材料科學(xué)基礎(chǔ)第一二章-2009a1

1、材料科學(xué)基礎(chǔ) Fundamentals (Essentials, Principles ) of Materials Science An Introduction to Materials Science材料科學(xué)基礎(chǔ)(一)內(nèi)容:第一.二.三.五章教師:沈耀 A樓509B Tel: 34203763, Email: 考核及成績(jī)?cè)u(píng)定各部分所占比例：課堂考勤及課堂表現(xiàn)：15%?？己?-10次，計(jì)5次，每次在期末總成績(jī)中占1.5分。平時(shí)作業(yè)及大作業(yè)：25%。作業(yè)8-10次，每次總共5-10道題，每人只需交一道指定的題目，計(jì)5次，每次在期末總成績(jī)中占2.5分。不接收補(bǔ)交作業(yè)。作業(yè)必須獨(dú)立完成，抄襲者和

2、被抄襲者每次從期末總成績(jī)中扣除2.5分。考試：60%（安排兩次考試：期中和期末考試，各占20%和40%）。教材、教學(xué)參考書(shū)1。材料科學(xué)基礎(chǔ)，第二版，胡賡祥、蔡珣、戎詠華編著，上海交通大學(xué)出版社、20062。材料科學(xué)基礎(chǔ)輔導(dǎo)與習(xí)題，第三版，蔡珣、戎詠華編著，上海交通大學(xué)出版社，20083。金屬學(xué)、胡賡祥、錢(qián)苗根主編、上?？茖W(xué)技術(shù)出版社、19804。金屬學(xué)教程、盧光熙、候增壽主編、上?？茖W(xué)技術(shù)出版社、19855。材料科學(xué)導(dǎo)論、徐祖耀、李鵬興、上?？茖W(xué)技術(shù)出版社、19866。無(wú)機(jī)材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、田鳳仁、冶金工業(yè)出版社、19937。Modern Physical Metallurgy (4th ed.)

3、、R.E.Smallman、London Butterworths、19858。Introduction to Material Science、A.G.Guy、New York: McGraw-Hill、19729。Elements of Materials Science and Engineering、L.H.Van Vlack、Addison-Wesley Publishing Co.5th ed.、198510。Principles of Materials Science and Engineering、William F. Smith、McGraw-Hill、198611。高分子

4、物理、何曼君、復(fù)旦大學(xué)出版社、1990前言Introduction材料(Materials) 是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。 廣義的材料包括人們的思想意識(shí)之外的所有物質(zhì) (substance)材料無(wú)處不在，無(wú)處不有材料是歷史時(shí)代的標(biāo)志石斧 中國(guó)古代鐵器的金相組織湖南長(zhǎng)沙砂子塘戰(zhàn)國(guó)凹形鐵鋤水泥時(shí)代, 鋼時(shí)代, 硅時(shí)代，新材料時(shí)代 材料科學(xué)基礎(chǔ) 是研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu) 與性能之間關(guān)系 A TETRAHEDRON OF MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING Performance Products & Applications Microstructure Characteri

5、zation Composition - Preparation Synthesis & Processing Thermal, mechanical, 材料分類(lèi)(Classification of Materials)材料按功能分類(lèi)1。結(jié)構(gòu)材料2。電子材料3。磁性材料4。光學(xué)材料5。航天航空材料6。生物材料7。智能材料8。能源材料材料的微觀結(jié)構(gòu)（Microstructure of Materials）決定材料性質(zhì)最為本質(zhì)的內(nèi)在因素 組成材料各元素原子結(jié)構(gòu)，原子間相互作用，相互結(jié)合，原子或分子在空間的排列，運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及原子集合體的形貌特征 第一章 第一章原子結(jié)構(gòu)和鍵合Atomic Struc

6、ture and Interatomic Bonding物質(zhì)(Substance)是由原子（atom）組成在材料科學(xué)中，最為關(guān)心原子的電子結(jié)構(gòu)原子的電子結(jié)構(gòu)原子間鍵合本質(zhì)決定材料分類(lèi)：金屬 陶瓷 高分子 材料性能：物 化 力學(xué)1原子結(jié)構(gòu) （Atomic Structure ）一、物質(zhì)的組成（Substance Construction）物質(zhì)由無(wú)數(shù)微粒（Particles）聚集而成分子（Molecule）：?jiǎn)为?dú)存在 保存物質(zhì)化學(xué)特性 dH2O = 0.2nm M(H2)為2 M（protein）為百萬(wàn)原子（Atom）： 化學(xué)變化中最小微粒二、原子的結(jié)構(gòu)1879年 J.J Thomson 發(fā)現(xiàn)電子

7、（electron),揭示了原子內(nèi)部秘密1911年 E.Rutherford 提出原子結(jié)構(gòu)有核模型1913年 N.Bohr將 Bohr atomic model 描述原子中一個(gè)電子的空間和能量，用四個(gè)量子數(shù)（quantum numbers）表示核外電子的排布規(guī)律（electron configuration）三、元素周期表（periodic Table of the Elements)元素（Element）：具有相同核電荷的同一類(lèi)原子總稱(chēng)，共116種，核電荷數(shù)是劃分元素的依據(jù)同位素（Isotope）：具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同中 子數(shù)的同一元素的原子 元素有兩種存在狀態(tài)：游離態(tài)和化合態(tài) （Free

8、 State & Combined Form)元素周期表:元素的外層電子結(jié)構(gòu)隨原子序數(shù)的遞增而呈周期性的變化規(guī)律7個(gè)橫行（Horizontal rows)周期（period）按原子序數(shù)（Atomic Number)遞增的順序從左至右排列18個(gè)縱行（column）16族（Group），7個(gè)主族、7個(gè)副族、1個(gè)族、1個(gè)零族（Inert Gases）最外層的電子數(shù)相同，按電子殼層數(shù)遞增的順序從上而下排列。原子序數(shù)核電荷數(shù) 周期序數(shù)電子殼層數(shù)主族序數(shù)最 外 層 電 子 數(shù) 零族元素最外層電子數(shù)為8（氦為2） 價(jià)電子數(shù)（Valence electron）2原子間的鍵合 ( Bonding type wi

