材料科學(xué)基礎(chǔ)-課件

材料科學(xué)基礎(chǔ)TheFundamentals(Elements,Principles)ofMaterialsScienceAnIntroductionto

MaterialsScience珣戎詠華沈耀實(shí)驗(yàn)孟二扣李曉玲

材料科學(xué)基礎(chǔ)TheFundamentals(Element1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)處不有前言

Introduction材料(Materials)是國(guó)2我國(guó)材料的歷史進(jìn)程

(Historicalperspective)漫長(zhǎng)而又曲折的歷程：石斧我國(guó)材料的歷史進(jìn)程

(Historicalperspect3

4湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍5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6古代科技名著：“考工記”（先秦）、“夢(mèng)溪筆談”（宋代沈括）、

“天工開(kāi)物”（明代宋應(yīng)星）明代后：封建統(tǒng)治、帝國(guó)主義侵略束縛了材料的發(fā)展停滯狀態(tài)解放后：材料科學(xué)受到重視和發(fā)展，被列為現(xiàn)代技術(shù)三大支柱之一。一整套材料體系門(mén)類(lèi)全齊數(shù)量質(zhì)量鋼鐵突破兩億七千萬(wàn)噸世界第一原子彈、氫彈、人造衛(wèi)星、火箭長(zhǎng)征三號(hào)運(yùn)載火箭在發(fā)射架上的圖片寶鋼高爐古代科技名著：“考工記”（先秦）、“夢(mèng)溪筆談”（宋代沈括）7材料分類(lèi)(ClassificationofMaterials)材料分類(lèi)(ClassificationofMateria8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9材料的微觀結(jié)構(gòu)（MicrostructureofMaterials）

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

材料的微觀結(jié)構(gòu)10第一章原子結(jié)構(gòu)和鍵合

AtomicStructureandInteratomicBonding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)

（AtomicStructure）一、物質(zhì)的組成（SubstanceConstruction）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=0.2nmM(H2)為2M（protein）為百萬(wàn)原子（Atom）：化學(xué)變化中最小微粒第一章原子結(jié)構(gòu)和鍵合

AtomicStructu11二、原子的結(jié)構(gòu)1879年J.JThomson發(fā)現(xiàn)電子（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Bohratomicmodel

二、原子的結(jié)構(gòu)1879年J.JThomson發(fā)現(xiàn)12描述原子中一個(gè)電子的空間和能量，可用四個(gè)量子數(shù)（quantumnumbers）表示描述原子中一個(gè)電子的空間和能量，可用四個(gè)量子數(shù)（quantu13核外電子的排布（electronconfiguration)規(guī)律核外電子的排布（electronconfiguration14三、元素周期表

（periodicTableoftheElements)元素（Element）：具有相同核電荷的同一類(lèi)原子總稱，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)（FreeState&CombinedForm)三、元素周期表

（periodicTableofthe15材料科學(xué)基礎(chǔ)-課件167個(gè)橫行（Horizontalrows)周期（period）按原子序數(shù)（AtomicNumber)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)Ⅷ族、1個(gè)零族（InertGases）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)（Valenceelectron）7個(gè)橫行（Horizontalrows)周期（period17※2原子間的鍵合

(

Bondingtypewithotheratom)一、金屬鍵（Metallicbonding）典型金屬原子結(jié)構(gòu)：最外層電子數(shù)很少，即價(jià)電子（valenceelectron）極易掙脫原子核之束縛而成為自由電子（Freeelectron），形成電子云（electroncloud）金屬中自由電子與金屬正離子之間構(gòu)成鍵合稱為金屬鍵特點(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※2原子間的鍵合(Bondingtypewitho18二、離子鍵（Ionicbonding)

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、共價(jià)鍵（covalentbonding）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二、離子鍵（Ionicbonding)特點(diǎn)：以離子而不是19四、范德華力（Vanderwaalsbonding)包括：靜電力(electrostatic)、誘導(dǎo)力(induction)和色散力(dispersiveforce)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（Hydrogenbonding）

