1、 材材 料料 科科 學學 基基 礎礎 上 頁下 頁退 出 目錄n課程性質：金屬材料工程專業的專業基礎課課程性質：金屬材料工程專業的專業基礎課n計劃學時：計劃學時：80(72+8)學時學時n考核方式：閉卷考試（考核方式：閉卷考試（50%） 實驗實驗+平時平時+論文（論文（50%）n教材：教材： 材料科學基礎教程王亞男等主編，冶金工業出版社。材料科學基礎教程王亞男等主編，冶金工業出版社。n主要參考書：主要參考書： 材料科學基礎材料科學基礎胡賡祥等主編，上海交通大學出版社胡賡祥等主編，上海交通大學出版社 。 材料科學基礎趙品等主編，哈爾濱工業大學出版社。材料科學基礎趙品等主編，哈爾濱工業大學出版社。

2、上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄 內內 容容 第1章 固體結構第2章 晶體缺陷第3章 固體中的擴散第4章 純晶體的凝固第5章 二元相圖第6章 三元相圖第8章 亞穩態材料第0章 緒論第7章 材料的變形與再結晶上 頁下 頁退 出 目錄 上 頁下 頁退 出 目錄：以：以結合為主的材料，如鋼鐵材結合為主的材料，如鋼鐵材料。料。：以：以結合為主的結合為主的材料，如陶瓷材料。材料，如陶瓷材料。：以：以結合為主的材料，如塑料、結合為主的材料，如塑料、橡膠。橡膠。：以：以結合為主的材料，如玻璃結合為主的材料，如玻璃鋼。鋼。上 頁下 頁退 出 目錄n黑色金屬材料黑色金屬材料主要指鋼鐵材料。主要指

3、鋼鐵材料。 n鋼（鋼（SteelSteel） 按按化學成分化學成分分為碳素鋼、合金鋼等；分為碳素鋼、合金鋼等； 按按質量質量分為普通、優質、高級優質鋼等；分為普通、優質、高級優質鋼等； 按按金相組織金相組織分為珠光體、貝氏體、馬氏體和奧氏體鋼等；分為珠光體、貝氏體、馬氏體和奧氏體鋼等； 按按用途用途分為工程、結構、工具、特殊性能、專業用鋼等；分為工程、結構、工具、特殊性能、專業用鋼等； 按按冶煉方法冶煉方法分為轉爐、電爐、沸騰爐鋼等。分為轉爐、電爐、沸騰爐鋼等。n鑄鐵（鑄鐵（Cast ironCast iron） 按按石墨形態及性能石墨形態及性能分為灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、分為灰口鑄鐵、

4、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、 蠕墨鑄鐵、特殊性能鑄鐵等。蠕墨鑄鐵、特殊性能鑄鐵等。 上 頁下 頁退 出 目錄常分為五大類：常分為五大類： 輕金屬輕金屬(4.5g/cm4.5g/cm3 3): ): 如鋁、鎂、鈉、鈣等；如鋁、鎂、鈉、鈣等； 重金屬重金屬(4.5g/cm4.5g/cm3 3): ): 如銅、鎳、鉛、鋅等；如銅、鎳、鉛、鋅等； 貴金屬貴金屬: : 如金、銀、鉑、銠等；如金、銀、鉑、銠等； 類（半）金屬類（半）金屬: : 如硅、硒、砷、硼等；如硅、硒、砷、硼等； 稀有金屬稀有金屬: : 如鈦、鋰、鎢、鉬、鐳等。如鈦、鋰、鎢、鉬、鐳等。 上 頁下 頁退 出 目錄a.a.金屬鍵；金屬鍵；b.b.

5、固體熔點較高；固體熔點較高；c.c.金屬光澤；金屬光澤；d.d.純金屬范性大、延展性大；純金屬范性大、延展性大；e.e.強度較高；強度較高；f.f.導熱、導電性好；導熱、導電性好；g.g.空氣中易氧化，如鋼、鐵等生成氧化膜，合金空氣中易氧化，如鋼、鐵等生成氧化膜，合金可改善抗氧化性。可改善抗氧化性。上 頁下 頁退 出 目錄用途用途a.a.結構材料：如建筑工程、機床、機械設備、結構材料：如建筑工程、機床、機械設備、交通工具等；交通工具等；b.b.導體材料：如電線芯（銅、鋁）導體材料：如電線芯（銅、鋁）; ;c.c.工具、模具、量具等。工具、模具、量具等。 上 頁下 頁退 出 目錄n工程結構鋼工程

6、結構鋼主要用于制主要用于制造各種工程造各種工程結構，如橋結構，如橋梁、船舶、梁、船舶、建筑結構、建筑結構、鍋爐、管道鍋爐、管道和高壓容器和高壓容器等）。等）。上 頁下 頁退 出 目錄齒輪曲軸汽車萬向節連桿機械制造結構鋼上 頁下 頁退 出 目錄彈簧拉力彈簧離合器彈簧蝶形彈簧板彈簧上 頁下 頁退 出 目錄滾珠滾珠軸承上 頁下 頁退 出 目錄履帶鐵軌分道叉破碎機顎板挖掘機斗齒上 頁下 頁退 出 目錄按成分、化學結構和用途分為四大類：按成分、化學結構和用途分為四大類：水泥水泥(Cements)(Cements)玻璃（玻璃（GlassGlass）耐火材料（耐火材料（RefractoriesRefract

