第二章结晶学基础

第二章结晶学基础第1页，课件共100页，创作于2023年2月第2页，课件共100页，创作于2023年2月晶体的定义：内部质子（原子、离子、分子）在三维空间呈周期性规则重复排列构成的物质。晶体是具有格构造的固体。晶体的基本性质（1）自限性、自范性（2）结晶均一性（3）各向异性（4）对称性（5）最小内能性。晶体最稳定。第3页，课件共100页，创作于2023年2月第4页，课件共100页，创作于2023年2月第5页，课件共100页，创作于2023年2月

固体的能量曲线（a）理想晶体（b）具有缺陷的真实晶体（c）由淬冷得到的玻璃（d）退火玻璃（e）气相冷凝获得的无定形物质第6页，课件共100页，创作于2023年2月结晶学中的基本概念等同点：在晶体结构中占据相同的位置和具有相同的环境。空间点阵：在三维空间按周期性排列的几何点成为一个空间点阵，把空间点阵中的几何点或等同点称为阵点或结点。是晶体结构的数学抽象，空间的几何构图。结点间距：行列中两个相邻结点间的距离。两个相交的行列构成面网。联结分布在三维空间内的结点就构成空间格子。第7页，课件共100页，创作于2023年2月第8页，课件共100页，创作于2023年2月第9页，课件共100页，创作于2023年2月晶体的对称要素（1）对称中心（符号C）（2）对称面（符号P）（3）对称轴（符号Ln）（旋转、螺旋、反轴）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。如吊扇叶片转一局重复三次，该对称轴就称为三次对称轴，使物体复原所需的最小旋转角称为基转角α。轴次n可写成：n＝360°/α。在晶体的宏观对称中，n的数值不能是任意的。在晶体中只可能出现一次、二次、三次、四次和六次轴，而不可能存在五次及高于六次的对称轴。凡轴次n，大于2的称高次轴。（4）倒转对称轴（符号Lni）（是一种复合对称要素）（5）映转轴（符号Ln8））（是一种复合对称要素）第10页，课件共100页，创作于2023年2月第11页，课件共100页，创作于2023年2月第12页，课件共100页，创作于2023年2月第13页，课件共100页，创作于2023年2月第14页，课件共100页，创作于2023年2月第15页，课件共100页，创作于2023年2月晶胞——晶格中含有晶体结构中具有代表性的最小重复单位，称为单元晶胞（简称晶胞）。晶胞一定是一个平行六面体。晶胞的形状和大小由晶体的结构决定。确定晶胞是按一定原则进行：（1）尽可能反映晶体内部结构的对称性，（2）是尽可能选取对称性高的素单位。晶胞的两个基本要素：一、是晶胞的大小和形状。二、是晶胞内部各个原子的坐标位置，就知道整个晶体的空间结构了。第16页，课件共100页，创作于2023年2月

晶胞由晶体空间点阵中3个不相平行的单位矢量a、b、c所规定，其大小形状用晶胞的三个边的长度a、b、c和3个边之间的夹角。α、β、γ来表示。晶胞的类型一共有7种，分别和7个晶系对应。每个晶系有它自己的特征对称元素，按特征对称元素的有无为标准，并根据特征对称元素选择晶体的坐标轴x、y、z：单位矢量a、b、c分别确定它们的晶体几何常数。第17页，课件共100页，创作于2023年2月第18页，课件共100页，创作于2023年2月第19页，课件共100页，创作于2023年2月第20页，课件共100页，创作于2023年2月十四种布拉维格子第21页，课件共100页，创作于2023年2月第22页，课件共100页，创作于2023年2月十四种布拉维格子三斜晶系常数单斜晶系常数第23页，课件共100页，创作于2023年2月单斜晶系常数正交晶系常数正交晶系常数正交晶系常数第24页，课件共100页，创作于2023年2月正交晶系常数六方晶系常数三方晶系常数四方晶系常数第25页，课件共100页，创作于2023年2月四方晶系常数立方晶系常数立方晶系常数立方晶系常数第26页，课件共100页，创作于2023年2月晶面指数

坐标的确定按照通常的习惯，当面对晶体时，x轴指向我们，y轴指向我们的右边，而z轴则向上，原点的位置位于晶胞后面左下方的顶角上。与规定相反的方向为负方向。第27页，课件共100页，创作于2023年2月晶向指数

