晶体材料的结构和物性概述

晶体材料的结构和物性概述第1页，共90页，2023年，2月20日，星期五2

引言材料的结合方式1原子结构2原子结合键（1）离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如氧化物陶瓷。第2页，共90页，2023年，2月20日，星期五3

（2）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高、熔点高、脆性大、导电性差。如金刚石、Ge、Si；H2、O2、N2；Ⅲ-Ⅳ族化合物和多数Ⅱ-Ⅵ族化合物的晶体

。第3页，共90页，2023年，2月20日，星期五4

（3）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。如金属。金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。第4页，共90页，2023年，2月20日，星期五（4）分子键与分子晶体范德瓦尔斯(VanderWaals)键原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。分子晶体：熔点低，硬度低。如高分子材料。氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O（5）混合键。如复合材料。第5页，共90页，2023年，2月20日，星期五6

3结合键分类（1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。（2）二次键（物理键）：分子键和氢键。4原子的排列方式（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。长程有序，各向异性。（2）非晶体：原子在三维空间内不规则排列。长程无序，各向同性。第6页，共90页，2023年，2月20日，星期五

第二章晶体材料的结构和物性

2.1概述晶体是结晶状态的固体，自然界中的固体物质绝大多数是晶体物质。换言之，晶体是由许多质点(严格地说是无穷多个质点)在三维空间作周期性排列的固体物质，晶体中质点的排列是远程有序的。

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同一晶体结构的固体物质，有多晶体和单晶体之分，虽然它们在微观的晶体结构上都相同，但对于单晶体，质点的周期性排列贯穿在整个物质之中，而多晶体是由若干个晶体杂乱无章聚合形成的集体。因此，同一物质的单晶体和多晶体，其物理性质是不完全相同的。第8页，共90页，2023年，2月20日，星期五

区分单晶体和多晶体不是根据其体积的大小和几何形状，而是根据其内部质点的周期性排列是否贯穿整个物体。有些物质，如玻璃、石蜡、沥青等，其内部构造只具有短程有序的排列，这类物质称为非晶体，或称玻璃体。第9页，共90页，2023年，2月20日，星期五1957年出现的液晶材料，其性质介于液体和晶体之间，它们表现出液体的流动性，但又不像真正的液体那样是各向同性的。液晶具有一维或大部分情况下具有二维有序，而真正的晶体则呈现三维有序。晶体中质点排列的周期性，使晶体具有某些共性，如自限性和晶面角守恒定律、均匀性和各向异性、解理性、对称性等。第10页，共90页，2023年，2月20日，星期五

2．2晶体材料的结构和物性

2．2．1晶体的结构一、晶体的点阵结构一切晶体不论其外形和大小如何，其内部质点总是作完全规则有序排列的，即晶体中的质点的排列是按照一定的方式不断地重复的。这种性质称为晶体结构的周期性。

第11页，共90页，2023年，2月20日，星期五12

空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。特征：a原子的理想排列；b有14种。其中：阵点－空间点阵中的点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。晶格－描述晶体中原子排列规律的空间格架。晶胞－空间点阵中最小的几何单元。第12页，共90页，2023年，2月20日，星期五（2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。特征：a可能存在局部缺陷；

b可有无限多种。第13页，共90页，2023年，2月20日，星期五14

2晶胞（1）晶胞：构成空间点阵的最基本单元。（2）选取原则：a能够充分反映空间点阵的对称性；b相等的棱和角的数目最多；c具有尽可能多的直角；d体积最小。（3）形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。（4）晶胞中点的位置表示（坐标法）。第14页，共90页，2023年，2月20日，星期五15

3布拉菲点阵14种点阵分属7个晶系。第15页，共90页，2023年，2月20日，星期五16

4晶向指数与晶面指数晶向：空间点阵中各阵点列的方向。晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。第16页，共90页，2023年，2月20日，星期五17

