晶體幾何學基礎

晶體學基礎晶面間距倒易點陣三種典型的晶體結構晶面間距(d)：兩個相鄰的平行晶面間的垂直距離。對立方晶系而言：一般是晶面指數數值越小，其面間距較大，并且其陣點密度較大，而晶面指數數值較大的則相反。晶面間距晶面間距(d)公式：立方晶系：四方晶系：正交晶系：晶面間距晶面夾角的計算公式立方晶系正方晶系晶面間距(100)intersectswithaat1 bat￥

\(100) cat￥

(200)intersectswithaat1/2 bat￥

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(110)intersectswithaat1 bat1 \(110) cat￥

立方晶系中點陣常數與晶面的關系倒易點陣1）倒易點陣概念倒易點陣是一個古老的數學概念，最初德國晶體學家布拉未所采用，1921年愛瓦爾德發(fā)展了這種晶體學表達方法。正點陣：與晶體結構相關，描述晶體中物質的分布規(guī)律，是物質空間或正空間。倒易點陣：與晶體中的衍射現象相關，描述的是衍射強度的分布，是倒空間。倒易點陣是由正點陣派生出的幾何圖像，是晶體點陣的另一種表達形式?？梢詫⒕w點陣結構與其電子或X射線衍射斑點很好聯(lián)系起來。我們觀測到的衍射花樣實際上是滿足衍射條件的倒易點陣的投影。倒易點陣已成為解釋物質衍射現象、揭示晶體結構、以及理論研究中不可缺少的手段和工具倒易點陣La3Cu2VO9晶體的電子衍射圖倒易點陣的定義假設給定一個基矢為a,b,c的正點陣，則必然有一個倒易點陣與它相對應，記倒易晶胞的基矢為a*,b*,c*，兩者之間的關系為：分布將上式點乘a，b，c得到：a·a*=b·b*=c·c*=1

a·b*=a·c*=b·a*=b·c*=c·a*=c·b*=0

dababcc*c*

a,c*b;

c*=(a,b構成的平行四邊形的面積）/（晶胞體積）＝1/dab[001]*(001)倒易點陣的定義倒易點陣與正點陣正點陣晶胞基矢：a,b,c點陣矢量：

倒易點陣晶胞基矢：a*,b*,c*倒易點陣矢量：它的端點是hkl倒易陣點，如果h,k,l取遍所有整數值，既構成無窮盡的倒易點陣，正如正空間點陣矢量的端點處的陣點構成正點陣一樣。倒易點陣與正點陣對應關系1）單位是互為倒易的，正空間長度單位為nm,倒易空間的長度單位為1/nm.2）正點陣的晶胞形狀是互為倒易的，長軸變短軸，銳角變鈍角。倒易點陣的作法

首先求基矢，然后利用基矢繪圖。由a,b,c,α,β,γ求a*,b*,c*,α*,β*,γ*進而求倒易點陣.同樣可求得b*,c*。同樣可求得α

*,β

*。正空間七大晶系在倒易空間它的晶系仍然不變。正空間所有的矢量運算-埸論，在倒易空間均能用。對于一種正點陣，其倒易點陣是唯一的，與基矢的選取無關.

正、倒點陣在晶體幾何中的關系

正、倒點陣在晶體幾何中的關系1）正點陣中的一個方向[uvw]垂直與倒易點陣中的一個同名晶面（uvw）*,即[uvw]⊥（uvw）*。倒易點陣中的一個方向[hkl]*垂直于正點陣中的同名晶面(hkl).[hkl]*⊥(hkl)（證明）2）正點陣中，晶面（hkl）的面間距dhkl是其同名倒易矢量長度ghkl的倒數，即dhkl=1/ghkl;（證明）倒易點陣中，晶面（uvw）*的面間距duvw*是正點陣中同名矢量長度ruvw的倒數，即duvw*＝1/ruvw。課堂習題1.試求出立方晶系[111]晶帶的倒易點陣平面。解：利用晶帶定律：HU+KV+LW=0ⅰ，用試探法，根椐晶帶定律找出不共線的的兩個倒易點。代入晶帶定律檢證ⅱ，利用公式計算兩倒易點對應倒易矢量的長度和夾角。根椐點陣特征周期性，繪出晶帶其它的倒易點。

課堂習題已知兩個晶面（h1k1l1）,（h2k2l2）,即可利用晶帶軸定律，求出晶帶軸。h1k1l1h1k1l1u:v:w=h2k2l2h2k2l2例（－102）面與（－342）面的晶帶軸計算。晶帶與倒易面正空間倒空間晶帶正空間與倒空間對應關系圖晶帶與倒易面純金屬常見的晶體結構結構特點:以金屬鍵結合，失去外層電子的金屬離子與自由電子的吸引力。無方向性，對稱性較高的密堆結構。常見結構：體心立方bccBody-centeredcubic面心立方fccFace-centeredcubic密堆六方hcpHexagonal

close-packed體心立方1.晶胞原子數：每個晶胞包含的原子數目。BCC晶胞中,角上原子同時屬于8個相鄰的晶胞,因而每個晶胞占1/8；中心原子完全屬于這個晶胞。所以一個體心立方晶胞所含的原子數為2個。2.原子半徑：晶胞中相距最近的兩個原子之間距離的一半,或晶胞中原子密度最大的方向上相鄰兩原子之間距離的一半稱為原子半徑(r)。BCC的r與a之間的關系為：r＝3/4a

