材料的结构材料科学基础课件西南石油大学.ppt

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1、第二章材料的结构第一节晶体学基础第二节常见的晶体结构第三节固溶体的晶体结构第四节金属间化合物的晶体结构第五节硅酸盐结构第六节非晶态固体结构第七节高分子材料结构第一节晶体学基础晶体是质点（原子、分子或离子）以周期性重复方式在三维空间作有规律排列的固体。晶体与非晶体的区别：a.根本区别：质点是否在三维空间作有规则的周期性重复排列。b.熔化时：晶体具有固定的熔点,而非晶体无明显熔点,只存在一个软化温度范围。c.性能：晶体具有各向异性,非晶体呈各向同性。单晶体与多晶体1.单晶体质点按同一取向排列。由一个核心（称为晶核）生长而成的晶体2.多晶体通常由许多不同位向的小

2、晶体(晶粒）所组成。3.晶粒与晶粒之间的界面称为晶界4.多晶体材料一般显示出各向同性——假等向性1：空间点阵和晶胞晶体构造的最小体积单位叫晶胞，它能真反映晶体内部质点排列的周期性和对称性。选取晶胞的原则：1)选取的平行六面体应与宏观晶体具有同样的对称性；2）平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；3）当平行六面体的棱角存在直角时，直角的数目应最多4）在满足上条件，晶胞应具有最小的体积。晶胞参数点阵参数：晶轴，三个棱边a，b，c晶轴夹角：α，β，γ空间点阵是在三维空间按周期性排列的几何点。简称点阵。同一空间点阵可因选取方式不同而得到不相同的晶胞2：晶系与布拉维

3、点阵根据6个点阵参数间的相互关系，可将全部空间点阵归属于7种类型，即7个晶系。布拉维（BravaisA．）用数学方法推导出能够反映空间点阵全部特征的单位平面六面体只有14种，称布拉菲点阵。晶系布拉非点阵晶系布拉非点阵三斜简单三斜六方简单六方单斜简单单斜底心单斜菱方简单菱方正交简单正交底心正交体心正交面心正交四方简单四方体心四方立方简单立方体心立方面心立方2:晶面指数和晶向指数在晶体内部构造中，由物质质点所组成的平面成称为晶面；穿过物质质点所组成的直线方向称为晶向。晶面指数求法：1） 在所求晶面外取晶胞的某一顶点为原点o，三棱边为三坐标轴x，y，z；2） 以

4、棱边长a为单位，量出待定晶面在三个坐标轴上的截距；3） 取截距之倒数，并化为最小整数h，k，l并加以圆括号（hkl）即是。晶向指数求法：1） 确定坐标系2） 过坐标原点，作直线与待求晶向平行；3） 在该直线上任取一点，并确定该点的坐标（x，y，z）；4） 将此值化成最小整数u，v，w并加以方括号[uvw]即是。3.六方晶系指数六方晶系的晶向指数和晶面指数同样可以应用上述方法标定，这时取a1，a2，c为晶轴，而a1轴与a2轴的夹角为120度，c轴与a1，a2轴相垂直。但这种方法标定的晶面指数和晶向指数，不能完全显示六方晶系的对称性，为了更好地表达其对称性,根

5、据六方晶系的对称特点，对六方晶系采用a1，a2，a3及c四个晶轴，a1，a2，a3之间的夹角均为120度，这样，其晶面指数就以(hkil)四个指数来表示。根据几何学可知，三维空间独立的坐标轴最多不超过三个。前三个指数中只有两个是独立的，它们之间存在以下关系：i＝－(h+k)。采用4轴坐标时，晶向指数的确定原则仍同前述，晶向指数可用｛uvtw｝来表示，这里u+v=-t。4.晶带所有平行或相交于同一直线的这些晶面构成一个晶轴，此直线称为晶带轴。属此晶带的晶面称为晶带面。   晶带轴[uvw]与该晶带的晶面（hkl）之间存在以下关系：hu+kv+lw=0凡满足

6、此关系的晶面都属于以[uvw]为晶带轴的晶带，故此关系式也称作晶带定律。5.晶面间距由晶面指数还可求出面间距dhkl。通常，低指数的面间距较大，而高指数的晶面间距则较小晶面间距的求法上述公式仅适用于简单晶胞,对于复杂晶胞则要考虑附加面的影响立方晶系：fcc当（hkl）不为全奇、偶数时，有附加面：bcc当h＋k＋l＝奇数时，有附加面：{100}，{111}六方晶系通常低指数的晶面间距较大，而高指数的晶面间距则较小第二节常见的晶体结构1：晶体学基本原理1）原子或离子半径在原子或离子中，围绕核运动的电子在空间形成一个电磁场，其范围可视为球体，球的的半径就是原子或

7、离子半径。在实际的晶体结构中所采用的是原子或离子的的有效半径，既晶体结构中原子或离子处于相接触时的半径。2）球体紧密堆积原理等大的球体紧密堆积有两种：六方紧密堆积方式和面心立方紧密堆积fcc{111}ABCABCABC······hcp{0001}ABABABAB······球体紧密堆积将形成两种空隙：八面体空隙和四面体空隙：体心立方四面体空隙面心立方四面体空隙密排六方四面体空隙体心立方八面体空隙面心立方八面体空隙密排六方八面体空隙3)原子和离子的配位数配位数是指在晶体结构中，该原子或离子的周围与它直接相邻结合的原子或异号的个数。2：典型金属的晶体结构1）

8、面心立方2）体心立方3．密排六方三种典型金属结构的晶体学特点3:常