9、th other atom)一、金屬鍵（Metallic bonding）典型金屬原子結(jié)構(gòu)：最外層電子數(shù)很少，即價(jià)電子（valence electron）極易 掙脫原子核之束縛而成為自由電子（Free electron），形成電子云（electron cloud）金屬中自由電子與金屬正離子之間構(gòu)成鍵合稱(chēng)為金屬鍵特點(diǎn)：電子共有化，既無(wú)飽和性又無(wú)方向性，形成低能量密堆結(jié)構(gòu)性質(zhì)：良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，延展性好二、離子鍵（Ionic bonding) 多數(shù)鹽類(lèi)、堿類(lèi)和金屬氧化物 特點(diǎn)：以離子而不是以原子為結(jié)合單元，要求正負(fù)離子相間排列， 且無(wú)方向性，無(wú)飽和性 性質(zhì)：熔點(diǎn)和硬度均較高，良好電絕緣體 三、共

10、價(jià)鍵（covalent bonding） 亞金屬（C、Si、Sn、 Ge），聚合物和無(wú)機(jī)非金屬材料實(shí)質(zhì)：由二個(gè)或多個(gè)電負(fù)性差不大的原子間通過(guò)共用電子對(duì)而成 特點(diǎn)：飽和性 配位數(shù)較小 ，方向性（s電子除外）性質(zhì)：熔點(diǎn)高、質(zhì)硬脆、導(dǎo)電能力差 實(shí)質(zhì)： 金屬原子 帶正電的正離子（Cation） 非金屬原子 帶負(fù)電的負(fù)離子（anion） e 四、范德瓦耳斯力（Van der waals bonding)包括：靜電力(electrostatic)、誘導(dǎo)力(induction)和色散力(dispersive force)屬物理鍵 ，系次價(jià)鍵，不如化學(xué)鍵強(qiáng)大，但能很大程度改變材料性質(zhì) 五、氫鍵（Hydroge

11、n bonding） 極性分子鍵 存在于HF、H2O、NH3中 ，在高分子中占重要地位， 氫 原子中唯一的電子被其它原子所共有（共價(jià)鍵結(jié)合），裸露原子核 將與近鄰分子的負(fù)端相互吸引氫橋 介于化學(xué)鍵與物理鍵之間，具有飽和性實(shí)際材料中的鍵合金屬晶體結(jié)合能與彈性模量的關(guān)系彈性模量正比于平衡處能量對(duì)位移的二階導(dǎo)數(shù).結(jié)合能越高,熱膨脹系數(shù)越小.金屬晶體結(jié)合能與熱膨脹系數(shù)的關(guān)系3高分子鏈（High polymer Chain)近程結(jié)構(gòu)（short-range Structure)一、結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成（the Chemistry of mer units)1.碳鏈高分子 聚乙烯主鏈以C原子間共價(jià)鍵相聯(lián)結(jié)

12、加聚反應(yīng)制得如 聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙稀酸甲酯，聚丙烯2. 雜鏈高分子 滌綸主鏈除C原子外還有其它原子如O、N 、S等，并以共價(jià)鍵聯(lián)接，縮聚反應(yīng)而得，如聚對(duì)苯二甲酸乙二脂（滌綸）聚酯聚胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等3.元素有機(jī)高分子 硅橡膠 主鏈中不含C原子，而由Si、 B 、P 、Al、 Ti 、As等元素與O組成，其側(cè)鏈則有機(jī)基團(tuán)，故兼有無(wú)機(jī)高分子和有機(jī)高分子的特性，既有很高耐熱和耐寒性，又具有較高彈性和可塑性，如硅橡膠4.無(wú)機(jī)高分子 二硫化硅 聚二氯氮化磷主鏈既不含C原子，也不含有機(jī)基團(tuán)，而完全由其它元素所組成，這類(lèi)元素的成鏈能力較弱，故聚合物分子量不高，并易水解二、高分子鏈結(jié)構(gòu)

13、單元的鍵合方式（bonding type）1.均聚物結(jié)構(gòu)單元鍵接順序 單烯類(lèi)單體中 除乙烯分子是完全對(duì)稱(chēng)的，其結(jié)構(gòu)單元在分子鏈中的鍵接方法只有一種外，其它單體因有不對(duì)稱(chēng)取代，故有三種不同的鍵接方式（以氯乙烯為例）：頭頭尾尾頭尾雙烯類(lèi)高聚物中，則更復(fù)雜，除有上述三種，還依雙鍵開(kāi)啟位置而不同 2.共聚物的序列結(jié)構(gòu)（Copolymers） 按結(jié)構(gòu)單元在分子鏈內(nèi)排列方式的不同分為三、高分子鏈的結(jié)構(gòu)（structure）不溶于任何溶劑，也不能熔融，一旦受熱固化便不能改變形狀熱固性（thermosetting） 遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)（Long-range Structure)一、高分子的大小（Molecular Si

14、ze）高分子的相對(duì)分子質(zhì)量M不是均一的，具有多分散性平均相對(duì)分子質(zhì)量高分子鏈中重復(fù)單元數(shù)目稱(chēng)為聚合度不僅影響高分子溶液和熔體的流變性質(zhì)，對(duì)加工和使用也有很大影響 。數(shù)均相對(duì)分子量每鏈節(jié)的質(zhì)量對(duì)力學(xué)性能起決定作用，二、高分子的形狀（Molecular shape）主鏈以共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)，有一定鍵長(zhǎng) d和鍵角，每個(gè)單鍵都能內(nèi)旋轉(zhuǎn)（Chain twisting）故高分子在空間形態(tài)有mn-1( m為每個(gè)單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)可取的位置數(shù)，n為單鍵數(shù)目)統(tǒng)計(jì)學(xué)角度高分子鏈取 伸直（straight）構(gòu)象幾率極小，呈卷曲（zigzag）構(gòu)象幾率極大高分子鏈的總鏈長(zhǎng) 均方末端距三、影響高分子鏈柔性的主要因素（the main