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——?dú)錁蚪橛诨瘜W(xué)鍵與物理鍵之間，具有飽和性四、范德華力（Vanderwaalsbonding)包20※3高分子鏈（HighpolymerChain)※3高分子鏈（HighpolymerChain)21近程結(jié)構(gòu)（short-rangeStructure)一、結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成（theChemistryofmerunits)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)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、聚酚等近程結(jié)構(gòu)（short-rangeStructure)主鏈以223.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3.元素有機(jī)高分子硅橡膠主23二、高分子鏈結(jié)構(gòu)單元的鍵合方式（bondingtape）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)啟位置而不同二、高分子鏈結(jié)構(gòu)單元的鍵合方式（bondingtape）1242.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2.共聚物的序列結(jié)構(gòu)（Copolymers）25三、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）

三、高分子鏈的結(jié)構(gòu)（structure）不溶于任何溶劑，26四、高分子鏈的構(gòu)型（Molecularconfigurations）鏈的構(gòu)型系指分子中原子在空間的幾何排列，穩(wěn)定的，欲改變之須通過(guò)化學(xué)鍵斷裂才行四、高分子鏈的構(gòu)型（Molecularconfigurat27旋光異構(gòu)體（stereoisomerism）由烯烴單體合成的高聚物

在其結(jié)構(gòu)單元中有一不對(duì)稱C原子，故存在兩種旋光異構(gòu)單元，有三種排列方式旋光異構(gòu)體（stereoisomerism）28幾何異構(gòu)（Geometricalisomerism）

雙烯類(lèi)單體定向聚合時(shí)，可得到有規(guī)立構(gòu)聚合物。但由于含有雙鍵，且雙鍵不能旋轉(zhuǎn)，從而每一雙就可能有順式反式

兩種異構(gòu)體之分，對(duì)于大分子鏈而言就有稱為幾何異構(gòu)二甲基丁二烯

二甲基丁二烯

幾何異構(gòu)（Geometricalisomerism）順式29遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)（Long-rangeStructure)一、高分子的大小（MolecularSize）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)量遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)（Long-rangeStructure)一、高分30高分子鏈中重復(fù)單元數(shù)目稱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，高分子鏈中重復(fù)單元數(shù)目稱為聚合度不僅影響高分子溶液和熔體的流31二、高分子的形狀（Molecularshape）主鏈以共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)，有一定鍵長(zhǎng)d和鍵角θ，每個(gè)單鍵都能內(nèi)旋轉(zhuǎn)（Chaintwisting）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)均方根三、影響高分子鏈柔性的主要因素（themaininfluencingfactorsonthemolecularflexibility）高分子鏈能改變其構(gòu)象的性質(zhì)稱為柔性（Flexibility）

二、高分子的形狀（Molecularshape）三、影響高32習(xí)題第一章1.原子核外電子的空間位置和能量，應(yīng)從哪幾方面來(lái)進(jìn)行描述？核外電子的排布應(yīng)遵循哪些規(guī)律？2.用原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)，說(shuō)明元素周期表里的“周期”和“族”是按什么劃分的？對(duì)于同周期和同主族元素而言，元素的金屬性和非金屬性是怎么遞變的？Ag和Au的電子結(jié)構(gòu)類(lèi)似，你認(rèn)為何者較穩(wěn)定？為什么？3.已知某元素原子序數(shù)為32，根據(jù)原子的電子結(jié)構(gòu)知識(shí)，試指出它屬于哪個(gè)周期，哪一族，是什么元素。4.原子間的結(jié)合鍵共有幾種？其特點(diǎn)如何？5.鉻的原子序數(shù)為24，它共有四種同位素：4.31％的Cr原子含有26個(gè)中子，83.76％含有28個(gè)中子，且2.38％含有30個(gè)中子，試求鉻的原子量習(xí)題第一章336.鉑的原子序數(shù)為78，它在5d電子亞層中只有9個(gè)電子，并且在5f電子亞層中沒(méi)有電子，試從原子結(jié)構(gòu)來(lái)決定出Pt的價(jià)數(shù)。7.右下圖繪出三類(lèi)材料——金屬、離子晶體和以范德瓦爾鍵結(jié)合的材料之能量—距離曲線，試指出它們代表何種材料。8.簡(jiǎn)述高分子鏈結(jié)構(gòu)（包括近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)）熱塑性和熱周期性樹(shù)脂的特點(diǎn)。E6.鉑的原子序數(shù)為78，它在5d電子亞層中只有9個(gè)電子，34第二章固體結(jié)構(gòu)（SolidStructure）金的AFM照片第二章固體結(jié)構(gòu)（SolidStructure）金的AF35※

