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第二章 晶体的形成

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南京大学-晶体生长课件-Chapter 2-晶体生长方法简介

南京大学-晶体生长课件-Chapter 2-晶体生长方法简介

思考：为什么在杂质、容器壁上容易成核？
为什么人工合成晶体要放籽晶？
§2.2.3.
晶体生长过程简介
所谓生长，对于生物体而言，就是一个从小到大，从幼稚到成熟的过 程。生物体生长需要养料，需要空气、阳光等环境。同样，对于“晶体 的生长”，也是一个晶体从小到大的不断变化的过程，也需要养料（原 料）和合适的环境，如生长炉、合适的温度等。 不同的生物体的生存环境、生长发育各不相同，同样，对于晶体而 言，不同的晶体有不同的生长过程，需要不同的生长条件，有相应的不 同的晶体生长技术和方法，其晶体生长的过程和要求也有所不同。 下面，我们以提拉法晶体生长为例，介绍晶体生长的过程。
§2.2.2. 晶核的形成
晶体生长的三个阶段：首先是介质达到过饱和、过冷却 阶段；其次是成核阶段，即晶核形成阶段；最后是晶体的生 长阶段。 成核是一个相变过程，即在母液相中形成固相小晶芽， 这一相变过程中体系自由能的变化为：
ΔG=ΔGv+ΔGs 式中△Gv为新相形成时体系自由能的变化，且△Gv＜0, △GS为新相形成时新相与旧相界面的表面能，且△GS＞0。 也就是说，晶核的形成，一方面由于体系从液相转变为 内能更小的晶体相而使体系自由能下降，另一方面又由于增 加了液-固界面而使体系自由能升高。
均匀成核是指在一个体系内，各处的成 核概率相等，这要克服相当大的表面能 势垒，即需要相当大的过冷度才能成核。
G
I G
* G N r* G N r
GI = + 4r2
where = interfacial free energy per unit surface area, and
G B
GB = - 4r3 Gv 3 Vm
第二章 晶体生长方法简介

晶体的形成

晶体的形成

火山玻璃脱玻化而形成的花瓣状雏晶
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晶体的形成首先是形成晶核，而后再逐渐长大。 三个阶段：①介质达到过饱和、过冷却阶段；②成核阶段；③晶 体生长阶段。 介质达到过饱和、过冷却状态时，并不意味体系同时结晶。由于温 度的局部变化、外部撞击，或者杂质粒子的影响，出现局部过饱和度、 过冷却度较高的区域，在这些区域首先出现达到临界值以上的微细结晶 粒子(晶牙或晶核），这种形成微细结晶粒子的作用称为成核作用。 体系同时进入不稳定状态形成新相，在体系内任何部位成核率是 相等的——均匀成核作用 局部先形成新相。在体系的某些部位（杂质、容器壁）的成核率
2－ 1
但是，实际晶体生长不
可能达到这么理想的情况，
也可能一层还没有完全长
满，另一层又开始生长了，
这叫阶梯状生长，最后可
在晶面上留下生长层纹或
生长阶梯。 阶梯状生长是属于层生 长理论范畴的。
黄铁矿表面的阶梯状生长层
总之，层生长理论的中心思想是：晶体生长过程是晶面层 层外推的过程。
可以较好解释以下生长现象：
高于另一些部位。——不均匀成核作用
均匀成核作用各处的成核 几率相等，需要克服较大的位 垒。 非均匀成核作用，因体系 中已经存在不均匀性，如悬浮 杂质或容器壁凹凸不平，降低 了成核的位垒，在这些位置， 过冷却度或饱和度很低都能成 核。 成核速度：是指体系单位 时间单位体积成核的数目。 与过冷却度和过饱和度以及体 系粘度的关系。

