaCO3)
山东大学材料科学基础
萤石（CaF2）型结构
萤石型结构的氧化物在结构陶瓷和功能陶 瓷方面具有重要的技术应用。如CeO2、 ZrO2、UO2等。萤石结构的衍生结构如焦 绿石（通式A2B2O7,Gd2Ti2O7）。
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氧化锆多形体的结构
Zr
O
（立方）
（四方）
（单斜）
具有萤石型结构的ZrO2是立方相，其还有 四方相和单斜相。它们之间发生多晶转变 （位移式转变），对称性不同，但配位数 未变。
Fe,Cu,W
范得华力结合， 键能低， 约 8-40 kJ /mol
Ar,H2,CO2
热学性质 力学性质 电学性质 光学性质
熔点高
熔点高
强度高，硬度高，质 强度和硬度由中到
地脆
高，质地脆
低温下绝缘，某些晶 绝缘体或半导体， 体有离子导电，熔体 熔体不导电 导电
多为无色透明，折射 透明晶体具有高折
率较高
而Zn2+离子交错的分布于立方体中1/8小立方体的中心。 Zn2+离子的配位数是4，S2—离子的配位数也是4(r+/r=0.436？)。图（B）是投影图，相当于俯视图。图（C） 则是按多面体连接方式表示的β-ZnS结构。它是由Zn-S四 面体以共顶的方式相连而成。
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S2-： 0 0 0； 0 ½ ½；
½ 0 ½; ½ ½ 0 Zn2+： ¼ ¼ ¾； ¼ ¾ ¼；
¾ ¼ ¼; ¾ ¾ ¾
结构型式
离
化学组成比 n+/n-
子 堆
负离子堆积方式
积 描
正负离子配位数比CN+/CN-
述 正离子所占空隙种类
正离子所占空隙分数
山东大学材料科学基础
立方ZnS型 1:1 立方最密堆积 4:4 正四面体 1/2
闪锌矿（立方ZnS）结构 S
山东大学材ห้องสมุดไป่ตู้科学基础
各种晶体类型示意图
晶体类型 离子晶体
各种类型晶体的特征
共价晶体
金属晶体
分子晶体
结构特征 例
正负离子相间最密堆 共价键结合，有方
积，离子键，键能较 向性和饱和性，键
高约800kJ/mol
能约80kJ/mol
NaCl,CaF2,Al2O3 Si,InSb, PbTe
金属键结合， 无方向性，配 位数高，键能 约80kJ/mol
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反萤石型结构中，由
反萤石型(A2B)结构
阴离子如氧离子O2-作
面心立方紧密堆积，
阳离子占据所有
四面体空隙。
面心立方晶格中，
四面体空隙数是
晶格原子或离子数的2倍。
因此形成反萤石结构的化合
物的化学计量比为A2B 例如：Li2O、Na2O、K2O以 及山东K大学2材S料科、学基L础 i2Se、Na2Te等
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Ca2+
产地:甘肃省肃北县
图C给出了CaF2晶体结构以配位多面体相连的方式。Ca2+ 位于立方体中心，F-则位于立方体的角顶，立方体之间是以 共棱关系相连。
在CaF2晶体结构中，由于以Ca2+离子形成的紧密堆积中， 全部八面体空隙都没有被充填，因此，八个F-离子之间就形 成一个“空洞”，这些“空洞”为F-离子的扩散提供了条件。 所以，在萤石型结构中，往往存在着负离子扩散的机制。
1．NaCl (岩盐，Rocksalt) 型结构
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晶体的研究方法
球体紧密堆积方式 配位多面体的连接方式 晶胞的投影图 晶胞坐标图
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从配位多面体看，Cl-离子形成一套面心立方晶格，而 Na+离子是充填在Cl-离子面心立方晶格的所有八面体空 隙之内。按照鲍林第一规则，正负离子半径比rc/ra应该 在0.414-0.732之间。由于面心立方密堆积结构中，八 面体空隙与原子之比是1：1，因此该结构的化合物具有 理想的化学计量比MX。
射率