（1）晶向指数的标定

a建立坐标系。确定原点（阵点）、坐标轴（棱边）和度量单位(点阵常数)。

b求坐标。u’,v’,w’。

c化整数。u,v,w.d加[]。[uvw]。说明：

a指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。

b负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。c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。用<uvw>表示，数字相同或正负号不同的晶向属于同一晶向族。第17页，共90页，2023年，2月20日，星期五18

（2）晶面指数的标定

a建立坐标系：确定原点、坐标轴（棱边）和度量单位(点阵常数)

。

b量截距：x,y,z。

c取倒数：h’,k’,l’。

d化整数：h,k,k。

e加圆括号：(hkl)。第18页，共90页，2023年，2月20日，星期五19

说明：

a指数意义：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），空间位向不同的各组晶面。用{hkl}表示。

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。第19页，共90页，2023年，2月20日，星期五20

（3）六方系晶向指数和晶面指数

a六方系指数标定的特殊性：四轴坐标系（等价晶面不具有等价指数）。

b晶面指数的标定标法与立方系相同(四个截距)；用四个数字(hkil)表示；i=-(h+k)。

第20页，共90页，2023年，2月20日，星期五c晶向指数的标定标法与立方系相同(四个坐标)；用四个数字(uvtw)表示；t=-(u+v)。四轴坐标系和三轴坐标系晶向指数间的互换关系为(依次平移法,适合于已知指数画晶向（末点）)：

[UVW]~[uvtw]U=u-t;V=v-t;W+w;u=(2U-V)/3,v=(2V-U)/3,t=(U-V)/3,w=W。第21页，共90页，2023年，2月20日，星期五22

（3）六方系晶向指数和晶面指数

第22页，共90页，2023年，2月20日，星期五23

（4）晶带

a晶带：平行于某一晶向直线所有晶面的组合。

晶带轴晶带面

b性质：晶带用晶带轴的晶向指数表示；晶带面//晶带轴；

hu+kv+lw=0

第23页，共90页，2023年，2月20日，星期五c晶带定律凡满足上式的晶面都属于以[uvw]为晶带轴的晶带。推论：（a）

由两晶面(h1k1l1)(h2k2l2)求其晶带轴[uvw]：u=k1l2-k2l1;v=l1h2-l2h1;w=h1k2-h2k1。（b）由两晶向[u1v1w1][u2v2w2]求其决定的晶面(hkl)。h=v1w2-v2w1;k=w1u2-w2u1;l=u1v2-u2v1。第24页，共90页，2023年，2月20日，星期五25

（5）晶面间距a晶面间距

：一组平行晶面中，相邻两个平行晶面之间的距离。b计算公式（简单立方）：

d=a/(h2+k2+l2)1/2

注意：只适用于简单晶胞；对于面心立方hkl不全为偶、奇数、体心立方h+k+l=奇数时，d(hkl)=d/2。低指数晶面的面间距较大；晶面间距越大,该面上原子排列越紧密;原子线密度最大的晶向上面间距最大。第25页，共90页，2023年，2月20日，星期五26

二、材料的晶体结构典型晶体结构及其几何特征1三种常见晶体结构面心立方（A1,FCC）体心立方（A2,BCC）密排六方（A3,HCP）1）晶胞原子数

4；2；62）原子半径

r=；

r=；

r=。第26页，共90页，2023年，2月20日，星期五27

3）配位数（CN）：晶胞中与任一原子最近邻并且等距离的原子数。

12；8；124）致密度（K）：晶胞中原子体积占总体积的百分数。

K=nv/V。

0.74；0.68；0.74第27页，共90页，2023年，2月20日，星期五28

5）堆垛方式

ABCABC..ABABAB..