晶向是一根从原点出发通过某一点的射线，晶向指数用最低的整数来标明。因此，[111]方向就是从0，0，0点出发通过1，l，1点的射线，当然这个方向的射线也通过（½，½，½）和(2，2，2)点。为简明起见，用整数来标记。用方括号[uvw]来表示晶向，字母u，v，w，分别表示x，y，z，三个主方向上的指数。相互平行的方向其指数是相同的。对于负的指数，加一横线来表示。如[111]方向在z轴上的分量是负值。第28页，课件共100页，创作于2023年2月第29页，课件共100页，创作于2023年2月晶面指数晶体内空间点阵的阵点还可以从各个方向被划分成许多组平行且等距的平面点阵。这些平面点阵所处的平面称为晶面。晶面具有以下两个特点：①晶面族一经划定，所有阵点全部包含在晶面族中而无遗漏；②一族晶面平行且两两等距，这是空间点阵局期性的必然结果。

晶面指数的确定步骤如下：①选晶胞的某一顶点为原点，三条棱边分别为x，y，z轴。②写出该晶面与x，y，z轴相交的截距。为了避免出现零截距．所选的原点一定要在被标定的晶面之外。③取各截距的倒数。如果截距用晶胞各棱边长度（即晶格常数）a、b、c的倍数r、s、t表示，取倒数则为1/r，1/s，1/t。④将三个倒数通分后去掉分母，3个分子数即为该晶面的晶面指数。如果3个数字有公约数，则应除以最大公约数。当泛指某一晶面的指数时，常用hkl字母表示，并加团括号，即用符号（hkl）密勒指数（晶面指数）表示。不是指一个晶面，而是代表互相平行的一组晶面。第30页，课件共100页，创作于2023年2月确定晶面指数时．要注意以下几点:①当晶面与某晶轴平行时，则可认为晶面与该轴在无限远处相交，而无穷大的倒数为0，故相应的指数为0。②如果被标定晶面与坐标轴的负方向相截，则在指数上方冠以负号。③在晶体中凡是位于坐标的同一象限中互相平行的平面都具有同一晶面指数。如果在晶面指数的3个数字上，都乘以（-1），则所代表晶面仍是互相平行的，只是不在坐标的同一象限中。因此，晶面指数（hkl）不是指一个晶面，而是代表互相平行的一组晶面。④在晶体中有些晶面虽方位不同，但原子排列和分布完全相同，晶面间距亦相同，这些晶面合称为一个晶面族，常用记号｛hkl｝表示。总之，在同一晶体结构中相互平行的晶面，以及空间方位虽不同而原子排列情况相同的晶面都属于同一晶面族。例如｛100｝就包括了（100）,（010）,（001）。｛111｝包括了（111）,（111）,（111）,（111）。第31页，课件共100页，创作于2023年2月第32页，课件共100页，创作于2023年2月第33页，课件共100页，创作于2023年2月晶面间距一族平行晶面中最邻近的二个晶面间的距离称为晶面间距。点阵中的各组点阵面上原子排列密度各不相同，故其晶面间距便有差异。晶面指数较低的晶面具有较大的晶面间距；而晶面指数较高的晶面，晶面间距较小。正因为低指数晶面具有大的面间距，故面间原子结合力相对较弱，使晶体的变形、断裂及其他一些物理、化学过程较易沿这些面间发生。第34页，课件共100页，创作于2023年2月晶面间距用dhkl表示，为晶面指数（hkl）和点阵常数（a，b，c，α，β，γ）的函数。设有指数为（hkl）的晶面族，所属点阵的基矢为a，b，c，由前述晶面指数和晶面间距的定义可知：原点O到该组晶面中最近原点的一个晶面的距离ON即为｛hkl｝晶面族中二个相邻晶面的距离。设法线与a，b，c，的夹角为α，β，γ，那么晶面间距为：对于立方晶系：对于六方晶系：第35页，课件共100页，创作于2023年2月晶面间距可用布拉格定律来侧定。当X射线射入晶体材料时，它们就会被晶体内的原子平面（或离子平面）所衍射，衍射角取决于X射线的波长λ和平面距离d：第36页，课件共100页，创作于2023年2月晶格常数a与原子半径r的关系：第37页，课件共100页，创作于2023年2月结构的不完整性实际晶体与理想原子排列的晶体格子存在较大的偏移，表现为结果的不完整性。主要有：点缺陷、线缺陷、面缺陷。A、杂质原子与固溶体1）取代（置换）型固溶体2）填隙（间隙）型固溶体空隙越大越易形成间隙固溶体架状硅酸盐结构CaF2型结构八面体面心结构沸石CaF2TiO2MgO取代固溶体：完全互溶固溶体Mg1-xFexO其中x＝0～1Cr2O3和Al2O3