7、ories）陶瓷（器）（陶瓷（器）（CeramicsCeramics）其中陶瓷又分為：傳統陶瓷（天然硅酸鹽礦其中陶瓷又分為：傳統陶瓷（天然硅酸鹽礦, ,各中粘各中粘土燒制而成土燒制而成) )和特種陶瓷（人工化合物：氧化物、氮和特種陶瓷（人工化合物：氧化物、氮化物、硼化物、碳化物）。化物、硼化物、碳化物）。上 頁下 頁退 出 目錄水泥玻璃耐火材料陶瓷上 頁下 頁退 出 目錄 a.a.離子鍵、共價鍵及其混合鍵；離子鍵、共價鍵及其混合鍵；b.b.硬而脆；硬而脆；c.c.熔點高、耐高溫、抗氧化；熔點高、耐高溫、抗氧化；d.d.導熱、導電性差；導熱、導電性差； e.e.耐化學腐蝕性好；耐化學腐蝕性好；f

8、.f.耐磨；耐磨；g.g.成型方式為粉末制坯、燒制成型。成型方式為粉末制坯、燒制成型。上 頁下 頁退 出 目錄 a.a.建筑衛生陶瓷：瓷磚、浴缸等。建筑衛生陶瓷：瓷磚、浴缸等。b.b.工程結構陶瓷：反應釜（耐酸、耐腐蝕）、絕工程結構陶瓷：反應釜（耐酸、耐腐蝕）、絕緣瓷瓶；緣瓷瓶；c.c.功能陶瓷：磁性、導電材料。功能陶瓷：磁性、導電材料。上 頁下 頁退 出 目錄普通陶瓷和功能陶瓷普通陶瓷和功能陶瓷金屬陶瓷刀具普通陶瓷茶具上 頁下 頁退 出 目錄 耐高溫耐磨上 頁下 頁退 出 目錄耐腐蝕絕緣耐腐蝕陶瓷軸承上 頁下 頁退 出 目錄 n高聚物高聚物：是由一種或幾種簡單低分子化合物經聚合而組成是由一種

9、或幾種簡單低分子化合物經聚合而組成的的分子量很大分子量很大的化合物。的化合物。n分類分類按按主鏈結構主鏈結構分為碳鏈分為碳鏈C CC CC C、雜鏈、雜鏈C CN NC=O C=O C CO OC C等；等；按按使用性質使用性質分為塑料、橡膠、合成纖維、粘合劑、涂料等。分為塑料、橡膠、合成纖維、粘合劑、涂料等。上 頁下 頁退 出 目錄a.a.共價鍵，部分范氏鍵；共價鍵，部分范氏鍵；b.b.分子量大，無明顯熔點，有玻璃轉變溫度分子量大，無明顯熔點，有玻璃轉變溫度T Tg g和粘流和粘流 溫度溫度T Tf f；c.c.力學狀態有三態：玻璃態、高彈態、粘流態；力學狀態有三態：玻璃態、高彈態、粘流態；

10、d.d.比重小；比重小；e.e.絕緣性好；絕緣性好；f.f.優越的化學穩定性；優越的化學穩定性；g.g.成型方法多。成型方法多。上 頁下 頁退 出 目錄結構材料結構材料：電視機殼體、冰箱殼體、軸承、機械零：電視機殼體、冰箱殼體、軸承、機械零件等；件等；絕緣材料絕緣材料：漆包線、電纜、絕緣板、電器零件等；：漆包線、電纜、絕緣板、電器零件等；建筑材料建筑材料：貼面板、地貼；：貼面板、地貼；包裝材料包裝材料：塑料袋、薄膜、泡沫塑料等；：塑料袋、薄膜、泡沫塑料等；日用日用：織物（衣服）、膠鞋等；：織物（衣服）、膠鞋等；運輸運輸：輪胎，傳送帶等。：輪胎，傳送帶等。上 頁下 頁退 出 目錄橡膠減速帶橡膠減

11、速帶膠圈膠圈振動篩膠塊振動篩膠塊新型道閘新型道閘圍欄圍欄太陽能爆閃燈太陽能爆閃燈上 頁下 頁退 出 目錄絲質編織袋絲質編織袋反光背心反光背心土工網土工網上 頁下 頁退 出 目錄n定義定義：是由兩種或兩種以上化學性質或組織結構不是由兩種或兩種以上化學性質或組織結構不同的材料組合而成。同的材料組合而成。n分類分類：a.a.按按性能性能分為：結構復合材料、功能復合材料；分為：結構復合材料、功能復合材料；b.b.按按增強劑形狀及增強機理增強劑形狀及增強機理分為：粒子增強、纖維分為：粒子增強、纖維 增強復合材料；增強復合材料；c.c.按按基體材料基體材料分為：樹酯基復合材料、金屬基復合分為：樹酯基復合材

12、料、金屬基復合 材料和陶瓷基復合材料。材料和陶瓷基復合材料。上 頁下 頁退 出 目錄復合材料的基本性質復合材料的基本性質 a.a.抗疲勞性能良好；抗疲勞性能良好；b.b.結構件減震性好；結構件減震性好；c.c.比強度和比模量高；比強度和比模量高；d.d.具有良好的減摩、耐摩和耐潤滑性能。具有良好的減摩、耐摩和耐潤滑性能。上 頁下 頁退 出 目錄n 用途用途a.a.對于無機對于無機-高分子、玻璃纖維增強塑料高分子、玻璃纖維增強塑料( (玻璃鋼玻璃鋼) ) 可用于汽車可用于汽車, ,游艇等；游艇等；b.b.碳纖維增強塑料可用于飛機機翼、高爾夫球棍、碳纖維增強塑料可用于飛機機翼、高爾夫球棍、 撐桿跳