水热法—高温高压生长（高压釜）：晶体原料溶在高温高
压水溶液（溶剂）中；

提拉法—高温常压生长：没有溶剂，也没有助熔剂 ； 焰熔法-------高温常压下生长：没有溶剂，但有助熔剂 （晶体原料熔在另外一种成分的物质中，但无水）。

第二章晶体生长的基本规律

第二章晶体生长的基本规律
相变驱动力为体系内始态(Gα)和 终态摩尔自由能（ Gβ ）的差值 △G＝Gα-Gβ
只有△G足够大的体系，相变才会发 生，才会形成晶核。
以溶液情况为例，说明成核作用的过程
溶液中瞬间质点聚集形成结晶微粒，此微粒是否稳定存 在与能量有关 • 设单位体积溶液本身的自由能为g液 • 从溶液中析出的单位体积结晶相自由能为g晶
(2)温度
温度的变化直接导致了过饱和度或过冷却 度的变化，相应的改变了晶面的比表面能及不 同晶面的相对生长速度，影响晶体形态。
例如，方解石（CaCO3）晶体在温度较高时，呈扁平 形态； 地表常温下则长成细长晶体。
（3）杂质
溶液中杂质常选择性的吸附在某种晶面上。杂 质的存在可以改变晶体上不同晶面的相对生长速度, 从而影响晶体形态。
1、布拉维法则 2、居里－吴里佛原理 3、周期键链理论
1．布拉维法则
早在1885年，法国结晶学家布拉维从晶体具有 空间格子构造的几何概念出发，论述了实际晶面与 空间格子构造中面网之间的关系。
布拉维法则：实际晶体往往为面网密度大的晶面所包围
晶面生长速度：晶面在单位时间内沿其法线方向向外 推移的距离
图释
3．周期键链(PBC)理论
从晶体结构的几何特点和质点能量两方 面来探讨晶面的生长发育。
此理论认为在晶体结构中存在一系列周 期性重复的强键链，其重复特征与晶体中质 点的周期性重复相一致，这样的强键链称为 周期键链。
F
S
K
F
S
F面：形成一个强键， 放出较少键能，生长 速度慢
S
S面：形成两个强键，
放出键能高于F面，生
• 阶梯状生长是属于层生长理论范畴的。
晶体生长过程模拟
层生长理论缺陷：

第二章晶体结构与常见晶体结构类型第二讲

第二章晶体结构与常见晶体结构类型第二讲
2.晶体中质点的堆积
最紧密堆积原理： 晶体中各离子间的相互结合，可以看作是球
体的堆积。球体堆积的密度越大，系统的势能 越低，晶体越稳定。此即球体最紧密堆积原理。
适用范围：典型的离子晶体和金属晶体。
质点堆积方式：
根据质点的大小不同，球体最紧密堆积方式分为等径
球和不等径球两种情况。
等径球的堆积
最密堆积方 式
理论结构类型 实际结构类型 实际配位数
AgCl 0. 123+0.172=0.295
0.277 0. 018 0.715 NaCl NaCl
6
AgBr 0.123+0.188=0.311
0.288 0.023 0.654 NaCl NaCl
6
AgI 0.123+0.213=0336
0.299 0.037 0.577 NaCl 立方 ZnS
面心立方最紧密堆积 六方最紧密堆积
最紧密堆积中的空隙 不等径球的堆积
等径球质点堆积
等径球最紧密堆积时，在平面上每个球与6个球相接触， 形成第一层（球心位置标记为A），如图2-5所示。此时， 每3个彼此相接触的球体之间形成1个弧线三角形空隙， 每个球周围有6个弧线三角形空隙，其中3个空隙的尖角 指向图的下方（其中心位置标记为B），另外3个空隙的 尖角指向图的上方（其中心位置标记为C），这两种空 隙相间分布。
表2-6 无机化合物结构类型
化学式类型 结构类型举例实例来自AX 氯化钠型NaCl
AX2 金红石型
TiO2
A2X3 刚玉型 -Al2O3
ABO3 钙钛矿型 CaTiO3
ABO4 钨酸钙型 PbMoO4
AB2O4 尖晶石型 MgAl2O4
构成晶体的基元的数量关系相同，但大小不同，其 结构类型亦不相同。如AX型晶体由于离子半径比不同有 CsCl型、NaCl型、ZnS型等结构，其配位数分别为8、6 和4。

材料科学基础第二章

材料科学基础第二章


y

[111]
x
[111]

例：画出晶向
[112 ]
2.立方晶系晶面指数
晶面指数的确定方法
（a)建立坐标系，结点为原点， 三棱为方向，点阵常数为单位 （原点在标定面以外，可以采 用平移法）； (b)晶面在三个坐标上的截距a1 a2 a3 ； (c)计算其倒数 b1 b2 b3 ； (d)化成最小、整数比h：k：l ； 放在圆方括号(hkl)，不加逗号， 负号记在上方 。
3.六方晶系晶面和晶向指数
三指数表示六方晶系晶面和晶向的缺点：晶体学上等价的 晶面和晶向不具有类似的指数。 例：
晶面指数