原子位置體心立方晶格的晶胞中,八個原子處于立方體的角上,一個原子處于立方體的中心,角上八個原子與中心原子緊靠。具有體心立方晶格的金屬有鉬(Mo)、鎢(W)、釩(V)、α-鐵(α-Fe,<912℃)等。體心立方晶胞特征：晶格常數：a=b=c,α=β=γ=90°

體心立方體心立方3.致密度：晶胞中所包含的原子所占有的體積與該晶胞體積之比稱為致密度。致密度越大,原子排列緊密程度越大。體心立方晶胞的致密度為：68％

4.配位數：晶體結構中任一原子與最近鄰且等距離的原子數目。BCC：8個體心立方原子位置立方體的八個頂角和體心

體心立方中原子排列面心立方原子位置：立方體的八個頂角和每個側面中心具有這種晶格的金屬有鋁(Al)、銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、γ-鐵(γ-Fe,912℃～1394℃)等面心立方中原子排列(d)甲烷晶體

四種具有面心立方點陣的晶體

密堆六方原子位置12個頂角、上下底心和體內3個

在密堆六方晶格中密排面為{0001}，密排方向為<1120>金屬：鎂(Mg)、鎘(Cd)、鋅(Zn)、鈹(Be)等三種晶體結構參數總結其他材料的晶體結構將兩個原子為一組，滿足面心立方關系。側面原子不在中心面心正方三斜晶體結構對性能的影響晶體結構對性能的影響Contrastinmechanicalbehaviorof(a)aluminum(relativelyductile)and(b)magnesium(relativelybrittle)resultingfromtheatomic-scalestructureComparisonofcrystalstructuresfor(a)aluminum(FCC)and(b)magnesium(HCP).成分晶體結構硬度導電性加工性能金剛石C立方晶系高不導電差石墨C六方晶系低導電好晶體結構對性能的影響ABCCBBBBCCCCCBBBAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAACCBAA（111）面原子排列平面示意圖[110]A層原子緊密排列，第二層可排B與C位置，但不可在第二層上同時排B與C位置BBB面心結構原子堆垛示意圖密排六方結構原子堆垛示意圖體心結構原子堆垛示意圖BBBBBBAAAAAAAAAAAAAAAAA體心立方堆垛：密排面為（110）ABABAB不是最密排結構BBBBAAAAAA[111]（110）面原子平面排列示意圖BBBBBB晶體結構中的間隙晶體結構中的間隙1．面心立方.八面體間隙：位置是立方體的正中心和每一個棱邊中心，其數目=1+12×1/4=4棱邊長設原子半徑為rA，間隙中能容納的最大圓球子半徑rB，則rB/rA=0.414晶體結構中的間隙b.面心立方四面體間隙：位于由一個頂角原子和三個面中心原子連接成的正四面體中心，數目為8，rB/rA=0.225晶體結構中的間隙3．體心立方八面體間隙：位于立方體每個面中心和每根棱中間，數目為6。間隙大小：<100>

rB/rA=0.15，<110>

rB/rA=0.633晶體結構中的間隙體心立方四面體間隙位于兩個體心原子和兩個頂角原子所組成的四面體中心，數目為12。rB/rA=0.29密排六方：與面心立方結構相比，這兩種結構的八面體和四面體的形狀完全相似，但位置不同，八面體間隙rB/rA=0.414四面體間隙rB/rA=0.225晶體結構中的間隙同素異構轉變（多型性）當外界條件（溫度壓力）改變時，元素的晶體結構可以發(fā)生轉變，這種性能稱作同素異晶性，或稱多型性，這種轉變則稱為同素異晶轉變或多型性轉變，轉變的產物叫同素異晶體。石墨的晶體結構金剛石的晶體結構C60的晶體結構晶體結構石墨金剛石C60晶體結構X衍射圖譜第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理第二節(jié)活塞式空壓機的結構和自動控制第三節(jié)活塞式空壓機的管理復習思考題單擊此處輸入你的副標題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請盡量言簡意賅的闡述觀點。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應用：

1.主機的啟動、換向；

2.輔機的啟動；

3.為氣動裝置提供氣源；

4.為氣動工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時間內所排送的相當第一級吸氣狀態(tài)的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor空壓機分類：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理容積式壓縮機按結構分為兩大類：往復式與旋轉式兩級活塞式壓縮機單級活塞壓縮機活塞式壓縮機膜片式壓縮機旋轉葉片式壓縮機最長的使用壽命-

