晶体学基础晶向指数与晶面指数之欧阳术创编Word下载.docx

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1晶向指数简直定办法

三指数暗示晶向指数[uvw]的步调如图1所示。

（1）建立以晶轴a，b，c为坐标轴的坐标系，各轴上的坐标长度单位辨别是晶胞边长a，b，c，坐标原点在待标晶向上。

（2）选取该晶向上原点以外的任一点P（xa，yb，zc）。

（3）将xa，yb，zc化成最小的简单整数比u，v，w，且u∶v∶w=xa∶yb∶zc。

（4）将u，v，w三数置于方括号内就获得晶向指数[uvw]。

图1晶向指数简直定办法

图2不合的晶向及其指数

固然，在确定晶向指数时，坐标原点不一定非选取在晶向上不成。

若原点不在待标晶向上，那就需要选取该晶向上两点的坐标P（x1，y1，z1）和Q（x2，y2，z2），然后将（x1x2），（y1y2），（z1z2）三个数化成最小的简单整数u，v，w，并使之满足u∶v∶w=（x1x2）∶（y1y2）∶（z1z2）。

则[uvw]为该晶向的指数。

显然，晶向指数暗示了所有相互平行、标的目的一致的晶向。

若所指的标的目的相反，则晶向指数的数字相同，但符号相反，如图3中[0]与[010]。

说明：

a指数意义：

代表相互平行、标的目的一致的所有晶向。

b负值：

标于数字上方，暗示同一晶向的相反标的目的。

c晶向族：

晶体中原子排列情况相同但空间位向不合的一组晶向。

用<

uvw>

暗示，数字相同，但排列顺序不合或正负号不合的晶向属于同一晶向族。

晶体结构中那些原子密度相同的同等晶向称为晶向轴，用<

UVW>

暗示。

<

100>

：

[100][010][001][][][]

111>

[111][][][][][][][]

图3正交点阵中的几个晶向指数

2晶面指数简直定

　　国际上通用的是密勒指数，即用三个数字来暗示晶面指数（hkl）。

图4中的红色晶面为待确定的晶面，其确定办法如下。

图4晶面指数简直定

（1）建立一组以晶轴a，b，c为坐标轴的坐标系，令坐标原点不在待标晶面上，各轴上的坐标长度单位辨别是晶胞边长a，b，c。

（2）求出待标晶面在a，b，c轴上的截距xa，yb，zc。

如该晶面与某轴平行，则截距为∞。

（3）取截距的倒数1/xa，1/yb，1/zc。

（4）将这些倒数化成最小的简单整数比h，k，l，使h∶k∶l=1/xa∶1/yb∶1/zc。

（5）如有某一数为负值，则将负号标注在该数字的上方，将h，k，l置于圆括号内，写成（hkl），则（hkl）就是待标晶面的晶面指数。

晶面指数所代表的不可是某一晶面，而是代表着一组相互平行的晶面。

代表一组平行的晶面；

b0的意义：

面与对应的轴平行；

c平行晶面：

指数相同，或数字相同但正负号相反；

d晶面族：

晶体中具有相同条件（原子排列和晶面间距完全相同），空间位向不合的各组晶面，用{hkl}暗示。

在立方系中，{100}：

（100）（010）（001），{110}：

（110）（101）（011）（10）（01）（01），{111}：

（111）（11）（11）（11）

e若晶面与晶向同面，则hu+kv+lw=0;