热传导性良好
具有各种强度 和硬度，压延 性好 固体和熔体均 为良导体
熔点低，热膨 胀率高 强度低，可压 缩，硬度低
固体和熔体均 为绝缘体
不透明，高反、 呈现组成分子
折射率
的性质
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第二节 典型无机化合物晶体结构
NaCl型
CsCl型
立方ZnS型
六方ZnS型
萤石型
金红石型
山东大学材料科学基础 典型AB与AB2型晶体结构
岩盐型结构还是若干复杂层状化合物结构的一部分。
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CsCl晶格
Cs+和Cl-各形成 一套简单立方 格子， 两套简单格子 交叠而成。 rc/ra: 1－0.732 配位数：8：8
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闪锌矿（立方ZnS）结构
立方晶系，a0=0.540，Z=4。 ZnS是立方面心格子，S2—离子位于立方面心的节点位置，
第一节 原子晶体、分子晶体和金属晶体结构概述 一、原子晶体结构(惰性气体低温凝聚态) 二、分子晶体结构（a-硫，白磷） 三、金属晶体（A1面心；A2体心；A3六方密堆；
A4金刚石结构）
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离子晶体（NaCl）
金属
氢键晶体（硼酸）
共价键晶体（锑化銦） 分子晶体（固态氩）混合键晶体（石墨）
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根据鲍林静电价规则，
S=Z/n
NaCl: 每一个Na+静电键 强度是1/6.正负离子的配 位数相等，都是6。因此 键强度总和达到氯离子的 价电荷数(6x(1/6)=1)
若以Z表示单位晶胞中的“分子”数（相当于单位晶胞中 含NaAl的个数），在NaAl晶体中，Z=4。 用坐标系法给出单位晶胞中各个质点的空间坐标。其中： Cl—：000，1/2 1/2 0，1/2 0 1/2，0 1/2 1/2； Na+：0 0 1/2， 1/2 0 0，0 1/2 0，1/2 1/2 1/2。这种方法描述晶体结构最规范。
Zn
属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC，GaAs，AlP， InSb
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• •
•
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萤石（CaF2）型结构
立方晶系Fm3m空间群， a0=0.545nm，
Z=4。 AB2型化合物， rc/ra>0.732（0.975） 配位数：8：4 Ca2+作立方紧密堆积， F-填入全部四面体 空隙中。 注意：所有八面 体空隙都未被占据。
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许多AB型的化合物，包括许多陶瓷材料如 MgO,CaO, NiO, CoO,MnO和PbO等都形成该 结构。 MgO: 阳离子Mg2+的静电键强度是2/6 ,键强 度总和等于氧离子O2-的电价6x(2/6)=2 CaO: (在水泥熟料中的不良作用) 方解石(CaCO3)
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萤石（CaF2）型结构
萤石型结构的氧化物在结构陶瓷和功能陶 瓷方面具有重要的技术应用。如CeO2、 ZrO2、UO2等。萤石结构的衍生结构如焦 绿石（通式A2B2O7,Gd2Ti2O7）。
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氧化锆多形体的结构
Zr
O
（立方）
（四方）
（单斜）
具有萤石型结构的ZrO2是立方相，其还有 四方相和单斜相。它们之间发生多晶转变 （位移式转变），对称性不同，但配位数 未变。
Fe,Cu,W
