材料结构和晶体结构

第一章材料结构和晶体结构考点一：结合键决定了材料的性能。结合键的分类共价键、离子键和金属键的概念对性能的影响结合键的分类一次键——通过电子的转移或共享使原子结合的键。结合力较强。离子键、共价键、金属键。二次键——通过偶极吸引力使原子结合的键。结合力较弱。氢键、范德瓦尔斯键混合键确定结合键类型的因素电负性和两种元素电负性的差值是确定成键类型重要因素之一ENf金属元素与非金属元素之间倾向以离子键结合△EN；电负性相同或相近的非金属元素之间倾向以共价键结合电负性相同或相近的金属元素之间以金属键结合电负性（Electronegativity,EN）：获得或吸引电子的相对倾向。离子键、共价键和金属键的概念.离子键 通过正负离子间静电作用所形成的结合键。（NaCl、MgO...）.共价键 通过共用自旋相反的电子对使原子结合的结合键。（金刚石）.金属键 通过正离子与自由电子之间相互吸引力使原子结合的结合键。结合键的特点类型键强作用力来源键的特点形成晶体的力学性能特点离子键最强正负离子间的库仑力硬度高、强度大，脆性大共价键强相邻原子的价电子各处于相反的自旋状态，核间库仑力方向性饱和性硬度高、强度大，脆性大金属键较强正离子与自由电子气之间的库仑力无方向性、无饱和性固溶能力塑韧性好、强韧性高二次键弱原子与分子间由诱导或永久电偶极子相互作用硬度低，塑性、韧性好例1：简答题简述原子分子间4种结合键各自的特点，并从结合键角度讨论力学性能性能例2：简答题原子间有几种结合键？各自的特点如何？从结合键角度讨论金属的力学性能例3：简答题试从结合键角度讨论一般情况下金属材料比陶瓷材料表现出更高塑性或延展性的原因考点二：晶体与非晶体概念主要差别概念.晶体 原子（分子或离子）在空间按照一定规律周期性重复排列的固体..非晶体 内部原子的排列是无序的，或不存在长程有序排列的固体.例1名词解释：晶体例2填空：晶体宏观对称的要素是：(1)对称中心，(2)对称轴，(3)对称面，(4)旋转反伸轴，(5)旋转反映轴晶体与非晶体性能的主要区别晶体：有确定熔点单晶体各向异性多晶体各向同性非晶体：无确定熔点各向同性非晶体的本质是过冷液体例3判断：在熔化过程中，非晶态材料不同于晶态材料的最主要特点是其没有一个固定的熔点考点三：空间点阵和晶体结构晶体结构、点阵、晶格、晶胞的概念空间点阵的选取原则晶胞选取原则点阵和晶体结构的区别概念晶体结构：指的是晶体中原子(离子或分子)在三维空间的具体排列。在实际的晶体中，这种排列有无限多种。这给我们的研究带来麻烦。怎样来研究晶体？ 抽象晶体一点阵一晶格一晶胞空间点阵 晶体中的等同点在空间有规则的周期性重复排列的阵列。晶格 连接晶体点阵中阵点的几组相交平行线构成的空间格架。晶胞 构成晶格的最小单元。结构基元的选择满足四个相同条件化学成分相同、空间结构相同、排列取向相同、周围环境相同(a)直线上等间距排列的原子。许多单质晶体中在某一方向上原子常按此排列。例如金属铜中原子密排列的方向就是这样排列OOOOOOOO一. - . . ■ . . ― (a)黑点代表阵点(b)为层型石墨中某些方向上碳原子排列的情况，两个原子组成一个基元(C)硒晶体中链型硒分子按螺旋型周期排列情况，三个原子组成一个基元硒的化学组成的基本单位为Se,而螺旋形排列的硒链的结构单元为三个硒原子(d)NaCl晶体中一些晶棱上原子的排列，结构基元为相邻的一个Na+和一个Cl-晶体结构的一个显著特点：周期性可简单地将晶体结构示意表示为晶体结构=点阵+结构基元晶胞：构成晶格的最基本单元称为晶胞。显示系统所有特征的体积单元晶胞选取的一般原则：(1)尽可能高的对称性(2)尽可能多的直角(3)尽可能小的体积晶胞的选取不是唯一的表征晶胞形状和大小的六个参量abc晶系和布拉菲点阵.晶系一根据晶胞形状特征所划分的晶体点阵系列，共有7种.布拉菲点阵一根据晶胞形状及阵点的分布特征所划分的晶体点阵系列，共有14种布拉菲点阵的选取原则：“每个阵点的周围环境相同”课本P40晶体结构和空间点阵的区别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。