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何謂材料?材料的分類?

材料是人類社會(huì)所能夠接受的、可經(jīng)濟(jì)地用于制成生活和生產(chǎn)中的那些有用的物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器和其它產(chǎn)品的物質(zhì)。關(guān)鍵點(diǎn):材料是物質(zhì),但是不是所有的物質(zhì)都是可以被稱為材料的;材料的含有必須考慮社會(huì)和經(jīng)濟(jì)因素何謂無機(jī)材料?無機(jī)材料通常主要是指無機(jī)非金屬材料。主要是指由無機(jī)物單獨(dú)或混合其他物質(zhì)制成的材料。通常指由硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽等原料和/或氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、鹵化物等原料經(jīng)一定的工藝制備而成的材料。硅物化工藝指導(dǎo)補(bǔ)充完善理論角度制造角度奠定工藝基礎(chǔ)提供理論依據(jù)專業(yè)理論訓(xùn)練奠定工業(yè)基礎(chǔ)工程實(shí)際訓(xùn)練(一)、問題的引出:研究制造無機(jī)材料產(chǎn)品(如玻璃、陶瓷、新材料)目標(biāo)000(二)、無機(jī)材料工藝的回顧:擴(kuò)散、相變、固相反應(yīng)、燒結(jié)等原料產(chǎn)品熱過程

晶體(缺陷)熔體玻璃條件相圖熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)晶體結(jié)構(gòu)與晶體中的缺陷熔體內(nèi)容(三)硅物化內(nèi)容的引出:固體表面與界面相平衡擴(kuò)散固相反應(yīng)相變燒結(jié)玻璃體(四)、無機(jī)材料物理化學(xué)的科學(xué)內(nèi)涵-材料科學(xué)與工程的基礎(chǔ)性能使用效能合成與制備組成與結(jié)構(gòu)無機(jī)非金屬材料科學(xué)與工程無機(jī)非金屬材料科學(xué)與工程是一門研究無機(jī)非金屬材料合成與制備、組成與結(jié)構(gòu)、性能、使用效能

