第一章金属的晶体结构教材

晶系 长度和夹角
实例
三斜 a≠b≠c α≠β≠γ≠90º K2CrO7
单斜 a≠b≠c
α=γ=90º≠β
β-S
正交 a≠b≠c
α=β=γ=90 α-S
六方 a1=a2=a3≠c α=β=90ºγ=120º Zn，
菱方 a=b=c
α=β=γ≠90º As，
四方 a=b≠c
α=β=γ=90 β-Sn，
立方 a=b=c α=β=γ=90º
烈偏离H ，H 原子几乎为半径很小带正电的核，H 可以与另外一 原子吸引，形成附加键
有方向性，结合力较强，比离子键、共价键小
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结合键类型 离子键
共价键
金属键
分子键 氢键
各种结合键比较
实例 结合能 ev/mol
LiCl
8.63
NaCl
7.94
KCl
7.20
RbCl
6.90
金刚石 1.37
Si
1.68
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一、原子键合
结合键：原子（离子或分子）间的作用力 结合键分类 化学键：离子键、共价键、金属键 物理键：分子键、氢键
共价键：相邻原子共用电子对；8-N规则；饱和性，方向性 结合力大，共价晶体高强度、高硬度，脆，熔点高 如 陶瓷、聚合物、Si
离子键：正离子与负离子静电引力吸引 结合力大，晶体高强度、高硬度，脆，热膨胀系数小 良好的绝缘体
结合力高于无 氢键分子
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分子的规则排列--- 晶体学基础 分子的不规则排列----晶体缺陷
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二、 分子的规则排列--晶体学基础
2.1 金属的通性
1 良好的导电、导热性 2 正的电阻温度系数（本质特征） 3 不透明、金属光泽 4 良好的延展性
可以用金属键特征解释
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2.2 晶体与非晶体
1．概念： 晶体 是由许多质点（包括原子、离子或分子）在三维
空间作有规 则的周期性重复排列而构成的固体
非晶体不呈周期性的规则排列。
2．晶体与非晶体的区别： a.根本区别：质点是否在三维空间作有规则的周期
性重复排列。
b.熔化时：晶体具有固定的熔点,而非晶体无明显熔
点,只存在一个软化温度范围。
c. 性能：晶体具有各向异性,非晶体呈各向同性。
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3．单晶体与多晶体
（一）晶向指数
1．步骤
a.建立坐标系,以某一阵点为原点O,以三个基矢为坐标 轴,以
晶胞边长作为坐标轴的长度单位。
b.作直线OP平行与待标志的晶向或待标定晶向的直线 通过坐标原点。
c.确定通过原点直线上任一点的坐标值。
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• 晶胞参数 点阵参数：晶轴，三个棱边a，b，c 晶轴夹角：α，β，γ
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晶胞三条棱边的边长a、b、c及晶轴之间的夹 角α、β、γ称为晶胞参数 基矢：a 、 b 、c 任 一 阵 点 的 位 置 ， ruvw=Ua+Vb+Wc
U、V、W：阵点坐标
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2.4 七大晶系和十四种空间点阵
1．晶 系 根据晶胞的外形，即棱边长度之间的关系 和晶轴夹角的情况,将晶体分为七大晶系。
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第一 章 工程材料的原子排列 1、原子键合 2、 分子的规则排列--- 晶体学基础 2.1 金属的通性 2.2 晶体与非晶体 2.3 空间点阵和晶胞 2.4 七大晶系和十四种空间点阵 2.5 晶体的对称性概念 2.6 晶面指数与晶向指数 2.7 典型金属的晶体结构 2.8 点阵常数与原子半径R 的关系 2.9 配位数和致密度 2.10 晶体结构中的间隙 2.11 同素异晶性（多型性） 2.12 原子大小 2.13 金属的其它类型结构 3. 陶瓷的晶体结构 4. 晶体的极射投影
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并不是每个晶系都包含体心，面心和底心点阵
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五、晶体的对称性概念
1．回转对称轴 2．对称面 3．对称中心 4．回转-反演轴
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六、晶面指数与晶向指数
晶向：晶体中的某些方向，涉及到晶体中原子的位置，原子列方 向，表示的是一组相互平行、方向一致的直线的指向。
晶面：晶体中原子所构成的平面。 国际上通用的是用密勒指数表示晶面及晶向。
如 部分陶瓷材料（MgO，Al2O3，ZrO2），NaCl
金属键：正离子与电子云 良好塑性，导电性、导热性 如 金属元素
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分子键（范德瓦尔斯力）：分子或原子团具有极
性，存在于中性的原子或分子之间的结合力 结合力小，易变形，熔点低，硬度低 如 塑料，陶瓷
氢键：含氢物质中，H 与其它原子形成共价键，共有电子强
Fe
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2．布拉菲点阵
除了在晶胞的每个角上放置一个阵点之外， 还可以在晶胞的其它位置安放阵点， 同样满足等同环境的要求。 1848年，法国晶体学家布拉菲（A. Bravais） 用数学方法证明只能有14种空间点阵，包括：
a. 简单晶胞 7个 只有在每个角上含有阵点 b. 复合晶胞 7个 除了每个角外，晶胞内部或面上还含有阵点
Ge
3.87
Sn
3.11
Li
1.63
Na
1.11
Байду номын сангаас
K
0.931
Rb
0.852
Ne
0.020
Ar
0.078
H2O
0.52
HF
0.30
主要特征
无方向性，高 配位数，低温 不导电，高温 离子导电
方向性，低配 位数，纯金属 低温导电率很 小
无方向性，高 配位数，密度 高，导电性高， 塑性好
低熔点、沸点 压缩系数大， 保留分子性质
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立方 a=b=c α=β=γ=90º
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四方 a=b≠c α=β=γ=90
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正交 a≠b≠c α=β=γ=90
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菱方 a=b=c α=β=γ≠90º
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六方 a1=a2=a3≠c α=β=90º γ=120º
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单斜 a≠b≠c α=γ=90º≠β
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三斜 a≠b≠c α≠β≠γ≠90º
2．空间点阵（简称为点阵） 阵点在空间呈周期性规则排列，并具有等 同的周围环境的模型。
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3．晶格（空间格子） 作许多平行的直线把阵点连接起来，构成一 个三维的几何格架称为晶格。
4.晶胞 a.定义：在空间点阵中，能代表空间点阵
结构特点的小平行六面体，反映晶格特征的 最小几何单元。
整个空间点阵可由晶胞作三维的重复堆 砌而构成。
1. 单晶体 质点按同一取向排列。由一个核心 （称为晶核）生长而成的晶体
2. 多晶体 通常由许多不同位向的小晶体(晶粒） 所组成。
3. 晶粒与晶粒之间的界面称为晶界
4.多晶体材料一般显示出各向同性——假等向性。
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多晶体及多晶体位向示意图
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铝合金的铸造状态组织
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2.3 空间点阵和晶胞
1 阵点 将构成晶体的实际质点（原子、离子、 分子）抽象成纯粹的几何点称为阵点。