15、 influencing factors on the molecular flexibility）高分子鏈能改變其構(gòu)象的性質(zhì)稱(chēng)為柔性（Flexibility） 第二章 固體結(jié)構(gòu)（Solid Structure）等離子態(tài)（plasma）凝聚態(tài)-薄膜 （thin films）1 晶體學(xué)基礎(chǔ)（Basis Fundamentals of crystallography） 晶體結(jié)構(gòu)的基本特征：原子（或分子、離子）在三維空間 呈周期性重復(fù)排列（periodic repeated array） ， 即存在長(zhǎng)程有序（long-range order）性能上兩大特點(diǎn)： 固定的熔點(diǎn)（melting point）

16、, 各向異性（anisotropy）金的 AFM 照片一、晶體的空間點(diǎn)陣（Space lattice）1. 空間點(diǎn)陣的概念將晶體中原子或原子團(tuán)抽象為純幾何點(diǎn)（陣點(diǎn) lattice point），即可得到一個(gè)由無(wú)數(shù)幾何點(diǎn)在三維空間排列成規(guī)則的陣列空間點(diǎn)陣（space lattice）特征：每個(gè)陣點(diǎn)在空間分布必須具有完全相同的周?chē)h(huán)境(surrounding)2晶胞（Unite cells） 代表性的基本單元（最小平行六面體）small repeat entities選取晶胞的原則： )選取的平行六面體應(yīng)與宏觀晶體具有同樣的對(duì)稱(chēng)性；）平行六面體內(nèi)的棱和角相等的數(shù)目應(yīng)最多；）當(dāng)平行六面體的棱角存在直

17、角時(shí)，直角的數(shù)目應(yīng)最多；）在滿(mǎn)足上條件，晶胞應(yīng)具有最小的體積。 簡(jiǎn)單晶胞（初級(jí)晶胞）：只在平行六面體每個(gè)頂角上有一陣點(diǎn)復(fù)雜晶胞： 除在頂角外，在體心、面心或底心上有陣點(diǎn) 3.晶系與布拉菲點(diǎn)陣（Crystal System and Bravais Lattice） 七個(gè)晶系，14個(gè)布拉菲點(diǎn)陣晶系布拉菲點(diǎn)陣晶系布拉菲點(diǎn)陣三斜 Triclinic abc ，單斜 Monoclinic abc， =90正交 Orthorhombic abc，=90 簡(jiǎn)單三斜簡(jiǎn)單單斜底心單斜簡(jiǎn)單正交底心正交體心正交面心正交六方 Hexagonal a1=a2a3c，=90 ， =120四方（正方）Tetragonal

18、a=bc, =90 菱方 Rhombohedral a=b=c, =90 立方 Cubic a=b=c， =90 簡(jiǎn)單六方簡(jiǎn)單四方體心四方簡(jiǎn)單菱方簡(jiǎn)單立方體心立方面心立方底心單斜簡(jiǎn)單三斜簡(jiǎn)單單斜三斜 Triclinic abc ，單斜 Monoclinic abc， =90底心正交簡(jiǎn)單正交面心正交體心正交正交 Orthorhombic abc，=90簡(jiǎn)單菱方簡(jiǎn)單六方簡(jiǎn)單四方體心四方六方 Hexagonal a1=a2a3c，=90 ， =120四方（正方）Tetragonal a=bc, =90 四方（正方）Tetragonal a=bc, =90簡(jiǎn)單立方體心立方面心立方立方 Cubic a=

19、b=c， =904. 晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣 二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)（Miller Indices of Crystallographic Direction and Planes）1陣點(diǎn)坐標(biāo)晶向族：具有等同性能的晶向歸并而成； （x1,y1,z1）,(x2,y2,z2)二點(diǎn)連線(xiàn)的晶向指數(shù)：x2x1,y2y1,z2z1 * 指數(shù)看特征，正負(fù)看走向 求法：1） 確定坐標(biāo)系2） 過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，作直線(xiàn)與待求晶向平行；3） 在該直線(xiàn)上任取一點(diǎn)，并確定該點(diǎn)的坐標(biāo)（x，y，z）， 若某一坐標(biāo)值為負(fù)，則在其上加一負(fù)號(hào)。4） 將此值化成最小整數(shù)u，v，w并加以方括號(hào)u v w即是。（代表一組互相平行，方向一致的晶向

20、）2. 晶向指數(shù)（Orientation index） 晶面族h k l中的晶面數(shù)：a）h k l三個(gè)數(shù)不等，且都0，則此晶面族中有 b）h k l有兩個(gè)數(shù)字相等 且都0，則有， 如1 1 2c) h k l三個(gè)數(shù)相等，則有，d）h k l 有一個(gè)為0，應(yīng)除以2，則有 有二個(gè)為0，應(yīng)除以22，則有 求法：1） 在所求晶面外取晶胞的某一頂點(diǎn)為原點(diǎn)o，三棱邊為三坐標(biāo)軸x，y，z2） 以棱邊長(zhǎng)a為單位，量出待定晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距。 若某一截距為負(fù)，則在其上加一負(fù)號(hào)。3） 取截距之倒數(shù)，并化為最小整數(shù)h，k，l并加以圓括號(hào)（h k l）即是。 （代表一組互相平行的晶面；指數(shù)相同符號(hào)相反晶面互相平

21、行）晶面族h k l：晶體學(xué)等價(jià)的晶面總合。 3.晶面指數(shù)（Indices of Crystallographic Plane）4.六方晶系指數(shù)（Indices of hexagonal crystal system or hexagonal indices） 三軸坐標(biāo)系 四軸坐標(biāo)系a1，a2，c a1，a2，a3，c a1+a2+a3=0120 120 120 5.晶帶（Crystal zone） 所有相交于某一晶向直線(xiàn)或平行于此直線(xiàn)的晶面構(gòu)成一個(gè)“晶帶” （crystal zone） 此直線(xiàn)稱(chēng)為晶帶軸（crystal zone axis），所有的這些晶面都稱(chēng)為共帶面。 晶帶軸n v w與該

22、晶帶的晶面（h k l）之間存在以下關(guān)系 hu kv lw0 晶帶定律 凡滿(mǎn)足此關(guān)系的晶面都屬于 以u(píng) v w為晶帶軸的晶帶6晶面間距（Interplanar crystal spacing）兩相鄰平行晶面間的垂直距離晶面間距，用dhkl表示 從原點(diǎn)作（h k l）晶面的法線(xiàn)， 則法線(xiàn)被最近的（h k l）面所交截的距離即是 三、晶體的對(duì)稱(chēng)性 crystalline symmetry symmetrization of crystals對(duì)稱(chēng)性晶體的基本性質(zhì) 假想的幾何要素(點(diǎn)、線(xiàn)、面) 若干個(gè)相同部分 變換 重合復(fù)原 對(duì)稱(chēng)元素 對(duì)稱(chēng)操作對(duì)稱(chēng)性元素（symmetry element） 宏觀對(duì)稱(chēng)元

