第二章 材料地结构.pdf

第二章 材料的结构 本章需要掌握的内容： 空间点阵、晶系、点阵类型； 晶体取向的解析描述：晶面指数和晶向指数； 晶体中原子堆垛的几何学，四面体和八面体间 隙。 2.1 空间点阵 2.1.1 晶体与非晶体 固态物质按其原子或分子的聚集状态可 分为两大类，一类是晶体，另一类是非晶 体。 晶体与非晶体的区别是什么？ 晶体的一个基本特征就是其中的原子或原子集 团都是有规律地排列的。 这个规律就是周期性，即不论沿晶体的哪个方 向看去，总是相隔一定的距离就出现相同的原 子或原子集团。这个距离也称为周期。 显然，沿不同的方向有不同的周期。 非晶体不具有上述特征。在非晶体中原子（或 分子、离子）无规则地堆积在一起。 图2-1 材料中原子的排列 (a)惰性气体无规则排 列；(b),(c)水蒸气和 玻璃的短程有序；(d) 长程有序排列  晶体与非晶体的区别还有: 晶体的固－液转变是突变的，有一定 的凝固点和熔点；非晶体的固－液转变 是逐渐过渡的，没有明显的凝固点和熔 点。 晶体是各向异性的，而非晶体是各向 同性的。晶体的各向异性是其原子的规 则排列而造成的。  非晶体在一定条件下可以转化为晶体。 例如：晶态玻璃 通常呈晶体的物质如果将它从液态快 速冷却下来也可能得到非晶态。 2.1.2 空间点阵 晶体中原子或原子集团排 列的周期性规律，可以用 一些在空间有规律分布的 几何点来表示。并且，沿 任一方向上相邻点之间的 距离就等于晶体沿该方向 的周期。这样的几何点的 集合就构成空间点阵 （简 称点阵），每个几何点称 为点阵的结点或阵点。结 点是构成空间点阵的基本 要素。 图2-2 空间点阵示意图 点阵的结点都是等同点 点阵只是表示原子或原子集团分布规 律的一种几何抽象，每个结点不一定代表 一个原子。可能在每个结点处恰好有一个 原子，也可能围绕每个结点有一群原子 （原子集团）。但是，每个结点周围的环 境（包括原子的种类和分布）必须相同， 亦即等同点。 通过图2-3来理解空间点阵和实际晶体结构之间的关系： 图2-3 二维点阵和晶体结构 2.1.3 晶胞、晶系和点阵 类型 空间点阵具有周期性 和重复性，它的最小的 单元是什么？ 平行六面体，即晶胞。 如图2-4所示。晶胞的 三条棱AB 、AD和AE 的 长度就是点阵沿这些方 向的周期，这三条棱就 称为晶轴。 图2-4 晶胞示意图 建立晶胞的原则（布拉维法则）  所选的平行六面体对称性和点阵的对称性一样  在平行六面体上各棱之间的直角数目尽量多  在遵守以上两条后，平行六面体体积尽量小 既然任何晶体的晶胞都可以看成是平行六 面体，那么不同的晶体的差别在哪里？  差别有两点： (1)不同晶体的晶胞，其大小和形状可能不同。 (2)围绕每个结点的原子种类、数量及分布可 能不同 因此，晶胞可以理解成将空间点阵的结 点用原子或原子集团具体化了的最小平 行六面体。 晶胞的大小和形状 晶胞的大小取决于 AB ，AD 和AE 这三