ABABAB..第28页，共90页，2023年，2月20日，星期五29

6）结构间隙

四面体、八面体

四面体、八面体

四面体、八面体（个数）

84126126（rB/rA）

0.2250.4140.2910.1540.2250.414间隙半径（rB）：间隙中所能容纳的最大圆球半径。第29页，共90页，2023年，2月20日，星期五三、晶体的对称性

晶体的外形及其它宏观观察中所表现的对称性称为宏观对称性，晶体的宏观对称性是由其点阵结构决定的，它严格受晶体内部点阵的规律性和特有的布拉维原胞所约束。欲使晶体对称图形中各等同部分重合，必须通过一定的操作来实现。

第30页，共90页，2023年，2月20日，星期五对称操作指不改变等同部分内部任何两点间的距离，而使晶体中各等同部分调换位置且能够恢复原状的动作。表明对称操作的几何要素(点、线、面)称为宏观对称要素，有对称中心、对称面、对称轴、旋转倒反轴。第31页，共90页，2023年，2月20日，星期五

晶体具有什么样的对称要素，由晶体本身的性质决定，因此，依据晶体所具有的对称要素，可以对晶体分类。晶体中的这些对称要素可以单独存在，也可以相互组合形成各种不同的对称类型。从数学的角度，各种对称要素可以产生无穷多的组合方式。但从结晶学的角度，只有32种不同的组合，这就是晶体的32种对称类型——32种点群。

第32页，共90页，2023年，2月20日，星期五在晶体结构中还存在着与平移操作相联系的对称要素，即螺旋轴和滑移面，通常把这类对称要素称为微观对称要素。在晶体结构中所有对称要素构成了230种组合的情况,称为230种微观对称类型，或称230个空间群第33页，共90页，2023年，2月20日，星期五2.2.2单晶材料的物性

一、晶体的通性各种晶体由于其成分和具体结构不同，不但在外形上各不相同，而且在性质上也有很大差异。但是由于一切晶体都具有质点排列有周期性这一共同点，因此晶体之间必然存在着一些通性。第34页，共90页，2023年，2月20日，星期五1．晶体的自限性和晶面角守恒定律晶体具有自发地形成封闭的凸多面体外形的性质，晶体的外表由晶面、晶棱和晶顶等要素所包围，如图所示，这称为晶体的自限性。第35页，共90页，2023年，2月20日，星期五2．晶体的均匀性和各向异性晶体的均匀性是指晶体中不同的对称部位具有相同的物理性质，这是因为晶体中不同部位的质点的排列方式和周围完全一样。晶体的各向异性是指晶体的某些性质因观察方向不同而不同，这是由于晶体结构中各个方向上质点的性质和排列的方式不同引起的。第36页，共90页，2023年，2月20日，星期五例如铌酸锂单晶，在不同的方向上其机电耦合系数、声传播速度、速度温度系数都不相同，因此在选用材料时就要考虑这种各向异性。但在晶体内部，凡是沿相互平行的方向，由于质点的性质和排列的方式是一致的，其物理性质也必定是相同的。所以，晶体的各向异性和均匀性是相互补充的。

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3．晶体的解理性 晶体常有沿一个或几个具有一定方向的晶面劈裂并成光滑平面的性质，这就是晶体的解理性。劈裂的晶面称为解理面。这是由于这些面之间面间距较大，面之间相互作用力较弱的缘故。晶体自然显露在外表的面往往就是一些解理面。利用晶体的解理性可以对晶体定向。

第38页，共90页，2023年，2月20日，星期五4．晶体的对称性晶体的性质一般说来是各向异性的，但并不排除在晶体的某几个特定的方向上有相同的性质。如果在某几个特定方向上，质点的性质和排列方式完全相同，晶体的性质也必然完全相同，这称为晶体的对称性。也就是说，晶体在这几个方向上是对称的。在晶体的这些通性中，各向异性和对称性也可以为晶体以外的其它物体所具有，例如人体和花朵就具有对称性和各向异性。第39页，共90页，2023年，2月20日，星期五5．最小内能性：在相同的热力学条件下，晶体与同组成的气体、液体及非晶质固体相比其内能为最小。因此，晶体是最稳定的。第40页，共90页，2023年，2月20日，星期五二、晶体的物理性质与对称性的关系晶体点群的对称要素不仅表征—了晶体几何上的对称性，而且反映了晶体宏观物理性质的对称性。因此，研究晶体点群对称性，对于研究晶体的宏观物理性质，有着十分重要的意义。此外，依据晶体的点群，可以预示该晶体可能具有哪些物理性质，这些性质又在哪些方向上表现出来。第41页，共90页，2023年，2月20日，星期五(一）晶体的宏观对称性1．对称的概念

