材料结构.ppt

材料结构.ppt

《材料结构.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料结构.ppt（69页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

晶体结构晶体结构：

原子规则排列，主要体现是原子排列具有周期原子规则排列，主要体现是原子排列具有周期性，或者称长程有序。

有此排列结构的材料为晶体。

性，或者称长程有序。

有此排列结构的材料为晶体。

晶体中原子、分子规则排列的结果使晶体具有规则的几何晶体中原子、分子规则排列的结果使晶体具有规则的几何外形，外形，X射线衍射已证实这一结论。

射线衍射已证实这一结论。

非晶体结构非晶体结构：

不具有长程有序。

有此排列结构的材料为非不具有长程有序。

有此排列结构的材料为非晶体。

晶体。

了解固体结构的意义了解固体结构的意义：

固体中原子排列形式是研究固体固体中原子排列形式是研究固体材料宏观性质和各种微观过程的基础。

材料宏观性质和各种微观过程的基础。

晶体结构晶体结构固体的结构分为：

固体的结构分为：

非晶体结构非晶体结构多晶体结构多晶体结构1.1晶体结构晶体结构1.1.1空间点阵空间点阵1.1.2密勒指数密勒指数1.1.3倒格子倒格子晶体内部结构概括为是由一些相同点子在空间晶体内部结构概括为是由一些相同点子在空间有规则作周期性无限分布，这些点子的总体称有规则作周期性无限分布，这些点子的总体称为点阵。

为点阵。

（该学说正确地反映了晶体内部结构长程有序特征，后（该学说正确地反映了晶体内部结构长程有序特征，后来被空间群理论充实发展为空间点阵学说，形成近代关来被空间群理论充实发展为空间点阵学说，形成近代关于晶体几何结构的完备理论。

）于晶体几何结构的完备理论。

）1.1.1空空间间点点阵阵一、布喇菲的空间点阵学说一、布喇菲的空间点阵学说关于结点的说明：

关于结点的说明：

当晶体是由完全相同的一种原子组成，结点可以是原子本身位置。

当晶体是由完全相同的一种原子组成，结点可以是原子本身位置。

当晶体中含有数种原子，这数种原子构成基本结构单元（基元），当晶体中含有数种原子，这数种原子构成基本结构单元（基元），结点可以代表基元重心，原因是所有基元的重心都是结构中相同结点可以代表基元重心，原因是所有基元的重心都是结构中相同位置，也可以代表基元中任意点子位置，也可以代表基元中任意点子结点示例图结点示例图1.点子点子空间点阵学说中所称的空间点阵学说中所称的点子点子，代表着结构中相同的位，代表着结构中相同的位置，也为置，也为结点结点，也可以代表原子周围相应点的位置。

，也可以代表原子周围相应点的位置。

晶体由基元沿空间三个不同方向，各按一定的距离晶体由基元沿空间三个不同方向，各按一定的距离周期周期性性地平移而构成，地平移而构成，基元基元每一平移距离称为每一平移距离称为周期周期。

在一定方向有着一定在一定方向有着一定周期周期，不同方向上，不同方向上周期周期一一般不相同。

般不相同。

基元基元平移结果：

平移结果：

点阵点阵中每个结点周围情况都一样。

中每个结点周围情况都一样。

2.点阵学说概括了晶体结构的周期性点阵学说概括了晶体结构的周期性3.晶格的形成晶格的形成通过点阵中的结点，可以作许多平行的直线族通过点阵中的结点，可以作许多平行的直线族和平行的晶面族，点阵成为一些网格和平行的晶面族，点阵成为一些网格-晶晶格。

格。

平行六面体平行六面体原胞概念的引出：

原胞概念的引出：

由于晶格晶格周期性，可取一个以结点结点为顶点，边长等于该方向上的周期周期的平行六面体作为重复单元，来概括晶格的特征。

即每个方向不能是一个结点（或原子）本身，而是一即每个方向不能是一个结点（或原子）本身，而是一个结点个结点（或原子）加上周期长度为原子）加上周期长度为a的区域，其中的区域，其中a叫叫做基矢做基矢。

这样的重复单元重复单元称为原胞原胞。

原胞（重复单元）的选取规则原胞（重复单元）的选取规则反映周期性特征：

反映周期性特征：

只需概括空间三个方向上的周期大只需概括空间三个方向上的周期大小，原胞可以取最小重复单元（物理学原胞），结点只小，原胞可以取最小重复单元（物理学原胞），结点只在顶角上。