f若晶面与晶向垂直，则u=h,k=v,w=l。

立方系经常使用晶面指数图5。

图5立方系经常使用晶面指数

例子：

请确定图6中的晶面的晶面指数，并在图7中画出这些晶面指数所代表的晶面。

首先选定坐标系，如图所示。

然后求出待标晶面在a，b，c轴上的截距，辨别为a/2，2b/3，c/2。

取倒数后获得2，3/2，2。

再将其化成最小的简单整数比，获得4，3，4三个数。

于是该面的晶面指数为（434）。

图6

图7晶面指数的标注

所有相互平行的晶面在三个晶轴上的截距虽然不合，但它们是成比例的，其倒数也仍然是成比例的，经简化可以获得相应的最小整数。

因此，所有相互平行的晶面，其晶面指数相同，或者三个符号均相反。

可见，晶面指数所代表的不可是某一晶面，并且代表着一组相互平行的晶面。

图8立方晶胞的{110}、{111}晶面族

3关于晶面指数和晶向指数简直定办法还有以下几点说明：

（1）参考坐标系通常都是右手坐标系。

坐标系可以平移（因而原点可置于任何位置）。

但不克不及转动，不然，在不合坐标系下定出的指数就无法相互比较。

（2）晶面指数和晶向指数可为正数，亦可为正数，但负号应写在数字上方，如（），[]等。

（3）若各指数同乘以不即是零的数n，则新晶面的位向与旧晶面的一样，新晶向与旧晶向或是同向（当n>

0），或是反向（当n<

0）。

可是，晶面距（两个相邻平行晶面间的距离）和晶向长度（两个相邻结点间的距离）一般城市修改，除非n=1。

从以上各例可以看出，立方晶体的等价晶面具有“类似的指数”，即指数的数字相同，只是符号（正负号）和排列次第不合。

这样，我们只要根据两个（或多个）晶面的指数，就能判断它们是否为等价晶面。

另一方面，给出一个晶面族符号{hkl}，也很容易写出它所包含的全部等价晶面。

对非立方晶系，由于对称性修改，晶面族所包含的晶面数目就不一样。

例如正交晶系，晶面（100），（010）和（001）其实不是同等晶面，不克不及以{100}族来包含。

与晶面族类似，晶体中因对称关系而同等的各组晶向可归并为一个晶向族，用<

模仿上例，读者可以写出在立方晶系中的<

，<

110>

112>

和<

123>

等晶向族所包含的等价晶向。

以后，在讨论晶体的性质（或行为）时,若遇到晶面族或晶向族符号，那就暗示该性质（或行为）对该晶面族中的任一晶面或该晶向族中的任一晶向都同样成立，因而没有需要区分具体的晶面或晶向。