四者之間的關(guān)系與規(guī)律的科學(xué)??茖W(xué)方面——偏重于研究材料的合成與制備、組成與結(jié)構(gòu)、性能與使用效能各組員本身及其相互間關(guān)系的規(guī)律;材料科學(xué)與工程的工程研究中還應(yīng)包括——材料制備與表征所需的儀器、設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造。在材料科學(xué)與工程的發(fā)展中,科學(xué)與工程彼此密切結(jié)合,構(gòu)成一個(gè)學(xué)科整體。工程方面——著重與研究如何利用這些規(guī)律性的研究成果以新的或更有效的方式開發(fā)并生產(chǎn)出材料,提高材料的使用效能,以滿足社會(huì)的需要。1.合成與制備合成——指促使原子、分子結(jié)合而構(gòu)成材料的化學(xué)與物理過程。合成的研究既包括有關(guān)尋找新合成方法的科學(xué)問題,也包括以適當(dāng)?shù)臄?shù)量和形態(tài)合成材料的技術(shù)問題;既包括新材料的合成,也應(yīng)包括已有材料的新合成方法(如溶膠-凝膠法)及其新形態(tài)(如纖維、薄膜)的合成。制備——研究如何控制原子與分子使之構(gòu)成有用的材料。這一點(diǎn)是與合成相同的,但制備還包括在更為宏觀的尺度上或以更大的規(guī)??刂撇牧系慕Y(jié)構(gòu),使之具備所需的性能和適用效能,即包括材料的加工、處理、裝配和制造。簡(jiǎn)而言之,合成與制備就是將原子、分子聚合起來并最終轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏卯a(chǎn)品的一系列連續(xù)過程。把合成制備簡(jiǎn)單的與工藝等同起來而忽略其基礎(chǔ)研究的科學(xué)內(nèi)涵,是不恰當(dāng)?shù)模≡诤铣膳c制備中工程性的研究固然重要,基礎(chǔ)研究也不應(yīng)忽視。對(duì)材料合成與制備的動(dòng)力學(xué)過程的研究可以揭示過程的本質(zhì),為改進(jìn)制備方法建立新的制備技術(shù)提供科學(xué)基礎(chǔ)。以晶體材料為例——在晶體生產(chǎn)中如果不了解原料合成與生產(chǎn)各階段發(fā)生的物理化學(xué)過程、熱量與質(zhì)量的傳輸、固液界面的變化和缺陷的生成以及環(huán)境參數(shù)對(duì)這些過程的影響,就不可能建立并掌握生長(zhǎng)參數(shù)優(yōu)化的制備方法,生長(zhǎng)出具有所需組成、完整性、均勻性和物理性的晶體材料。以陶瓷材料為例——陶瓷材料的最嚴(yán)重的問題是可靠性差,原因是制備過程落后以致材料的微結(jié)構(gòu)和特性缺少均勻性和重復(fù)性。研究結(jié)果已表明,若粉料在材料制備中發(fā)生團(tuán)聚,則材料難免出現(xiàn)分布不均勻的氣孔從而導(dǎo)致性能不均一。為提高材料的可靠性,必須對(duì)制備過程中的每階段所發(fā)生的化學(xué)、物理變化認(rèn)真加以研究并做出必要的表征。陶瓷材料中顆粒間界的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于顆?;蚓Я1旧淼膹?qiáng)度。為了提高材料強(qiáng)度,對(duì)顆粒間晶界結(jié)構(gòu)、本質(zhì)和在制備中的變化過程以及這些過程如何受制備條件的影響,進(jìn)行基礎(chǔ)性的研究,是極其重要的。2.組成與結(jié)構(gòu)組成——指構(gòu)成材料物質(zhì)的原子、分子及其分布;除主要組成以外,雜質(zhì)及對(duì)無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)與性能有重要影響的微量添加物亦不能忽略。結(jié)構(gòu)——?jiǎng)t指組成原子、分子在不同層次上彼此結(jié)合的形式、狀態(tài)和空間分布,包括原子與電子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、相結(jié)構(gòu)、晶粒結(jié)構(gòu)、表面與晶界結(jié)構(gòu)、缺陷結(jié)構(gòu)等;在尺度上則包括納米以下、納米、微米、毫米及更宏觀的結(jié)構(gòu)層次。了解材料的組成與結(jié)構(gòu)及它們同合成與制備之間、性能與使用效能之間的內(nèi)在聯(lián)系,一直是無機(jī)非金屬材料科學(xué)與工程的基本研究?jī)?nèi)容。(五)、無機(jī)材料物理化學(xué)的研究方法:1、無機(jī)材料物理化學(xué)的性質(zhì):研究無機(jī)材料科學(xué)與工程涉及的各種物質(zhì)聚集狀態(tài)的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)變化,以及結(jié)構(gòu)對(duì)性能的決定作用。材料結(jié)構(gòu)性能化學(xué)反應(yīng)(組成)2、基本思路:化學(xué)組成結(jié)構(gòu)性能決定決定《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》

陸佩文主編武漢工業(yè)大學(xué)出版社《硅酸鹽物理化學(xué)》

陸佩文主編東南大學(xué)出版社《硅酸鹽物理化學(xué)》丁子上等主編中國(guó)建筑工業(yè)出版社《無機(jī)材料物理化學(xué)》葉瑞倫主編天津大學(xué)《怎樣看硅酸鹽相圖》沈鶴年《玻璃物理化學(xué)導(dǎo)論》P.貝爾塔等著中國(guó)建筑工業(yè)出版社《陶瓷導(dǎo)論》W.D.Kingery中國(guó)建筑工業(yè)出社(六)、參考教材:(1)課程特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法課程特點(diǎn):內(nèi)容多、原理規(guī)律多、概念定義多(2)重點(diǎn)內(nèi)容熟悉常用術(shù)語和基本概念。深刻領(lǐng)會(huì)材料結(jié)構(gòu)、性能、組成之間的辯證關(guān)系、(3)課時(shí)分配講課60學(xué)時(shí)(含習(xí)題課)、討論8學(xué)時(shí)

(七)相關(guān)說明:

第1章幾何結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)晶體的基本特征晶體的宏觀對(duì)稱和晶體分類晶體定向和晶面符號(hào)晶體結(jié)構(gòu)的基本特征

晶體是怎樣的物質(zhì)?1.1晶體的基本特征1.1.1晶體的基本概念晶體的研究首先是從研究晶體幾何外形的特征開始.在古代,無論中外,都把具有規(guī)則的幾何多面體形態(tài)的水晶稱為晶體;凡是具有(非人工琢磨而成)幾何多面體形態(tài)的固體都稱之為晶體以上兩種定義都是不正確的1912年,X射線晶體衍射實(shí)驗(yàn)成功,對(duì)晶體的研究從晶體的外部進(jìn)入到晶體的內(nèi)部,使結(jié)晶學(xué)進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展階段?,F(xiàn)已證明,一切晶體不論其外形如何,它的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)(原子、離子或分子)都是在三維空間有規(guī)律排列,主要表現(xiàn)為同種質(zhì)點(diǎn)的周期重復(fù),構(gòu)成了所謂的“格子構(gòu)造”。所有晶體都具有格子構(gòu)造——晶體的共同特點(diǎn)。重要的結(jié)論物質(zhì)結(jié)晶狀態(tài)時(shí)的本質(zhì)特征:

結(jié)構(gòu)基元在空間是不隨時(shí)間變化的三維周期排列”,它決定了晶體材料的宏觀和微觀的物理性能;如果物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不具備這樣的本質(zhì)特征,如玻璃等,則就是非晶體材料;有些有機(jī)高分子材料,它們的結(jié)構(gòu)基元只是一維或二維的近視長(zhǎng)程有序排列,其性質(zhì)介于晶體和非晶體之間,這種物質(zhì)稱為液態(tài)晶體,簡(jiǎn)稱液晶;晶態(tài)物質(zhì)可以有多個(gè)晶體組成,由許多取向不同的單晶體晶粒隨機(jī)排列組合而成,也稱為多晶體。各個(gè)晶粒之間的分界線稱為晶界。問題的提出:結(jié)構(gòu)基元的概念???研究晶體的微觀結(jié)構(gòu)重點(diǎn)就是要研究周期排列的規(guī)律性。為了研究上的便利,通常把結(jié)構(gòu)基元中的原子或分子抽象為一個(gè)幾何點(diǎn)。這樣,研究基元的三維排列的規(guī)律就成為研究幾何質(zhì)點(diǎn)的排列規(guī)律————

空間點(diǎn)陣。點(diǎn)陣:幾何點(diǎn)在空間呈周期性規(guī)則排列的陣列。

空間點(diǎn)陣:用許多平行的直線將所有點(diǎn)陣連接起來所構(gòu)成的一個(gè)三維幾何架子,稱為空間點(diǎn)陣或稱為空間格子。

1.1.2幾何結(jié)晶學(xué)的空間格子晶體的結(jié)構(gòu)特征——空間格子構(gòu)造相當(dāng)點(diǎn):以氯化銫(CsCl)的晶體結(jié)構(gòu)為例。無論Cl-或Cs+在晶體結(jié)構(gòu)的任何一方向上都是每隔一定的距離重復(fù)出現(xiàn)一次。

為了進(jìn)一步揭示質(zhì)點(diǎn)周期性重復(fù)的規(guī)律,我們可以對(duì)它作某種抽象。先在結(jié)構(gòu)中選出任一幾何點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)可以取在陰或陽離子的中心,也可以取它們之間的任意一點(diǎn),然后在結(jié)構(gòu)中找出與此點(diǎn)相當(dāng)?shù)膸缀吸c(diǎn),稱為“相當(dāng)點(diǎn)”。相當(dāng)點(diǎn)的條件是:⑴如果原始幾何點(diǎn)是取在質(zhì)點(diǎn)的中心,則相當(dāng)點(diǎn)所占的質(zhì)點(diǎn)的種類應(yīng)是相同的,也就是占據(jù)同種質(zhì)點(diǎn)的中心;⑵這些質(zhì)點(diǎn)周圍的環(huán)境以及方位應(yīng)是相同的,也就是說這些質(zhì)點(diǎn)周圍相同的方向上要有相同的質(zhì)點(diǎn)。相當(dāng)點(diǎn)可以簡(jiǎn)單的定義為晶體結(jié)構(gòu)中物質(zhì)環(huán)境和幾何環(huán)境完全相同的點(diǎn),也稱“等同點(diǎn)”。相當(dāng)點(diǎn)的分布可以體現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)中所有質(zhì)點(diǎn)的重復(fù)規(guī)律。相當(dāng)點(diǎn)在三維空間作規(guī)則排列而成的格子狀幾何圖形稱為“空間點(diǎn)陣”或“空間格子”。

