《陶瓷晶体结构》PPT课件

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1、2.3陶瓷的晶体结构一般可将材料分为有机和无机两大类，而无机材料又可分为金属与非金属两大类；无机非金属材料：主要包括：通常概念的陶瓷、玻璃、水泥、和耐火材料西方国家将无机非金属材料通称陶瓷；概述陶瓷材料的发展经历了三次重大飞跃。从陶器发展到瓷器，是陶瓷发展史上的第一次重大飞跃；从传统陶瓷发展到先进陶瓷，是陶瓷发展史上的第二次重大飞跃；从先进陶瓷发展到纳米陶瓷是陶瓷发展史上的第三次重大飞跃。（1）特性－硬、脆、耐高温、耐腐蚀；（2）组织－由三相组成：多晶相：硅酸盐、氧化物、非氧化物，习惯以主要晶相命名；玻璃相(非晶相)：低

2、熔点、起粘结作用；玻璃相的数量，随不同陶瓷而异，在固相烧结的瓷料中几乎不含玻璃相，在有液相参加烧结的陶瓷中则存在较多的玻璃相。气相(气孔)：烧结前是开口孔、烧结后大多数转变闭孔。一般陶瓷材料均不可避免地含有一定数量的气孔，通常的残留气孔量为5～10﹪(体积百分率)，气孔含量在各种陶瓷材料中差别很大，它可以在0～99﹪之间变化。气孔的含量、形状、分布影响陶瓷材料的机械、热学、光学和电学等一系列性能。（3）分类按其原料的来源不同可分为普通陶瓷（传统陶瓷）和特种陶瓷（先进陶瓷）。普通陶瓷是以天然硅酸盐矿物为原料（粘土、长石、石

3、英），经过原料加工、成型、烧结而成，因此又叫硅酸盐陶瓷。特种陶瓷，又称精细陶瓷，按其应用功能分类，可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类。在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能，如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能；以及耦合功能，如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。总结：晶体与非晶体空间点阵——布拉维格子空间点阵——复式格子晶体结构最紧密堆积原理在密堆积结构中，每个球接触到同种球的个数为12个；密堆积结果形

4、成2种方式：六方紧密堆积和立方紧密堆积；密堆积结果形成2种空隙：一种是由6个球形成的八面体空隙，一种是由4个球形成的四面体空隙。每个球周围有6个八面体空隙，对n个等大球体堆积系统，其八面体空隙总数为；每个球体周围有8个四面体空隙，对n个等大球体堆积系统，其四面体空隙总数为。最密积结构——FCC最密积结构——HCP密积结构——BCC例：以NaCl晶胞为例，说明等径球面心立方紧密堆积中的八面体和四面体空隙的位置和数量，并计算其空间利用率。例：MgO具有NaCl结构，根据O2-半径为0.140nm和Mg2+半径为0.072nm

5、，计算球状离子所占据的空间分数（致密度），并计算MgO的密度。例Si和Al原子的相对质量非常接近（分别为28.09和26.98），但SiO2和Al2O3的密度相差很大（分别为2.65g/cm3和3.96g/cm3）。试用晶体结构及鲍林规则说明密度相差大的原因。问题：根据最紧密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，金刚石结构的空间利用率很低（只有34.01%），为什么它也很稳定？注意：最紧密堆积原理的适用条件离子晶体结构与鲍林规则配位多面体规则电价规则多面体共顶、共棱、共面规则不同配位多面体连接规则节约规则围绕每一正离子，

6、形成一个负离子配位多面体，正负离子之间的间距取决于它们的半径之和，正离子的配位数则取决于它们的半径比。1配位多面体规则阴离子成最紧密堆积，且相互接触，阳离子则无间隙地充填八面体空隙时，计算两者半径比之图解阳离子配位数阴离子配位多面体的形状实例2静电价规则在一个稳定的晶体结构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度的总和，其偏差≤1/4价。即：正电价等于负电价例：CaTiO3用途：1、判断晶体是否稳定。2、判断共用一个顶点的多面体的数目。请用电价规则解释Al3+置换Si4+时，通常不超过一

7、半，否则结构将不稳定。3阴离子配位多面体的共顶、共棱、共面规则在一个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。其中高电价、低配位的正离子的这种效应更为明显。10.580.3310.710.584不同配位多面体连接规则若晶体结构中含有一种以上的正离子，则高电价、低配位的多面体之间有尽可能彼此互不连接的趋势。因为一对正离子之间的互斥力按电价数的平方成正比增加，配位多面体中的正离子之间的距离随配位数的降低而减小。5节约规则在同一晶体中，组成不同的结构基元的数目趋向于最少。晶体结构的周期性和对称性，若组成不同

8、的结构基元过多，则每个基元要形成各自的周期性和规则性，则它们之间就会相互干扰，不利于形成晶体结构。例：1）画出O2-离子作面心立方堆积时，各四面体空隙和八面体空隙的所在位置（以一个晶胞为结构基元表示出来）。2）计算四面体空隙数、八面体空隙数与O2-离子数之比。3）根据电价规则，在下面情况下，空隙内各需填入何种价数的阳