功能材料概论2.ppt

3. 面缺陷 又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、相界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。 面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。 * * 第二章 晶体学基础及材料性能 物质：气态、液态、固态、等离子态、超固态、中子态 固态物质（固体）：晶体、非晶体、准晶体 1. 晶体：原子或原子团在三维空间呈周期性的规则重复排列所构成的固体。（食盐、金属、冰、宝石、水晶等） 2.1 晶体的特征 2.1.1 晶体、非晶体、准晶体 晶体的特点： （1）各向异性：不同方向原子的排列方式不相同，因而其表现的性能也有差异，这是晶体区别于非晶体的重要特性。比如：晶体常具有沿某些确定方位的晶面发生劈裂的现象，方解石和云母就是最好的例子。 （2）自范性（自限性）：晶体能够自发地呈现封闭的规则的外形（几何多面体）。 （3）长程有序性：晶体最突出的特点。晶体中的原子都是按一定规则排列的，至少在微米数量级范围的有序排列，称为长程有序。晶体分为单晶体和多晶体，多晶由许许多多小单晶构成。单晶体在整体范围内原子都是规则排列的；多晶体在各晶粒范围内原子是有序排列的。 （4） 固定的熔点：排列规律能保持时，呈现固体，温度升高到某一特定值（临界温度），排列方式解体，原子成无规则堆积，这时大多呈现不能保持自己形状的液体。 （5）最小内能：在相同条件下，晶体与同种物质的非晶体固体、液体、气体相比，其内能最小。 （6）稳定性：晶体内能最小，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。 （7）对称性：外部和内部结构都具有对称性。 2. 非晶体：原子（或分子、离子）无规则地堆积在一起。 液体和气体都是非晶体。在液体中，原子也处于相对紧密聚集的状态，但不存在长程的周期性排列。 特点： （1）各向同性：它的物理性质在各个方向上是相同的； （2）没有一定规则的外形：黏度为其力学性能的基本参数，能保持自己形状的为固体，不能保持自己形状的为液体；如玻璃、松香、石蜡等。 （3）没有固定的熔点：随温度的升高黏度减小，在液体和固体之间没有明显的温度界限。有人把非晶体叫做“过冷液体”或“流动性很小的液体”。 3. 准晶体 物理学定义：准周期晶体，简称准晶体，是介于晶体与非晶体之间的中间形式；准晶具有完全有序的结构，不具有晶体所应有的平移对称性。 基本特征：理想的准晶体是由两种以上有“原胞”在空间无限地重复构成的，这些“原胞”的排列具有长程的准周期平移序和长程指向序。 准晶体有别于晶体的最大特点是，具有准周期性结构，即不具有传统的平移周期性，但又有别于非晶体的无序排布。因此，准晶体可以拥有五次及六次以上的旋转轴。 数学上已经证明，具有平移性的晶体不存在5及6以上旋转轴。 准晶体实例 Ag-Al准晶 Al-Rh准晶 Ti-Ni准晶 2.1.2 空间点阵和晶胞 1. 空间点阵（Space Lattice） 晶体中原子或原子集团在三维空间有规律的周期性排列，将每个可重复的单元（原子或原子集团）抽象为纯几何点（阵点 或结点lattice point），即可得到一个由无数几何点在三维空间排列成的规则的阵列，称为空间点阵（简称点阵），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。 若用平行直线将空间点阵的各阵点连接起来，就构成一个三维的空间格架，称之为晶格。 空间点阵特点:①点阵是由无限多个点组成; ②每个点周围的环境相同; ③同一个方向上相邻点之间的距离一样. 2. 晶体结构与空间点阵 既然点阵只是表示原子或原子集团分布规律的一种几何抽象，那么，每个结点就不一定代表一个原子。就是说，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，亦即点阵的结点都是等同点。 晶体结构与空间点阵的区别： 空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，故它只能有14种类型；而晶体结构中则是指晶体中实际质点（原子、分子或离子）的具体排列情况，他们能组成各种类型的排列（因实际质点千差万别），实际排列的晶体结构是无限的。 晶体结构＝空间点阵＋结构基元 结构基元：原子、分子或其集团 3. 晶胞 能够反映晶格特征的最小几何单元（平行六面体），称为晶胞，是构成晶格的最基本单元。 晶胞在三维空间重复堆砌可构成整个空间点阵，通常为小的平行六面体。按重要程度晶胞要顺序满足①能充分反映整个空间点阵的对称性，②具有尽可能多的直角，