对称是指物体中相同部分之间的有规律重复。如人的左右手，可以设想在两手之间有一面镜子，通过镜子的反映，左右手正好重复。因此对称的条件是物体必须有若干相同的部分以及这些相同的部分能借助于某种特定的动作发生有规律的重复。第42页，共90页，2023年，2月20日，星期五

在讨论晶体的宏观对称时需要用到对称变换和对称要素的概念。对称变换又称对称操作是指能使对称物体中各相同部分作有规律重复的变换动作。如吊扇叶片旋转一定角度的动作。双手之间的反映动作。在对称变换中有的可以通过实际动作具体进行，如旋转。有的则无法具体进行，如反映。但是，这种对称变换仍然是存在的。物体经过对称变换后和变换前完全相同，如同没有进行过变换一样。第43页，共90页，2023年，2月20日，星期五

对称要素是指在进行对称变换时所凭借的几何要素——点、线、面等。如吊扇叶片旋转的对称变换所凭借的是与转子中心线重合的直线。反映的对称变换则是借助于两手之间的平面。因此，上述旋转所围绕的直线(称为旋转轴)和反映的平面(称为对称面)都是对称要素。可以看出一定的对称要素都与一定的对称变换相对应。第44页，共90页，2023年，2月20日，星期五2．晶体的对称要素宏观晶体中所可能出现的对称要素有以下几种

(1)对称中心(符号C)：它是一个假想的几何点，其相应的对称变换是对于这个点的倒反(反伸)。图1—5中(A)图形具有对称中心，并可理解倒反对称变换的具体操作。第45页，共90页，2023年，2月20日，星期五(2)对称面(符号P)：它是一个假想的平面，相应的对称变换为对此平面的反映。对称面就象一面镜子，把物体的两个相同部分以互成镜象反映的关系联系起来。下图中(B)图具有对称面。A-具有对称轴B-具有对称面C-具有二次对称轴D-具有四次倒转轴

第46页，共90页，2023年，2月20日，星期五(3)对称轴(符号Ln)：它是一根假想的直线，相应的对称变换是绕此直线的旋转。物体在旋转一周的过程中复原的次数称为该对称轴的轴次。图1-5中©图表示具有垂直图面的二次对称轴.

第47页，共90页，2023年，2月20日，星期五(4)倒转轴(符号Lin)：它是一种复合对称要素，由两个几何要素构成——一根假想的直线和在此直线上的一个定点。相应的对称变换是绕此直线旋转一定角度以及对此定点的倒反。图1-5中(D)图即可看到具有四次倒转轴的二次对称轴.第48页，共90页，2023年，2月20日，星期五(5)映转轴(符号Lsn)：它也是一种复合对称要素。由一根假想的直线和垂直此直线的一个平面构成。相应的对称变换是绕此直线旋转一定角度以及对此平面的反映。所以，实际上映转轴都可以由等效的倒转轴代替。因此，在晶体的宏观对称中不存在单独的映转轴。在描述晶体的宏观对称性时将不使用映转轴这种对称要素。第49页，共90页，2023年，2月20日，星期五(二)晶体的宏观物理性质与点群的关系1．晶体的压电性与点群的关系晶体的压电效应是晶体在机械力作用下，引起带电粒子的相对位移，使晶体的总电矩发生变化造成的。具有中心对称点群的晶体，由于离子间的中心对称排列不会因变形遭到破坏，即正负离子中心不会因外力发生相对位移，因此不会产生压电效应。第50页，共90页，2023年，2月20日，星期五而不具有中心对称点群的晶体，在机械力作用下发生形变可以引起总电矩变化，故存在压电效应。在32个点群中，有21个点群无对称中心，其中的432点群由于对称性高，其压电系数的各分量为零，不具有压电效应，其余20种都可能具有压电效应。第51页，共90页，2023年，2月20日，星期五2．晶体的热释电性与点群的关系由于温度变化，晶体的两端表面产生符号相反、数值相等的束缚电荷的现象，称为热释电效应。其本质是晶体存在自发极化。当晶体受热膨胀时，引起正负离子的相对位移，从而使晶体的自发极化发生变化。