13、桿等；撐桿跳桿等；c.c.金屬金屬陶瓷復合材料可用于飛機螺旋槳葉等。陶瓷復合材料可用于飛機螺旋槳葉等。上 頁下 頁退 出 目錄土坯墻草增強泥復合材料燕窩歷史悠久的復合材料上 頁下 頁退 出 目錄脫胎漆器固化生漆為基體，麻布為增強材料歷史悠久的復合材料上 頁下 頁退 出 目錄古代：由動物的腱、角和木片貼成的復合材料現代：弓身是層合的纖維強化塑料，把手是樹脂含浸塑料歷史悠久的復合材料弓上 頁下 頁退 出 目錄懸掛橋鋼筋混凝土近代復合材料上 頁下 頁退 出 目錄纖維增強橡膠輪胎潛水服近代復合材料上 頁下 頁退 出 目錄殲十戰斗機神七現代復合材料上 頁下 頁退 出 目錄Classification o

14、f Classification of functional materialsfunctional materials上 頁下 頁退 出 目錄第一章第一章 固體結構固體結構上 頁下 頁退 出 目錄n二、本章重點及難點二、本章重點及難點 重點重點: :晶體結構與空間點陣的關系和區別、點晶體結構與空間點陣的關系和區別、點陣幾何元素表示法、典型金屬晶體結構、典型陣幾何元素表示法、典型金屬晶體結構、典型離子晶體結構、合金相結構。離子晶體結構、合金相結構。 難點難點: :空間點陣空間點陣, ,點陣幾何元素表示法點陣幾何元素表示法, ,鮑林規鮑林規則。則。上 頁下 頁退 出 目錄 單單 晶：晶體慢慢冷卻

15、形成晶：晶體慢慢冷卻形成石石 英英 玻玻 璃：璃：SiOSiO2 2原料熔化，急冷形成原料熔化，急冷形成晶體：規則排列晶體：規則排列 固固 體體 非晶體：不規則排列非晶體：不規則排列1.1 1.1 晶體學基礎晶體學基礎第一章第一章 固體結構固體結構 晶體晶體: :內部質點在三維空間呈內部質點在三維空間呈周期性重復排列的固體周期性重復排列的固體, ,即晶即晶體是具有格子構造的固體體是具有格子構造的固體. .上 頁下 頁退 出 目錄非晶體非晶體( (石英玻璃石英玻璃) ) 石英晶體石英晶體 上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄 Graphite上 頁下 頁退 出

16、 目錄 C60 molecule上 頁下 頁退 出 目錄 Carbon Nanotubes上 頁下 頁退 出 目錄 圖1.1 金的透射電鏡照片上 頁下 頁退 出 目錄1.1.1 晶體的基本性質上面晶體所具有的基本性質是晶體與非晶體的本質區別，最重要原因是內部結構的不同。晶體現代定義:內部質點在三維空間呈周期性重復排列的固體。（1）各向異性 (2) 固定熔點 各向異性：在晶體的不同方向具有不同的性質。自限性：晶體具有自發地形成封閉的凸幾何多面體外形能力的性質。對稱性：指晶體的物理化學性質能夠在不同的方向或位置上有規律地出現，也稱周期。均一性：指晶體在任一部位上都具有相同性質的特征。(7)晶面角守

17、衡定律上 頁下 頁退 出 目錄 1 1、晶體結構、晶體結構1.1.2 1.1.2 晶體的基本概念晶體的基本概念 晶體結構有一基本單元晶體結構有一基本單元晶體比喻一塊花布，基本單元是一朵花。晶體比喻一塊花布，基本單元是一朵花。n結構基元結構基元：在晶體結構中，由在晶體結構中，由質點質點（原子或離子）組成的（原子或離子）組成的基基本單元本單元。n基本單元基本單元組成組成：一個原子（或離子）、一個包含著幾個原子：一個原子（或離子）、一個包含著幾個原子的分子、幾個同種類原子或幾個分子的復雜原子團組成。的分子、幾個同種類原子或幾個分子的復雜原子團組成。n劃分劃分結構基元結構基元原則：原則：結構基元應該結

18、構基元應該包括包括整個晶體中整個晶體中所有的不所有的不等同原子等同原子；不包括完全等同原子。；不包括完全等同原子。n等同等同：不僅屬于同一元素的原子，還包括其周圍的物理化學：不僅屬于同一元素的原子，還包括其周圍的物理化學環境及幾何環境也應該相同。環境及幾何環境也應該相同。上 頁下 頁退 出 目錄科學抽象: 把晶體結構中任何一套等同點化成一個個沒有重量和尺度、沒有任何物理意義的幾何點(稱結點)。這些結點在空間排列的幾何圖形稱晶體空間點陣。2、空間點陣a=3.35氧NaNCb5.565.38圖1.1 NaNO2晶體二元圖形圖1.2 NaNO2晶體二元圖形圖1.3 NaNO2晶體的平面點陣上 頁下