1晶體學(xué)基礎(chǔ)（BasisFundamentalsofcrystallography）

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（periodicrepeatedarray），即存在長(zhǎng)程有序（long-rangeorder）性能上兩大特點(diǎn)：固定的熔點(diǎn)（meltingpoint）,各向異性（anisotropy）※

1晶體學(xué)基礎(chǔ)36一、晶體的空間點(diǎn)陣（Spacelattice）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)latticepoint），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（spacelattice）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（Unitecells）

代表性的基本單元（最小平行六面體）smallrepeatentities選取晶胞的原則：

Ⅰ)選取的平行六面體應(yīng)與宏觀晶體具有同樣的對(duì)稱性；Ⅱ）平行六面體內(nèi)的棱和角相等的數(shù)目應(yīng)最多；Ⅲ）當(dāng)平行六面體的棱角存在直角時(shí)，直角的數(shù)目應(yīng)最多；Ⅳ）在滿足上條件，晶胞應(yīng)具有最小的體積。

一、晶體的空間點(diǎn)陣（Spacelattice）選取晶胞的原37簡(jiǎn)單晶胞（初級(jí)晶胞）：只有在平行六面體每個(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)簡(jiǎn)單晶胞（初級(jí)晶胞）：只有在平行六面體每個(gè)頂角上有一陣點(diǎn)38

3.晶系與布拉菲點(diǎn)陣（CrystalSystemandBravaisLattice）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Triclinica≠b≠c，α≠β≠γ單斜Monoclinica≠b≠c，α=γ=90o≠β正交Orthorhombica≠b≠c，α=β=γ＝90o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Hexagonala1=a2＝a3≠c，α=β＝90o，γ=120o菱方Rhombohedrala=b=c,α=β=γ≠90o四方（正方）Tetragonala=b≠c,α=β=γ＝90o立方Cubica=b=c，α=β=γ＝90o簡(jiǎn)單六方簡(jiǎn)單菱方簡(jiǎn)單四方體心四方簡(jiǎn)單立方體心立方面心立方3.晶系與布拉菲點(diǎn)陣（CrystalSystem39底心單斜簡(jiǎn)單三斜簡(jiǎn)單單斜底心單斜簡(jiǎn)單三斜簡(jiǎn)單單斜40底心正交簡(jiǎn)單正交面心正交體心正交底心正交簡(jiǎn)單正交面心正交體心正交41簡(jiǎn)單菱方簡(jiǎn)單六方簡(jiǎn)單四方體心四方簡(jiǎn)單菱方簡(jiǎn)單六方簡(jiǎn)單四方體心四方42簡(jiǎn)單立方體心立方面心立方簡(jiǎn)單立方體心立方面心立方434.晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣

4.晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣44二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)（MillerIndicesofCrystallographicDirectionandPlanes）1．陣點(diǎn)坐標(biāo)晶向族<uvw>：具有等同性能的晶向歸并而成；（x,y,z）,(x1,x2,x3)二點(diǎn)連線的晶向指數(shù)：[x2-x1,y2-y1,z2-z1]*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)，作直線與待求晶向平行；3）

在該直線上任取一點(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)[uvw]即是。（代表一組互相平行，方向一致的晶向）2.晶向指數(shù)（Orientationindex）二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶向族<uvw>：具有等同性能的晶45晶面族{hkl}中的晶面數(shù)：a）hkl三個(gè)數(shù)不等，且都≠0，則此晶面族中有b）hkl有兩個(gè)數(shù)字相等且都≠0，則有，如{112}c)hkl三個(gè)數(shù)相等，則有，d）hkl

