材料晶态结构及有序化.ppt

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1、材料科学基础第三章材料的晶态结构及有序化材料科学基础3.5无机非金属材料组成与晶体结构材料科学基础3.5.1典型结构类型材料科学基础要求:无机材料典型的晶体结构类型晶胞分析和描述——晶系、基本格子、等同点分析、正负离子配位数（CN）、晶胞分子数z、质点坐标、四面体和八面体空隙数量、位置及被占据情况同晶型典型物质及特性熟记几个典型晶体结构图材料科学基础1.金刚石型结构材料科学基础以金刚石结构作为代表化学式为C立方晶系基本格子——立方面心格子空间群符号Fd3m晶胞参数ao=0.356nm材料科学基础图3-21金刚石的晶胞图和投影图材料科学基础排列方式配位数质点坐

2、标空位情况等同点材料科学基础结构与性质的关系硬度熔点声子传导热辐射高温半导体材料科学基础同类型结构的物质有：硅锗灰锡（-Sn）人工合成立方氮化硼（c-BN）材料科学基础制造方法材料科学基础2.石墨结构材料科学基础化学式C六方晶系六方原始格子P63/mmc空间群ao=0.246nmco=0.670nm材料科学基础石墨的结构特征材料科学基础图3-22石墨晶体结构（虚线范围为单位晶胞）材料科学基础结构与性能的关系润滑性（中低温固体润滑剂）良好的导电性（高温发热体）硬度低，易加工在惰性气氛中熔点很高（高温坩埚）材料科学基础同类结构物质h-BN车、刨、铣、钻机加工用作

3、高温固体润滑剂不导电材料科学基础化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下生成不同的晶体结构的现象，称为同质多晶现象。变体、多晶形材料科学基础当外界条件改变时，各变体之间就要发生结构转变，称为同质多晶转变材料科学基础3.NaCl型结构材料科学基础以氯化钠作为这类结构的代表化学式NaCl立方晶系基本格子为立方面心格子Fm3m空间群ao=0.563nm材料科学基础以体积较大的Cl-作立方紧密堆积Na如何填充？孔隙如何分布？材料科学基础rNa/rCl=0.102/0.181=0.56（0.414~0.732）阳离子填充在八面体空隙中正、负离子的配位数都是6材料科学基

4、础图3-23NaCl晶体结构材料科学基础z=48个V4+4个V8。具体位置及被占据情况？等同点质点坐标材料科学基础4.CsCl型结构材料科学基础氯化铯（CsCl）立方晶系Pm3m空间群简单（原始）立方格子ao=0.411nm材料科学基础5.-ZnS（闪锌矿）型结构材料科学基础立方晶系面心立方格子空间群z=4材料科学基础图3-25闪锌矿晶体结构材料科学基础S2-立方紧密堆积r+/r-=0.33Zn2+V4，Zn2+CN=4V8全部空着（位置何在？）S2-CN=4z=4应有8个V4，只填充了1/2，如何分布？等同点质点坐标材料科学基础与金刚石晶胞的对比材料

5、科学基础同晶型物质：-SiCGaAsAlPInSb材料科学基础6.-ZnS（纤锌矿）型结构材料科学基础六方晶系简单六方格子P63mc空间群ao=0.382nm，co=0.625nmz=2CN=4材料科学基础图3-26纤锌矿晶体结构材料科学基础S2-六方紧密堆积排列Zn2+填充在四面体空隙中，只占据了1/2等同点分析质点坐标与纤锌矿结构同类的晶体：BeO、ZnO、AlN材料科学基础小结CsCl和NaCl是典型的离子晶体符合Pauling规则。材料科学基础ZnS晶体不是完全离子键，向共价键过渡Zn2+18外层电子，极化率高，S2-极化力较高较明显的离子极化，

6、改变了正、负离子之间的距离和键性但尚未引起晶体结构类型的根本改变。材料科学基础ZnO晶体结构中Zn2+的配位数应该为6，本应属于NaCl型结构。实际上，由于离子极化的结果，r+/r-值下降，配位数和键性都发生了变化Zn2+的配位数为4，结构类型与理论预期的结构不同充分体现了极化性能对晶体结构的影响。材料科学基础7.CaF2（萤石）型结构材料科学基础立方晶系面心立方格子Fm3m空间群z=4。材料科学基础根据Pauling第一规则r+/r-=0.75>0.732CN+=8所以Ca2+配位多面体形状是立方体，F-位于顶角，Ca2+位于体心配位多面体是以共棱关系连接材

7、料科学基础根据Pauling第二规则Ca2+:S=2/8=1/4故每个F-必须与4个Ca2+形成静电键即F-应该位于Ca2+的四面体中材料科学基础为了便于把CaF2晶体的结构与对称特点显露出来通常将Ca2+看成“立方紧密堆积”F-占据全部四面体空隙材料科学基础图3-27CaF2晶体结构材料科学基础等同点分析质点坐标材料科学基础结构特点：8个F-之间形成“空洞”，结构比较开放形成负离子填隙负离子扩散萤石型结构负离子填隙和扩散是主要机制材料科学基础立方ZrO2属萤石型结构，应用：测氧传感器探头氧泵固体氧化物燃料电池中的电解质材料———被称作固体快离子导体（900~

8、1000CO2-电导率达0.1S/c