19、頁退 出 目錄圖1.4 NaNO2晶體的空間格子 用假想的空間直線，把這些用假想的空間直線，把這些點連接起來，所構成的三點連接起來，所構成的三維空間格架維空間格架，稱為，稱為空間格子空間格子。上 頁下 頁退 出 目錄抽Na+或抽Cl-NaCl晶體結構NaCl空間點陣圖圖1.5 NaCl1.5 NaCl晶體結構晶體結構 圖圖1.6 NaCl1.6 NaCl空間點陣空間點陣 上 頁下 頁退 出 目錄這三種結構有著很大的差異，屬于不同的晶體結構類型，它們卻屬于面心立方點陣。上 頁下 頁退 出 目錄Cr和和CsCl都屬于體心立方結構，但都屬于體心立方結構，但Cr屬體心立方點陣，屬體心立方點陣，CsCl

20、則屬簡單立方點陣。則屬簡單立方點陣。上 頁下 頁退 出 目錄(1)結點：空間格子中的點，只有幾何意義的幾何點。(2)行列：結點在直線上的排列。 直線點陣：結點在直線上按某一矢量作周期性重復排列形成的行列。4、空間點陣幾何要素、空間點陣幾何要素a上 頁下 頁退 出 目錄(3)(3)面網：面網：結點在平面上的分布。結點在平面上的分布。 平面點陣：平面點陣：直線點陣在二維方向按一定規律排列而直線點陣在二維方向按一定規律排列而成。成。 面網密度面網密度：面網上單位面積內結點的數目。：面網上單位面積內結點的數目。 面網間距面網間距：任意兩個相鄰面網的垂直距離稱為面網：任意兩個相鄰面網的垂直距離稱為面網間

21、距。間距。ab上 頁下 頁退 出 目錄(4)(4)單位平單位平行六面體：行六面體：能代表點陣結構全部特征的能代表點陣結構全部特征的最小單位。（又稱單位空間格子或晶胞）最小單位。（又稱單位空間格子或晶胞） 空間空間格子格子單位空間格子在三維方向作周期重單位空間格子在三維方向作周期重復排列。復排列。上 頁下 頁退 出 目錄1. ：物質的：物質的質點質點（分子、原子或離子）（分子、原子或離子）在三在三 維空間呈規則的周期性重復排列的物質維空間呈規則的周期性重復排列的物質。 2. ：把質點看成空間的幾何點，：把質點看成空間的幾何點，點所形點所形 成的空間陣列成的空間陣列。3. ：用假想的空間直線，把這

22、些：用假想的空間直線，把這些點連接起來，點連接起來， 所構成的三維空間格架所構成的三維空間格架。4. ：能代表點陣結構能代表點陣結構全部特征的最小單位全部特征的最小單位。5. 晶格參數晶格參數：描述平行六面體的大小和形狀的六個參數，描述平行六面體的大小和形狀的六個參數， a、b、c、 、。上 頁下 頁退 出 目錄1.1.3 晶體的空間點陣結構 1、單位平行六面體的選取 單位平行六面體單位平行六面體（單位空間格子或晶胞）：能代表點陣結構全部特征的最小單位。 選取單位平行六面體的原則：選取單位平行六面體的原則：（1）選取的單位平行六面體能反映空間點陣的周期性;（能堆積（能堆積成空間點陣）成空間點陣

23、）（2）在滿足上述條件下，應使所選的平行六面體直角盡量多；（3）在滿足上述兩個條件下，應使所選的平行六面體體積最小。 注意：注意：三條原則有次序，為滿足第一個條件有時可以犧牲別的條件。 上 頁下 頁退 出 目錄任意選出任意選出、六個四邊形，六個四邊形，符合第一條原則符合第一條原則，只有，只有 、 、 三種；三種；符合第二條原則符合第二條原則，也只有，也只有 、 、 三種三種；第三第三條體積最小條體積最小，選，選合適，它所代表這個平面點陣全部特點，且是唯一的。合適，它所代表這個平面點陣全部特點，且是唯一的。例如：一個二維平面點陣（二維點陣對應平行四邊形，三維點陣對應平行六面體）。上 頁下 頁退

24、出 目錄 2、 晶格(晶胞)參數描述平行六面體的大小，形狀可用六個參數a、b、c三條互不平行的棱， 、棱間夾角圖1.7 晶胞及晶格參數上 頁下 頁退 出 目錄根據根據6 6個點陣參數間的相互關系，可將全部空間個點陣參數間的相互關系，可將全部空間點陣歸屬于點陣歸屬于7 7種類型，即種類型，即7 7個晶系個晶系。按照按照“每個陣點的周圍環境相同每個陣點的周圍環境相同“的要求，布拉的要求，布拉菲（菲（Bravais ABravais A）用數學方法推導出能夠反映用數學方法推導出能夠反映空間點陣全部特征的空間點陣全部特征的單位平面六面體單位平面六面體只有只有1414種，種，這這1414種空間點陣也稱種

25、空間點陣也稱布拉菲點陣布拉菲點陣。上 頁下 頁退 出 目錄晶 系棱邊長度及夾角關系舉 例三 斜單 斜正 交六 方菱 方四 方立 方abc, 90abc, =90abc, = =90a=bc, =90, =120a=b=c, =90a=bc, = =90a=b=c, =90 K2CrO7 -S、CaSO42H2O -S、Ga、Fe3C Zn、Cd、Mg、NiAs As、Sb、Bi -Sn、TiO2 Fe、Cr、Cu、Ag、Au（二）晶系和布拉菲點陣 1. 晶系（七個）上 頁下 頁退 出 目錄表1.2 布拉菲點陣簡單點陣：只在八個角頂有結點；體心點陣：除了八個角頂外，在體心位置有一個結點；面心點陣

