晶体学基础与基本材料类型232 离子晶体与常见的材料 PPT课件.ppt

* 刘晓瑭 * 这个结构可以看成是由 O2? 和半径较大的 Ca2+ 共同组成立方最紧密堆积，而 Ti4+ 则填充于四分之一的八面体空隙中。 * 刘晓瑭 * 面对角线长度为 rA + rO 棱的长度为 rB + rO 故在钙钛矿结构中，三种离子的半径之间存在如下的关系 * 刘晓瑭 * 对实际晶体进行的测定发现，A 离子和 B 离子的半径都可以有一定范围的波动。只要满足下式即可获得稳定的钙钛矿结构 BaTiO3 PbTiO3 * 刘晓瑭 * 钙钛矿型结构在高温时属立方晶系。在降温时，通过某个特定温度后将产生结构畸变。 如果在一个轴向发生畸变 (伸长或缩短)，就由立方晶系转变为四方晶系； 如果在两个轴向发生畸变，则变为正交晶系； 如果在体对角线方向发生畸变，则变成三方晶系。 三种畸变在不同的钙钛矿结构中均有可能存在。这些畸变使得一些钙钛矿结构的晶体产生自发偶极矩，称为铁电体或反铁电体，从而具有介电和压电性能，并得到了广泛的应用。 * 刘晓瑭 * 容差因子t的存在，加上在 ABO3 中 A、B 两类离子的价数不一定分别局限于二价和四价 (也可以分别为一价和五价)，因此，具有钙钛矿结构的晶体种类十分繁多。事实上，对于复杂氧化物功能材料，钙钛矿结构是特别重要的一类晶体结构，新发现的功能材料大多属于这一结构类型，如压电材料Pb(Zr,Ti)O3、电致伸缩材料 Pb(Mg,Nb)O3 和磁阻材料 (La,Ca)MnO3 等。 （2）方解石（CaCO3）型结构 方解石（CaCO3）型结构方解石属三方晶系，R3C空间群，其结构如图所示。 * * 刘晓瑭 5.AB2O4型化合物结构 AB2O4型化合物中最重要的化合物是尖晶石（MgAl2O4）。MgAl2O4结构如图所示，属立方晶系，面心立方点阵，Fd3m空间群。可把这种结构看成是由8个立方亚晶胞所组成。 * * 刘晓瑭 * 刘晓瑭 * 6. 硅酸盐的晶体结构 硅酸盐的结构组成：都是由硅氧四面体作为骨架组成。 硅酸盐晶体的结构特点： (1)构成的基本结构单元是由Si和O组成的[SiO4]4-四面体。 (2)每个O最多只能为两个[SiO4]4-四面体所共用。 (3)[SiO4]四面体可以独立地在结构中存在，也可以通过[SiO4]4-共用四面体顶点连接。 (4) [SiO4]4-中Si－O－Si结合键不是一条直线,呈145o夹角。 * * 刘晓瑭 刘晓瑭 硅酸盐结构类型 (1)孤岛状硅酸盐： [SiO4]4- 以孤立状存在。如镁橄榄石Mg2SiO4，锆英石ZrSiO4等 (2)组群状硅酸盐：由[SiO4]4-通过共用氧(桥氧)相生成2、3、4或者6个硅氧组群。绿宝石 (3)链状硅酸盐：由[SiO4]4-通过桥氧的连接在一维方向伸长成单链或双链、链与链间为正离子链结。辉石 * * 刘晓瑭 (4)层状硅酸盐：由[SiO4]4-四面体某个面在平面内以共用顶点的方式连接成六角对称的二维结构,多为二节单层。当活性氧与其它负离子一起与金属正离子组成八面体层,就与四面体构成双层结构。 滑石，白云母 (5)骨架状硅酸盐：由[SiO4]4-四面体连成无限六元环状,层中未饱合和交替指向上或向下,把这样的层叠置起来使两个为一个公共氧所代替。石英 * * * 刘晓瑭 * * 刘晓瑭 * * 刘晓瑭 * * 成单链、双链或成层状、网状等复杂结构,但不能共棱和共面。同一类硅酸盐中, [SiO4]4-四面体连接方式只有一种。 * 按[SiO4]4-的不同结合,将硅酸盐分为： * 刘晓瑭 * 碳化钛 (TiC) TiC 是一种超硬工具材料，经常和 TiN、WC 或Al2O3等原料混合制成各类复合陶瓷材料，用作各种工具、刀具和模具等。 TiC的熔点为3160?C，理论密度4.938 g/cm3，弹性模量320 GPa，硬度则高达28 ~ 30 GPa。 20世纪60年代末，TiC 曾作为硬质合金刀具的耐磨镀层进入市场，尽管不久即被综合性能更好的化学气相沉积 TiN 镀层所取代，但是作为 TiN 复合耐磨涂层的组元，TiC 仍一直在得到应用。 * 刘晓瑭 * 习 题 MgO 具有 NaCl 结构。O2?的半径为 0.140 nm，Mg2+的半径为0.070 nm。 试计算： (1) 圆球形 Mg2+所占据的空间体积分数；(2) MgO 的密度。 * 刘晓瑭 * (2)氯化铯结构 CsCl 型结构是最简单的离子晶体结构。是晶体结构中有代表性的一种，包括 CsBr、CsI、TlCl、TlBr 和 TlI 等在内的一些晶体都具有这样的结构，但是在常用的材料中却很少有这种晶型存在。 是体心立方吗？ * 刘晓瑭 * 简单立方结构、配位数为 8 阴离子作简单立方堆积 阳离子