第一章材料中的晶体结构(1)

1-1 晶体
（二）共价键：相邻原子各给出一个电子作为二者 共有，原子借共用电子对所产生的 力而结合。
共价键既有饱和性又有方向性。
1-1 晶体
（三）离子键：失掉电子的正离子和得到电子的负 离子依靠静电引力而结合。
离子键无饱和性无方向性
1-1 晶体
（四）分子键（范德华键）：组成晶体的中性原子 或中性分子互相靠近时，出现电子的 不均匀分布，从而使正、负电荷的中 心发生偏离，形成电偶极子，电偶极 子的异极相吸而结合 。
1-1 晶体
晶粒：晶体中原子排列规律相同、位向一致的 小区域。
单晶体：仅由一个晶粒组成的晶体。 多晶体：由多个晶粒组成的晶体。 晶界：相邻晶粒之间的分界面。
1-1 晶体
二、晶体中的结合键 （一）金属键：由金属中的自由电子与金属正离子
之间产生强烈的静电相互作用所构 成的键合。
金属键既无饱和性也无方向性。
通常采用密勒指数（Miller Index）来标定晶面 指数。
1-2 晶体学基础
（1）已知晶面标定其晶面指数 标定步骤：
1）以晶胞的某一阵点O为坐标原点，过原点O的三个棱 边为坐标轴x、y、z；
2）求得待定指数晶面在三个坐标轴上的截距； 3）取各截距的倒数； 4）将三倒数化为互质的整数，并加上圆括号，即表示 该晶面的指数，记为（h k l）。
材料科学基础
绪论
工程材料（按属性分类）：金属材料、陶瓷材料和高分子 材料，也可由此三类材料相互组合而成复合材料。
材料科学基础：研究材料的成分、结构、组织、加工工艺 与性能之间的关系及其变化规律。
主要任务：了解材料组织结构的形成规律，了解材料在性 能上产生差异的原因。
第一章 材料中的晶体结构
1-1 晶体
晶格
用平行直线将点阵连接起来构 成三维几何框架称为晶格
1-2 晶体学基础
（二）晶胞 1.概念：点阵中具有
代表性的基本单元 （最小平行六面体）
1-2 晶体学基础
2. 晶胞的选取原则 (1) 选取的平行六面体应反映出点阵的最高对称性； (2) 平行六面体内的棱和角相等的数目应最多； (3) 当平行六面体的棱边夹角存在直角时，直角数目
（二）结合能 平衡距离下的原子间相互
作用能。 离子键、共价键的结合能
最大，金属键次之，其后为氢 键，分子键的结合能最低。
1-2 晶体学基础
一、空间点阵和晶胞 （一）空间点阵
空间点阵 阵点 晶格
1-2 晶体学基础
阵点：
将理想晶体中的每个质点抽象 为规则排列于空间的几何点
空间点阵 由点阵在三维空间规则排列构 成的阵列称为空间点阵
（原子、离子或 分子）的具体排 列情况
1-2 晶体学基础
晶体点阵：晶体中实际原 子、离子或分 子中心的具体 排列情况
1-2 晶体学基础
不同的晶体结构类型属于相同的空间点阵
•
Cu晶体
NaCl晶体
CaF2晶体
1-2ຫໍສະໝຸດ Baidu晶体学基础
相似的晶体结构类型属于不同的空间点阵
Cr晶体
CsCl晶体
1-2 晶体学基础
棱间夹角：、、
1-2 晶体学基础
（三）晶系和布拉菲点阵 1. 晶系（七个）
晶系
棱边长度及夹角关系
三斜 单斜 正交 六方 菱方 四方 立方
a≠b≠c, ≠≠≠90 a≠b≠c, ==90≠ a≠b≠c, == =90 a=b≠c, ==90, =120 a=b=c, ==≠90 a=b≠c, == =90 a=b=c, ===90
应最多； (4) 在满足上述条件下，晶胞应具有最小的体积。
1-2 晶体学基础
3. 晶胞的分类 简单晶胞：只在平行六面体的八个顶角上有 阵点。 复合晶胞：除在平行六面体顶角位置含有阵 点外，在体心、面心、底心等位 置上亦存在阵点。
1-2 晶体学基础
4. 点阵参数 棱边边长：a、b、c（称
为点阵常数或晶格常 数）
分子键无饱和性和方向性。
1-1 晶体
（五）氢键：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。
氢键既有饱和性也有方向性。
1-1 晶体
二、晶体中原子间的作用力及结合能 （一）晶体中原子间作用力 平衡距离：两相邻原子之
间的作用力为 零时原子间的 距离（r0）。
1-1 晶体
举例
K2CrO7 -S、CaSO42H2O -S、Ga、Fe3C Zn、Cd、Mg、NiAs As、Sb、Bi -Sn、TiO2 Fe、Cr、Cu、Ag、Au
1-2 晶体学基础
2. 布拉菲点阵（十四种）：每个阵点的周围环境相同
布拉菲点阵
简单三斜
简单单斜
底心单斜
简单正交 底心正交 体心正交 面心正交
晶系 三斜 单斜
正交
布拉菲点阵
简单六方
简单菱方
简单四方 体心四方 简单立方 体心立方 面心立方
晶系 六方 菱方 四方
立方
1-2 晶体学基础
1-2 晶体学基础
1-2 晶体学基础
思考题： 说明为何十四种布拉菲点阵中不存在底心
四方点阵和面心四方点阵？
1-2 晶体学基础
（四）晶体结构与晶体点阵 晶体结构：晶体中实际质点
1-2 晶体学基础
（2）已知晶面指数确定其标示的晶面 确定步骤：
1）在晶胞中确定坐标原点O，以过原点O的三个棱边为 坐标轴x、y、z；
2）取各晶面指数的倒数，即可得到该晶面在三个坐标轴 上的截距；
3）根据三个截距确定该晶面与三个坐标轴的交点， 将 三个交点依次用直线连接起来，即可画出相应晶面。
1-2 晶体学基础
思考题： 说明为何十四种布拉菲点阵中不存在底心
四方点阵和面心四方点阵？
1-2 晶体学基础
二、原子坐标、晶面指数和晶向指数 （一）原子（阵点）坐标
原子坐标的表示方法： P点坐标可表示为 [[x, y, z]]或[[x y z]]
1-2 晶体学基础
（二）晶面与晶面指数 1. 晶面
不在同一直线上的三个以上原子所构成的平面。 2. 晶面指数及其表示方法
一、晶体及其性质 （一）晶体：构成固体的基本粒子（原子、离子、
分子、原子集团）在三维空间呈规则 分布或排列。
1-1 晶体
高分辨电镜（High Resolution Electron Microscope, HREM）直接观察晶体中原子的规则排列。
1-1 晶体
（二）晶体的性质： （1）组成晶体的各种粒子在空间是呈有规律的 周期性重复排列。 （2）具有规则多面体的对称外形。 （3）具有固定的熔点。 （4）具有各向异性。