為研究晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的重復(fù)規(guī)律不受晶體大小限制,設(shè)想空間點(diǎn)陣為無限圖形空間點(diǎn)陣

空間格子要素:結(jié)點(diǎn)、行列、面網(wǎng)、平行六面體、晶胞⑴結(jié)點(diǎn):空間格子中的點(diǎn),代表晶體結(jié)構(gòu)中的相當(dāng)點(diǎn),只具幾何意義,不代表任何質(zhì)點(diǎn)。但在實(shí)際晶體中,結(jié)點(diǎn)的位置可以被同種質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)。⑵行列:結(jié)點(diǎn)在直線上的排列即構(gòu)成行列。行列中相鄰結(jié)點(diǎn)間的距離稱為該行列的結(jié)點(diǎn)間距。同一行列或彼此平行的行列上結(jié)點(diǎn)間距相等;不同方向的行列,其結(jié)點(diǎn)間距一般不等。行列⑶面網(wǎng):結(jié)點(diǎn)在平面上的分布構(gòu)成面網(wǎng)。面網(wǎng)上單位面積內(nèi)結(jié)點(diǎn)的數(shù)目稱為網(wǎng)面密度?;ハ嗥叫械拿婢W(wǎng),網(wǎng)面密度相同;不平行的面網(wǎng),網(wǎng)面密度一般不等。相互平行的相鄰兩面網(wǎng)之間的垂直距離稱為面網(wǎng)間距。

⑷平行六面體:是空間格子在三維空間上可以劃出的最小重復(fù)單位。由八個(gè)結(jié)點(diǎn)、六個(gè)兩兩平行而且相等的面組成。平行六面體(5)晶胞為了說明實(shí)際晶體中的點(diǎn)陣排列規(guī)律和特點(diǎn),從中取出的一個(gè)具有代表性的基本單元(最小平行六面體)作為點(diǎn)陣的組成單元,稱為晶胞。所以,實(shí)際晶體的結(jié)構(gòu)可以看成是晶胞作三維的重復(fù)堆砌而成的。平行六面體與晶胞的區(qū)別:(A)晶體中的晶胞是有大小和形狀區(qū)別的;(B)晶胞中環(huán)繞每個(gè)節(jié)點(diǎn)的原子種類、數(shù)量及分布是有區(qū)別的;(C)平行六面體強(qiáng)調(diào)的是幾何特征,而晶胞體現(xiàn)的是實(shí)際理想晶體的構(gòu)造。前者僅僅表征質(zhì)點(diǎn)在空間的排列規(guī)律,而后者在描述規(guī)律的同時(shí)涉及了具體節(jié)點(diǎn)位置上的具體原子或離子等。一切晶體所共有的,并且是由晶體的格子構(gòu)造所決定的性質(zhì),稱為晶體的基本性質(zhì)。1.1.3晶體的基本性質(zhì)1、自限性:是指晶體在適當(dāng)條件下可以自發(fā)地形成幾何多面體的性質(zhì)。晶體通常被平的晶面所包圍,晶面相交成直的晶棱,晶棱匯聚成尖的角頂。晶體的多面體形態(tài),是其格子構(gòu)造在外形上的直接反映。晶面、晶棱與角頂分別與格子構(gòu)造中的面網(wǎng)、行列及結(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。2、均一性:由于晶體是具有格子構(gòu)造的固體,在同一晶體的各個(gè)不同部分,質(zhì)點(diǎn)的分布一樣,故晶體的各部分的物理化學(xué)性質(zhì)相同。非晶體也具有均一性。但非晶體不具格子構(gòu)造,其均一性是統(tǒng)計(jì)的、平均近似的均一,稱為統(tǒng)計(jì)均一性;而晶體均一性取決于格子構(gòu)造,稱為結(jié)晶均一性。兩者有本質(zhì)區(qū)別。3、異向性:

同一晶體的格子構(gòu)造中,在不同方向上質(zhì)點(diǎn)的排列一般不同,晶體的性質(zhì)也就隨著方向的不同而有所差異。如藍(lán)晶石的硬度、云母的解理、石英折射率等。4~4.56~7藍(lán)晶石晶體的硬度4、對(duì)稱性:是指某種相同的性質(zhì)在不同的方向或位置上作有規(guī)律地重復(fù)。對(duì)稱性是晶體非常重要的性質(zhì),也是晶體分類的基礎(chǔ)。5、最小內(nèi)能:在相同的熱力學(xué)條件下晶體與同種物質(zhì)的非晶質(zhì)體、液體、氣體相比較,其內(nèi)能最小。6、穩(wěn)定性:由于晶體具有最小內(nèi)能,因而結(jié)晶狀態(tài)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),質(zhì)點(diǎn)只在其平衡位置上振動(dòng)。非晶體不穩(wěn)定,有自發(fā)地向晶體轉(zhuǎn)化的趨向。晶體和非晶體在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。1.2晶體的宏觀對(duì)稱性和晶體分類晶體的外部對(duì)稱性,通常稱為宏觀對(duì)稱性。由于所有的對(duì)稱要素都必須相交于晶體內(nèi)部的某一點(diǎn)的,因此宏觀對(duì)稱性又稱為點(diǎn)對(duì)稱。晶體內(nèi)原子排列的對(duì)稱性稱為微觀對(duì)稱性。它是晶體內(nèi)部原子無限排列所具有的對(duì)稱性。晶體的宏觀對(duì)稱性和微觀對(duì)稱性是從兩個(gè)不同角度反映了晶體結(jié)構(gòu)的本質(zhì)。1.2.1宏觀對(duì)稱要素1、對(duì)稱的概念:物體相同部分有規(guī)律的重復(fù)。對(duì)稱的條件:⑴物體或圖形有相同部分;⑵這些相同部分有規(guī)律地重復(fù)。

蝴蝶和花冠的對(duì)稱不對(duì)稱的圖形2、晶體對(duì)稱的特點(diǎn)晶體是具有對(duì)稱性的,晶體外形的對(duì)稱表現(xiàn)為相同的晶面、晶棱和角頂作有規(guī)律的重復(fù),這是晶體的宏觀對(duì)稱。晶體的對(duì)稱與其它物體的對(duì)稱不同,晶體的對(duì)稱是由內(nèi)部的格子構(gòu)造規(guī)律所決定的。晶體的對(duì)稱有如下的特點(diǎn):⑴所有晶體都具對(duì)稱性。一切晶體都具格子構(gòu)造,而格子構(gòu)造本身就是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間周期性重復(fù)排列的體現(xiàn)(微觀對(duì)稱)。⑵晶體的對(duì)稱是有限的(遵循“晶體對(duì)稱定律”)。晶體對(duì)稱嚴(yán)格受格子構(gòu)造規(guī)律的控制,只有符合格子構(gòu)造規(guī)律的對(duì)稱才能在晶體上出現(xiàn)。⑶由于晶體的對(duì)稱取決于格子構(gòu)造,故晶體對(duì)稱不僅表現(xiàn)在外形上,同時(shí)也表現(xiàn)在光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)性質(zhì)等物理性質(zhì)上。

基于以上特點(diǎn),所以晶體的對(duì)稱性是晶體的最重要特征,也可以把它作為晶體分類的最好依據(jù)。3、宏觀對(duì)稱操作和對(duì)稱要素對(duì)稱操作:是指欲使物體或圖形中相同部分重復(fù)出現(xiàn)的操作。對(duì)稱要素:在進(jìn)行對(duì)稱操作時(shí)所憑借的幾何要素(點(diǎn)、線、面)。晶體外形上可能存在的對(duì)稱要素:1、對(duì)稱面(P)