第52页，共90页，2023年，2月20日，星期五存在极轴的晶体不一定存在自发极化，因为多个极轴的电矩之和可以使总电矩为零。因此，存在极轴的压电晶体不一定是热释电晶体，只有存在唯一极轴的晶体才可能存在自发极化，才可能是热释电晶体。也就是说，只有存在唯一旋转对称轴，而又没有与其垂直的对称面的点群，才具有唯一极轴。在32个点群中存在唯一极轴的只有10个点群。第53页，共90页，2023年，2月20日，星期五3．晶体的铁电性与点群的关系在热释电晶体中，有些晶体只在某一温度范围内才存在自发极化，而且其自发极化强度可以因外电场而反向，这类晶体称为铁电体。在热释电晶体中，到底哪些晶体具有铁电性，只能用实验来确定。第54页，共90页，2023年，2月20日，星期五实验发现，铁电晶体中用奇数阶张量表示的物理量(一阶张量有自发极化强度、热释电系数等；三阶张量有压电常数、一次电光系数等)与外电场之间呈回线关系，因此，通常用测定晶体的电滞回线的方法来确定晶体的铁电性。此外，晶体的铁弹性、一次电光效应、非线性光学效应、旋光性、磁性等均与其点群相关。第55页，共90页，2023年，2月20日，星期五2．2．3单晶材料的缺陷理想晶体在空间上是无限的，其点阵结构也是完整的。但在物质世界中，理想的、完整的点阵结构的晶体是不存在的，只存在着实际晶体。实际晶体不具有理想的、完整的点阵结构，其原因是：①实际晶体中，质点的数量是有限的，处于晶体边缘的质点就不能通过平移与其它质点重合；

第56页，共90页，2023年，2月20日，星期五②晶体中的微粒在它的平衡位置附近做经久不息的振动，因此，两个质点间的距离就不是常数，也破坏了结构的周期性，但质点振动的振幅远小于点阵周期，可以忽略，因此，实际晶体可以近似地看成是具有周期性的；第57页，共90页，2023年，2月20日，星期五③由于某种原因，晶体内部可能出现某些缺陷，例如存在杂质或空位等。但缺陷造成的偏差有的只是局部性的，有的则微乎其微。尽管理想晶体是不存在的，但由于实际晶体可以近似地看作具有格子构造，用点阵结构、格子构造来描述实际晶体还是有意义的，基本上是合适的。

维纳斯“无臂”之美更深入人心晶体缺陷赋予材料丰富内容第58页，共90页，2023年，2月20日，星期五

原子的不规则排列产生晶体缺陷。晶体缺陷在材料组织控制（如扩散、相变）和性能控制（如材料强化）中具有重要作用。晶体缺陷：实际晶体中与理想点阵结构发生偏差的区域。点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小的缺陷。如空位、间隙原子、异类原子等。线缺陷：在两个方向上尺寸很小，而另一个方向上尺寸较大的缺陷。主要是位错。面缺陷：在一个方向上尺寸很小，在另外两个方向上尺寸较大的缺陷。如晶界、相界、表面等。

第59页，共90页，2023年，2月20日，星期五常把实际晶体中的缺陷称为晶体的不完整性，下表列出晶体缺陷的类型。第60页，共90页，2023年，2月20日，星期五61