部分互溶固溶体CaO和MgOMgO和Al2O3第38页，课件共100页，创作于2023年2月B、点缺陷无机非金属材料中最重要也是最基本的结构缺陷是点缺陷。根据点缺陷相对于理想晶格位置的偏差状态，点缺陷具有不同的名称：填隙原子（或离子）：指原子（或离子）进入正常格点位置之间的间隙位置，成为填隙原子（离子）；空位：正常结点位置出现的原子或离子空缺；杂质原子（离子）：晶体组分以外的原子进入晶格中，即为杂质。杂质原子可以取代晶体中正常格点位置上的原子（离子），称为置换原子（离子）；也可进入正常格点位置之间的间隙位置，成为填隙的杂质原子（离子）。第39页，课件共100页，创作于2023年2月点缺陷类型

热缺陷（本征缺陷）

杂质缺陷（非本征缺陷）

非化学计量结构缺陷第40页，课件共100页，创作于2023年2月热缺陷的定义当晶体的温度高于绝对零度时，晶格内原子吸收能量，在其平衡位置附近热振动。温度越高，热振动幅度加大，原子的平均动能随之增加。热振动的原子在某一瞬间可以获得较大的能量，挣脱周围质点的作用，离开平衡位置，进入到晶格内的其它位置，而在原来的平衡格点位置上留下空位。这种由于晶体内部质点热运动而形成的缺陷称为热缺陷。第41页，课件共100页，创作于2023年2月热缺陷类型按照离开平衡位置原子进入晶格内的不同位置，热缺陷以此分为二类：

1.弗伦克尔缺陷离开平衡位置的原子进入晶格的间隙位置，晶体中形成了弗伦克尔缺陷。弗伦克尔缺陷的特点是空位和间隙原子同时出现，晶体体积不发生变化，晶体不会因为出现空位而产生密度变化。2.肖特基缺陷离开平衡位置的原子迁移至晶体表面的正常格点位置，而晶体内仅留有空位，晶体中形成了肖特基缺陷。晶体表面增加了新的原子层，晶体内部只有空位缺陷。肖特基缺陷的特点晶体体积膨胀，密度下降。第42页，课件共100页，创作于2023年2月杂质缺陷

外来原子进入主晶格（即原有晶体点阵）而产生的结构缺陷为杂质缺陷。

点缺陷杂质原子无论进入晶格间隙的位置或取代主晶格原子，都必须在晶格中随机分布，不形成特定的结构。杂质原子在主晶格中的分布可以比喻成溶质在溶剂中的分散，称之为固溶体。晶体的杂质缺陷浓度仅取决于加入到晶体中的杂质含量，而与温度无关，这是杂质缺陷形成（非本征缺陷）与热缺陷形成（本征缺陷）的重要区别。

第43页，课件共100页，创作于2023年2月非化学计量结构缺陷

原子或离子晶体化合物中，可以不遵守化合物的整数比或化学计量关系的准则，即同一种物质的组成可以在一定范围内变动。相应的结构称为非化学计量结构缺陷，也称为非化学计量化合物。非化学计量结构缺陷中存在的多价态元素保持了化合物的电价平衡。

第44页，课件共100页，创作于2023年2月点缺陷的符号表征以MX型化合物为例：1.空位（vacancy）用V来表示，符号中的右下标表示缺陷所在位置，VM含义即M原子位置是空的。2.间隙原子（interstitial）亦称为填隙原子，用Mi、Xi来表示，其含义为M、X原子位于晶格间隙位置。3.错位原子错位原子用MX、XM等表示，MX的含义是M原子占据X原子的位置。XM表示X原子占据M原子的位置。

第45页，课件共100页，创作于2023年2月4.自由电子（electron）与电子空穴(hole）分别用e，和h·来表示。其中右上标中的一撇“，”代表一个单位负电荷，一个圆点“·”代表一个单位正电荷。第46页，课件共100页，创作于2023年2月5.带电缺陷

在NaCl晶体中，取出一个Na+离子，会在原来的位置上留下一个电子e，，写成VNa’，即代表Na+离子空位，带一个单位负电荷。同理，Cl－离子空位记为VCl·

，带一个单位正电荷。即：VNa’=VNa＋e，，VCl·

=VCl＋h·。第47页，课件共100页，创作于2023年2月其它带电缺陷：1)CaCl2加入NaCl晶体时，若Ca2+离子位于Na+离子位置上，其缺陷符号为CaNa·

，此符号含义为Ca2+离子占据Na+离子位置，带有一个单位正电荷。2)CaZr,,表示Ca2+离子占据Zr4+离子位置，此缺陷带有二个单位负电荷。其余的缺陷VM、VX、Mi、Xi等都可以加上对应于原阵点位置的有效电荷来表示相应的带电缺陷。

第48页，课件共100页，创作于2023年2月6.缔合中心电性相反的缺陷距离接近到一定程度时，在库仑力作用下会缔合成一组或一群，产生一个缔合中心，VM和VX发生缔合,记为（VMVX）。第49页，课件共100页，创作于2023年2月缺陷反应表示法

