第一章 结晶学基础.pptxVIP

第一章结晶学基础;●结晶学是以晶体为研究对象的自然科学

●晶体材料是固体材料中的重要组成部分

●了解材料的结构是材料科学研究的重要基础

●认识结晶形态及内部构造的规律是晶体学理

论的范畴，有如下主要分支：

晶体生长学

几何结晶学

晶体结构学

晶体化学

晶体物理学

;第一节晶体的基本概念与性质;晶体：红宝石;琥珀;二、晶体的内部构造——空间格子;结论

晶体结构共性的东西有：

（1）晶体内质点在三维空间作周期性重复排列是无限的；

（2）任何晶体均由晶胞构成的，所谓晶胞是代表晶体性质的最小体积单位；

（3）晶胞在三维空间的叠加是无限的

晶体结构个性的东西有：

（1）晶胞的构造单位不同

（2）晶胞类型不同

举例说明;2、空间格子;●空间格子：凡是从真实晶体中抽象出来的相当点，在三维空间排列的几何图形，即为空间格子。

●空间格子的要素

结点；行列；面网；单位平行六面体

●比较空间格子与真实晶体的格子构造

●空间格子的要素与晶体的要素之间的关系

●空间格子的类型;面网;三、晶体的基本性质;5、对称性：晶体中的相同部分(包括晶面、晶棱等)以及晶体的性质能够在不同的方向或位置上有规律地重复出现，称为晶体的对称性。

6、定熔性：晶体在熔解时具有一定熔点的性质，称为定熔性。

7、面角恒等：在相同的温度、压力条件下，成分和构造相同的所有晶体，其对应晶面的面角恒等。

;四、晶体的形成;2、晶体的形成过程;（1）介质的过饱和、过冷却与晶核形成;B.成核的速度又与介质的粘度有关，当过饱和度和过冷却度增大时，介质的粘度也增大，阻碍了粒子扩散速度，影响了成核速度。所以当介质的过饱和度或过冷却度升到一定程度时，晶核形成的速度反而降低。

C.成核速度与介质粘度之间的关系

△T=80℃时成核速度最大

△T＞80℃时，粘度增大，结晶线速度降低

△T＜80℃时，粘度降低而结晶线速度增大。当J=0时，这种状态下的固相称为玻璃质。;（1）介??的过饱和、过冷却与晶核形成;（2）成核能;只有当ΔG＜0时，成核过程才能发生，因此，晶核是否能形成，就在于ΔGv与ΔGs的相对大小。

见图：

体系自由能由升高到

降低的转变时所对应

的晶核半径值rc称为

临界半径。;穆林（Mullin1972）研究△G与r关系如图：

①r＜rc时，△G随着r的增大也逐渐增大，则核不能继续生长

②r≥rc时，△G随着r的增大趋于降低，晶核微粒有可能继续生长

所以rc表示核可能消失或核可能生长的临界晶核大小，rc叫临界半径。它与结晶作用的温度核介质的过饱和程度有关，过饱和度越大rc愈小，100?~1000?内。;（3）晶核形成类型与实例;晶体的长大与科塞尔理论;因此，最佳生长位置是三面凹角位，其次是两面凹角位，最不容易生长的位置是平坦面。

最理想的晶体生长方式就是:先在三面凹角上生长成一行，以至于三面凹角消失，再在两面凹角处生长一个质点，以形成三面凹角，再生长一行，重复下去。;解释一些生长现象;晶体生长的实际情况要比简单层生长理论复杂得多。往往一次沉淀在一个晶面上的物质层的厚度可达几万或几十万个分子层。同时亦不一定是一层一层地顺序堆积，而是一层尚未长完，又有一个新层开始生长。这样继续生长下去的结果，使晶体表面不平坦，成为阶梯状称为晶面阶梯(图I-2-5)。

科塞尔理论虽然有其正确的方面，但实际晶体生长过程并非完全按照二维层生长的机制进行的。因为当晶体的一层面网生长完成之后，再在其上开始生长第二层面网时有很大的困难，其原因是已长好的面网对溶液中质点的引力较小，不易克服质点的热振动使质点就位。因此，在过饱和度或过冷却度较低的情况下，晶的生长就需要用其它的生长机制加以解释。;螺旋生长理论模型（BCF理论模型）

弗朗克等人(1949，1951)研究了气相中晶体生长的情况，估计二维层生长所需的过饱和度不小于25—50％。但在实验中却难以达到与过饱和度相应的生长速度，且在过饱和度小于1％的气相中晶体亦能生长。这种现象并不是层生长理论所能解释的。他们根据实际晶体结构的各种缺陷中最常见的位错现象，提出了晶体的螺旋生长理论。

该模型认为晶面上存在螺旋位错露头点可以作为晶体生长的台阶源，可以对平坦面的生长起着催化作用，这种台阶源永不消失，因此不需要形成二维核，这样便成功地解释了