晶体学

晶面与晶面指数
在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面，米勒 指数表征。 晶面指数的确定步 骤为 ：①以任一原 (001) 子为原点（注意原 点不要放在待确定 晶面上），以过原 点的三条棱边为坐 标轴，以晶格常数 为测量单位建立坐 标系。②求出待定 晶面在三个坐标轴 上的截距；③取三 (111) 个截距值的倒数并 按比例化为最小整 数，加一圆括弧， 即为所求晶面的指 数，
晶体学概论
1、晶体与非晶体的特性比较
晶 体
晶体的微粒在空间排列有一定的规律。
非晶体
•
•
组成非晶体的微粒的空间排列是杂乱无章的。 非晶体又常称为“过冷的液体”。
晶体和非晶体的区别如下：
• 1.晶体有规则的 几何外形; • 2.晶体有固定的 熔点; • 3.晶体显各向异 性。
• 1.非晶体没有一 定的外形； • 2.非晶体没有固 定熔点； • 3.非晶体显各向 同性。
晶体缺陷
间隙原子 空 位
• 1.点缺陷
置换原子 错位原子 变价原子
• 2.线缺陷
位错
• 3.面缺陷： 界面与表面等
点缺陷
点缺陷的应用：
固溶体，固溶强化
线位错
• 刃型位错
• 螺型为错
位错的应用： 加工硬化，塑变滑移
面缺陷
晶界
• 面缺陷
相界
晶体表面
相变硬化 细晶强化，塑变滑移
晶体结构的应用
• LiCoO2 LiFePO4
密排六方（hcp）
密排六方晶格（hcp）( close-packed hexagonal lattice ):常见的金属立方晶格. 晶格常数：底面边长 a 和高 c， c/a=1.633
原子半径:r=1/2a
原子数:n=12×1/6+2×1/2+3 =6 致密度： K= nV原子／V晶体= 0.74
K nv V
4 3 r 3
•
其中；n为晶胞原子数，v为一个原子的体积，v 为晶胞体积。
V
原子体密度、面密度和线密度的计算
• 原子体密度的计算： 原子体密度=单胞的质量/单胞的体积
• 例1：铜是面心立方晶体，其原子半径为0.1278nm，相对原子质量为 63.54g/mol。计算铜的原子体密度。 解：对于面心立方晶胞，2 a=4R 故 铜单胞体积：V=
8
（2ห้องสมุดไป่ตู้面心立方结构： （3）密排六方结构：
n 8
1 1 6 4 8 2
n 12
1 1 2 3 6 6 2
原子面密度
• 原子面密度是指某晶面单位面积的原子数
原子线密度
• 原子线密度是指某晶向单位长度所含的原子数
致密度、配位数、 原子半径
原子半径 ：通常指晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原 子之间平衡位置距离的一般。 配位数：是指晶胞中任一原子周围与其最近邻且等距的原 子数， • 把原子看成刚性圆球，则原子排列程度也可用一个晶胞内 原子所占体积与晶胞体积之比，即致密度K描述，
晶向及晶向指数
• 在晶体中，任意两个原子之间的连线称为原子列，其所指 方向称为晶向。
晶向指数的确定步骤为： ①建立坐标系，过原点作所求晶 向的平行线。 ②求该平行线上任一点的三个坐标 值并按比例化为最小整数，加一方 括弧即为所求晶向的指数，其形式 为[uvw]。连接原点与该坐标点的直 线即为所求晶向。
谢谢！
Int ers ity (C PS)
2θ /(º )
晶体的内部结构
• 1)．点阵（晶格）结构 • 2)．晶胞 • 3)．晶系
1）．点阵（晶格）结构
• 晶体中的每个结构单元 抽象为一个几何点， • 许多点排成一行称直 线点阵； • 许多行的直线点阵平 行排行称平面点阵； • 许多平面点阵平行排列 称三维空间点阵。
a 3 4.70 1022 cm3
a=0.361nm
6.02 10 cm m 4.22 1022 g 8.98g / cm3 铜的体密度为= 23 3 V 4.70 10 cm
面心立方晶胞有4个原子，每个原子的质量为(63.54g/mol）/( 6.02 1023 原子 /mol),单个晶胞的质量为m为 m= 4 63.54g / mol 4.22 10 22 g 23 3
晶体结构＝点阵＋结构单元
2）．晶胞
能够表现晶体结构特征的基本单位称为晶胞。(包括晶格的 形式、大小及位于晶格结点上的微粒）。如下面是NaCl 晶胞，含4个Na和4个Cl
晶胞
晶胞表征： 棱长：晶格常数或点阵常数 a,b,c 夹角：晶间角 α,β,γ
c
c
β α b a γ β α a γ
b
晶系与布喇菲点阵
晶系总 共有14种 空间点 阵形式
几种典型的晶体结构
• 1.体心立方（bcc）
体心立方晶格的晶胞中，八个原子处 于立方体的角上，一个原子处于立方 体的中心，角上八个原子与中心原子 紧靠。具有体心立方晶格的金属有钼 （Mo)、钨（W）、钒（V）、α-铁 （α-Fe，<912℃）等。 单位晶胞原子数为2 配位数为8 原子半径根号（3）/4 a(设晶格常 数为a)
致密度0.68
体心立方实例CsCl
面心立方（fcc）
面心立方晶格（胞）（F.C.C.晶格） 面心立方晶胞如图所示，金属原子分布在立 方体的八个角上和六个面的中心。面中心的原子 与该面四个角上的原子紧靠。具有这种晶格的金 属有铝（Al）、铜（Cu）、镍（Ni）、金（Au）、 银（Ag）、γ-铁（γ-Fe，912℃~1394℃）等。 面心立方晶胞的特征是： 一、晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90° 二、晶胞原子数：1/8×8+1/2×6=4（个） 三、原子半径：γ原子=四分之根号二a 四、致密度：0.74（74%）
对原子面密度与线密度的研究
体心立方晶胞中原子的线密度最大晶向为<111>,最大的面 密度晶面为（110），其中由（110 ）<111>，就组成了 体心立方晶系的滑移系。 面心立方晶胞中原子的线密度最大晶向为<110>,最大的面 密度晶面为（111），其中由（111 ）<110>，就组成了 面心立方晶系的滑移系。
(110)
(112)
晶面族
• 将原子排列相同的晶面称为晶 面族
{110} (110) ( 1 10) (101) (10 1 ) (011) (0 1 1)
{111} (111) ( 1 11) (1 1 1) (11 1 )
晶胞原子数
• 晶胞原子数是指一个晶胞内所包含的原子数。 • 晶胞顶点处的原子同时为相邻几个晶胞所共有，晶胞面 心的原子同时属于两个相邻的晶胞，只有在晶胞体积内的 原子才完全属于该晶胞。 （1）体心立方结构： n 8 1 1 2