在顶角上。

反映对称性特征：

反映对称性特征：

晶体都具有自己特殊对称性。

晶体都具有自己特殊对称性。

结晶学上所取原胞体积不一定最小，结点不一定只在顶结晶学上所取原胞体积不一定最小，结点不一定只在顶角上，可以在体心或面心上（晶体学原胞）；角上，可以在体心或面心上（晶体学原胞）；原胞边长总是一个周期，并各沿三个晶轴方向；原胞边长总是一个周期，并各沿三个晶轴方向；原胞体积为物理学原胞体积的整数倍数。

原胞体积为物理学原胞体积的整数倍数。

引出物理学原胞的意义：

引出物理学原胞的意义：

三维格子的周期性可用数学的形式表示如下：

三维格子的周期性可用数学的形式表示如下：

T（r）=T（r+l1a1+l2a2+l2a3）r为重复单元中任意处的矢量；为重复单元中任意处的矢量；T为晶格中任意物理量；为晶格中任意物理量；l1、l2、l3是整数，是整数，a1、a2、a3是重复单元的边长矢量。

是重复单元的边长矢量。

为进行固体物理学中的计算带来很大的方便。

为进行固体物理学中的计算带来很大的方便。

位矢位矢RrR+r不喇菲点阵的特点：

不喇菲点阵的特点：

每点周围情况都一样。

是由一个结点沿三维空间周每点周围情况都一样。

是由一个结点沿三维空间周期性平移形成，为了直观，可以取一些特殊的重复期性平移形成，为了直观，可以取一些特殊的重复单元（结晶学原胞）。

单元（结晶学原胞）。

完全由相同的一种原子组成，则这种原子组成的完全由相同的一种原子组成，则这种原子组成的网格为不喇菲格子，和结点所组成的网格相同。

网格为不喇菲格子，和结点所组成的网格相同。

晶体的基元中包含两种或两种以上原子，每个基晶体的基元中包含两种或两种以上原子，每个基元中，相应的同种原子各构成和结点相同网格元中，相应的同种原子各构成和结点相同网格-子晶格（或亚晶格）。

子晶格（或亚晶格）。

复式格子（或晶体格子）是由所有相同结构子晶复式格子（或晶体格子）是由所有相同结构子晶格相互位移套构形成。

格相互位移套构形成。

4.结点的总体结点的总体-不喇菲点阵或不喇菲格子不喇菲点阵或不喇菲格子晶体格子（简称晶格）晶体格子（简称晶格）：

晶体中原子排列的具体形：

晶体中原子排列的具体形式。

式。

原子规则堆积的意义原子规则堆积的意义：

把晶格设想成为原子规则堆：

把晶格设想成为原子规则堆积，有助于理解晶格组成，晶体结构及与其有关的积，有助于理解晶格组成，晶体结构及与其有关的性能等。

性能等。

二二、晶晶格格的的实实例例1.简单立方晶格简单立方晶格2.体心立方晶格体心立方晶格3.原子球最紧密排列的两种方式原子球最紧密排列的两种方式特点特点：

层内为正方排列，是原子球规则排列的最简单形式；层内为正方排列，是原子球规则排列的最简单形式；原子层叠起来，各层球完全对应，形成简单立方晶格；原子层叠起来，各层球完全对应，形成简单立方晶格；这种晶格在实际晶体中不存在，但是一些更复杂的晶格这种晶格在实际晶体中不存在，但是一些更复杂的晶格可以在简单立方晶格基础上加以分析。

可以在简单立方晶格基础上加以分析。

原子球的正方排列原子球的正方排列简单立方晶格典型单元简单立方晶格典型单元1.简单立方晶格简单立方晶格简单立方晶格的原子球心形成一个三维立方格子结简单立方晶格的原子球心形成一个三维立方格子结构，整个晶格可以看作是这样一个典型单元沿着三构，整个晶格可以看作是这样一个典型单元沿着三个方向重复排列构成的结果。

个方向重复排列构成的结果。

简单立方晶格单元沿着三个方向重复排列构成的图形简单立方晶格单元沿着三个方向重复排列构成的图形2.体心立方晶格体心立方晶格体心立方晶格的典型单元体心立方晶格的典型单元排列规则排列规则：

层与层堆积方式是上面一层原子球心对层与层堆积方式是上面一层原子球心对准下面一层球隙，下层球心的排列位置用准下面一层球隙，下层球心的排列位置用A标记，标记，上面一层球心的排列位置用上面一层球心的排列位置用B标记，体心立方晶格标记，体心立方晶格中正方排列原子层之间的堆积方式可以表示为中正方排列原子层之间的堆积方式可以表示为：