2、對(duì)稱軸(Ln)

3、對(duì)稱中心(C)

4、旋轉(zhuǎn)反伸軸(Lin)

5、旋轉(zhuǎn)反映軸(Lsn)1、對(duì)稱面(P)

對(duì)稱面是把晶體平分為互為鏡像的兩個(gè)相等部分的假想平面。相應(yīng)對(duì)稱操作是對(duì)一個(gè)平面的反應(yīng)。ADEBP1P2AE1DEBP對(duì)稱面在晶體中可能存在的位置:

⑴垂直并平分晶面;⑵垂直晶棱并通過它的中心;⑶包含晶棱并平分晶面夾角。

晶體中可不存在對(duì)稱面,也可存在一或多個(gè)對(duì)稱面,最多可達(dá)9個(gè)。對(duì)稱面的描述方法為3P、9P等。2、對(duì)稱中心(C)對(duì)稱中心:是晶體內(nèi)部的一個(gè)假想點(diǎn),通過該點(diǎn)作任意直線,則在此直線上距對(duì)稱中心等距離的兩端,必定可以找到對(duì)應(yīng)點(diǎn)。相應(yīng)對(duì)稱操作:對(duì)一個(gè)點(diǎn)的反伸(倒反)。對(duì)稱中心以字母C表示,圖示符號(hào)為“o”或“C”表示。晶體中可以有對(duì)稱中心,也可以沒有對(duì)稱中心,若有只能有一個(gè),而且必定位于晶體的幾何中心。

晶體中如果存在對(duì)稱中心,則所有晶面必然兩兩反向平行而且相等。用它可以作為判斷晶體有無對(duì)稱中心的依據(jù)。3、對(duì)稱軸(Ln)對(duì)稱軸是通過晶體中心的一根假想直線,晶體圍繞此直線旋轉(zhuǎn)一定角度后,相同的晶面、晶棱、角頂能重復(fù)出現(xiàn)。相應(yīng)的對(duì)稱操作是圍繞一根直線的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)一周,晶體的相同部分重復(fù)的次數(shù)稱為軸次(n);重復(fù)時(shí)所旋轉(zhuǎn)的最小角度稱為基轉(zhuǎn)角(α);n=360°/α。晶體外形上可能出現(xiàn)的對(duì)稱軸有L1(無實(shí)際意義)、L2、L3、L4、L6,相應(yīng)的基轉(zhuǎn)角分別為360°、180°、120°、90°、60°。

L2、L3、L4和L6的作圖符號(hào)分別為、▲、■、。軸次高于2的對(duì)稱軸稱為高次軸。

晶體對(duì)稱定律:在晶體中不可能存在五次及高于六次的對(duì)稱軸。因?yàn)椴环峡臻g格子規(guī)律,其對(duì)應(yīng)的網(wǎng)孔不能毫無間隙地布滿整個(gè)平面。在一個(gè)晶體中,除L1外,可以無、也可有一或多種對(duì)稱軸,而每一種對(duì)稱軸也可有一或多個(gè)。表示方法為3L4、4L3、6L2等。對(duì)稱軸在晶體中可能出露的位置:⑴通過晶面的中心;⑵通過晶棱的中點(diǎn);⑶通過角頂。

4、旋轉(zhuǎn)反伸軸(Lin)旋轉(zhuǎn)反伸軸是一根假想的直線,當(dāng)晶體圍繞此直線旋轉(zhuǎn)一定角度后,再對(duì)此直線上的一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行反伸,才能使晶體上的相等部分重復(fù)。相應(yīng)的對(duì)稱操作是圍繞一根直線的旋轉(zhuǎn)和對(duì)此直線上一個(gè)點(diǎn)反伸的復(fù)合操作。例:具有Li4的四方四面體C'a旋轉(zhuǎn)反伸軸以Lin表示,軸次n可為1、2、3、4、6。相應(yīng)的基轉(zhuǎn)角分別為360°、180°、120°、90°、60°。