(11 0)
（100）
[010] [100]
从晶面指数上不能明确表示等同晶面，为了克服这一缺点， 采用a1、a2、a3及c四个晶轴， a1、a2、a3之间的夹角均 为120º ，晶面指数以（hkil）表示。 根据立体几何，在三维空间中独立的坐标轴不会超过三 个可证明 ： i= - (h+k) 或 h+k+i=0
六方晶系
d hkl
h k l a b c
2 2 2
d hkl
a h2 k 2 l 2
1 l c
2
4 h 2 hk k 2 3 a2
注：以上公式是针对简单晶胞而言的，如为复杂晶胞， 例如体心、面心，在计算时应考虑晶面层数增加的影 响，如体心立方、面心立方、上下底（001）之间还有 一层同类型晶面，实际
[1 00 ]

[0 1 0]

[010]
[1 00]
y
[100]
x

[00 1]

第2章 材料中的晶体结构

第2章 材料中的晶体结构

b. 已知两不平行晶向[u1v1w1]和[u2v2w2 ]，由其决定的 晶面指数(hkl)为：
h v1 w 2 v 2 w 1 , k w 1u 2 w 2 u 1, l u 1 v 2 u 2 v1
补充
cos
2
(对于立方晶系)
两个晶面（h1k1l1）与（h2k2l2）之间的夹角φ
h h
1 2

k k
1 2
2

2
ll
1
2 2 2
(h1
k
2 1

l1 )
(h 2
k

l
2 2
)
两个晶向[u1v1w1]与[u2v2w2]之间的夹角θ
cos
2
u u
1
2

vv
1 2
2

w w
1 2
2
(u 1
v
2 1

w1)
(u 2
v
2 2

w
2 2
)
晶面（hkl）与晶向[uvw]之间的夹角ψ
晶向指数用[uvtw] 来表示。其中 t =－（u＋v）
120° 120°
晶面指数的标定
1.求晶面与四个轴的截距
2.取倒数
3.再化成简单整数
4.用圆括号括起来（h k i l）
六方系六个侧面的指数分别为：
(1 1 00),(01 1 0),(10 1 0),(1 100),(0 1 10),(1 010)
(210)
(012)
(362)
注意
选坐标原点时，应使其位于待定晶面以外，防止 出现零截距。 已知截距求晶面指数，则指数是唯一的；而已知 晶面指数，画晶面时，这个晶面就不是唯一的。

第二章材料中的晶体结构


TiO2
体心四方
1个正离子 2个负离子
6
3
八面体 VO2, NbO2, MnO2, SnO2, PbO2, …
7. MgAl2O4(尖晶石)晶型
8.Al2O3(刚玉)晶型
第四节 共价晶体的结构
一、共价晶体的主要特点 1. 共价键结合，键合力通常强于离子键 2. 键的饱和性和方向性，配位数低于金属和离 子晶体 3. 高熔点、高硬度、高脆性、绝缘性
(2) 求投影．以晶格常数为单位，求待定 晶向上任一阵点的投影值。
(3) 化整数．将投影值化为一组最小整数。
(4) 加括号．［uvw］。
2.晶面指数及其确定方法
1) 晶面指数 — 晶体点阵中阵点面的 方向指数。 2) 确定已知晶面ห้องสมุดไป่ตู้指数。
(1) 建坐标．右手坐标，坐标轴为晶胞 的棱边，坐标原点不能位于待定晶面内。
cph
a=b≠c
a 2r
5. 致密度 — 晶胞中原子体积占总体积的分数
bcc
fcc
cph
3 0.68
8
2 0.74
6
2 0.74
6
6. 间隙 — 若将晶体中的原子视为球形，则相 互接触的最近邻原子间的空隙称为间隙。
间隙内能容纳的最大刚性球的半径称为
间隙半径 rB。 间隙大小常用间隙半径与原子半径 rA之
比 rB / rA 表示。
1) 面心立方结构晶体中的间隙 正八面体间隙：位于晶胞各棱边中点及体心位置.
一个晶胞中共有4个.
rB / rA 0.414
正四面体间隙：位于晶胞体对角线的四分之一处. 一个晶胞中共有8个.
rB / rA 0.225
2) 体心立方结构晶体中的间隙 扁八面体间隙：位于晶胞各棱边中点及面心处. 一个晶胞中共有6个. rB / rA 0.155