ABABABAB体心立方晶格的堆积方式体心立方晶格的堆积方式体心立方晶格的特点：

体心立方晶格的特点：

为了保证同一层中原子球间的距离等于为了保证同一层中原子球间的距离等于A-A层之间的层之间的距离，正方排列的原子球并不是紧密靠在一起；距离，正方排列的原子球并不是紧密靠在一起；由几何关系证明，间隙由几何关系证明，间隙=0.31r0，r0为原子球的半径。

为原子球的半径。

具有体心立方晶格结构的金属：

具有体心立方晶格结构的金属：

Li、Na、K、Rb、Cs、Fe等，等，密排面密排面：

原子球在该平面内以最紧密方式排列。

：

原子球在该平面内以最紧密方式排列。

堆积方式堆积方式：

在堆积时把一层的球心对准另一层球隙，：

在堆积时把一层的球心对准另一层球隙，获得最紧密堆积，可以形成两种不同最紧密晶格排列。

获得最紧密堆积，可以形成两种不同最紧密晶格排列。

ABABAB排列排列（六角密排晶格）（六角密排晶格）ABCABCABC排列排列（立方密堆）（立方密堆）3.原子球最紧密排列的两种方式原子球最紧密排列的两种方式前一种为六角密排晶格，（如前一种为六角密排晶格，（如Be、Mg、Zn、Cd），），后一种晶格为立方密排晶格，或面心立方晶格（如后一种晶格为立方密排晶格，或面心立方晶格（如Cu、Ag、Au、Al）面心立方晶格面心立方晶格（立方密排晶格）（立方密排晶格）面心（面心（111）以立方密堆方式排列以立方密堆方式排列面心立方晶体（立方密排晶格）面心立方晶体（立方密排晶格）六方密堆晶格的原胞六方密堆晶格的原胞三三、不喇菲格子与复式格子、不喇菲格子与复式格子四四把基元只有一个原子的晶格，叫做不喇菲格子；把基元只有一个原子的晶格，叫做不喇菲格子；把基元包含两个或两个以上原子的，叫做复式格子。

把基元包含两个或两个以上原子的，叫做复式格子。

注：

注：

如果晶体由一种原子构成，但在晶体中原子周围如果晶体由一种原子构成，但在晶体中原子周围的情况并不相同（例如用的情况并不相同（例如用X射线方法，鉴别出原射线方法，鉴别出原子周围电子云的分布不一样），则这样的晶格虽子周围电子云的分布不一样），则这样的晶格虽由一种原子组成，但不是不喇菲格子，而是复式由一种原子组成，但不是不喇菲格子，而是复式格子。

原胞中包含两个原子。

格子。

原胞中包含两个原子。

1.氯化钠结构氯化钠结构表示钠表示钠表示氯表示氯钠钠离子与氯离子离子与氯离子分别构成面心立分别构成面心立方格子，氯化钠方格子，氯化钠结构是由这两种结构是由这两种格子相互平移一格子相互平移一定距离套购而成。

定距离套购而成。

2.氯化铯结构氯化铯结构表示表示Cs。

表示表示Cl3.钙钛矿型钙钛矿型结构结构表示表示Ba表示O表示表示Ti结晶学原胞结晶学原胞氧八面体氧八面体基元中任意点子或结点作周期性重复的晶体结构基元中任意点子或结点作周期性重复的晶体结构复式原胞复式原胞重复的重复的晶体结构晶体结构五个子晶胞五个子晶胞注：

注：

结点的概念以及结点所组成的不喇菲格子的概念，结点的概念以及结点所组成的不喇菲格子的概念，对于反映晶体中的周期性是很有用的。

对于反映晶体中的周期性是很有用的。

基元中不同原子所构成的集体运动常可概括为复式基元中不同原子所构成的集体运动常可概括为复式格子中各个子晶格之间的相对运动。

格子中各个子晶格之间的相对运动。

固体物理在讨论晶体内部粒子的集体运动时，对于固体物理在讨论晶体内部粒子的集体运动时，对于基元中包含两个或两个以上原子的晶体，复式格子基元中包含两个或两个以上原子的晶体，复式格子的概念显得重要，的概念显得重要，四、结晶学原胞与固体物理学原胞间的相互转化四、结晶学原胞与固体物理学原胞间的相互转化简立方简立方体立方体立方面心立方面心立方立方晶系不喇菲原胞立方晶系不喇菲原胞原胞的基矢为：

原胞的基矢为：

a1=ia,a2=ja,a3=ka结晶学中，属于立方晶系的不喇菲原胞有简结晶学中，属于立方晶系的不喇菲原胞有简立方、体心立方和面心立方。

立方、体心立方和面心立方。

1.简立方简立方2.体心立方体心立方固体物理学的原胞基矢与结晶学原胞基矢的关系