26、：除了八個角頂外，在六個面的面心各有一個結點；底心點陣：除了八個角頂外，在上下底面各有一個結點。上 頁下 頁退 出 目錄底心單斜三斜三斜abc90簡單單斜單斜單斜abc=90簡單三斜上 頁下 頁退 出 目錄底心正交簡單正交面心正交體心正交正交正交abc=90上 頁下 頁退 出 目錄簡單菱方簡單六方簡單四方體心四方四方四方a=bc=90菱方菱方a=b=c=90六方六方a=bc=90=120上 頁下 頁退 出 目錄簡單立方體心立方面心立方立方立方a=b=c=90上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄n3 晶胞 與單位平行六面體與單位平行六面體（單位空間格子）相對應,是從實際晶體中選取的最

27、小單位。晶胞的選取原則：晶胞的選取原則：（1）能反映晶體結構的周期性;（能堆積成整個晶體）（能堆積成整個晶體）（2）能反映晶體結構的對稱性; （3）體積最小。晶胞晶胞- -能代表整個晶體全部能代表整個晶體全部結構特征的最小單位。 晶胞的大小，形狀也可用六個參數a、b、c 、 、來描述，稱稱晶格常數或晶胞常數晶格常數或晶胞常數。 上 頁下 頁退 出 目錄 晶體與點陣的對應關系晶體與點陣的對應關系晶格 空間點陣空間點陣(空間格子空間格子) 平面點陣平面點陣 (面網面網)直線點陣直線點陣 (行列行列) 點陣點點陣點 (結點結點)單位平行單位平行六面體六面體點陣常數點陣常數 晶體晶體 晶面晶面 晶棱晶

28、棱 結構單元結構單元 晶胞晶胞 晶格常數晶格常數上 頁下 頁退 出 目錄同一空間點陣可因選取方式不同而得出不同的晶胞。體心立方布拉維點陣可用簡單三斜晶胞表示。上 頁下 頁退 出 目錄面心立方點陣晶胞也可用簡單菱方來表示。注意：注意：新晶胞不能充分反映立方晶系的對稱性，因此不合適。上 頁下 頁退 出 目錄NaCl晶體結構上 頁下 頁退 出 目錄（1）晶體結構：晶體結構：晶體內部質點在三維空間作周期性重復排列構成。（2）空間點陣（空間格子）空間點陣（空間格子）：從理想晶體結構中抽象出來，相當于 晶體結構中結構基元的結點在三維空間作周期性重復排列的幾何圖形。（3）單位平行六面體：單位平行六面體：能代

29、表整個空間點陣全部特點的最小單位。（4）晶胞晶胞:-:-能代表整個晶體全部能代表整個晶體全部結構特征的最小單位。區別：點的意義不同 相同：晶胞與平行六面體的大小、形狀、參數相同，“點”排列規 律相同小小 結結上 頁下 頁退 出 目錄1.1.4 1.1.4 點陣幾何元素表示法點陣幾何元素表示法1 1、結點位置表示法：、結點位置表示法：以結點坐標表示以結點坐標表示A：000 B：1/2 0 1/2 C：0 1/2 1/2 D：1/2 1/2 0 基點:能夠重復出整個空間點陣的結點，即基點。對于不同點陣有不同基點。上 頁下 頁退 出 目錄02121,2121021021000，面心立方點陣有四個基點

30、面心立方點陣有四個基點基點基點：能重復出整個空間點陣的結點。：能重復出整個空間點陣的結點。對不同的點陣有不同的基點。對不同的點陣有不同的基點。上 頁下 頁退 出 目錄Q1)1)簡單點陣簡單點陣 結點數結點數2)2)體心點陣體心點陣 結點數結點數3 3）面心點陣）面心點陣 結點數結點數4 4）底心點陣）底心點陣 結點數結點數1186482n 21881n1182282n 1818n 晶胞內結點數：晶胞內結點數：上 頁下 頁退 出 目錄晶向晶向空間點陣中由結點連成的空間點陣中由結點連成的結點線和平行于結點線的方結點線和平行于結點線的方向向。晶向可用。晶向可用晶向指數晶向指數表示。表示。確定晶向指數

31、的方法：確定晶向指數的方法：（1 1）以晶胞的某一陣點）以晶胞的某一陣點O O為原點，過原點為原點，過原點O O的晶軸為坐標軸的晶軸為坐標軸x x、y y、z z，以晶胞點陣矢量的長度作為坐標軸的長度單位，以晶胞點陣矢量的長度作為坐標軸的長度單位; ;（2 2）過原點）過原點O O作一直線作一直線OPOP，使其平行于待定晶向，使其平行于待定晶向; ;（3 3）在直線）在直線OPOP上選取距原點上選取距原點O O最近的一個陣點最近的一個陣點P P，確定，確定P P點的點的3 3個坐標值個坐標值; ;（4 4）將這）將這3 3個坐標值化為最小整數個坐標值化為最小整數u u、v v、w w，加以方括

