材料科学基础 第3章ppt课件.ppt

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1、第3章晶体结构3.1引言晶体：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列，具有平移对称性。晶体分为单晶体和多晶体。多晶体有晶界存在。非晶体：原子排列具有长程无序和短程有序（0.11nm）的特点。不具有平移对称性。无晶界。一种物质是否以晶体或非晶体形式出现，与外部环境条件和加工制备方法有关。晶态和非晶态往往可以相互转化。1天然晶体具有规则外形和宏观对称性。2高分辨率电镜（HighResolutionElectronMicroscopy,HREM）直接观察晶体中原子的规则排列。33.2布拉维点阵和单胞3.2.1基

2、本概念晶体结构（晶体点阵）：晶体中原子或分子在三维空间有规律的周期性的具体排列方式。阵点（节点、结点）：忽略实际原子或分子的体积，将其看作一个几何点，这样的点称为阵点。注意：阵点可以是原子或分子的中心，也可以是彼此等同的原子群或分子群的中心，但各个阵点的周围环境必须相同。4空间点阵：阵点在三维空间呈周期性规则排列所组成的阵列。（阵点是构成空间点阵的基本要素）晶格（空间格子）：为了便于描述空间点阵的图形，可用许多平行的直线把所有阵点连接起来，构成一个三维的几何格架，称为晶格或空间格子。（可以形象描述空间点阵的几何形状

3、，实质仍是空间点阵）晶胞：能够代表晶格中原子排列特征的最小单元体。（将晶胞作三维的重复堆砌就构成了空间点阵）5acbαβγ空间点阵、晶胞6晶胞通常是平行六面体。选取晶胞的原则：a.几何形状与晶体具有同样的对称性；b.平行六面体内相等的棱和角的数目最多；c.当平行六面体棱间夹角存在直角时，直角数目应最多；d.在满足上述条件下，晶胞应具有最小的体积。3.2.2晶胞7晶胞中的6个参数——晶格参数（或点阵参数），描述了晶胞的形状和大小。点阵参数三个棱边长度a、b、c——点阵常数各晶轴（棱边）之间的夹角、、83.2.3

4、布拉菲点阵与晶系14种布拉菲点阵根据空间点阵中“每个阵点周围的环境相同”的要求，法国晶体学家布拉菲（A.Bravais）（1811－1863年）于1850年用数学方法推导出空间点阵共有14种，而且也只能有14种。这14种空间点阵被称为布拉菲点阵。9简单三斜简单单斜底心单斜简单正交底心正交体心正交面心正交14种布拉菲点阵的晶胞10简单六方简单菱方简单四方体心四方简单立方体心立方面心立方117个晶系根据晶胞的三个晶胞棱长（a、b、c）和三个棱间夹角（、、）的相互关系，可以将全部空间点阵归属于7种类型，即7个晶系。

5、分类时只考虑a、b、c是否相等，、、是否相等或呈直角等因素，即只考虑了晶胞的外形，而不涉及晶胞中原子的具体排列。1214种布拉菲点阵与7个晶系133.2.4晶体结构与空间点阵的关系晶体结构：其类型取决于原子的结合方式，阵点的位置上可以是一个或多个实际质点或者原子团，其种类可以是无限的。空间点阵：每个阵点处原子都具有相同的环境，其种类有限（仅有14种）。14(a)、(b)、(c)图为三种不同的晶体结构，但都属于同一种空间点阵（图(d)）。不同的晶体结构可以归属于同一种空间点阵，每种空间点阵可以形成无限多的晶体结

6、构。空间点阵＋基元＝晶体结构153.3每个阵点只有一个原子的晶体及六方晶体工业上常用的金属不下三、四十种，除少数金属具有较复杂的晶体结构外，绝大多数金属均为比较简单的高对称性晶体结构，它们是面心立方（A1，fcc）体心立方（A2，bcc）密排六方（A3，hcp）：六方晶系立方晶系163.3.1晶胞类型面心立方（face-centeredcubic，fcc，A1）具有fcc结构的金属有Al、Cu、Ni、-Fe、Co、Ca、Pt、Ag、Au等。17体心立方（body-centeredcubic，bcc，A2）具有bc

7、c结构的金属有Cr、V、-Fe、Mo、W、-Ti、-Zr等。18密排六方（hexagonalclose-packed，hcp，A3）属于密排六方的金属有：Mg、Zn、Be、Cd、-Co、-Ti、-Zr等。193.3.2点阵常数（晶格常数）一般用X-ray衍射法测定。fcc、bcc：立方晶系，点阵常数a，即立方体的棱长。fccbcc20hcp：2个点阵常数，即正六边形的边长a，上、下底面的间距c。c/a称为轴比。若顶角原子及面心原子恰好与体内的三个原子相切，即属于理想密排六方结构，此时的。但实际上c/a往

8、往偏离1.633，即为非理想hcp。c/a值的范围：1.568（铍，Be）～1.886（镉，Cd）21223.3.3晶胞中的原子数fcc：bcc：hcp：233.3.4配位数（CN，CoordinationNumber）配位数：任一原子周围与其最近邻且等距离的原子个数。配位数的意义：反映了晶体中原子排列的紧密程度。配位数越大，原子排列越紧密。24fcc沿立方