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)（hkl）即是。（代表一組互相平行的晶面；指數(shù)相同符號(hào)相反晶面互相平行）晶面族{hkl}：晶體學(xué)等價(jià)的晶面總合。3.晶面指數(shù)（IndicesofCrystallographicPlane）晶面族{hkl}中的晶面數(shù)：求法：3.晶面指數(shù)（Indi464.六方晶系指數(shù)（Indicesofhexagonalcrystalsystemorhexagonalindices）

三坐標(biāo)系四軸坐標(biāo)系a1，a2，ca1，a2，a3，c120°

120°

120°

4.六方晶系指數(shù)三坐標(biāo)系47材料科學(xué)基礎(chǔ)-課件485.晶帶（Crystalzone）

所有相交于某一晶向直線或平行于此直線的晶面構(gòu)成一個(gè)“晶帶”（crystalzone）此直線稱為晶帶軸（crystalzoneaxis），所有的這些晶面都稱為共帶面。晶帶軸[nvw]與該晶帶的晶面（hkl）之間存在以下關(guān)系

hu＋kv＋lw＝0————晶帶定律

凡滿足此關(guān)系的晶面都屬于以[hkl]為晶帶軸的晶帶5.晶帶（Crystalzone）496．晶面間距（Interplanarcrystalspacing）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（hkl）晶面的法線，則法線被最近的（hkl）面所交截的距離即是6．晶面間距（Interplanarcrystalspa50上述公式僅適用于簡(jiǎn)單晶胞,對(duì)于復(fù)雜晶胞則要考慮附加面的影響

fact當(dāng)（hkl）不為全奇、偶數(shù)時(shí)，有附加面：

通常低指數(shù)的晶面間距較大，而高指數(shù)的晶面間距則較小bcc當(dāng)h＋k＋l＝奇數(shù)時(shí)，有附加面：

六方晶系

立方晶系：上述公式僅適用于簡(jiǎn)單晶胞,對(duì)于復(fù)雜晶胞則要考慮附加面的影響51點(diǎn)群（pointgroup）—晶體中所有點(diǎn)對(duì)稱元素的集合根據(jù)晶體外形對(duì)稱性，共有32種點(diǎn)群空間群（spacegroup）—晶體中原子組合所有可能方式根據(jù)宏觀、微觀對(duì)稱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）

三、晶體的對(duì)稱性

crystallinesymmetrysymmetrizationof

crystals若干個(gè)相同部分

假想的幾何要素，變換重合復(fù)原對(duì)稱性——晶體的基本性質(zhì)

對(duì)稱性元素（symmetryelements）

點(diǎn)群（pointgroup）—晶體中所有點(diǎn)對(duì)稱元素的集合三52四、極射投影Stereographicprojection

極射投影原理（principle）

參考球，極點(diǎn)、極射面、大圖、基圖

Wulff網(wǎng)（wullfnet）經(jīng)線、緯線、2o等分沿赤道線沿基圓讀數(shù)只有兩極點(diǎn)位于吳氏經(jīng)線或赤道上才能正確度量晶面、晶向間夾角標(biāo)準(zhǔn)投影：以某個(gè)晶面//投影面作出極射投影圖。（001）四、極射投影Stereographicprojectio53五、倒易點(diǎn)陣（Reciprocallattice）布拉格方程：

nλ=2dsinθ尋求一種新的點(diǎn)陣（抽象），使其每一陣點(diǎn)對(duì)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

五、倒易點(diǎn)陣（Reciprocallattice）a*,b54習(xí)題1.標(biāo)出出面心立方晶胞中（111）面上各點(diǎn)的坐標(biāo)，(320)、(112)面及[110]、[011]、[112]、[211]方向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{111}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)面和[1120]、[2111]方向5.正交點(diǎn)陣中畫(huà)出以[001]為晶帶軸的所有晶面習(xí)題55※2金屬的晶體結(jié)構(gòu)（CrystalStructureofMetals）

體心立方點(diǎn)陣面心立方點(diǎn)陣密排六方點(diǎn)陣※2金屬的晶體結(jié)構(gòu)體心立方點(diǎn)陣面心立方點(diǎn)陣密排六方點(diǎn)陣56表2.5三種典型金屬結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特點(diǎn)

