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浙江大学《材料科学基础》 第一章 晶体结构 §1-1晶体学基础 一、空间点阵 空间点阵：1- 1 点阵特点：各阵点为彼此等同的原子群或分子群的中心，周围环境都相同，在空间的位置是一定 点阵基本要素：阵点 (二)晶胞 晶胞：点阵中取出的一个反映点阵对称性的代表性基本单元(通常取最小平行六面体)。点阵的组成单元 图1- 2 晶胞描述：1晶轴X、Y、Z；2点阵常数a、b、c；3晶轴夹角?、?、??图1- 3 晶胞的原子、体积与密度计算 (三)晶系 7个 晶系：按晶胞外形即棱边长度之间的关系和晶轴夹角情况归类，每一类别即一个晶系。晶系只有七种！表1- 1 (四)布拉菲点阵 14种布拉菲点阵的晶胞：1-简单三斜;2-简单单斜;3-底心单斜;4-简单正交;5-底心正交;6-体心正交;7-面心正交;8-简单六方;9-菱形(三角);10-简单四方;11-体心四方;12-简单立方;13-体心立方;14-面心立方 3个 晶族：表示晶体结构对称性高低。 三、晶向指数和晶面指数 晶向：晶体的方向 晶面：原子所构成的平面 晶向指数：确定晶向的一组数[uvw]，表示所有相互平行、方向一致的晶向。 晶向族：晶体中因对称关系而等同的各晶向的归并，表为uvw。 (二)晶面指数 晶面指数：确定晶面方位的一组数，代表一组相互平行的晶面 晶面族：具等同条件，而空间位向不同的各组晶面的归并 晶面指数的确定步骤： (1)对晶胞作晶轴X、Y、Z， (2)求出晶面在三个晶轴上的截距(如该晶面与某轴平行，)。例如1、1、∞，11、1，11、1/2等。 (3)取这些截距数的倒数。例如110，111，112 (4)将上述倒数化为最小的简单整数，，，(hkl)。例如(110)，(111)，(112)，，(10)、(11)、(11)等。 (四)晶带 晶带：由所有相交于某一晶向直线或平行于此直线的晶面构成 晶带轴：汇聚晶带晶向的直线 (五)晶面间距 晶面间距：相邻两个平行晶面之间的距离 面间距特性：1通常低指数的面间距较大，1- 16 2晶面间距与点阵类型有关。体心立方：{110}最大；面心立方：{111}最大，都不是{100} 3晶面间距最大的面总是阵点(或原子)最密排的晶面。晶面间距越小，晶面上阵点排列越稀疏。图1- 16 四、晶体的对称性 (一)对称要素 对称要素：反映晶体对称性的参数。晶体通过相应对称操作后的位置与原始位置完全重合 宏观对称要素：反映出晶体外形和其宏观性质的对称性 微观对称要素：与宏观对称要素配合运用能反映出晶体中原子排列的对称性 所有对称要素归纳： 回转对称轴：1、2、3、4、6 对称面：m（） 对称中心：（z） 回转-反演轴：、、 滑动面：a、b、c、n、d 螺旋轴：21、31、32、41、42、43、61、62、63、64、65 (二)点群、单形及空间群： 点群：晶体可能存在的对称类型。通过宏观对称要素在一点上组合运用而得到。只能有32种对称类型，32种点群 理想晶体的形态―单形和聚形： 单形：由对称要素联系起来的一组同形等大晶面的组合。32种对称型总共可以导出47种单形，如图1- 26 聚形：属于同一晶类的两个或两个以上的单形聚合而成的几何多面体。 空间群：描述晶体中原子通过宏观和微观对称要素组合的所有可能方式。属于同一点群的晶体可因其微观对称要素的不同而分属不同的空间群，空间群有230种，见表1- 4 国际通用的空间群符号及其所代表的意义为： P：代表原始格子以及六方底心格子（六方底心格子为三方晶系和六方晶系所共有）。 F：代表面心格子。 I：代表体心格子。 C：代表（001）底心格子（即与z轴相交的平行六面体两个面中心与八个角顶有相当的构造单位配布）。 A：代表（100）底心格子（即与x轴相交的平行六面体两个面中心与八个角顶有相当的构造单位配布）。 R：代表三方原始格子。 其它符号：意义与前述相同 §1-2晶体化学基本原理 一、电负性 电负性：形成负离子倾向大小的量度。 二、晶体中的键型 化学键（一次键或基本键）种类：典型的化学键有三种：离子键、共价键、金属键 分子键(范氏键)、氢键：已形成一次键的分子等间的结合。据不同情况分 (一)金属结合（金属键） 电子气和正离子实间库仑作用成键 (二)离子结合（离子键） 相反电荷间静电力 (三)共价结合（共价键） 对电子作用（吸引）力 (四)分子键 性质上是静电力，很弱 (五)氢键 氢原子与另一个分子内的电负性原子之间存在着很强的静电引力(即氢键) §1-3典型晶体结构 一、金属晶体 金属键合特点：形成高度对称、紧密排列的晶体结构。 堆积特征：面心立方和密排六方中，每个原子和最近邻的原子间都相切；体心立方中，体心原子与顶角八原子相切，八个顶角原子互不相切 密排面：原子密排程度最高的晶面。是密排六方的{000