工程材料学第章晶体结构PPT课件

1-5 晶体结构与空间点阵的区别 晶体结构——其类型取决于原子结合，阵点的位置上可以是一 个或多个实际质点或者原子团，其种类可以是无限的。
空间点阵——每个阵点处原子都具有相同的环境，其种类有限 （仅有14种）。
亦即是说，每种空间点阵都可以形成无限多的晶体结构。
空间点阵概括地表明了原子、离子、原子集团、分 子等粒子在晶体结构空间中作周期分别的最基本规律。 空间点阵是把晶体中的质点抽象为阵点，用来描述和分 析晶体结构的周期性与对称性，要求各个阵点的周围环 境相同，它只能有14种类型。 晶体结构则是晶体中实际质点（原子、离子或分子） 的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，因此， 实际存在的晶体结构是无限的。 无论多么复杂的晶体结构都只有一个空间点阵。
二、结合力与结合能（续）
1-3 双原子结合力、结合能模型
双原子互作用力模型
双原子互作用能模型
三、原子半径（Ra)
1.计算公式 当R=R0时，两个正离子间的 中心距，称为原子直径（2Ra),亦 即R0=2Ra；
2.影响因素 ① 致密度越高，则Ra越小；
②键合力越高，则Ra越小；
③不同方向上Ra也可能不同；
四、晶体性
1.固体的分类 晶体——原子呈周期性排列； 非晶体——原子呈不规则排列； 2. 晶体的分类 单晶体——整个物质由一个晶粒组成，其中原子排列位向相同， 具有各向异性。 多晶体——有许多位向不同的小单晶体组成，具有各向同性（单 个经历的各向异性被“平均化”）。 3.晶体和非晶体相互关系 晶体和非晶体在一定的条件下可以相互转化。例如，在极大的冷 速下，可以得到非晶态金属。其原因是液态金属在冷却时来不及 转变成晶体就凝固了，非晶体实质上是一种过冷的液体结构（短 程有序）。
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2．点阵常数
晶胞棱边长度a、b、c与原子半径r之间 的关系：
体心立方结构(a＝b＝c) a = 4 (√3 /3) r
面心立方结构(a＝b＝c) a = 2 (√2 ) r 密排六方结构(a＝b c) a = 2r
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阵点——构成空间点阵的每一个点
晶格——将阵点用一系列相互平行的直线连接 起来形成空间格架
晶胞——构成晶格的最基本单元
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图2-1 晶体结构 a) 晶体 b) 晶格 c) 晶胞
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式中， Ni 、 Nf 、 Nr分别表示位于晶胞内部、 面心和角顶上的原子数；m为晶胞类型参数， 立方晶系的m = 8，六方晶系的m ＝6。 体心立方 N ＝ 1 + 81/8 = 2 面心立方 N ＝ 6 1/2+ 81/8 = 4 密排六方 N ＝ 3 + 2 1/2+ 121/6 = = 6
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晶向指数间的关系
① 一个晶向指数代表着相互平行、方向一致的所有晶向； ② 若晶体中两晶向相互平行但方向相反，则晶向指数中的数
字相同，而符号相反。 ③晶向族——晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一
组晶向称为，用<UVW>表示。
立方晶系：<111> =
非立方晶系： <100> [100]、[010]、[001]，因为在这三个 晶向上的原子间距分别为a、b、c，其上的原子排列情况 不同，性质亦不同，所以不能属于同一晶向族。

02
晶体具有长程有序的内部结构，表现为平移对称性、旋转对称
性和镜面对称性。
晶体具有固定的熔点和各向异性的特点，不同方向上的物理性
03
质和化学性质存在差异。
晶体结构分类
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02
03
根据组成原子的成键特 点，晶体可分为共价晶 体、离子晶体、金属晶
体和分子晶体等。
根据空间格子的类型， 晶体可分为立方晶系、 四方晶系、六方晶系、
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常见工程材料晶体结构
金属晶体结构
金属晶体结构分类
金属晶体结构可根据原子排列方 式分为简单立方、面心立方和体 心立方三类。
金属晶体原子排列
特点
金属晶体中原子呈周期性排列， 具有较高的密度和硬度，具有良 好的导电性和导热性。
金属晶体应用金属晶体广泛应用工业制造、 航空航天、汽车等领域，如钢铁 、铜、铝等。
高分子晶体结构
高分子晶体结构特点
高分子晶体由长链分子通过范德华力结合而成，具有较低的熔点 和较好的韧性。
高分子晶体分类
高分子晶体可分为结晶型和无定型两类，如聚乙烯、聚丙烯等。
高分子晶体应用
高分子晶体广泛应用于塑料、橡胶、纤维等领域，如包装材料、 建筑材料等。
复合材料晶体结构
复合材料晶体结构特点
复合材料由两种或两种以上材料组成，具有优异的力学性能和化 学稳定性。
晶体结构对材料的光催化性能、光致变色性能等也有重 要影响。
不同晶体结构材料表现出不同的发光性能和光谱特性。
晶体结构对材料在特定波长范围内的光学性能稳定性和 可靠性也有重要影响。
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工程材料晶体结构研究方法
X射线衍射分析
总结词
通过X射线照射工程材料，观察衍射图谱，分析晶体结构。

第一章 晶体的结构
2021/3/7
CHENLI
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固体材料是由大量的原子(或离子)组成
约 1 mol / cm3
原子的排列形式(结构)是研究固体材料宏观性能的基础
质地软 良导体 用作润滑剂、笔芯
自然界中硬度最高 不导电
制造刀具、压头、磨料
中空结构
碳纳米管
储氢、月球“天梯”
2021/3/7抗拉强度和韧性在目前所有CH的EN材LI 料中最高
在对晶体结构的研究中，布拉维(Bravais)于十九世 纪中叶提出了空间点阵学说.
认为晶体可看成相同的格点在三维空间 作周期性无限分布所构成的系统.这些格点 的总和称为点阵.
1912 年劳厄(Laue) 对晶体进行了X射线衍射实 验, 首次证实了空间点阵学说的正确性.
2021/3/7描述空间点阵的几C个HE概NLI 念
每三个相切的球的中心构成一个等边三角形.
AB
A
第二层：占据第一层空隙的中心.
第三层：在第一层球的正上方形成ABAB ··· 的排列.
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Be、Cd、Mg和NCHi等ENL金I 属
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(2) 立方密堆积(Face-Centered Cubic, FCC)
第一层：每个球与6个球相切，有6个
但相应两晶面之间的夹角总是恒定的. mm 两面间夹角总是60º00´ ； mR 两面间夹角总是60º13´ ； mr 两面间夹角总是38º13´ .
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（5）各向异性(anisotropy)
晶体的物理性质在不同方向上存在差异.
例如:电导率、热学性质、折射率等 石墨沿不同晶向电导率不同 方解石沿不同晶向折射率不同