上海交通大学___材料科学基础ppt_ch2-3.ppt

几个概念 1、晶态（crystalline state）：各向异性，原子规排，固定熔点，长程有序 2、非晶态（noncrystalline state） ：各向同性，无固定熔点，没规则外形，长程无序，短程有序（玻璃） 3、准晶态（quasicrystalline state） ：具有一般晶体不能有的对称性（如五次对称轴） 4、液晶（liquid crystals）：有机物加热时所经历的某一不透明的浑浊液态阶段（中间相），具有和晶体相似的性质，又称中间相或介晶。 5、超晶格（点阵）（super lattice）：是将两种或两种以上不同材料按照特定的迭代序列、沉积在衬底上而构成的（可是周期、准周期、随机三种）；超晶格自然界不存在，人工生长出来的，用于半导体薄膜。 本章内容提要 固态物质可分为晶体和非晶体两大类。 晶体的性能是与内部结构密切相关的。为了便于了解晶体结构，首先引入一个“空间点阵”的概念。根据“每个阵点的周围环境相同”和6个点阵参数间的相互关系，可将晶体分为7个晶系，14种布拉维点阵。晶胞是能反映点阵对称性、具有代表性的基本单元（最小平行六面体），其不同方向的晶向和晶面可用密勒指数加以标注，并可采用极射投影方法来分析晶面和晶向的相对位向关系。 在晶体结构中，最常见的的面心立方（fcc）、体心立方（bcc）、和密排六方（hcp）3种典型结构，其中fcc和hcp系密排结构，具有最高的致密度和配位数。这3种典型结构的晶包胞别含有4，2，6个原子。利用钢球模型可以算出晶体结构中的间隙，以及点阵常数与原子半径之间的关系。 金属晶体的结合键是金属键，故往往由此构成具有高度对称性的简单晶体结构，如fcc，bcc和hcp等。但是，工业上广泛使用的金属材料大多数是合金。由于合金元素的加入，使形成的合金相结构变得复杂。合金元之间的相互作用，及所形成的合金相的性质，主要是由他们各自的电化学因素、原子尺寸因素和电子浓度3个因素控制的。合金相基本上可分为固溶体和中间相两大类。 固溶体保持溶剂晶体结构类型。根据溶质在固溶体点阵中的位置可分为置换固溶体和间隙固溶体；按固溶浓度则可分为有限固溶体和无限固溶体；而按溶质在固溶体中的排布，则可分为无序固溶体和有序固溶体；若按溶剂分类则有第一类固溶体和第二类固溶体。 中间相的晶体结构不同于其他组元的结构，它通常可以用化合物的化学分子式表示。中间相根据其主导影响因素可分为正常价化合物、电子化合物、间隙相与间隙化合物、拓扑密堆相等。 离子晶体是以正负离子为结合单元的，其结合键为离子键。Pauling在实验基础上，用离子键理论归纳总结出离子晶体的如下结构规则：负离子配位多面体规则，电价规则，负离子多面体共用顶、棱和面的规则，不同种类正离子多面体间连接规则和节约规则等。他们在分析、理解晶体结构简单明了，突出了结构的特点。 典型的离子晶体结构是NaCl型，自然界有几百种化合物属于此种结构。它属于立方晶系，Fm3m空间群，可以看作分别由和构成两个fcc结构相互在棱边上穿插而成。 在无机非金属材料中，硅酸盐晶体结构尤其复杂，有孤岛状、组群状、链状、层状和骨架状等结构。但它们有一个共同点，即均有四面体，并遵循由此导出的硅酸盐结构定律。 共价晶体是以共价键结合的。共价晶体的共同点是配位数服从8—N法则（N为原子的最典型的共价键晶体结构式金刚石结构。它属于复杂的fcc结构，可视为有两个fcc晶胞沿体对角线相对位移1/4距离穿插而成。 聚合物晶态结构是其聚集态结构（三次结构）的一大类。由于大分子结构的缘故，聚合物的结晶是分子结晶，一个大分子可以贯穿若干个晶胞，结晶速度慢且存在结晶不完整性。 聚合物的晶态多种多样，主要有单晶、片晶、球晶、树枝晶状、孪晶和串晶等。由于聚合物的晶态结构相当复杂，可用缨状微束模型加以描述。 固态物质中除各种晶体外，另有一大类称为非晶体。由于非晶态物质内的原子排列在三维空间中不具有长程有序和周期性，故决定了他在性质上是各向异性的，没有固定的熔点（对玻璃而言，存在一个玻璃化转变温度）。但应注意固态物质虽有晶体和非晶体之分，然而在一定条件下，而者是可以相互转换的。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 单一和成对的硅酸盐 群组状硅酸盐 * Silicate structure 硅酸盐结构类型 岛状 链状 层状 网架状 * Chapter2 Structure of Materials * * 硅酸盐结构示意图 Chapter2 Structure of Materials * 岛状结构 岛状硅酸盐（Island Silicates）