各种晶体结构，通过上述简化，总能按其原子或分子（或原子团和分子团）排列的周期性和对称性归属于14中空间点阵的一种。空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，它只能有14种类型。例1：空间点阵和晶体结构有何区别？考点四：晶面、晶向指数［复习思路］!掌握晶向、晶面、的概念根据已知晶向和晶面写出指数根据已知指数画晶向和晶面一、晶向指数和晶面指数晶向反映晶体中原子排列的方向。.晶向指数及其确定方法1）晶向指数 晶体点阵中阵点列的方向指数。2）确定已知晶向的指数（Miller指数）（1）建坐标：一般为右手坐标，坐标原点位于待定晶向上某一阵点，坐标轴为晶胞棱边。（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］晶向指数的说明（一）［uvw］代表相互平行、方向相同的所有晶向（2）代表与［uvw］代表相互平行但方向相反的晶向（3）晶向族〈uvw〉代表阵点排列情况完全相同、但位向不同的所有晶向晶向指数的说明（二）立方晶系中，立方体的棱组成〈100〉，面对角线组成〈110〉，体对角线组成〈111〉晶向族。在立方晶系中，晶向族是u、v、w（包括他的正数和负数）的所有排列组合。在非立方晶系中，例如：正交晶系中，（100）（010）（001）这三个晶向就不是等同晶向.晶面指数及其确定方法晶面通过空间点阵中的任意一组阵点的平面代表晶体中的原子平面，称为晶面晶面指数晶体中点阵平面的指数

(1)建坐标.(2)(1)建坐标.(2)求截距.(3)取倒数.(4)化整数.(5)加括号.以晶格常数为单位，求待定晶面在坐标轴上的截距值。将截距值取倒数。将截距值的倒数化为一组最小整数。Chkl)确定(100、(010、(001、(111)(463)晶面注意坐标原点的选取应便于确定截距。且不能选在待定晶面上。假如待定晶面在坐标原点上，则可以重新建立坐标系或找其他等同的面。3)讨论(1)(hkl)代表相互平行且法线相同的所有晶面2)_h_k_l代表与(hkl)法线方向反向平行的晶面(3)晶面族｛hkl｝代表阵点排列情况完全相同、但位向不同的所有晶面.六方晶系晶面和晶向的Miller—Bravais指数1)确定已知晶面的指数(hkil)(1)建坐标.四轴坐标，坐标轴为a1、a2、a3和c,坐标原点不能位于待定晶面内2)求截距.以晶格常数为单位，求待定晶面在坐标轴上的截距值(3)取倒数.将截距值取倒数(4)化整数.将截距值的倒数化为一组最小整数(5)加括号.(hkil),可以证明，i=—(h+k)心屁帛跳(2)第2心屁帛跳(2)第2种方法公式换算法:先在三轴坐标中确定待定晶向的Miller指数UVW］,再用下述公式换算成课本43页考点五：晶面族、晶向族［复习思路］!掌握晶面族和晶向族的概念晶面族和晶向族所包含的晶面和晶向晶面族和晶向族的概念晶面族：阵点排列情况完全相同、位向不同的所有晶面，用｛hkl｝表示。晶面：（hkl）晶向族：阵点排列情况完全相同、位向不同的所有晶向，用＜uvw〉表示。晶向：［uvw］在立方晶系中，晶向族是U、v、w（包括他的正数和负数）的所有排列组合。在非立方晶系中，例如：正交晶系中，［100：1、1：010：1、1：001：1这三个晶向就不是属于同一晶向族。考点六：晶面间距、面密度、最密排面、最密排［复习思路］!掌握晶面间距、面密度、最密排方向、最密排面的概念晶面间距的求解最密排面、最密排方向的确定一、晶面间距的概念和特点.晶面间距：相邻两个平行晶面之间的垂直距离不同的〃hkl晶面，面间距不同。低指数的面间距较大，而高指数的晶面间距则较小。晶面上的原子排列愈密集，晶面间距愈大。晶面上的原子排列愈稀疏，晶面间距愈小。.晶面间距的求解（公式）应用公式的条件：各晶系中的简单点阵，如简单立方点阵、简单四方点阵、简单正交点阵、简单六方点阵对于面心立方点阵hkl不全为偶数或奇数，即hkl中既有奇数又有偶数时，对于体心立方点阵h+k+l