23、素：反映晶體外形及其宏觀性質(zhì)的對(duì)稱(chēng)性 點(diǎn)群（point group）晶體中所有點(diǎn)對(duì)稱(chēng)元素的集合 點(diǎn)群在宏觀上表現(xiàn)為晶體外形的對(duì)稱(chēng) 根據(jù)晶體外形對(duì)稱(chēng)性，共有32種點(diǎn)群空間群（space group）晶體中原子組合所有可能方式 是確定晶體結(jié)構(gòu)的依據(jù) 根據(jù)宏觀、微觀對(duì)稱(chēng)元素在三維空間的組合，可能存在 230種空間群（分屬于32種點(diǎn)群） 微觀對(duì)稱(chēng)元素：與宏觀對(duì)稱(chēng)元素配合反映晶體中原子排列的對(duì)稱(chēng)性群的定義DefinitionA group (G, *) is a set G with a binary operation * that satisfies the following four axiom

24、s:Closure: For all a, b in G, the result of a * b is also in G. Associativity: For all a, b and c in G, (a * b) * c = a * (b * c). Identity element: There exists an element e in G such that for all a in G, e * a = a * e = a. Inverse element: For each a in G, there exists an element b in G such that

25、a * b = b * a = e, where e is an identity element. 四、極射投影 Stereographic projection 極射投影原理（principle） 參考球，極點(diǎn)、極射面、大圖、基圖 Wulff網(wǎng)（wullf net）經(jīng)線(xiàn)、 緯線(xiàn)、2等分沿赤道線(xiàn) 沿基圓讀數(shù) 只有兩極點(diǎn)位于吳氏經(jīng)線(xiàn)或赤道上才能正確度量晶面、晶向間夾角極點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的面痕極點(diǎn)繞位于投影面上的軸轉(zhuǎn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)投影：以某個(gè)晶面/投影面作出極射投影,如（001）標(biāo)準(zhǔn)投影圖五、倒易點(diǎn)陣（Reciprocal lattice）布拉格方程： n = 2dsin尋求一種新的點(diǎn)陣（抽象），使其每一陣點(diǎn)對(duì)

26、應(yīng)著實(shí)際點(diǎn)陣中的一定晶面，而且既能反映該晶面的取向，又能反映其晶面間距。晶體點(diǎn)陣（正點(diǎn)陣）三個(gè)基矢a、b、c與其相應(yīng)的倒易點(diǎn)陣的基矢a*、b*、c*之間的關(guān)系如下： a*,b*,c*與a,b,c的關(guān)系示意圖 Vo 為正點(diǎn)陣晶胞體積倒易點(diǎn)陣的基本性質(zhì)1. 倒易矢量Ghkl必與正點(diǎn)陣的（hkl）面垂直，即倒易點(diǎn)陣的陣點(diǎn)方向hkl*和正點(diǎn)陣的（hkl）面垂直： hkl* （hkl）2 . Ghkl 的模等于正點(diǎn)陣的（hkl）面的面間距dhkl的倒數(shù)： | Ghkl|=1/ dhkl 故正點(diǎn)陣三個(gè)基矢a、b、c 間的夾角和 倒易點(diǎn)陣的基矢a*、b*、c*之間的夾角的關(guān)系為 習(xí) 題(這些習(xí)題要求同學(xué)們自

27、己練習(xí),不屬于需要上交的作業(yè))1.在單位晶胞中標(biāo)出 (320)、(213)、(112)晶面 ，110、011、112、 211晶向以及面心立方晶胞中（110）面上各點(diǎn)的坐標(biāo)2.計(jì)算立方晶系（包括簡(jiǎn)單立方、面心立方、 體心立方） d（345）和六方晶系d（1122）的晶面間距3.作出立方晶系110晶面族的所有晶面4.為什么密排六方結(jié)構(gòu)屬于簡(jiǎn)單六方點(diǎn)陣？畫(huà)出（1012）、(2111)、（1011）面和1120、2111、3125方向5.正交點(diǎn)陣中畫(huà)出以011為晶帶軸的所有晶面2 金屬的晶體結(jié)構(gòu)（Crystal Structure of Metals） 體心立方結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu)密排六方結(jié)構(gòu)表2.5三

28、種典型金屬結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特點(diǎn) 晶胞中的原子數(shù)（Number of atoms in unit cell） 點(diǎn)陣常數(shù)（lattice parameter）a，c原子半徑（atomic radius） R配位數(shù)（coordination number） N 致密度（Efficiency of space filling） 軸比（axial ratio） c/a 堆垛（Stacking）密排結(jié)構(gòu)（close-packed crystal structure）最密排面(close-packed plane of atoms)fcc 1 1 1 ABCABCABChcp0 0 0 1 ABABABAB結(jié)構(gòu)

29、間隙（Interstice）四、八面體間隙fcc，hcp 間隙為正多面體，且八面體和四面體間隙相互獨(dú)立bcc 間隙不是正多面體，四面體間隙包含于八面體間隙之中tetrahedraloctahedralinterstice 圖2.32 面心立方結(jié)構(gòu)中的間隙圖2.33 體心立方結(jié)構(gòu)中的間隙圖2.34 密排六方結(jié)構(gòu)中的間隙多晶型轉(zhuǎn)變（allotropic transformation）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變晶體結(jié)構(gòu)符號(hào)(I)晶體結(jié)構(gòu)符號(hào)(II)I: 體心; F: 面心晶體結(jié)構(gòu)符號(hào)(IV)晶體結(jié)構(gòu)符號(hào)(V)晶體結(jié)構(gòu)符號(hào)(VI)一. 固溶體 Solid solution 固溶體：溶質(zhì)原子(solute atom)

