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1、第二章材料結構授課教師︰黃俊傑本章的主要內容一、晶體學基礎二、純金屬的晶體架構三、離子晶體的架構四、共價晶體的架構一、晶體學基礎1．晶體2．空間點陣與晶胞3．晶系和布拉菲點陣4．晶面指數和晶向指數（重點）晶體晶體︰在原子排列上是短程和長程都有序，即原子按照特定的模式在三度空間內呈週期性規則排列。金屬晶體離子晶體共價晶體分子晶體晶體結構︰晶體中原子（離子或分子）在三度空間的具體排列模式。材料的性質通常都與其晶體結構有關。晶體的一個基本特徵︰其中的原子或原子集團都是有規律地排列的，這個規律就是週期性，即不論向
2、晶體的哪個方向看去，總是相隔一定的距離就出現相同的原子或原子集團，這個距離就叫週期。2.2空間點陣與晶胞人為地將晶體架構抽象為空間點陣空間點陣︰指由幾何點在三度空間作週期性的規則排列所形成的三維陣列。陣點、結點︰構成空間點陣的每個點。晶格︰人為地將陣點用一系列相互平行的直線連接起來形成空間架格。晶胞︰構成晶格的最基本單元。晶胞在三度空間重複堆砌就構成空間點陣在同一空間點陣中可以選取多種不同形狀和大小的平行大面體作為晶胞。2.2空間點陣與晶胞晶胞在三度空間重複堆砌就構成空間點陣在同一空間點陣中可以選取多種不
3、同形狀和大小的平行大面體作為晶胞。選取晶胞應滿足的條件︰要能充分反映整個空間點陣的對稱性 晶胞要具有儘可能多的直角 所選取的晶胞體積要最小可分為︰簡單晶胞──每個簡單晶胞中只含一個陣點 複合晶胞──含有一個以上陣點，體心、面心、底心。2.2空間點陣與晶胞描述晶胞的形狀和大小──建立坐標系，晶格常數可由三個核邊的長度a、b、c（點陣常數）及其夾角α、β、γ這六個參數完全表達，只要任選一個陣點為原點，將a、b、c三個點陣矢量作平移，就可得到整個點陣。點陣中任一陣點的位置均可用下列矢量表示︰=ua+v
4、b+wc式中abc為由原點到某一陣點的向量，uvw分別為沿三個點陣向量方向平移的基數，亦即陣點在X、Y、Z軸上的坐標值。注意說明︰每個結點不一定代表一個原子，就是說，可能在每個結點處恰好有一個原子，也可能圍繞每個結點有一群原子（原子集團）。每個結點周遭的環境（包括原子的種類和分佈）都是相同的，亦即點陣的結點都是等同點。3．晶系和布拉菲點陣七個晶系︰立方、四方、菱方、六方、正交、單斜、三斜。簡單點陣、底心點陣、面心點陣、體心點陣14種布拉菲點陣︰布拉菲點陣簡單四方簡單立方體心立方面心立方簡單六方體心四方簡單
5、菱方布拉菲點陣體心正交簡單正交底心正交面心正交簡單三斜底心單斜簡單單斜布拉菲點陣體心正交簡單正交底心正交面心正交簡單三斜底心單斜簡單單斜4.晶向和晶向指數晶向︰空間點陣中各陣點列的方向代表晶體中原子排列的方向。晶向指數︰是表示晶體中點陣方向的指數，有晶向上陣點的坐標值決定。4.晶面和晶面指數晶面︰透過空間點陣中的任意一組陣點的平面代表晶體中的原子平面。晶面指數︰是表示晶體中點陣平面的指數，由晶面與三個坐標軸的截距值所決定。7.晶面間距晶面間距dhkl︰相鄰的兩個平行晶面{hkl}之間的距離。dhkl越大，
6、晶面上原子排列越密集。低指數晶面dhkl大，高指數晶面dhkl小{120}{010}{110}{320}{100}金屬晶體中的結合鍵是金屬鍵，由於金屬鍵沒有方向性和飽和性，使大多數金屬晶體都具有排列緊密、對稱性高的簡單晶體架構。最常見的有三種︰面心立方(face-centeredcubic,fcc)；Al,γ-Fe,Ni,Cu,Pt,Ag,Au體心立方(body-centeredcubic,bcc)；V,Cr,α-Fe,Mo,W密排六方(hexagonalclose-packed,hcp)Be,Mg,Zn
7、,α-Ti,α-Co二、純金屬的晶體架構週期表元素面心立方架構鋼球模型晶胞中的原子數2.2體心立方架構鋼球模型晶胞中的原子數晶胞模型2.3六方最密堆積鋼球模型晶胞中的原子數晶胞模型2.7密排面和密排方向晶體類型原子密排面原子密排方向FCC{111}<110>BCC{110}<111>HCP{0001}<1120>三、離子晶體的架構離子晶體的主要特點a.硬度高、強度大、熔沸點高、膨脹系數小b.自由電子少，多為絕緣體c.不易吸收可見光，多為無色透明離子半徑︰從原子核中心到最外層電子的距離。反映了核對核外電子的
8、吸引和核外電子之間排斥的平均效果。R0=R++R-同一離子的半徑隨價態和配位數的變化而改變。配位數︰在離子晶體中，與某一考察離子鄰接的異號離子的數目。正負離子的配位數主要取決于正負離子的半徑比R+/R-離子的堆積以負離子為骨架，正離子為間隙原子。四、共價晶體的架構共價晶體是由同種非金屬元素的原子或一種元素的原子以共價鍵結合而成的無限大分子。共價晶體的主要特點 強度高、硬度高、脆性大、熔點高、沸點高、揮發性低、架構比較穩定、導電