----低轉速（1460RPM），動件少（軸承與滑片），潤滑油在機件間形成保護膜，防止磨損及泄漏，使空壓機能夠安靜有效運作；平時有按規(guī)定做例行保養(yǎng)的JAGUAR滑片式空壓機，至今使用十萬小時以上，依然完好如初，按十萬小時相當于每日以十小時運作計算，可長達33年之久。因此，將滑片式空壓機比喻為一部終身機器實不為過?；?葉)片式空壓機可以365天連續(xù)運轉并保證60000小時以上安全運轉的空氣壓縮機1.進氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.轉子及機殼間成為壓縮空間，當轉子開始轉動時，空氣由機體進氣端進入。2.轉子轉動使被吸入的空氣轉至機殼與轉子間氣密范圍，同時停止進氣。3.轉子不斷轉動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達到額定的壓力后由排氣端排出進入油氣分離器內。4.被壓縮的空氣壓力升高達到額定的壓力后由排氣端排出進入油氣分離器內。1.進氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉子及機殼間成為壓縮空間，當轉子開始轉動時，空氣由機體進氣端進入。2.轉子轉動使被吸入的空氣轉至機殼與轉子間氣密范圍，同時停止進氣。3.轉子不斷轉動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機是世界上最先進、緊湊型、堅實、運行平穩(wěn)，噪音低，是值得信賴的氣體壓縮機。螺桿式壓縮機氣路系統(tǒng)：

A

進氣過濾器

B

空氣進氣閥

C

壓縮機主機

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動疏水器的水分離器油路系統(tǒng)：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統(tǒng)：

P

冷凍壓縮機

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統(tǒng)

T

空氣出口過濾器螺桿式壓縮機渦旋式壓縮機

渦旋式壓縮機是20世紀90年代末期開發(fā)并問世的高科技壓縮機，由于結構簡單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長壽命等諸方面大大優(yōu)于其它型式的壓縮機，已經得到壓縮機行業(yè)的關注和公認。被譽為“環(huán)保型壓縮機”。由于渦旋式壓縮機的獨特設計，使其成為當今世界最節(jié)能壓縮機。渦旋式壓縮機主要運動件渦卷付，只有磨合沒有磨損，因而壽命更長，被譽為免維修壓縮機。

由于渦旋式壓縮機運行平穩(wěn)、振動小、工作環(huán)境安靜，又被譽為“超靜壓縮機”。

渦旋式壓縮機零部件少，只有四個運動部件,壓縮機工作腔由相運動渦卷付形成多個相互封閉的鐮形工作腔，當動渦卷作平動運動時，使鐮形工作腔由大變小而達到壓縮和排出壓縮空氣的目的?；钊娇諝鈮嚎s機的外形第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）工作循環(huán)：4—1—2—34—1吸氣過程

1—2壓縮過程

2—3排氣過程第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）

壓縮分類：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強對氣缸的冷卻，省功、對氣缸潤滑有益。二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）1.不存在假設條件2.與理論循環(huán)不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—殘存的氣體在活塞回行時，發(fā)生膨脹，使實際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動發(fā)生相撞。第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理表征Vc的參數—相對容積C、容積系數λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理2）進排氣閥及流道阻力的影響吸氣過程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理3）吸氣預熱的影響由于壓縮過程中機件吸熱，所以在吸氣過程中，機件放熱使吸入的氣體溫度升高，使吸氣的比容減小，造成吸氣量下降。預熱損失用溫度系數λt來衡量（0.90-0.95）。保證措施：加強對氣缸、氣缸蓋的冷卻，防止水垢和油污的形成。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理4）漏泄的影響內漏：排氣閥（回漏）；外漏：吸氣閥、活塞環(huán)、氣缸墊。漏泄損失用氣密系數λl來衡量（0.90-0.98）。保證措施：氣閥的嚴密閉合，氣缸與活塞、氣缸與缸蓋等部件的嚴密配合。5）氣體流動慣性的影響當吸氣管中的氣流慣性方向與活塞吸氣行程相反時，造成氣缸壓力較低，氣體比容增大，吸氣量下降。保證措施：合理的設計進氣管長度，不得隨意增減進氣管的長度，保證濾器的清潔。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理上述五條原因使實際與理論循環(huán)不同。4）漏泄的影響5）氣體流動慣性的影響1）余隙容積Vc的影響2）進排氣閥及流道阻力的影響3）吸氣預熱的影響2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理3.排氣量和輸氣系數理論排氣量Vt----單位時間內活塞所掃過的氣缸容積。實際排氣量Q：Q=Vt

λ輸氣系數λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影響余隙容積Vc的影響進排氣閥及流道阻力的影響吸氣預