30、溶入基體(matrix)中所形成的均勻 結(jié)晶相。晶體結(jié)構(gòu)保持基體金屬的結(jié)構(gòu) 置換固溶體 Substitutional solid solution間隙固溶體 Interstitial solid solution按溶質(zhì)原子位置分 固溶體 3 合金的相結(jié)構(gòu) Phase constitution of Alloys固溶體 Solid Solution中間相 Intermidiate phase 合金相(Phase)有序 ordered無(wú)序 disordered 按原子排列秩序第一類(lèi)固溶體(單金屬基體） primary solid solution第二類(lèi)固溶體(化合物基體） secondary so

31、lid solution 按溶劑（solvent） 類(lèi)別分無(wú)限 complete solubility有限 limited按固溶度（solid solubility）分1.置換固溶體 Substitutional solid solution 溶質(zhì)原子置換了部分的溶劑原子 影響溶解度的因素： ) 組元的晶體結(jié)構(gòu)crystal structure of components 晶體結(jié)構(gòu)相同是組元之間形成無(wú)限固溶體的必要條件 ）原子尺寸因素the size factor effect r1415才有可能形成溶解度較大甚至無(wú)限固溶的固溶體 ）化學(xué)親和力（電負(fù)性因素）the electrochemica

32、l effect 在不形成化合物的條件下，電負(fù)性差值增大，溶解度增大 在形成化合物的條件下，電負(fù)性差值增大，溶解度減小 ）電子濃度（原子價(jià)因素）the relative valency effect 合金中各組元的價(jià)電子總和（e）與組元的原子數(shù)總和（a）之比V、v分別為溶劑、溶質(zhì)原子價(jià)Nb Mo Rh Pd5 6 9 10 溶劑 溶質(zhì)元素的溶解度 Zn（二價(jià)） Ga（三價(jià)） Ge（四價(jià)） As（五價(jià)） Cu 3820 12 7 Ag 4220 12 7極限電子濃度（臨界電子濃度）與溶劑晶體點(diǎn)陣類(lèi)型有關(guān)對(duì)一價(jià)溶劑而言 fcc:1.36; bcc:1.48; hcp:1.75平均族數(shù)（過(guò)渡族元素）

33、：以原子中相當(dāng)于惰性氣體的滿(mǎn)殼層以外的全部電子數(shù)（spd)來(lái)計(jì)算：Critical electron concentrationAverage group number溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體間隙固溶體溶質(zhì)原子 （R0.1nm） 如： H B C N O 0.046 0.097 0.077 0.071 0.060溶劑元素大多為過(guò)渡族元素有限固溶體溶解度與溶劑元素的晶格類(lèi)型密切相關(guān)C 在-Fe（bcc） 0.0218 wt % -Fe (fcc) 2.11 wt %2. 間隙固溶體 Interstitial solid solution原子偏聚 atom segregation短

34、程有序 short range order固溶體的微觀不均勻性短程有序參數(shù)B原子周?chē)霈F(xiàn)A原子的幾率完全無(wú)序短程有序B偏聚A原子的原子百分?jǐn)?shù)B周?chē)霈F(xiàn)A原子的幾率與其它原子相等B周?chē)霈F(xiàn)A原子的幾率大于其它原子傾向于以異類(lèi)原子為鄰B周?chē)霈F(xiàn)A原子的幾率小于其它原子傾向于以同類(lèi)原子為鄰3.有序固溶體 Ordered solid solution長(zhǎng)程有序固溶體（Long Range Order）超結(jié)構(gòu) （superlattice, superstructure）超結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型fcc CuAu型 385以下形成 CuAu型 385410以下形成 b） bcc Fe-Al CuZnc ) hcp M

35、g-CdCu3Au 型 390有序化長(zhǎng)程有序參數(shù) 或PA(或B）原子正確位置上出現(xiàn)A（B）原子幾率完全有序時(shí) P1 S1 最大值完全無(wú)序時(shí) PXA S0 01.溫度升高，原子熱運(yùn)動(dòng)提高，S降低2.冷卻速度 Tc 以上溫度快速冷卻無(wú)序3.合金成分 例：對(duì) CuAu 合金 Cu:Au3:1 或 1:1 時(shí)完全有序有序化影響因數(shù)4. 固溶體的性質(zhì) Properties of the solid solution 點(diǎn)陣畸變 點(diǎn)陣常數(shù) 間隙原子 固溶強(qiáng)化 HV， 物理化學(xué)性能 電極電位 有序化影響 HV 磁性中間相：兩組元A和B組成合金時(shí)，除了形成以A為基或以B為基的固溶體外，還可以形成晶體結(jié)構(gòu)與A、B

36、兩組元均不相同的新相。由于它們?cè)诙鄨D的位置是位于中間，故通常把這些相稱(chēng)為中間相。金屬化合物（metallic Compounds)金屬間化合物（Intermetallic Compounds)二 中間相 Intermediate Phase中間相的特征：具有不同于組元的晶體結(jié)構(gòu) 可用化學(xué)分子式表示 但并不一定符合化合價(jià)規(guī)律原子間的結(jié)合方式：(金屬鍵其他鍵）混合，具有金屬性中間相的形成和晶體結(jié)構(gòu)的影響因素電負(fù)性電子濃度原子尺寸1.正常價(jià)化合物（electrochemical compounds） M 、族元素 按化學(xué)上的正常原子價(jià)規(guī)律形成 成分可用分子式來(lái)表示：Mg2Pb，Mg2Sn，Mg2

37、Ge，Mg2Si如 CuZn , Fe3C負(fù)電性差愈大，化合物愈穩(wěn)定，愈趨于離子鍵結(jié)合負(fù)電性差愈小，化合物愈不穩(wěn)定，愈趨于金屬鍵結(jié)合A2B（或AB2）A3B2類(lèi)型ABNaCl 或 ZnS 結(jié)構(gòu)反 CaF2 或 CaF2 結(jié)構(gòu)反 M2O3 型結(jié)構(gòu)2.電子化合物 electron compounds HumeRotteryBBAA對(duì)應(yīng)于同類(lèi)分子式的離子化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：凡具有相同電子濃度，則相的 晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型相同e/a 電子化合物 不符合化合價(jià)規(guī)律，但也可用分子式表示原子間結(jié)合以金屬鍵為主，具有明顯的金屬性3.原子尺寸因素化合物 Size factor Compounds(1)間隙相和間隙化合物 I