表2.5三種典型金屬結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特點(diǎn)57晶胞中的原子數(shù)（Numberofatomsinunitcell）

點(diǎn)陣常數(shù)（latticeparameter）a，c原子半徑（atomicradius）R配位數(shù)（coordinationnumber）N致密度（Efficiencyofspacefilling）

軸比（axialratio）c/a晶胞中的原子數(shù)（Numberofatomsinuni58堆垛（Stacking）密排結(jié)構(gòu)（close-packedcrystalstructure）最密排面(close-packedplaneofatoms)fcc{111}ABCABCABC······hcp{0001}ABABABAB······堆垛（Stacking）59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)中的間隙間隙（Interstice）fcc，hcp間隙為正多面體，60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)中的間隙圖2.33體心立方結(jié)構(gòu)中的間隙圖2.34密排61多晶型轉(zhuǎn)變（allotropictransformation）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變多晶型轉(zhuǎn)變（allotropictransformatio62一.固溶體Solidsolution

固溶體：溶質(zhì)原子(soluteatom)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

Substitutionalsolidsolution間隙固溶體

Interstitialsolidsolution按溶質(zhì)原子位置分固溶體※3合金的相結(jié)構(gòu)

PhaseconstitutionofAlloys固溶體SolidSolution中間相Intermidiatephase

合金相(Phase)一.固溶體Solidsolution置換固溶體間隙固溶63有序ordered無(wú)序disordered按原子排列秩序第一類(lèi)固溶體primarysolidsolution第二類(lèi)固溶體secondarysolidsolution按溶劑（solvent）類(lèi)別分無(wú)限completesolubility有限limited按固溶度（solidsolubility）分有序ordered無(wú)序disordered641.置換固溶體Substitutionalsolidsolution

溶質(zhì)原子置換了部分的溶劑原子影響溶解度的因素：ⅰ)組元的晶體結(jié)構(gòu)crystalstructureofcomponents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ⅱ）原子尺寸因素thesizefactoreffectΔr＜14～15％才有可能形成溶解度較大甚至無(wú)限固溶的固溶體

ⅲ）化學(xué)親和力（電負(fù)性因素）theelectrochemicaleffect

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

ⅳ）電子濃度（原子價(jià)因素）therelativevalencyeffect

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)1.置換固溶體Substitutionalsolids65NbMoRhPd56910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)）Cu3820127Ag4220127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）：以原子中相當(dāng)于惰性氣體的滿殼層以外的全部電子數(shù)（s＋p＋d)來(lái)計(jì)算：CriticalelectronconcentrationAveragegroupnumberNbMoRhPd66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（R<0.1nm）如：HBCNO0.0460.0970.0770.0710.060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α-Fe（bcc）0.0218wt%ν-Fe(fcc)2.11wt%2.間隙固溶體Interstitialsolidsolution2.間隙固溶體Interstitialsolidso67原子偏聚

atomsegregation短程有序

shortrangeorder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原子的幾率完全有序短程有序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Orderedsolidsolution原子偏聚atomsegregation短程有序shor68長(zhǎng)程有序固溶體（LongRangeOrder）——超結(jié)構(gòu)（superlattice,superstructure）超結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型fccCuAuⅠ型385℃以下形成

CuAuⅡ型385～410℃以下形成

長(zhǎng)程有序固溶體（LongRangeOrder）超結(jié)構(gòu)的結(jié)69b）bccFe-AlCuZnc)hcpMg-CdCu3AuⅠ型390℃有序化b）bccFe-AlCuZnc)hcp70長(zhǎng)程有序參數(shù)

或P——A(或B）原子正確位置上出現(xiàn)A（B）原子幾率完全有序時(shí)P＝1S＝1α→最大值完全無(wú)序時(shí)P＝XAS＝1α＝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:Au＝3:1或1:1時(shí)完全有序有序化影響因數(shù)長(zhǎng)程有序參數(shù)或P——A(或B）原子正確位置上出現(xiàn)A（B）原714.固溶體的性質(zhì)Propertiesofthesolidsolution⑴點(diǎn)陣畸變點(diǎn)陣常數(shù)間隙原子⑵固溶強(qiáng)化HV，⑶物理化學(xué)性能ρμ電極電位