大学材料科学基础第二章材料中的晶体结构

反过来： U = u - t; V = v - t; W = w
4．晶面间距（Interplanar crystal spacing）
两相邻近平行晶面间的垂直距离—晶面间 距，用dhkl表示,面间距计算公式见(1-6)。 通常，低指数的面间 距较大，而高指数的 晶面间距则较小 晶面间距愈大，该晶 面上的原子排列愈密 集；晶面间距愈小， 该晶面上的原子排列 愈稀疏。
晶体结构 = 空间点阵 + 结构单元
如：Cu, NaCl, CaF2有不同的晶体结构， 但都属于面心立方点阵。 思考题：空间点阵与布拉菲点阵。
三、 晶向指数与晶面指数
（Miller Indices of Crystallographic Directions and Planes） 在晶体中，由一系列原子所组成的平面称 为晶面，原子在空间排列的方向称为晶向。 晶体的许多性能都与晶体中的特定晶面和晶 向有密切关系。为区分不同的晶面和晶向， 采用晶面和晶向指数来标定。
5．晶带 (Crystal zone) 所有平行或相交于同一直线的晶面构 成一个晶带，此直线称为晶带轴。
晶带轴[u v w]与该晶带的晶面（h k l） 之间存在以下关系： hu + kv + lw = 0 凡满足此关系的晶面都属于以[u v w]为 晶带轴的晶带，律应用举例
1 晶胞中原子数 (Number of Atoms in Unit Cell)
一个晶胞内所包含的原子数目。 体心立方晶胞：2个。 面心立方晶胞：4个。 密排六方晶胞：6个。
2 原子半径 r 与点阵常数 a 的关系
严格的说，原子半径并不是一个常数，它 随外界条件（温度）、原子结合键、配位数而 变，在理论上还不能精确地计算原子半径。 定义为晶胞中原子密排方向上相邻两原子 之间平衡距离的一半，用点阵常数表示。

结晶学 第二章 晶体构造理论


25

十四种布拉菲格子
立方晶系：简单立方、面心立方、体心立方 四方晶系：简单立方、体心立方 正交晶系：简单正交、面心正交、体心正交、 底心正交 三方晶系：简单三方 单斜晶系：简单单斜、底心单斜 三斜晶系：简单三斜 六方晶系：体心六方
26
三维布拉菲格子汇总表格
简单P 立方 四方 正交 三方 六方 单斜 三斜 体心I 面心F ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ 底心C ？ ？ ？
三方R
19
(5)单斜晶系 a≠b≠c
α=γ=90°≠β
C.P
单斜P
单斜C
20
(6)三斜晶系
a≠b≠c α≠β≠γ≠90° P
三斜P
21
(7)六方(六角)晶系 a=b≠c
α=β=90° γ=120° P(C)
六方P or C
本次课带14种布氏格子！
22
23
24
§2.2 布拉菲格子
目前格子划分方法已形成广泛的共识（三原则）： ①首先，所选取单位的外形应能尽量反映点阵的对称性； (对称性高) ②之后，使所选单位各棱(边)间夹角尽可能等于直角； (多直角) ③最后，所选单位占空间最小；(空间小) 如此选择单位而确立的格子，称作布拉菲在格子的。
12
1) 所选取的平行六面体的外形应能充分反映空间点 阵的对称性；(对称性高) 2)在满足1)条件下，应使平行六面体中的各个棱间 夹角尽可能等于直角；(多直角) 3)在满足1)2)条件下，平行六面体的体积最小；
图2.2.1 平面点阵中的平行四边形
13
空间平行六面体六个参数的定义
14
七个晶系的划分
11
2.2 十四种空间点阵形式
为了比较和研究点阵形式方便，一般情况 只需研究点阵中的一个空间格子中结点的分布 方式就可以了。 由于对同一空间点阵，划分空间格子的方 式是多种多样的。为使点阵和点阵中选取的格 子之间具有一一对应的关系，人们对在点阵中 选择的单位平行六面体格子作了一些规定。 ** 三条规定