除Li4外,其余各種旋轉(zhuǎn)反伸軸都可用其它簡(jiǎn)單的對(duì)稱要素或它們的組合來代替:

Li1=C;Li2=P;Li3=L3+C;Li6=L3+P⊥

應(yīng)用時(shí),只考慮Li4和Li6。圖示符號(hào)分別為□和

綜上所述,在晶體的外部形態(tài)上可能存在而且具有獨(dú)立意義的對(duì)稱要素只有九種:1.2.3對(duì)稱型及其推導(dǎo)1、定義:結(jié)晶多面體中全部對(duì)稱要素的組合,稱為該結(jié)晶多面體的對(duì)稱型。由于在結(jié)晶多面體中,全部對(duì)稱要素相交于一點(diǎn)(晶體幾何中心),在進(jìn)行對(duì)稱操作時(shí)該點(diǎn)不移動(dòng),所以對(duì)稱型也稱為點(diǎn)群。2、對(duì)稱型的推導(dǎo)

根據(jù)結(jié)晶多面體中可能存在的對(duì)稱要素及其組合規(guī)律,推導(dǎo)出晶體中可能出現(xiàn)的對(duì)稱型共有32種。(見下表)

晶體的32種對(duì)稱型1.2.4晶體的對(duì)稱分類晶體是根據(jù)其對(duì)稱特點(diǎn)進(jìn)行分類的,方法如下:1、首先,把屬于同一對(duì)稱型的晶體歸為一類,稱為晶類。共有32個(gè)晶類。2、根據(jù)對(duì)稱型中有無高次軸及高次軸的多少,把32個(gè)對(duì)稱型劃分為低、中、高級(jí)三個(gè)晶族。

低級(jí)晶族:無高次軸中級(jí)晶族:有且只有一個(gè)高次軸高級(jí)晶族:有多個(gè)高次軸3、在每一個(gè)晶族中又按照其對(duì)稱特點(diǎn)共劃分為7個(gè)晶系,即低級(jí)晶族有三斜晶系、單斜晶系和斜方晶系;中級(jí)晶族有四方晶系、三方晶系和六方晶系;高級(jí)晶族只有一個(gè)晶系,即等軸晶系。

1.3晶體定向和晶面符號(hào)1.3.1晶體定向

在研究晶體形態(tài)時(shí),僅確定其對(duì)稱型和有哪些單形組成,仍不能獲得晶體的具體形態(tài)。因此,必須進(jìn)一步確定各單形在空間的相對(duì)位置,這就需要在晶體上選定一坐標(biāo)系統(tǒng),并用一定的數(shù)學(xué)符號(hào)表示晶面、晶棱等在空間的方位,這就是晶體定向和結(jié)晶符號(hào)所要解決的內(nèi)容。由四方柱和四方雙錐組成的兩個(gè)聚形,對(duì)稱型均為L(zhǎng)44L25PC1.3.1.1晶體定向的基本概念晶體定向:在晶體上選擇坐標(biāo)系統(tǒng)。即選定坐標(biāo)軸(晶軸)和確定各晶軸上軸單位之比(軸率)。⑴晶軸:是交于晶體中心的三條直線,晶軸的選擇不是任意的,應(yīng)與格子構(gòu)造中的行列平行,并一般應(yīng)與對(duì)稱軸、對(duì)稱面的法線或晶棱重合。晶軸分別以X軸(前端為“+”,后端為“-”)、Y軸(右端為“+”,左端為“-”)和Z軸(上端為“+”,下端為“-”)表示,或稱a、b、c軸。對(duì)于三方和六方晶系要增加一個(gè)U軸(前端為“-”,后端為“+”)。⑵軸角:晶軸正端之間的夾角。分別以α(Y∧Z)、β(Z∧X)、γ(X∧Y)表示。晶軸及軸角三、六方晶系的晶軸⑶軸單位和軸率

