固体材料中的原子排列5晶体结构6结构缺陷1.PPT

（三）材料结构简述 1、材料结构层次 2、原子结构 3、结合键 4、 固体材料中的原子排列 5、晶体结构 关于晶体结构的几个重要概念 6、结构缺陷 图1-1 晶体中的点缺陷 　　 图1-2 　(a) 刃位错　(b)螺位错 图1-3　面缺陷－晶界 图1-4 面缺陷－堆积层错面心立方晶体中的抽出型层错(a)和插入型层错(b) 图1－５　面缺陷－共格晶面面心立方晶体中{111}面反映孪晶 4 ）体缺陷（三维缺陷） * 高分子材料学 1、材料结构层次 2、原子结构 3、结合键 4、固体材料中的原子排列 5、晶体结构 6、结构缺陷 宏观组织结构 （能用肉眼或放大镜观察到的晶粒、相的集合状态） 显微组织结构 （借助光学显微镜、电子显微镜观察到的晶粒、相的集合状态或材料内部的微区结构） 微观结构 （包括原子和分子的结构以及原子和分子的排列结构） 亚微观 （主要针对于高聚物而言，大分子本身的尺寸可达到亚微观的范围） 原子是由原子核及围绕原子核的电子组成。原子核由中子及带正电的质子组成。电子通过静电吸引被束缚于原子核周围。原子核内的结合是非常牢固的，这种结合力称为核力，它比万有引力大40个数量级，但其作用范围很小，不超过10-6nm。 在材料科学中，原子结构一般指原子的电子结构。 电子的分布 泡利不相容原理 能量最低原理 洪特规则 （也称价键，是指原子之间或分子之间的系结力） 离子键 化学键 共价键 金属键 偶极力 物理键 诱导力 （范德华键）色散力 氢键 结合键 1）短程有序 原子仅在很小的范围（几个原子的尺度）内呈一定的规则排列，即材料中原子的规则排列只延伸到原子最近邻区域。 [实例1]在非晶玻璃中，硅的四个价电子与四个氧原子共价。由于共价键的方向性，因而硅与氧之间呈规则排列，形成短程有序。硅原子与氧原子之间形成109°夹角，并构成四面体。但四面体与四面体之间的排列却是无序的。 原子排列近程有序而远程无序的结构称为非晶态结构或无定形结构。最典型的是玻璃，所以非晶态结构又称为玻璃态结构。 2）长程有序 原子在很大范围内均是按一定规则排列的，即原子排列的有序性遍及整个材料。 具有长程有序排列的材料即为晶体（原子、分子或离子在空间呈规则排列的固体）材料。 金属、半导体、大部分陶瓷均为晶体材料，某些高分子材料如等规聚丙烯、尼龙等也是晶体材料。 NOTES ◎晶体中原子排列是短程和长程都有序 ◎液体是短程有序而长程无序 原子、分子或离子在空间呈规则排列的固体。 ①单晶：若晶体内部的质点排列既有近程有序又有远程有序且贯穿于整个晶体中，则称此晶体为单晶。单晶具有规则的几何外形和显著的各向异性。 晶体的近程有序是指围绕某一质点（分子、原子或离子）的最近邻质点的配置有一定秩序； 晶体的远程有序是指质点在一定方向上，每隔一定距离周期性出现的规律。 ②多晶：在许多晶体中，远程有序只能保持在几千甚至几百的范围内，整个晶体是由许多个取向方向不同的晶粒（微小的单晶）组成，这种晶体称为多晶。多晶具有不规则的多面体外形，其宏观物料也是各向同性的。 ③非晶：仅具有近似的近程有序而不具有远程有序的固体。 ④准晶：近程和远程都有一定的有序性，但都不够完整。 假设通过原子（分子或离子）的中心划出许多空间直线，构成空间格架。这种假想的格架称为晶格。 晶格上的节点是原子（分子或离子）平衡中心的位置。晶格中能够反映晶格几何特征的最小几何组成单元是晶胞。 在三维空间中，晶胞的几何特征可用晶胞的三条棱边长度和三条棱边之间的夹角六个参数来描述。 这六个参数晶胞常数。 1.晶格 2.晶胞 3.晶胞常数 晶胞中原子所占体积的百分数。排列最为紧密的面向立方晶体的致密度为74%，其余26%为空隙。 4、致密度 5、配位数 晶格中与任意一个原子处于相等距离并相距最近的原子数目称为配位数。配位数与致密度同为描述晶体原子排列致密程度的参数，配位数越大，致密度越高。 在晶体中由原子组成的任一平面称为晶面。 由原子组成的任一直线称为晶向。 6、晶面和晶向 7、同素异构转变 改变温度或压力等条件，可使固体从一种晶体结构转变为另一种晶体结构，这种现象称为同素异构转变。 缺陷的含义：通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。 理想晶