第二章 晶体结构ppt课件


1-1 晶向指数 [u v w]
建立步骤： ①建立坐标系。以某一阵点为坐标原点，三个棱边为 坐 标轴，并以点阵常数(a、b、c)作为各个坐标轴的单位长度； ②作 OP // AB ； ③确定P点的三个坐标值（找垂直投影）； ④将坐标值化为互质的最小整数，并放入到[ ] 中，则 [uvw]即为所求；
1.晶体结构与空间点阵（续）
1-4 晶胞 ①定义：在空间点阵中，能够代表晶格中原子排列特征的最小单元体。 晶胞通常是平行六面体，将晶胞作三维的重复堆砌就构成了空间点 阵。 ②晶胞的选取原则：
几何形状与晶体具有同样的对称性； 平行六面体内相等的棱与角的数目最多； 当平行六面体棱间有直角时，直角数目最多； 在满足上述条件下，晶胞的体积应最小。
o o a a a c , 9 0 , 1 2 0 1 2 3

菱方：简单菱方 o a b c , 9 0

单斜：简单单斜 底心单斜
a b c ,
9 0
o
三斜：简单三斜
a b c ,
9 0
第二章 晶体结构
第一节 晶体的特征
各项异性 晶体由于具有按照一定几何规律排列的内 部结构，空间不同方向上原子排列的特征不同， 如原子间距及周围环境，因而在一般情况下， 单晶体的许多宏观物理量（如弹性模量、电阻 率、热膨胀悉数、折射率、强度及外表面化学 性质等）的大小是随测试方向的不同而改变的， 这个性质称为各项异性。晶体断裂的解理性就 是晶体具有各项异性的最明显例子。
晶体具有确定的熔点
熔点是晶体物质的结晶状态与非结晶状态互相转 变的临界温度，晶体熔化时发生体积变化。 晶体有一些其他共同特征：晶体中存在不完整性， 晶体内原子排列并不是理想的有序排列，而是有 缺陷的；晶体的原子周期排列促成晶体有一些共 同的性质，如均匀性、自限性和对称性等。
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SiC晶体表面的生长螺旋
螺旋生长过程
这两个模型有什么联系与区别？ 联系：都是层层外推生长； 区别：生长新的一层的成核机理不同。
有什么现象可证明这两个生长模型？
环状构造、砂钟构造、晶面的层状阶梯、螺旋纹
石英的带状构造
普通辉石砂钟构造
SiC晶体表面的生长螺旋
在晶体生长过程中，不同晶面的相对
生长速度如何？在晶体上哪些晶面发育被
升高。
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。
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。
rc
r
rc 成核机理示意图
r
思考：怎么理解在晶核很小时表面能大于体自由能， 而当晶核长大后表面能小于体自由能？
因此，成核过程有一个势垒： 能越过这个势垒的就可以进行 晶体生长了，否则不行。
Ⅰ－2－2 石英的环带生长结构
Ⅰ－2－4 普通辉石的砂钟状结构
但是，层生长理论有一个缺陷：当将这一界面上的所有最佳生长位 置都生长完后，如果晶体还要继续生长，就必须在这一平坦面上先生长 一个质点，由此来提供最佳生长位置。这个先生长在平坦面上的质点就 相当于一个二维核，形成这个二维核需要较大的过饱和度，但许多晶体 在过饱和度很低的条件下也能生长，为了解决这一理论模型与实验的差 异，弗兰克(Frank)于1949年提出了螺旋位错生长机制。
一面凹角位置 三面凹角位置 二面凹角位置
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。 这样，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，一层一层往外生长——层生长理论。
实际晶体晶面发育的影响因素很多，比较复杂。
此外，晶面是否被淹没还受到面角的控制