38、nterstitial Phase and Compounds過(guò)渡族金屬C、H、N、O、B （r0.1nm）a)間隙相 Interstitial Phase簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu) fcc，hcp非金屬原子進(jìn)入四面體間隙非金屬原子進(jìn)入八面體間隙非金屬原子填滿(mǎn)密堆結(jié)構(gòu)( fcc 和 hcp)八面體間隙非金屬原子填滿(mǎn)密堆結(jié)構(gòu)(fcc 和 hcp)四面體間隙在 fcc 中非金屬原子占據(jù)一個(gè)八面體間隙在 hcp 中非金屬原子占據(jù)一半八面體間隙未填滿(mǎn)b）間隙化合物 Interstitial Compounds復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)M3C：如Fe3C滲碳體（Cementite） 每個(gè)晶胞原子數(shù)16個(gè)（12個(gè) Fe , 4個(gè)C

39、） FeFe呈金屬鍵， FeC即有金屬鍵也有離子鍵M7C3：如 Cr7C3 M23C6：如 Cr23C6 M6C：如 Fe3W3C ，F(xiàn)e4W2C 屬正交晶系 a4.524 b5.089 c6.743(2)拓?fù)涿芏严?Topological close-packed phase 由兩種大小不同的原子所構(gòu)成的一類(lèi)中間相，其中大小原子通過(guò)適當(dāng)?shù)呐浜蠘?gòu)成空間利用率和配位數(shù)很高的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，具有拓?fù)鋵W(xué)特點(diǎn)。a）結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 大小原子的適當(dāng)配合，由四面體間隙組成的晶體點(diǎn)陣，配位數(shù)可以達(dá)12、14、15及16 配位多面體：把晶體點(diǎn)陣中一個(gè)原子周?chē)罱徳拥闹行谋舜擞?直線(xiàn)連接起來(lái)所構(gòu)成的多面體 特點(diǎn)：凸出的面

40、，呈三角形；每個(gè)頂角至少連接五個(gè)三角形20面體，30棱邊24面體，36棱邊26面體，39棱邊28面體，42棱邊原子密堆層TCP相可以看作由兩種排列不同的原子層相間地組成密集層狀結(jié)構(gòu)。主層系由三角形、四邊形、六邊形組成起來(lái)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。系由原子半徑較小組元構(gòu)成的密堆層；次層則由較大原子組成并分布于主層的大空隙中（由小原子組成三維配位多面體的中心位置）網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可用如下符號(hào)表示：36 ， 63， 3 6 3 6， 32 4 3 4典型分子式 AB2 理論上原子半徑比且一定晶體結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)著一定的電子濃度。對(duì)高度合金化不銹耐熱鋼、鐵基高溫合金和Ni基高溫合金中均有發(fā)現(xiàn)，呈針狀析出于基體，對(duì)性能通常不利。但在

41、Mg合金中它是重要的強(qiáng)化相。b）TCP相舉例 ）Lavers相（Laves Phase） MgCu2, MgZn2, MgNi2復(fù)雜立方 復(fù)雜六方 復(fù)雜六方如）相（Sigma Phase） 存在于過(guò)渡族金屬元素組成的合金中，其分子式為AB或AxBy。復(fù)雜四方結(jié)構(gòu)（c/a=0.52)，每個(gè)晶胞有30個(gè)原子在Ni基高溫合金，NiCr不銹鋼、耐熱鋼中均有發(fā)現(xiàn)，呈片狀，硬而脆，使塑性惡化習(xí)題：1. 歸納總結(jié)三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特性2. 試證明理想密排六方結(jié)構(gòu)的軸比c/a=1.6333. 試導(dǎo)出fcc、bcc和hcp的八面體間隙和四面體間隙大小計(jì)算式*4. Cu具有fcc結(jié)構(gòu)，其密度為8.91

42、03Kg/m3。相對(duì)原 子質(zhì)量為63.546，求銅的原子半徑。*5. a）經(jīng)x射線(xiàn)衍射測(cè)定，在20時(shí)Ti的點(diǎn)陣常數(shù)a0.295nm，c=0.468nm，在882.5時(shí)Ti 轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)i，其點(diǎn)陣常數(shù)a0.331nm. 按晶體的剛球模型，若球的直徑不變，當(dāng)Ti從室溫的hcp轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷氐腷cc時(shí)，計(jì)算其體積膨脹多少？ b）計(jì)算從Ti 轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)i 時(shí)，其實(shí)際體積膨脹為多少？與a）相比，說(shuō)明其差別原因。 *6. 根據(jù)下表所給之值，確定哪一種金屬可以作為溶質(zhì)與 -Fe形成溶解度較大的固溶體：-Febcca=0.287nmBehcpa=0.228c=0.358Alfcca=0.404Mobcca=0.315C

43、rbcca=0.288*7. 黃銅（Cu-Zn）具有B2結(jié)構(gòu)，其Zn與Cu的摩爾分?jǐn)?shù) 分別為x（Zn）=46%、 x（Cu）=54%，在450C時(shí)若 有90%的（1/2 1/2 ）位置被銅原子占據(jù)，問(wèn)有多少百 分?jǐn)?shù)的（000）位置被銅原子占據(jù)？*8. 已知 Cd, In, Sn, Sb 等元素的原子直徑分別為 0.304nm, 0.314nm, 0.316nm, 0.322nm, 而Ag為 0.288nm，它們?cè)贏g中的固溶度（摩爾分?jǐn)?shù)）極限 為: xCd=42%, xIn=20%, xSn=12 %, xSb=7 %, 。試分 析其固溶度（摩爾分?jǐn)?shù)）極限差別的原因，并計(jì)算 它們?cè)诠倘芏龋?/p>