32、號，加以方括號，uvwuvw即為待定晶向的晶向指數。即為待定晶向的晶向指數。2、晶向的表示法上 頁下 頁退 出 目錄 110111上 頁下 頁退 出 目錄OC的晶向指數確定：(1)在OC方向上任取一點C (2)C點坐標110(3)符號110CXYZO上 頁下 頁退 出 目錄OA的晶向指數確定：n（1）在OA上任取一點An（2）A點坐標1 1/2 1，公約數2，都乘2，212n（3）符號212AXYZO上 頁下 頁退 出 目錄CA的晶向指數確定：的晶向指數確定： 一般情況，對通過任意兩點一般情況，對通過任意兩點M（x1,y1,z1）,N(x2,y2,z2)的的MN晶向符晶向符號為號為x2- x1

33、 y2- y1 z2- z1 坐標值有負值，則在該指數上加一坐標值有負值，則在該指數上加一負號負號CAXYZO上 頁下 頁退 出 目錄注意：晶向指數晶向指數uvwuvw表示所有相互平行、方向一致相互平行、方向一致的晶向。若所指的方向相反,則晶向指數的數字相同,但符號相反。晶向指數不僅代表一根直線方向，而且代表所有平行于這根直線的直線方向。晶向族晶向族位向不同，質點排列相同位向不同，質點排列相同的各組晶向的各組晶向，用表示。如：立方晶系體對角線上 頁下 頁退 出 目錄立方晶系一些重要晶向的晶向指數立方晶系一些重要晶向的晶向指數上 頁下 頁退 出 目錄3 3 晶面的表示方法晶面的表示方法（1 1）

34、晶面）晶面: :一組平行等距的面網（穿過晶體的原子面），表一組平行等距的面網（穿過晶體的原子面），表示晶面的符號稱為示晶面的符號稱為晶面指數晶面指數。（2 2）確定確定晶面指數晶面指數的方法的方法：上 頁下 頁退 出 目錄例如：定坐標如圖例如：定坐標如圖 ABCD面面 ABE面面截距：截距： 1，1， 1，1，1/2倒數：倒數： 1，1，0 1，1，2指數：指數： （110） （112）（110）（112）上 頁下 頁退 出 目錄求求m m晶面的晶面指數晶面的晶面指數(1)p=2,q=2(1)p=2,q=2，r=3r=3 (3)3(3)3：3 3：2 2(4)(4)（332332）mOXYZP

35、求求P P晶面的晶面指數晶面的晶面指數若截距出現負號，則在該指數上加負號。若截距出現負號，則在該指數上加負號。上 頁下 頁退 出 目錄從上面分析可知，截距越大，從上面分析可知，截距越大，晶面符號中對應晶面指數越小，晶面符號中對應晶面指數越小，當晶面平行某一晶軸，則晶面當晶面平行某一晶軸，則晶面在該晶軸上截距為在該晶軸上截距為，倒數為，倒數為0 0，如，如m m面：面：p=1p=1，q= q= ，r=r=h=1h=1，k=0k=0，l=0l=01 1：0 0：0 0(100)(100)n n面（面（001001）XYZmn上 頁下 頁退 出 目錄n注意：n晶面指數（hkl）代表了一組平行等距的晶

36、面。n晶面族位向不同，原子排列完全相同的晶面，用hkl表示。例如：上 頁下 頁退 出 目錄ZXY100010001n注意：n晶面指數（hkl）代表了一組平行等距的晶面。n晶面族位向不同，原子排列完全相同的晶面，用hkl表示。例如：立方晶系100=(100)+(010)+(001)上 頁下 頁退 出 目錄立方晶系中一些晶面的晶面指數立方晶系中一些晶面的晶面指數上 頁下 頁退 出 目錄n立方晶系中，具有相同指數的晶向和晶面必定互立方晶系中，具有相同指數的晶向和晶面必定互相垂直。相垂直。n如：如：(110)垂直于垂直于110，(100)垂直于垂直于100。ZXY（110）110（100）ZXY100

37、上 頁下 頁退 出 目錄已知圖形，會求指數；已知指數，會畫圖形。已知圖形，會求指數；已知指數，會畫圖形。如：如：已知（已知（123）晶面和）晶面和123晶向，畫其圖形。晶向，畫其圖形。小小 結結注意注意: 晶面變倒數；晶向縮小。晶面變倒數；晶向縮小。(123)123上 頁下 頁退 出 目錄 4、六方晶系指數 通常取四個軸，這比三個軸更為方便，由于選取了四個軸，則 晶面指數晶面指數中有四個指數（hkil）(平面三個軸，垂直一個軸)，i 指數并非獨立 ，i = -（h+k）。 晶向指數晶向指數的確定：晶向指數可用uvtw來表示， t = -（u+v）。上 頁下 頁退 出 目錄六方晶系一些晶面的指數

38、六方晶系一些晶面的指數c上 頁下 頁退 出 目錄n六方晶系中，三軸指數和四軸指數的相互轉化 三軸晶向指數U V W 四軸晶向指數u v t w 三軸晶面指數(h k l） 四軸晶面指數(h k i l) i ( h + k ) ,11(2),(2),(),33Uut Vvt WwuUVuVUtuv wW 上 頁下 頁退 出 目錄5、晶帶n所有平行或相交于同一直線的晶面構成一個晶帶，此直線稱為晶帶軸。屬此晶帶的晶面稱為共帶面。XYZ（100）（001）010001上 頁下 頁退 出 目錄n晶帶軸晶帶軸u v w與該晶帶的晶面（與該晶帶的晶面（h k l）之間存在以）之間存在以下關系：下關系： h