2．居里-吴里夫原理（最小表面能原理）
晶体上所有晶面的表面能之和最小的形态最稳定。 晶体中心到各晶面的距离与各晶面的比表面能成 正比 各晶面的生长速度与各晶面的比表面能成正比
实际上与布拉维法则是一致的。
3．周期性键链（ PBC ）理论(基于晶体结构几何特征和质点能量）
4、黏度：黏度越大，将防碍涡流产生，影响溶质供给。 在黏度较
大的情况下，溶液中质点的供给主要以扩散的方式进行。在这种情 况下，晶体上容易接受溶质的棱、角部分生长较快，而晶面的中心 部分生长较慢，甚至不生长。常形成骸晶。
5、结晶速度：结晶速度越快， 则形成的结晶中心越多，在围绕 多个结晶中心生长的情况下，晶 体不易长大，因此形成的晶体多 为细粒状。 反之，结晶速度越慢，体系 中结晶中心的数量越少，越有利 于晶体的长大，晶体多呈粗粒状。 例如：岩浆在地下深处缓慢 结晶时，形成的矿物晶体粗大， 如伟晶岩中的石英、长石矿物晶 体等；同样的岩浆在地表快速结 晶时，则形成细粒矿物晶体，如 流纹岩中的石英、长石晶体等。
• 水热法—高温高压生长（高压釜）：晶体原料溶在高温高
压水溶液（溶剂）中；
• 提拉法—高温常压生长：没有溶剂，也没有助熔剂 ； • 焰熔法-------高温常压下生长：没有溶剂，但有助熔剂 （晶体原料熔在另外一种成分的物质中，但无水）。 ※ 低温溶液生长------低温常压水溶液生长：即常见的从溶液 中结晶出来； 总之，是设计出一些方法让晶体生长得完好。每个晶体 所适合的方法不同。
高于另一些部位。——不均匀成核作用
均匀成核作用各处的成核 几率相等，需要克服较大的位 垒。 非均匀成核作用，因体系 中已经存在不均匀性，如悬浮 杂质或容器壁凹凸不平，降低 了成核的位垒，在这些位置， 过冷却度或饱和度很低都能成 核。 成核速度：是指体系单位 时间单位体积成核的数目。 与过冷却度和过饱和度以及体 系粘度的关系。
蚀像：晶体溶解时在一些薄弱的地方溶解出的一些小坑。蚀像是由各种次生 小晶面组成。面网密度大的晶面先溶解。
2、晶体的再生 被破坏和溶解了的晶体处于合适的环境又可恢复多面体 形态，称为晶体的再生。晶体溶解速度随方向变化，溶解可 形成近于球形；再生时生长速度随方向的改变而突变，恢复 多面体形态。 溶解和再生常常是交替进行的。
石英细砂岩重结晶变为石英岩
灰岩重结晶变为大理岩
（3）固熔体分解 • 在一定温度下固熔体可以分离成几种矿物，例如闪锌矿ZnS和黄
铜矿CuFeS在高温条件下组成均一的固熔体，而在低温条件下分
离成两种矿物。
闪锌矿、黄铜矿固熔体溶离
（4）变晶 矿物在定向的压力方向上溶解，而在垂直压力的方向上再结 晶，形成一向或二向延长的变质矿物。
生长阶梯。
阶梯状生长是属于层生
黄铁矿表面的阶梯状生长层
长理论范畴的。
总之，层生长理论的中心思想是：晶体生长过程是晶面层 层外推的过程。
可以较好解释以下生长现象：
① 晶体常生长成为面平 棱直的多面体形态 ② 因环境等因素变化、 不同时刻生长成的晶体的 细微变化（生长环带）
③由于晶面是平行向外推移，所以同种矿物不同晶体上对应晶面的 夹角恒等——面角守恒定律（链接）。 ④晶体由小长大，许多晶面向外平行移动的轨迹形成以晶体中心为 顶点的锥状体称为生长锥或砂钟状构造。
************* 思考：为什么在杂质、容器壁上容易成核？ 为什么人工合成晶体要放籽晶？
一旦晶核形成后，就形成了晶－液界面，在界面上就要 进行生长，即组成晶体的原子、离子要按照晶体结构的排列 方式堆积起来形成晶体。
1．层生长理论模型（科塞尔理论模型，1927）
这一模型要讨论的关键问题是：质点在光滑的晶核表面 生长时，怎样寻找出最佳生长位置：晶核表面有平坦面、两 面凹角位、三面凹角位，每种位置周围分布数量不等质点， 这些质点对即将进入该位置质点具有吸引作用。其中平坦面 只有一个方向成键，两面凹角有两个方向成键，三面凹角有 三个方向成键，见图：