一点缺陷1点缺陷的类型（1）空位：肖脱基空位－离位原子进入其它空位或迁移至晶界或表面。弗兰克尔空位－离位原子进入晶体间隙。（2）间隙原子：位于晶体点阵间隙的原子。（3）置换原子：位于晶体点阵位置的异类原子。第61页，共90页，2023年，2月20日，星期五62

一点缺陷

肖脱基空位

弗兰克尔空位第62页，共90页，2023年，2月20日，星期五63

一点缺陷2点缺陷的平衡浓度（1）点缺陷是热力学平衡的缺陷－在一定温度下，晶体中总是存在着一定数量的点缺陷（空位），这时体系的能量最低－具有平衡点缺陷的晶体比理想晶体在热力学上更为稳定。（原因：晶体中形成点缺陷时，体系内能的增加将使自由能升高，但体系熵值也增加了，这一因素又使自由能降低。其结果是在G-n曲线上出现了最低值，对应的n值即为平衡空位数。）（2）点缺陷的平衡浓度

C=Aexp(-∆Ev/kT)第63页，共90页，2023年，2月20日，星期五64

一点缺陷3点缺陷的产生及其运动（1）点缺陷的产生平衡点缺陷：热振动中的能力起伏。过饱和点缺陷：外来作用，如高温淬火、辐照、冷加工等。（2）点缺陷的运动（迁移、复合－浓度降低；聚集－浓度升高－塌陷）第64页，共90页，2023年，2月20日，星期五65

一点缺陷4点缺陷与材料行为（1）结构变化：晶格畸变（如空位引起晶格收缩，间隙原子引起晶格膨胀，置换原子可引起收缩或膨胀。）（2）性能变化：物理性能（如电阻率增大，密度减小。）力学性能（屈服强度提高）第65页，共90页，2023年，2月20日，星期五66

二线缺陷（位错）dislocation

位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。意义：（对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用，对材料的扩散、相变过程有较大影响。）位错的提出：1926年，弗兰克尔发现理论晶体模型刚性切变强度与与实测临界切应力的巨大差异（2～4个数量级）。

1934年，泰勒、波朗依、奥罗万几乎同时提出位错的概念。

1939年，柏格斯提出用柏氏矢量表征位错。

1947年，柯垂耳提出溶质原子与位错的交互作用。

1950年，弗兰克和瑞德同时提出位错增殖机制。之后，用TEM直接观察到了晶体中的位错。第66页，共90页，2023年，2月20日，星期五67

二线缺陷（位错）

1位错的基本类型（1）刃型位错edgedislocation模型：滑移面/半原子面/位错线（位错线┻晶体滑移方向，位错线┻位错运动方向，晶体滑移方向//位错运动方向。）分类：正刃型位错（┻）；负刃型位错（┳）。第67页，共90页，2023年，2月20日，星期五68

二线缺陷（位错）

1位错的基本类型（1）刃型位错产生：空位塌陷；局部滑移。第68页，共90页，2023年，2月20日，星期五69

二线缺陷（位错）

1位错的基本类型

（2）螺型位错screwdislocation模型：滑移面/位错线。（位错线//晶体滑移方向，位错线┻位错运动方向，晶体滑移方向┻位错运动方向。）分类：左螺型位错；右螺型位错。第69页，共90页，2023年，2月20日，星期五70

二线缺陷（位错）

1位错的基本类型

（2）螺型位错screwdislocation第70页，共90页，2023年，2月20日，星期五71

二线缺陷（位错）

1位错的基本类型

（3）混合位错模型：滑移面/位错线。第71页，共90页，2023年，2月20日，星期五72

二线缺陷（位错）

1位错的基本类型

（3）混合位错第72页，共90页，2023年，2月20日，星期五73

二线缺陷（位错）

2位错的性质（1）形状：不一定是直线，位错及其畸变区是一条管道。（2）是已滑移区和未滑移区的边界。（3）不能中断于晶体内部。可在表面露头，或终止于晶界和相界，或与其它位错相交，或自行封闭成环。2h第73页，共90页，2023年，2月20日，星期五