范得华力结合， 键能低， 约 8-40 kJ /mol
Ar,H2,CO2
热学性质 力学性质 电学性质 光学性质
熔点高
熔点高
强度高，硬度高，质 强度和硬度由中到
地脆
高，质地脆
低温下绝缘，某些晶 绝缘体或半导体， 体有离子导电，熔体 熔体不导电 导电
多为无色透明，折射 透明晶体具有高折
率较高
而Zn2+离子交错的分布于立方体中1/8小立方体的中心。 Zn2+离子的配位数是4，S2—离子的配位数也是4(r+/r=0.436？)。图（B）是投影图，相当于俯视图。图（C） 则是按多面体连接方式表示的β-ZnS结构。它是由Zn-S四 面体以共顶的方式相连而成。
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S2-： 0 0 0； 0 ½ ½；
½ 0 ½; ½ ½ 0 Zn2+： ¼ ¼ ¾； ¼ ¾ ¼；
¾ ¼ ¼; ¾ ¾ ¾
结构型式
离
化学组成比 n+/n-
子 堆
负离子堆积方式
积 描
正负离子配位数比CN+/CN-
述 正离子所占空隙种类
正离子所占空隙分数
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立方ZnS型 1:1 立方最密堆积 4:4 正四面体 1/2
闪锌矿（立方ZnS）结构 S
山东大学材ห้องสมุดไป่ตู้科学基础
各种晶体类型示意图
晶体类型 离子晶体
各种类型晶体的特征
共价晶体
金属晶体
分子晶体
结构特征 例
正负离子相间最密堆 共价键结合，有方
积，离子键，键能较 向性和饱和性，键
高约800kJ/mol
能约80kJ/mol
NaCl,CaF2,Al2O3 Si,InSb, PbTe
金属键结合， 无方向性，配 位数高，键能 约80kJ/mol
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反萤石型结构中，由
反萤石型(A2B)结构
阴离子如氧离子O2-作
面心立方紧密堆积，
阳离子占据所有
四面体空隙。
面心立方晶格中，
四面体空隙数是
晶格原子或离子数的2倍。
因此形成反萤石结构的化合
物的化学计量比为A2B 例如：Li2O、Na2O、K2O以 及山东K大学2材S料科、学基L础 i2Se、Na2Te等
山东大学材料科学基础
Ca2+
产地:甘肃省肃北县
图C给出了CaF2晶体结构以配位多面体相连的方式。Ca2+ 位于立方体中心，F-则位于立方体的角顶，立方体之间是以 共棱关系相连。
在CaF2晶体结构中，由于以Ca2+离子形成的紧密堆积中， 全部八面体空隙都没有被充填，因此，八个F-离子之间就形 成一个“空洞”，这些“空洞”为F-离子的扩散提供了条件。 所以，在萤石型结构中，往往存在着负离子扩散的机制。
1．NaCl (岩盐，Rocksalt) 型结构
山东大学材料科学基础
晶体的研究方法
球体紧密堆积方式 配位多面体的连接方式 晶胞的投影图 晶胞坐标图
山东大学材料科学基础
从配位多面体看，Cl-离子形成一套面心立方晶格，而 Na+离子是充填在Cl-离子面心立方晶格的所有八面体空 隙之内。按照鲍林第一规则，正负离子半径比rc/ra应该 在0.414-0.732之间。由于面心立方密堆积结构中，八 面体空隙与原子之比是1：1，因此该结构的化合物具有 理想的化学计量比MX。
射率
热传导性良好
具有各种强度 和硬度，压延 性好 固体和熔体均 为良导体
熔点低，热膨 胀率高 强度低，可压 缩，硬度低
固体和熔体均 为绝缘体
不透明，高反、 呈现组成分子
折射率
的性质
山东大学材料科学基础
第二节 典型无机化合物晶体结构
NaCl型
CsCl型
立方ZnS型
六方ZnS型
萤石型
金红石型
山东大学材料科学基础 典型AB与AB2型晶体结构
岩盐型结构还是若干复杂层状化合物结构的一部分。
山东大学材料科学基础
CsCl晶格
Cs+和Cl-各形成 一套简单立方 格子， 两套简单格子 交叠而成。 rc/ra: 1－0.732 配位数：8：8
山东大学材料科学基础
闪锌矿（立方ZnS）结构
立方晶系，a0=0.540，Z=4。 ZnS是立方面心格子，S2—离子位于立方面心的节点位置，