⑷有序化影響ρHV磁性4.固溶體的性質(zhì)72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，故通常把這些相稱為中間相。金屬化合物（metallicCompounds)金屬間化合物（IntermetallicCompounds)二中間相IntermediatePhase金屬化合物（metallicCompounds)二中間相73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（electrochemicalcompounds）M＋Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ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，Mg2Ge，Mg2Si如CuZn,Fe3C中間相的特征：具有不同于組元的晶體結(jié)構(gòu)中間相的形成和晶體結(jié)構(gòu)74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electroncompoundsHume－RotteryⅠBⅡBⅢAⅣA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)型相同負(fù)電性差愈大，化合物愈穩(wěn)定，愈趨于離子鍵結(jié)合A2B（或AB275e/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SizefactorCompounds(1)間隙相和間隙化合物InterstitialPhaseandCompounds過(guò)渡族金屬←C、H、N、O、B（r<0.1nm）e/a電子化合物不符合化合價(jià)76a)間隙相InterstitialPhase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密堆結(jié)構(gòu)(fcc和hcp)八面體間隙非金屬原子填滿密堆結(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a)間隙相InterstitialPhase簡(jiǎn)單晶體結(jié)77b）間隙化合物InterstitialCompounds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）

Fe－Fe呈金屬鍵，F(xiàn)e－C即有金屬鍵也有離子鍵M7C3：如Cr7C3M23C6：如Cr23C6M6C：如Fe3W3C，F(xiàn)e4W2C

屬正交晶系a＝4.524?b＝5.089?c＝6.743?b）間隙化合物InterstitialCompounds78(2)拓?fù)涿芏严郥opologicalclose-packedphase

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16①配位多面體：把晶體點(diǎn)陣中一個(gè)原子周?chē)罱徳拥闹行谋舜擞弥本€連接起來(lái)所構(gòu)成的多面體特點(diǎn)：凸出的面，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(2)拓?fù)涿芏严郥opologicalclose-pac79②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：36，63，3·6·3·6，32·4·3·4②原子密堆層36，63，3·6·3·6，80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Mg合金中它是重要的強(qiáng)化相。b）TCP相舉例Ⅰ）Lavers相（LavesPhase）

MgCu2,MgZn2,MgNi2復(fù)雜立方復(fù)雜六方復(fù)雜六方如Ⅱ）σ相（SigmaPhase）

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，使塑性惡化典型分子式AB2理論上原子半徑比b）TCP相舉例M81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和bcc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8.9×103Kg/m3。相對(duì)原子質(zhì)量為63.546，求銅的原子半徑。5.a）按晶體的剛球模型，若球的直徑不變，當(dāng)Fe從fcc轉(zhuǎn)變?yōu)閎cc時(shí)，計(jì)算其體積膨脹多少？

b）經(jīng)x射線衍射測(cè)定，在912℃時(shí)α－Fe的a＝0.2892nm，γ－Fe的a＝0.3633nm，計(jì)算從γ－Fe轉(zhuǎn)變?yōu)棣粒璅e時(shí)，其體積膨脹為多少？與a）相比，說(shuō)明其差別原因。習(xí)題：826.根據(jù)下表所給之值，確定哪一種金屬可以作為溶質(zhì)與Ti形成溶解度較大的固溶體：Tihcpa=0.295nmBehcp0.228Alfcc0.404Vbcc0.304Crbcc0.2887.Cu-Zn及Cu－Sn組成固溶體最多可含多少百分比的Zn或Sn？若Cu中已溶入10％Zn（at％），最多還可以固溶多少Sn？8.試對(duì)比分析間隙固溶體與間隙相形成條件的異同。結(jié)構(gòu)與性能的特點(diǎn)。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Tih83這類(lèi)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)侖作用結(jié)合。例如NaCl晶體Na＋、Cl－為單元結(jié)合成的。陶瓷材料(Ceramics)的晶體結(jié)構(gòu)，大多屬離子晶體，部分則為共價(jià)晶體。離子鍵沒(méi)有方向性和飽和性離子晶體的配位數(shù)也較高典型結(jié)構(gòu)有四種：AB、AB2、A2B3、AB2O4※4.離子晶體結(jié)構(gòu)IonicCrystalIA族堿金屬元素Li、Na、K、Rb、CsⅦA鹵族金屬元素F、Cl、Br、I元素周期表典型的離子晶體這類(lèi)晶體是以正離子（cation)、負(fù)離子(anions)841.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-0~0.1550.155~0.2550.255~0.4140.414~0.7320.732~11配位數(shù)2346812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)正離子電荷離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則