44、分?jǐn)?shù)）極限時(shí)的電子濃度。9. 試對(duì)比分析間隙固溶體與間隙相形成條件的異同點(diǎn), 以及結(jié)構(gòu) 與性能的特點(diǎn)。 離子晶體是以正離子（cation)、負(fù)離子(anions) 為結(jié)合單元，即依靠正、負(fù) 離子之間的庫(kù)侖作用力結(jié)合, 故結(jié)構(gòu)甚為穩(wěn)固。它的結(jié)合能通常比較大，約為800kJ/mol。離子晶體結(jié)合穩(wěn)定性導(dǎo)致它具有導(dǎo)電性差、熔點(diǎn)高、硬度高和膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)。離子鍵沒(méi)有方向性和飽和性, 離子晶體的配位數(shù)也較高。大多數(shù)離子晶體對(duì)可見(jiàn)光是透明的，但在遠(yuǎn)紅外區(qū)域則有特征吸收峰。 4.離子晶體結(jié)構(gòu) Ionic CrystalIA族堿金屬元素Li、Na、K、Rb、CsA鹵族金屬元素F、Cl、Br、I元素周期表陶瓷

45、材料(Ceramics)的晶體結(jié)構(gòu)，大多屬離子晶體，部分則為共價(jià)晶體典型的離子晶體1.Pauling第一規(guī)則負(fù)離子配位多面體規(guī)則在離子晶體中，正離子（cations）的周?chē)纬梢粋€(gè)負(fù)離子（anions)配位多面體，正負(fù)離子間的平衡距離取決于離子半徑之和，而正離子的配位數(shù)則取決于正負(fù)離子的半徑比。r+/r- 00.155 0.1550.255 0.2550.414 0.4140.732 0.7321 1配位數(shù) 2 3 4 6 8 12形狀 啞鈴狀 三角形 四面體 八面體 立方體 立方八面體2. Pauling第二規(guī)則電價(jià)規(guī)則離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則 Pauling運(yùn)用離子鍵理論，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)了如下

46、規(guī)則負(fù)離子電價(jià)正離子靜電強(qiáng)度配位數(shù)正離子電荷3. Pauling第三規(guī)則負(fù)離子多面體共用頂、棱和面規(guī)則 在一個(gè)配位結(jié)構(gòu)中，共用棱特別是共用面的存在，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低。對(duì)電價(jià)高，配位數(shù)低的正離子，此效應(yīng)尤為顯著共用一個(gè)頂點(diǎn)共用棱共用面四面體兩四面體中心距離為10.580.33八面體兩八面體中心距離為10.710.584. Pauling第四規(guī)則不同種類(lèi)正離子多面體間連接規(guī)則 在含多種正負(fù)離子的離子晶體中，電價(jià)高、配位數(shù)低的正離子配位多面體間，盡量互不結(jié)合5. Pauling第五規(guī)則節(jié)約規(guī)則 同一晶體同種正離子與同種負(fù)離子的結(jié)合方式應(yīng)最大限度的趨于一致 典型離子晶體結(jié)構(gòu)有：AB、AB2、A2B3、A

47、B2O4一、 NaCl （Sodium Chloride）型結(jié)構(gòu) Rock Salt structure由 Na 和 Cl 各自組成的兩個(gè)fcc疊加而成的：其中一個(gè)不動(dòng)，而另一個(gè)fcc的所有陣點(diǎn)都相對(duì)于第一個(gè)點(diǎn)陣平移一個(gè)點(diǎn)陣矢量：每個(gè)Na被6個(gè) Cl 所包圍，反之亦然，即配位數(shù)為6。每個(gè)原胞中只含一個(gè) NaCl 分子。屬于這類(lèi)結(jié)構(gòu)的還有 KCl、LiF、PbS；氧化物：MgO、CaO、BaO、CdO、MnO、 FeO、CoO、 NiO；氮化物：TiN、NaN、ScN 、CrN、 ZrN ；碳化物：TiC 等。二、螢石（CaF2）型結(jié)構(gòu)Fluorite Crystal Structure 屬 f

48、 c c 晶格（a=0.545nm），Ca2+處在立方體的頂角和各面心位置，形成fcc結(jié)構(gòu)，F(xiàn)-填充了全部的四面體空隙，構(gòu)成了FCa4四面體。若F作簡(jiǎn)單立方堆積，Ca2+ 填于半數(shù)的立方體空隙中，則構(gòu)成CaF8立方體，Ca2+ 配位數(shù)為8，立方體之間共棱連接。 Ca2+ 構(gòu)成一套完整的面心立方格子；F-構(gòu)成了兩套 fcc 格子，它們?cè)隗w對(duì)角線(xiàn)1/4和3/4處互相穿插而成。屬 CaF2 型結(jié)構(gòu)的化合物有ThO2、CeO2、UO2等，ZrO2可以看成是扭曲的 CaF2 型結(jié)構(gòu)。三、氯化銫型結(jié)構(gòu) Cesium Chloride StructureCs+ 和 Cl 各自組成簡(jiǎn)單立方，套配而成的復(fù)式簡(jiǎn)單

49、立方點(diǎn)陣，而不是體心立方點(diǎn)陣。在 CsCl 結(jié)構(gòu)的一個(gè)晶胞中只包含一個(gè)基元一個(gè) CsCl 分子，故其晶胞即為原胞，屬于CsCl型結(jié)構(gòu)的還有TlBr, TlI等。四 、-Al2O3 (剛玉)型結(jié)構(gòu) 屬三方晶系(菱方)，O-處于密排六方結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)上，而Al+則位于八面體空隙中，只填滿(mǎn)空隙的2/3，因此，每三個(gè)相鄰的八面體空隙，有一個(gè)是空著的。還要求鋁離子之間的間距最大。每一個(gè)Al+被6個(gè)O所包圍，而每一個(gè)O-同時(shí)被四個(gè)鋁氧八面體AlO6所共有，配位數(shù)6：4。 屬于剛玉型結(jié)構(gòu)的化合物有-Fe2O3、-Cr2O3、-Ga2O3。 (a) 晶體結(jié)構(gòu) (b)密堆積模型 圖：-Al2O3的結(jié)構(gòu) ABO3 ：