39、u + kv + lw = 0n凡滿足此關系的晶面都屬于以凡滿足此關系的晶面都屬于以u v w為晶帶軸的晶為晶帶軸的晶帶，故此關系式也稱作帶，故此關系式也稱作。XYZ（100）（001）010001（001）010上 頁下 頁退 出 目錄晶帶定律的應用（晶帶定律的應用（1）已知兩個已知兩個不平行不平行的晶面的晶面(h1 k1 l1)和和(h2 k2 l2)，求晶帶，求晶帶軸的晶向指數軸的晶向指數u v w晶面晶面1 (h1 k1 l1)111111222222: :kllhhku v wkllhhk晶面晶面2 (h2 k2 l2)晶帶軸晶帶軸 u v w或111222uvwhklhkl上 頁下

40、 頁退 出 目錄晶帶定律的應用（晶帶定律的應用（2）已知兩晶向已知兩晶向u1 v1 w1和和u2 v2 w2，求兩晶向所決定的，求兩晶向所決定的晶面指數（晶面指數（ h k l）111111222222:vwwuuvh k lvwwuuv晶向1 u1 v1 w1晶向2 u2 v2 w2晶面 (h k l)或111222hkluvwuvw上 頁下 頁退 出 目錄晶帶定律的應用（3）晶軸1 u1 v1 w1晶軸2 u2 v2 w2晶軸3 u3 v3 w3若則三個晶軸同在一個晶面上上 頁下 頁退 出 目錄晶帶定律的應用（晶帶定律的應用（4 4）晶面1 (h1 k1 l1)晶面2 (h2 k2 l2)

41、晶面3 (h3 k3 l3)若則三個晶面同屬一個晶帶上 頁下 頁退 出 目錄6、晶面間距晶面指數確定了晶面的位向和間距。晶面的位向是用晶面法線的位向來表示的；空間任意直線的位向可以用它的方向余弦來表示。對立方晶系晶面（h k l），可得該晶面的位向：:cos:cos:cosh k l222coscoscos1上 頁下 頁退 出 目錄晶面間距（晶面間距（1 1）由晶面指數求面間距由晶面指數求面間距d dhklhkl通常，通常，低指數的面間距較大，低指數的面間距較大，而而高指數的晶面間距則較小高指數的晶面間距則較小。晶面間距愈大晶面間距愈大，該晶面上的，該晶面上的原子排列愈密集原子排列愈密集；晶面

42、間距愈小晶面間距愈小，該晶面上的，該晶面上的原子排列愈稀疏原子排列愈稀疏。圖1.12 晶面間距上 頁下 頁退 出 目錄而而 =1 。晶面間距（晶面間距（2 2）晶面間距公式的推導晶面間距公式的推導n設設ABC為距原點為距原點O最近的晶面，最近的晶面，其法線其法線N與與a,b,c的夾角為的夾角為,則則得得coscoscoshklabcdhkl2222222coscoscoshklhkldabc圖圖1.12 1.12 晶面間距公式的推導晶面間距公式的推導上 頁下 頁退 出 目錄正交晶系正交晶系 abc晶面間距（晶面間距（3 3）2221hkldhklabc222hkladhkl立方晶系立方晶系 a

43、=b=c六方晶系六方晶系 a=bc注意注意：上述晶面間距計算公式僅適用于簡單晶胞。2222222coscoscoshklhkldabc上 頁下 頁退 出 目錄練習題練習題n1、在立方晶系中，一晶面在x軸的截距為1，在y軸的截距為1/2，且平行于z軸，一晶向上某點坐標為x=1/2，y=0，z=1，求出其晶面指數和晶向指數，并繪圖示之。n根據晶面和晶向指數的標定方法可知，題中晶面指數為（120），如圖中ABCD，晶向指數為102如圖中OP。上 頁下 頁退 出 目錄(010)(011)(111)(231)上 頁下 頁退 出 目錄3、在立方晶系中給出（1 1 1）面和（1 1 ）面交棱的晶棱符號。1上

44、 頁下 頁退 出 目錄 上 頁下 頁退 出 目錄晶胞中原子的排列方式晶胞中原子的排列方式 ( (原子所處的位置原子所處的位置) ) 點陣參數點陣參數 ( (晶格常數和晶軸間夾角晶格常數和晶軸間夾角) ) 晶胞中原子數晶胞中原子數 原子半徑和點陣常數關系原子半徑和點陣常數關系配位數和致密度配位數和致密度密排方向和密排面密排方向和密排面 晶體結構中間隙晶體結構中間隙 ( (大小和數量大小和數量) ) 原子的堆垛方式原子的堆垛方式上 頁下 頁退 出 目錄 1BCC上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄 上 頁下 頁退 出 目錄n立方體對角面上和體對角線上原子排列最緊密。立方體對角面上和體對

45、角線上原子排列最緊密。 密排面密排面：110110 密排方向密排方向：7）原子密排面和密排方向上 頁下 頁退 出 目錄原子堆垛方式為ABABAB.8）原子堆垛方式上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄間隙: 八面體和四面體間隙。八面體間隙位于晶胞中每個面的中心和每個棱的中心，數量為6。四面體間隙由兩個體心原子和兩個頂角原子所圍成，數量為12。 上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄n八面體間隙八面體間隙 間隙半徑的計算：間隙半徑的計算： 間隙半徑為頂點原子間隙半徑為頂點原子至間隙中心的距離減去至間隙中心的距離減去原子半徑原子半徑，原子中心到，原子中心

