第八章 晶体结构及其变化
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§3 晶体结构一、晶体与非晶体1、晶体的特征:⑴有一定的几何外形,非晶体如玻璃等又称无定形体;⑵有固定的熔点;⑶各向异性:晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。
一块晶体的某些性质,如光学性质、力学性质、导电导热性质、机械强度等,从晶体的不同方向去测定,常不同。
⑷晶体具有平移对称性:在晶体的微观空间中,原子呈现周期性的整齐排列。
对于理想的完美晶体,这种周期性是单调的,不变的,这是晶体的普遍特征,叫做平移对称性。
⑸自范性:在适宜条件下,晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。
2、晶体的内部结构⑴晶格:把晶体中规则排列的微粒抽象成几何学中的点,并称为结点。
这些点的结合称为点阵,沿着一定的方向按某种规则把结点连结起来,则得到描述各种晶体内部结构的几何图像——晶体的空间格子,称为晶格。
⑵晶胞:在晶格中,能表现出其结构的一切特征的最小部分称为晶胞。
(晶体中最有代表性的重复单位)⑶晶胞基本特征:晶胞有二个要素:①是晶胞的大小、型式,②是晶胞的内容。
晶胞的大小、型式由a、b、c三个晶轴及它们间的夹角α.β.γ所确定。
晶胞的内容由组成晶胞的原子或分子及它们在晶胞中的位置所决定。
3、单晶体和多晶体⑴单晶体——由一个晶核(微小的晶体)各向均匀生成而成,其内部的粒子基本上按某种规律整齐排列。
如冰糖、单晶硅等。
⑵多晶体——由很多单晶体杂乱聚结而成,失去了各二、离子晶体及其性质1、离子晶体的特征和性质⑴由阳离子和阴离子通过静电引力结合成的晶体——离子晶体。
⑵性质:静电作用力较大,故一般熔点较高,硬度较大、难挥发,但质脆,一般易溶于水,其水溶液或熔融态能导电。
2、离子键⑴定义:阳离子和阴离子通过静电作用形成的化学键。
⑵离子键的形成条件:元素的电负性差要比较大。
⑶离子键的本质特征:是①静电作用力,②没有方向性和饱和性。
⑷影响离子键强度的因素①离子电荷数的影响。
②离子半径的影响:半径大, 导致离子间距大, 所以作用力小; 相反, 半径小, 则作用力大。
退火工艺对晶体结构及性能的影响研究晶体是一种固体的物质状态,其具有高度有序性和规则性。
晶体结构及其性质的研究一直是材料科学研究的一个重要方面。
晶体的结构特征和性质与制备工艺密不可分,因此研究晶体结构及性能与工艺的关系具有重要意义。
其中一个重要的加工工艺是退火,可以对晶体结构和性能产生不同的影响。
一、退火工艺退火工艺是一种材料制备和改良的重要工艺,通常是在特定的条件下对材料进行高温处理,然后缓慢冷却。
退火过程可以通过温度、时间、压力等条件调节和控制。
在退火过程中,晶体结构会发生一些变化,这种变化往往会影响晶体的宏观性质,如力学性能、热稳定性、光学性质等。
二、晶体结构的变化晶体结构的变化主要表现在晶体晶粒的层取向、晶格畸变、晶格参数、缺陷分布和组织细化等方面。
在晶体退火过程中,高温荷载作用下的变形应力和相互作用力作用,改变了原子的位置和排列方式,从而使晶体的结构发生了变化。
(1)晶体晶粒的层取向晶体晶粒的层取向对晶体的形貌和力学性能有很大影响。
晶体在退火过程中,晶粒的层取向可以受到位错、晶界、缺陷的影响。
在晶界和缺陷的作用下,晶体的晶粒可以重新排列,从而形成更为有序的结构。
晶界和缺陷的存在也会降低晶体的热稳定性和力学性能。
(2)晶格畸变晶体在退火过程中,晶粒的体积会发生变化,从而导致晶格的畸变。
晶格畸变会影响晶体的物理性质,如电学和磁学性能等。
(3)晶格参数晶格参数是指晶体中晶胞的尺寸和形状。
在退火过程中,晶格参数可能会发生变化,可能更趋于理想状态,也可能更加接近实际状态。
晶格参数的变化可以影响晶体的物理性质,如导电性、导热性等。
(4)缺陷分布晶体在退火过程中,可能会出现一些缺陷,如空穴、空位、氧化物等。
这种缺陷是一种内在性质,对晶体性质的影响也很大。
在晶界和缺陷的作用下,晶体内部的应力和摩擦作用会导致缺陷的增多和扩散。
三、晶体性能的变化晶体在退火过程中,其性能也会发生变化。
不同的退火条件会导致晶体结构和性能的变化程度不同。