的判别有重要意义。
六、 晶簇与几何淘汰律
晶簇是指丛生于岩石空洞或裂隙中某一基底之上，另一
端朝向自由空间并具有完好晶形的单晶体群。
晶体生长的几何淘汰律
与结晶基底的取向不同，最后长大的是垂直结晶基底的晶体
晶体形成以后，由于环境的改变，处于不饱和状态时，将被溶解。 1、晶体的溶解 把晶体置于不饱和溶液中晶体就开始溶解，由于角顶和晶棱和溶液 接触机会多，因而这些位置溶解快些。结果见图。
晶体结构中存在与晶体质点重复周期一致的强键链存在。晶体平行于
键链生长，键力最强的方向生长最快。
平行于强键链最多的面常成为 晶体的晶面。 晶面分为三类： F面(平坦面，两个PBC)，晶形上易保留。 S面(阶梯面，一个PBC),可保留或不保留。
F S K F S F S
K面(扭折面，不含PBC),
晶形上不易保留 。 ************
录像：岩浆活动
（2）从溶液中结晶：条件是溶液达到过饱和
① 温度降低
② 水分蒸发：盐湖
③ 通过化学反应
3、由固相再结晶为固相 固相物质有晶态非晶态两种。
（1）同质多相转变：某种晶体，在热力学条件改变时转变成另一种 在新条件下稳定的晶体。 β-石英(高于573 ℃) →α-石英(低于 573℃)
（2）原矿物晶粒逐渐变大
6．生长顺序与生长空间
晶体生长的空间对晶体的生长形态影响较大，早
期析出的晶体，具有较多的自由生长空间，晶形完整， 自形程度较高；后期析出的晶体，只能在已形成的晶 体残留的空间中生长，因此其晶形一般不完，常呈 半自形晶或他形晶。
7．应力作用
对于在固相中形成的晶体形态而言，外部应力的 作用十分重要：一般垂直于压应力轴的晶面较大；在 剪切应力作用下形成的晶体可呈不对称椭球状或丝状。 这对应力作用方向
晶体是在物相转变的情况下形成的，主要是由液相、气相 和固相之间的相互转变形成晶体。
1、由气相转变为固相
某些气体处于过饱和蒸汽压或过冷却温度时，可直接转变 成晶体。如火山口喷气凝华形成自然硫、碘或氯化钠晶体。雪 花、雾松。
2、由液相转变为固相
液相有熔体和液体两种形式。
（1）从熔体中结晶：温度降低到熔点。
三种可能位置上不同距离的质点数
位置 距离
a0
3 2 1
a0
a0
6 6 4
a0 a0
a0
4 4 4
k三面凹角 S二面凹角 A一般位置
a0 a0
a0
2－ 1
但是，实际晶体生长不 可能达到这么理想的情况， 也可能一层还没有完全长 满，另一层又开始生长了， 这叫阶梯状生长，最后可 在晶面上留下生长层纹或
晶体是具有格子构造的固体，它 的发生和成长，实质上是在一定的条 件下组成物质的质点按照格子构造规
律排列的过程。
一、晶体生长的途径
二、晶核的形成
三、晶体的生长模型
四、晶面的发育
五、影响晶体生长的外部因素 六、晶簇与几何淘汰律 七、晶体的溶解与再生 八、人工合成晶体 九、歪晶和面角守恒定律
一、晶体生长的途径
思考以上三个法则－理论－原理的联系：面网密度大－表 面能小－PBC键链多
F
K
S
1、涡流和生长介质的流动方向：
由于晶体周围溶液中的溶质 减少以及晶体生长释放出来的热 量，晶体周围的溶液密度减小温 度升高，使晶体周围溶液上升， 从而形成涡流。 涡流使晶体生长的物质供给 不均匀，因而造成晶体的形态特 征不同。 生长介质流动方向对晶体生 长的影响与此类似：面对介质来 源方向的晶面生长速度快而其相 反方向生长较慢(图2—9)。
九、歪晶和面角守恒定律
1、歪晶：由于晶体在生长过程中不可避免地要受到外界环境 因素的影响，致使在同一晶体的不同个体上，本应该出现的 一些晶面却没有出现，有时即便是不同个体的对应晶面数目 相同，但这些对应晶面的形状和大小也完全不同。这种在外 界环境因素影响下形成的偏离理想形态的晶体称为歪晶(图2— 15)。