46、到間隙中心的距離皆為間隙中心的距離皆為a/2a/2，所以，所以間隙半徑為間隙半徑為：aaa067. 0432/上 頁下 頁退 出 目錄四面體間隙間隙半徑的計算：體心立方晶格四面體間隙的棱邊長度不全相等，為不對稱的間隙。間隙半徑為頂點原子至間隙中心的距離減去原子半徑，原子中心到間隙中心的距離皆為 ，所以間隙半徑為： a45aaa126. 04345上 頁下 頁退 出 目錄 2FCC上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄 密排面：密排面：111111 密排方向：密排方向：7）原子密排面和密排方向上 頁下 頁退 出 目錄 原子面的空隙是有三個原子所構成的,原子排列較為緊密,原子堆垛方式為A

47、BCABC.上 頁下 頁退 出 目錄9）面心立方晶格間隙上 頁下 頁退 出 目錄n八面體間隙八面體間隙 面心立方晶格的八面體間隙是由六個面的面心組面心立方晶格的八面體間隙是由六個面的面心組成的，屬于正八面體間隙。成的，屬于正八面體間隙。n間隙半徑的計算：間隙半徑的計算： 面心立方晶格八面體間隙屬于正八面體間隙，面心立方晶格八面體間隙屬于正八面體間隙，間間隙半徑為頂點原子至間隙中心的距離減去原子半隙半徑為頂點原子至間隙中心的距離減去原子半徑徑，原子中心到間隙中心的距離皆為，原子中心到間隙中心的距離皆為a/2a/2，原子，原子半徑為半徑為 ，所以，所以間隙半徑間隙半徑為：為： a42aaa146.

48、 0422上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄n正四面體間隙半徑的計算正四面體間隙半徑的計算：n面心立方晶格四面體間隙面心立方晶格四面體間隙屬于正四面體間隙，屬于正四面體間隙，間隙間隙半徑為頂點原子至間隙中半徑為頂點原子至間隙中心的距離減去原子半徑心的距離減去原子半徑，原子中心到間隙中心的距原子中心到間隙中心的距離皆為離皆為 ，所以間隙半，所以間隙半徑為：徑為： a43aaa08. 04243上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄aaa067. 0432/aaa126. 04345aaa146. 0422aaa08. 042

49、43上 頁下 頁退 出 目錄3HCP上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄密排面:0001密排方向:0211上 頁下 頁退 出 目錄原子堆垛方式為ABAB 上 頁下 頁退 出 目錄nFCC的密排面為（的密排面為（111）其堆垛方式是）其堆垛方式是ABCABC。上 頁下 頁退 出 目錄 nHCP的密排面為（的密排面為（0001）其堆垛方式是）其堆垛方式是ABAB。 上 頁下 頁退 出 目錄球體在平面上的最緊密堆積ABAB的層序堆積六方最緊密堆積ABCABC的層序堆積立方最緊密堆積上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄間隙: 較為復雜 八面體間隙 有 6

50、 個 四面體間隙 有 12 個 上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄 上 頁下 頁退 出 目錄n溶劑組元：含量較多的成分溶劑組元：含量較多的成分,n溶質組元：含量較少的成分。溶質組元：含量較少的成分。：保持溶劑組元的晶格類型。：保持溶劑組元的晶格類型。 上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄 上 頁下 頁退 出 目錄 上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄 上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄 上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄 上 頁下 頁

51、退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄 ：由正、負離子通：由正、負離子通過離子鍵或離子鍵和共價鍵混合鍵按一定方式過離子鍵或離子鍵和共價鍵混合鍵按一定方式堆積起來而形成的。堆積起來而形成的。 ：從原子核中心到：從原子核中心到其最外層電子的平衡距離。其最外層電子的平衡距離。上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄：離子晶體通常由負離子堆積成骨架，：離子晶體通常由負離子堆積成骨架，正離子按其自身大小居于相應負離子空隙（負離正離子按其自身大小居于相應負離子空隙（負離子配位多面體）。子配位多面體）。上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄上

52、頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄 1.000.580.331.000.710.58四面體只能共頂，不能共棱、共面；八面體可共棱、共面。上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄第一規則：由r+/r-正離子的配位數 （四面體，八面體）第二規則：由電中性配位多面體間連接方式 （幾個多面體相連）第三規則：配位多面體間怎樣連接最穩定。第四規則：有幾種正離子時，電價大，配位數小的正離子配位多面體，盡量互不連結。 第五規則：配位多面體類型趨于最少。 上 頁下 頁退 出 目錄三三. . 典型離子晶體結構典型離子晶體結構 上 頁下 頁退 出 目錄Cl-Cs+上 頁下 頁退 出 目錄n可見：可見：CsCl晶體結構是晶體結構是Cl-作簡單立方堆積，作簡單立方堆積，Cs+充填在全部立方體間隙中，充填在全部立方體間隙中，CsCl屬立方晶系，屬立方晶系，簡單立方點陣簡單立方點陣，晶格常數，晶格常數a0=0.411nm，兩套格兩套格子穿插而成，相差子穿插而成，相差1/2單位單位。每個晶胞中含有一個CsCl分子。3)屬于CsCl結構:CsBr，CsI。2)結構特點上 頁下 頁退 出 目錄上 頁下 頁退 出 目錄+-上 頁下 頁退 出 目錄n2) 結構特點：結構特點： Cl-作立方密堆，作立方密堆，Na+占據所有八面體空隙，占