另外，在立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面肯定是相垂直的，即[hkl]⊥（hkl）。

4.六方晶系指数暗示

上面我们用三个指数暗示晶面和晶向。

这种三指数暗示办法，原则上适用于任意晶系。

对六方晶系，取a，b，c为晶轴，而a轴与b轴的夹角为120°

，c轴与a，b轴相垂直，如图9所示。

图9六方晶体的等价晶面和晶向指数

可是，用三指数暗示六方晶系的晶面和晶向有一个很年夜的缺点，即晶体学上等价的晶面和晶向不具有类似的指数。

这一点可以从图9看出。

图中六棱柱的两个相邻概略（红面和绿面）是晶体学上等价的晶面，但其密勒指数却辨别是

（1）和（100）。

图中夹角为60°

的两个密排标的目的D1和D2是晶体学上的等价标的目的，但其晶向指数却辨别是[100]和[110]。

由于等价晶面或晶向不具有类似的指数，人们就无法从指数判断其等价性，也无法由晶面族或晶向族指数写出它们所包含的各种等价晶面或晶向，这就给晶体研究带来很年夜的便利。

为了克服这一缺点，或者说，为了使晶体学上等价的晶面或晶向具有类似的指数，对六方晶体来说，就得保持三指数暗示，而采取四指数暗示（密勒布拉菲指数）。

四指数暗示是基于4个坐标轴：

a1，a2，a3和c轴，如图10所示，其中，a1，a2和c轴就是原胞的a，b和c轴，而a3=（a1+a2）。

下面就辨别讨论用四指数暗示的晶面及晶向指数。

图10六方晶体的四轴系统

（1）六方晶系晶面指数的标定

六方晶系晶面指数的标定原理和办法同立方晶系中的一样，从待标晶面在a1，a2，a3和c轴上的截距可求得相应的指数h，k，i，l，于是晶面指数可写成（hkil）。

根据几何学可知，三维空间自力的坐标轴最多不超出三个。

应用上述办法标定的晶面指数形式上是4个指数，可是不难看出，前三个指数中只有两个是自力的，它们之间有以下的关系：

i=（h+k），因此，可以由前两个指数求得第三个指数。

六方晶体中罕见晶面及其四指数（亦称六方指数）标于图11中。

从图看出，采取四指数后，同族晶面（即晶体学上等价的晶面）就具有类似的指数。

例如：

共6个等价面（Ⅰ型棱柱面）。

共6个等价面（Ⅱ型棱柱面）。

而{0001}只包含（0001）一个晶面，称为基面。

六方晶体中比较重要的晶面族还有，请读者写出其全部等价面。

图11六方晶体中罕见的晶面

（2）六方晶系晶向指数的标定

采取四轴坐标，六方晶系晶向指数的标定办法如下：

当晶向通过原点时，把晶向沿四个轴分化成四个分量，晶向OP可暗示为：

OP=ua1+va2+ta3+wC，晶向指数用[uvtw]暗示，其中t=（u+v）。

原子排列相同的晶向为同一晶向族，图12中a1轴为[]，a2轴[]，a3轴[]均属〈〉，其缺点是标定较麻烦。

可先用三轴制确定晶向指数[UVW]，再利用公式转换为[uvtw]。

采取三轴坐标系时。

C轴垂直底面，a1、a2轴在底面上，其夹角为120o，如图12，确定晶向指数的办法同前。

采取三轴制虽然指数标定简单，但原子排列相同的晶向本应属于同一晶向族，其晶向指数的数字却不尽相同，例如[100]，[010]，[]，见图12。

图12六方晶系的一些晶面与晶向指数

六方晶系按两种晶轴系所得的晶向指数可相互转换如下，，，。

例如，[]→[]，[100]→[]，[010]→[]，这样同等晶向的晶向指数的数字都相同。

标定办法通常采取行走法。

用行走法确定六方晶体的四轴晶向指数时，会遇到一个新的问题，即解是不唯一的。

例如，a1轴的指数可以是，也可以是[2000]；

a2轴的指数可以是，也可以是[0200]。

阐发各种等价晶向的四指数后发明，要想使等价晶向具有类似的四指数，就需要人为地附加一个条件，即前三个指数之和为零。

若将晶向指数写成[UVTW]，则上述附加条件可写成：

U+V+T=0，或T=（U+V）。

依照这个附加条件，上述a1轴的指数就应该是，而不是[2000]；

同样，a2和a3轴的指数辨别是和。

图13中标出了六方晶体中各重要晶向的四指数，它们是[0001]，，等等。

图13六方晶体中罕见的晶向

除上述几个特殊晶向外，对一般的晶向，很难直接求出四指数[UVTW]，因为很难包管在沿a1，a2，a3和c轴辨别走了U，V，T和W步后既要达到晶向上的另一点，又要满足条件T=（U+V）。

比较可靠的标注指数办法是解析法。

该法是先求出待标晶向在a1，a2和c三个轴下的指数u，v，w（这比较容易求得），然后按以下公式算出四指数U，V，T，W。

　　　　　　　　（11）

T=（U+V）

W=w

此公式可证明如下。

　　由于三指数和四指数均描述同一晶向，故：

Ua1+Va2+Ta3+Wc=ua1+va2+wc

（12）

又由几何关系：

a1+a2=a3

（13）

再由等价性要求：

T=（U+V）

（14）

解以上三个联立方程，即获得：

u=2U+V，v=2V+U，w=W

（15）

　　（15）式和（11）式可用矩阵暗示如下：

=

　　下面举两个例子。

例1请写出a1轴的晶向指数。

解：

从晶胞图直接获得：

u=1，v=0，w=0，按（11）式算得：

故

。

例2请写出a2和a3交角的平分线D的晶向指数。

从晶胞图可看出：

D=a1+（a3）=2a1+a2，