第二章-材料化学的理论基础1.pptVIP

晶体具有固定的熔点，非晶体则没有。？ 晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。 如 云母和方解石晶体 PROBLEM: Draw the following direction vectors in cubic unit cells: a. [100] and [110] b. [112] c. d. 现实生活中的对称的例子 点缺陷种类 空位（vacancy）——正常结点没有被原子或离子所占据，成为空结点。 间隙原子（interstitial atom）——原子进入晶格中正常结点之间的间隙位置。 置换式杂质原子（substitutional impurity atom）——外来原子进入晶格，取代原来晶格中的原子而进入正常结点的位置 间隙式杂质原子（interstitial impurity atom）——外来原子进入点阵中的间隙位置，成为杂质原子。 热振动的原子在某一瞬间可以获得较大的能量，挣脱周围质点的作用，离开平衡位置，进入到晶格内的其它位置形成间隙原子，而在原来的平衡格点位置上留下空位。 离开平衡位置的原子有三个去处： （1）迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上，使晶体内部留下空位，称为肖特基（Schottky）缺陷或肖特基空位； （2）挤入点阵的间隙位置，在晶体中同时形成数目相等的空位和间隙原子，则称为弗兰克尔（Frenkel）缺陷； （3）跑到其他空位中，使空位消失或使空位移位。 另外，在一定条件下，晶体表面上的原子也可能跑到晶体内部的间隙位置形成间隙原子。 定义：正常结点上的原子（离子）跳到表面，原来位置形成空位。特点：对于离子晶体，正、负离子空位数相等，体积增加（新表面） 定义：正常结点上的原子（离子）跳入间隙：形成间隙原子特点：空位与间隙粒子成对出现；晶体体积不发生变化。 点缺陷对材料性能的影响 电、光、磁性能及加工性能 电阻增大 费米能级变化 原子扩散迁移加快 正刃型位错（左）和负刃型位错（右） 混合位错是刃型位错和螺型位错的混合型式，位错线与柏格斯矢量b的方向既不垂直﹐也不平行。 混合位错可分解为刃型位错分量和螺型位错分量，它们分别具有刃型位错和螺型位错的特征。 小结： 点缺陷、线缺陷均提高材料的强度和硬度。 面缺陷增加——晶粒细小，不仅提高强度和硬度，而且提高材料的塑性和韧性。 各种缺陷一般都使材料的物理和化学性能变差。 增加各种缺陷的数量是强化材料的一种手段。 2.2 晶体材料的微观结构 2.2.1硬球无规密堆积学说 P80 有关概念： 1）最紧密堆积：结构稳定（内能小） 2） 硬球：刚体，可以相互接触，但不能重叠。 3）排列：同层球体的结合（对齐、错位） 4）堆积：异层球体的结合（ABC堆积，AB堆积）  堆积方式： 1）六方紧密堆积（AB堆积） 2）立方紧密堆积（ABC堆积）  堆积特点： 1）堆积系数74.05%；  2） 配位数12；  3）空隙种类：四面体、八面体 等大球体的最紧密堆积方式 将第三层球堆积在这类空隙上 四面体空隙和八面体空隙 可以证明：1、六方、立方紧密堆积的空间利用率是 74%。 2、在各类晶体结构中，六方、立方紧密 堆积才是最紧密堆积。是空间利用率 最高的两种结构。 2.2.2 晶体结构基本类型1、金属晶体（等大球体） 最紧密堆积：两种（立方，六方）； 球数/空隙数： n个球做密堆：产生n个八面体空隙；2n个四面体空隙。 结构特点：密堆程度高；对称性高；配位数高 常见类型：Al, Cu, Ag, Au —立方密堆； Li, Na, K, Ti, Zr —立方密堆； Be, Mg, Ca, Y, Co, Ni —立方体心堆积 2、 离子晶体 （非等大球体）特点： 结合力强——硬度高、强度大、热膨胀系数小、 脆性大； 难产生自由电子——良好绝缘体； 外层电子难激发——不吸收可见光，无色透明。   * * C、Mixed dislocation 混合位错 Mixed Dislocation 3、面缺陷——晶界和亚晶界 实际金属材料是多晶体材料，则在晶体内部存在着大量的晶界和亚晶界。晶界和亚晶界实际上是一个原子排列不规则的区域（如下图），该处晶体的晶格处于畸变状态，能量高于晶粒内部，面缺陷在会提