具有不同结构的两相的界面称为相界。在晶体生长及其以后的处理过程中，常伴有相变的发生，经常会出现不同相共存的现象，如在外延生长晶体时，衬底晶体与外延晶体就是不同的两种相，存在着相界，相界处的错配主要来源于两晶相晶胞常数及其夹角之间的微小差异。第74页，共90页，2023年，2月20日，星期五

开裂是晶体中常见的一种宏观缺陷，可分为原生开裂和次生开裂。原生开裂是在晶体生长过程中形成的，往往有一定的方位，其成因可以是溶质供应不足、溶质的局部浓集、籽晶缺陷的延伸等。次生开裂主要是由于杂质的凝聚或晶体在降温过程中局部应力集中造成的，这类开裂往往是不规则的。第75页，共90页，2023年，2月20日，星期五

包裹体与晶体有着相界关系，按其存在的形式分为气体、液体和固体包裹体。气、液包裹体多呈球体或椭球体，固体包裹体多为胶凝体或微晶体，固态微晶包裹体多呈柱状、针状或一些不规则形状。当包裹体体积小到一定程度时，称为散射颗粒。

生长层也称生长条纹，是由温度波动或生长速率波动引起的。其形状与固液界面的形状吻合，在横截面内呈年轮状。生长层严重地破坏了晶体的均匀性。

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采用熔融法生长晶体时，由于组分变化而产生的过冷现象称为组分过冷。组分过冷使晶体生长的平坦界面的稳定性遭到破坏，从而转变为胞状界面。胞状界面是由网状的沟漕分割开来的胞，沟漕中的杂质浓度较大，胞顶部杂质浓度较低，这种由浓集杂质划分出来的亚组织称胞状组织。在含有胞状组织的晶体中，杂质偏聚十分严重，明显地降低了晶体的质量。第77页，共90页，2023年，2月20日，星期五2.2．4多晶材料无机非金属多晶固体材料可以是只含一种结晶相的单晶相多晶体，也可以是含有多种晶相的多晶相多晶体。多晶材料与单晶材料的相同点是结构的主体部分都是结晶相物质，结晶相中的质点都按确定的点阵位置周期性排布，其不同点是单晶体是由一个晶核生长而成的晶体，其内部各处的晶体学取向可保持一致性(晶体缺陷造成的取向差除外)，通常单晶体都显示出晶体所固有的各向异性特点。单晶有规则的外形，其外表呈多面形，由自由能低的晶面构成。

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而多晶材料则是由许许多多微小晶体(晶粒)通过界面结合而成，各晶相的结晶学取向大多具有任意性，由于相互生长受到限制，各微晶的晶面也不一定是低自由能面，而且也不具备单晶体所特有的各向异性特征。但在特定条件下，多晶材料也可具有择优取向的性质。第79页，共90页，2023年，2月20日，星期五

通常遇到的结晶物质绝大多数属于多晶，其晶粒的尺度一般在厘米级、微米级、亚微米级乃至纳米级范围。多晶材料的性能除与组成晶粒的成分、结构及异种晶粒之间的相对数量和分布密切相关外，还与晶粒的尺寸以及晶粒间结合界面的构成与性质密切相关。多晶无机固体材料的形态包括块材、薄膜、粉体等，是电子材料的重要基础材料。第80页，共90页，2023年，2月20日，星期五

由晶相性质决定的材料特性主要有介电性、铁电性、磁性、电子导电性、离子导电性、超导电性、热导性、透光性、电致变色性、电致伸缩性等。经极化处理的铁电多晶材料可具压电性、热释电性、电一光特性等。由晶界性质决定的材料特性主要有热敏性、压敏性、湿敏性、气敏性、光电性以及很高的视在介电常数特性等。第81页，共90页，2023年，2月20日，星期五

多晶态无机非金属固体材料是陶瓷的主体材料，因此谈到多晶材料不能不详细讨论陶瓷材料。陶瓷的基本结构