50、 CaTiO3(鈣鈦礦)型 CaCO3(方解石)型結(jié)構(gòu) 圖：鈣鈦礦型結(jié)構(gòu) (a)晶胞結(jié)構(gòu) (b)配位多面體的連接和Ca2+配 位數(shù)為12的情況圖：尖晶石的單位晶胞 AB2O4 ： MgAl2O4 尖晶石(Spinel) 五硅酸鹽(Silicate)晶體結(jié)構(gòu) 基本特點(diǎn)：基本結(jié)構(gòu)單元SiO44-四面體Silicon-oxygen tetrahedron 每個(gè)O2-最多只能為兩個(gè)SiO44-四面體所共有 可共用四面體頂點(diǎn)彼此連接成單鏈、雙鏈或成層狀、網(wǎng)狀復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不能共棱和共面連接，且同一類(lèi)硅酸鹽中SiO44-四面體間連接只有1種 SiO44-四面體中的Si-O-Si結(jié)合鍵 通常呈鍵角為145的折線(xiàn)

51、。 圖： SiO44-四面體 按SiO44-的不同組合分為1.孤島狀硅酸鹽 特點(diǎn) ：SiO44-以孤立態(tài)存在，即SiO44-只通過(guò)與其他正離子連接，而使化合物達(dá)到飽和，可以是單一四面體，成對(duì)或環(huán)狀四面體 Mg2SiO4鎂橄欖石(forsterite) 2.組群狀硅酸鹽 特點(diǎn)：通過(guò)共用氧而連接成2個(gè)，3個(gè)，4個(gè)或6個(gè)硅氧組群。 圖：孤立的有限硅氧四面體群的各種形狀3.鏈狀硅酸鹽 特點(diǎn)：通過(guò)橋氧在一維方向伸展或單鏈或雙鏈 圖：鏈狀硅酸鹽結(jié)構(gòu) (a) 單鏈 (b)雙鏈 4.層狀硅酸鹽 特點(diǎn)：SiO44-的某一面在平面內(nèi)以共用頂點(diǎn)方式連接成六角對(duì)稱(chēng)的二維結(jié)構(gòu)即層狀結(jié)構(gòu)。 5.架狀硅酸鹽 特點(diǎn)：每個(gè)Si

52、O44-四面體中的氧離子全部都被共用。SiO44-四面體連成無(wú)限六元環(huán)狀。圖：層狀硅酸鹽中的四面體 5.共價(jià)晶體結(jié)構(gòu) Covalent Crystal 周期表中族元素C. Si. Ge. Sn的晶體 屬于共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)原子間以共價(jià)鍵結(jié)合 其特點(diǎn)是共用價(jià)電子使原子的外殼層滿(mǎn)足穩(wěn) 定的8個(gè)電子，故在共價(jià)晶體中，符合8-N原則 （N為該原子的價(jià)電子數(shù)）具有飽和性 一、金剛石結(jié)構(gòu) 碳的價(jià)電子數(shù)為4，按8-N規(guī)則，其配位數(shù)為8-4=4 復(fù)雜立方晶體結(jié)構(gòu) (a) 共價(jià)鍵 (b)晶胞 (c)底面上的投影 圖: 金剛石結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)可視為兩個(gè)面心立方晶胞沿體對(duì)角線(xiàn)相對(duì)位移1/4長(zhǎng)度穿插而成。碳原子在胞內(nèi)除按fcc排

53、列之外，在相當(dāng)于fcc內(nèi)四個(gè)四面體間隙位置處還各有一個(gè)碳原子，故每個(gè)晶胞內(nèi)原子數(shù)為8。二SiO2結(jié)構(gòu) 高溫時(shí)呈面心立方結(jié)構(gòu)，在SiO2單胞中每一個(gè)Si原子與金剛石中C原子的排布方式相同，每一Si原子被4個(gè)O原子所包圍，而每個(gè)O原子則介于兩個(gè)Si原子之間，起著搭橋作用連接著兩個(gè)四面體。SiO2在空間形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。單胞共有24個(gè)原子，8個(gè)Si4+16個(gè)O2-，簡(jiǎn)化成面心立方點(diǎn)陣時(shí)每一陣點(diǎn)包含6個(gè)原子(4O2-+2Si4+)。 在SiC晶體結(jié)構(gòu)與金剛石結(jié)構(gòu)相同，只不過(guò)Si原子取代了復(fù)雜立方晶體結(jié)構(gòu)中位于四面體間隙中的C原子。圖：第VA族元素As,Sb,Bi的晶體結(jié)構(gòu)三A.A族的亞金屬 如砷(As)、

54、碲(Te)等根據(jù)配位數(shù)8-N規(guī)則，相鄰原子以共價(jià)鍵結(jié)成鏈狀或?qū)訝钆帕薪Y(jié)構(gòu)，而各層或鏈之間則以金屬鍵或范德華鍵結(jié)合。As、Sb、Bi的晶體結(jié)構(gòu)屬菱方結(jié)構(gòu)（A7），配位數(shù)為3。 6.聚合物晶態(tài)結(jié)構(gòu) Polymer Crystal Structure 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)晶態(tài)結(jié)構(gòu)非晶態(tài)(無(wú)定形)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)聚合物晶態(tài)總是包含一定量的非晶相；聚集態(tài)結(jié)構(gòu)不僅與大分子鏈本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且強(qiáng)烈地依賴(lài)于外界條件。 當(dāng)聚合物的一次和二次結(jié)構(gòu)規(guī)則簡(jiǎn)單的以及分子鍵作用力強(qiáng)的大分子易于形成晶體結(jié)構(gòu)。 與一般低分子晶體相比，聚合物晶體具有不完善、無(wú)完全確定的熔點(diǎn)結(jié)晶速度慢的特點(diǎn)。 聚合物晶體結(jié)構(gòu)包括晶胞結(jié)構(gòu)、晶體中大分子鏈的形態(tài)以及單晶和多晶的形態(tài)等。 （三次結(jié)構(gòu)） 一、晶胞結(jié)構(gòu)因平行于和垂直于大分子鏈方向的原子間距離是不同的，使得聚合物不能以立方晶系的形式存在，聚合物晶胞結(jié)構(gòu)和晶胞參數(shù)與大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)、構(gòu)象及結(jié)晶條件有關(guān)。晶胞中，大分子鏈可采用不同的構(gòu)象（形態(tài)）。聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、滌綸、聚酰胺等晶胞中，大分子鏈大都呈平面鋸齒；而聚四氟乙烯、等規(guī)聚烯等晶胞中大分子鏈呈螺旋形態(tài)。 圖：聚丙烯的形態(tài)和在晶胞中的排列圖：