軸單位是晶軸上的單位長(zhǎng),是晶軸所在行列上的結(jié)點(diǎn)間距。X、Y、Z軸上的軸單位分別以a、b、c表示,或者以a0、b0、c0表示。由于結(jié)點(diǎn)間距很?。ㄒ詎m計(jì)),需借助X射線分析方能測(cè)定,根據(jù)晶體外形不能確定軸單位的真實(shí)長(zhǎng)度,但應(yīng)用幾何結(jié)晶學(xué)的方法可以求出它們的比率,即a︰b︰c,這一比率稱為軸率。例如,中級(jí)晶族晶體中只有一個(gè)高次軸,以高次軸為Z軸,通過高次軸的作用可以可使X、Y軸重合,因此軸單位a=b≠c,軸率a︰c因晶體的種類而異。⑷晶體常數(shù):軸率a︰b︰c和軸角α、β、γ稱為晶體常數(shù)。

晶體常數(shù)是表征晶體坐標(biāo)系統(tǒng)的一組基本參數(shù)。它與晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究中晶胞的參數(shù)(或格子參數(shù))一致,如果軸單位和軸角已知,就可以知道晶胞的形狀和大小。

1.3.1.2晶軸選擇與各晶系晶體常數(shù)特點(diǎn)晶軸選擇的原則:⑴應(yīng)符合晶體所固有的對(duì)稱性。因此,晶軸應(yīng)優(yōu)先與對(duì)稱軸或?qū)ΨQ面的法線重合;若無對(duì)稱軸和對(duì)稱面,則晶軸可平行主要晶棱選取。⑵在上述前提下,應(yīng)盡可能使晶軸相互垂直或趨于垂直,并使軸單位趨于相等。即盡可能使α=β=γ=90°,a=b=c。各晶系選擇晶軸的原則及晶體常數(shù)特點(diǎn)1.3.2晶面符號(hào)1、晶面符號(hào)的概念和寫法晶體定向后,晶面在空間的相對(duì)位置即可根據(jù)它與晶軸的關(guān)系予以確定。表示晶面空間方位的符號(hào)稱為晶面符號(hào)。通常所采用的是米氏符號(hào),是英國(guó)人米勒爾在1839年所創(chuàng)。米氏符號(hào)是用晶面在結(jié)晶軸上的截距系數(shù)的倒數(shù)比來表示的。

例:晶面HKL在晶軸上的截距分別為2a、3b、6c,則截距系數(shù)的倒數(shù)比為1/2︰1/3︰1/6=3︰2︰1,去其比例符號(hào),加上小括號(hào),即為該晶面的米氏符號(hào)(321)。晶面符號(hào)的括號(hào)內(nèi)數(shù)字稱為晶面指數(shù)。晶面指數(shù)是按照X、Y、Z軸順序排列的,一般式寫作(hkl);如果晶面與晶軸的負(fù)端相交,則在其相應(yīng)的指數(shù)上加“-”。而對(duì)于三方、六方晶系,晶面指數(shù)按照X、Y、U、Z軸的順序排列,一般式寫作(hkil),而且h+k+i=0。如果晶面平行于某晶軸,那么它在該晶軸上的截距系數(shù)為∞,則其晶面指數(shù)就是1/∞=0。例如,與X、Y軸平行,與Z軸相交的晶面,其晶面符號(hào)為(001)。2、晶面在晶軸上截距系數(shù)之比為簡(jiǎn)單整數(shù)比——整數(shù)定律⑴晶面是面網(wǎng),晶軸是行列,晶面截晶軸于結(jié)點(diǎn),或者晶面平移后截晶軸于結(jié)點(diǎn)(晶軸上的截距系數(shù)之比不變,晶面符號(hào)不變)。所以如果以晶軸上的結(jié)點(diǎn)間距a、b、c作為度量單位,則晶面在晶軸上的截距系數(shù)之比必為整數(shù)比。

⑵如圖所示,平行Z軸的一組面網(wǎng)截X軸于a1點(diǎn),截Y軸分別于b1、b2、b3、b4……bn點(diǎn),網(wǎng)面密度a1b1>a1b2>a1b3>……a1bn,它們?cè)赬、Y軸上的截距系數(shù)之比則分別為1︰1、1︰2、1︰3……1︰n,顯然,網(wǎng)面密度越大,晶面在晶軸上的截距系數(shù)之比越簡(jiǎn)單。

根據(jù)布拉維法則,因此,晶

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