Pauling運(yùn)用離子鍵理論，在實(shí)853.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10.710.583.Pauling第三規(guī)則－負(fù)離子多面體共用頂、棱和面規(guī)則864.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

4.Pauling第四規(guī)則－不同種類(lèi)正離子多面體間連接規(guī)則87一、NaCl（SodiumChloride）型結(jié)構(gòu)RockSaltstructure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。一、NaCl（SodiumChloride）型結(jié)構(gòu)每個(gè)88二、熒石（CaF2）型結(jié)構(gòu) FluoriteCrystalStructure屬fcc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。即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)。二、熒石（CaF2）型結(jié)構(gòu) FluoriteCrystal89三、氯化銫型結(jié)構(gòu)CesiumChlorideStructureCs+和Cl—各自組成簡(jiǎn)單立方，套配而成的復(fù)式簡(jiǎn)單立方點(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。三、氯化銫型結(jié)構(gòu)CesiumChlorideStru90四、

-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。

圖：

-Al2O3的結(jié)構(gòu)

(a)晶體結(jié)構(gòu)(b)密堆積模型

91離子晶體依靠較強(qiáng)的靜電庫(kù)侖力而結(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)，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。

ABO3：

CaTiO3(鈣鈦礦)型結(jié)構(gòu)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的情況離子晶體依靠較強(qiáng)的靜電庫(kù)侖力而結(jié)合，故結(jié)構(gòu)甚為穩(wěn)固。它的結(jié)合92圖：尖晶石的單位晶胞

AB2O4：

MgAl2O4

尖晶石(Spinel)

圖：尖晶石的單位晶胞AB2O4：93五．硅酸鹽(Silicate)晶體結(jié)構(gòu)

基本特點(diǎn)：基本結(jié)構(gòu)單元[SiO4]4-四面體Silicon-oxygentetrahedron

每個(gè)O2-最多只能為兩個(gè)[SiO4]4-四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[SiO4]4-四面體間連接只有1種[SiO4]4-四面體中的Si-O-Si結(jié)合鍵通常呈鍵角為145o的折線。

圖：[SiO4]4-四面體

基本特點(diǎn)：圖：[SiO4]4-四面體94按[SiO4]4-的不同組合分為1.孤島狀硅酸鹽特點(diǎn)：[SiO4]4-以孤立態(tài)存在，即[SiO4]4-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Mg2[SiO4]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按[SiO4]4-的不同組合分為圖：孤立的953.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)雙鏈圖：鏈狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)964.層狀硅酸鹽特點(diǎn)：[SiO4]4-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)[SiO4]4-四面體中的氧離子全部都被共用。[SiO4]4-四面體連成無(wú)限六元環(huán)狀。圖：層狀硅酸鹽中的四面體4.層狀硅酸鹽圖：層狀硅酸鹽中的四面體97※5.共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)

CovalentCrystal

周期表中Ⅳ族元素C.Si.Ge.Sn的晶體屬于共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)。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)該結(jié)構(gòu)可視為兩個(gè)面心立方晶胞沿體對(duì)角線相對(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。

(a)共價(jià)鍵(b)晶胞(c)底面上的投影圖:金剛石結(jié)構(gòu)※5.共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)CovalentCrystal98二．SiO2結(jié)構(gòu)

高溫時(shí)呈面心立方結(jié)構(gòu)，在單胞中每一硅原子被4個(gè)氧原子所包圍，而每個(gè)氧原子則介于兩個(gè)硅原子之間，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。二．SiO2結(jié)構(gòu)在SiC晶體結(jié)構(gòu)與金剛石結(jié)構(gòu)相同，只不99圖：第VA族元素