材料科学研究与测试方法-晶体学基础

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。
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
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。
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。
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。
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。
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
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
1.1.4 典型晶体结构
简单点阵：点阵结构仅有一种结构形 式，常见的有简立方、体心立方和面 心立方3种；
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。
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 αβγ90 °
Baidu Nhomakorabea
简单三斜
单斜晶系：
a≠b≠c α＝γ＝90 ° β90°
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）
简单四方
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。
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。
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
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。