对于杂质缺陷而言，缺陷反应方程式的一般式：

第50页，课件共100页，创作于2023年2月写缺陷反应方程式应遵循的原则

与一般的化学反应相类似，书写缺陷反应方程式时，应该遵循下列基本原则：（1）位置关系（2）质量平衡（3）电中性第51页，课件共100页，创作于2023年2月（1）位置关系：在化合物MaXb中，无论是否存在缺陷，其正负离子位置数（即格点数）的之比始终是一个常数a/b，即：M的格点数/X的格点数=a/b。如NaCl结构中，正负离子格点数之比为1/1，Al2O3中则为2/3。第52页，课件共100页，创作于2023年2月位置关系强调形成缺陷时，基质晶体中正负离子格点数之比保持不变，并非原子个数比保持不变。在上述各种缺陷符号中，VM、VX、MM、XX、MX、XM等位于正常格点上，对格点数的多少有影响，而Mi、Xi、e，、h·等不在正常格点上，对格点数的多少无影响。形成缺陷时，基质晶体中的原子数会发生变化，外加杂质进入基质晶体时，系统原子数增加，晶体尺寸增大；基质中原子逃逸到周围介质中时，晶体尺寸减小。第53页，课件共100页，创作于2023年2月（2）质量平衡：与化学反应方程式相同，缺陷反应方程式两边的质量应该相等。需要注意的是缺陷符号的右下标表示缺陷所在的位置，对质量平衡无影响。（3）电中性：电中性要求缺陷反应方程式两边的有效电荷数必须相等。第54页，课件共100页，创作于2023年2月缺陷反应实例

杂质（组成）缺陷反应方程式──杂质在基质中的溶解过程杂质进入基质晶体时，一般遵循杂质的正负离子分别进入基质的正负离子位置的原则，这样基质晶体的晶格畸变小，缺陷容易形成。在不等价替换时，会产生间隙质点或空位。第55页，课件共100页，创作于2023年2月写出NaF加入YF3中的缺陷反应方程式以正离子为基准，反应方程式为：以负离子为基准，反应方程式为：第56页，课件共100页，创作于2023年2月以正离子为基准，缺陷反应方程式为：以负离子为基准，则缺陷反应方程式为：写出CaCl2加入KCl中的缺陷反应方程式第57页，课件共100页，创作于2023年2月

CaCl2杂质溶入KCl晶体，可以写出三种缺陷反应方程：

KCl晶体属NaCl结构类型，氯离子作面心立方密堆积，钾离子占据所有的八面体空隙，晶体结构中仅有四面体空隙。从结晶学角度衡量，氯离子很难进入这些间隙位置。如果出现填隙钙离子和钾离子空位，钙离子的半径较大，进入四面体间隙位置需要克服很高的势垒。因此从系统能量越低结构越稳定的观点考虑，钙离子更有可能进入钾离子空位，归纳上述分析，CaCl2杂质掺入KCl主晶格，第一个方程的缺陷反应最为合理。第58页，课件共100页，创作于2023年2月C、线缺陷（位错）

在外力作用下，使晶体内部质点排列变形，原子行列间相互滑移，形成线状的缺陷。习惯称为位错。晶体在不同的应力状态下，其滑移方式不同。根据原子的滑移方向和位错线取向的几何特征不同，位错分为刃位错、螺位错和混合位错。第59页，课件共100页，创作于2023年2月刃位错

形成及定义（图2-11）：晶体在大于屈服值的切应力

作用下，以ABCD面为滑移面发生滑移。EF是晶体已滑移部分和未滑移部分的交线，犹如砍入晶体的一把刀的刀刃，即刃位错（或棱位错）。几何特征：位错线与原子滑移方向相垂直；滑移面上部位错线周围原子受压应力作用，原子间距小于正常晶格间距；滑移面下部位错线周围原子受张应力作用，原子间距大于正常晶格间距。分类：正刃位错，“

”；负刃位错，“T”。符号中水平线代表滑移面，垂直线代表半个原子面。第60页，课件共100页，创作于2023年2月图2-11刃位错示意图

第61页，课件共100页，创作于2023年2月螺位错

形成及定义（图2-12）：晶体在外加切应力

作用下，沿ABCD面滑移，图中EF线为已滑移区与未滑移区的分界处。由于位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，故称为螺位错。几何特征：位错线与原子滑移方向相平行；位错线周围原子的配置是螺旋状的。分类：有左、右旋之分，分别以符号“

”和“

”表示。其中小圆点代表与该点垂直的位错，旋转箭头表示螺旋的旋转方向。它们之间符合左手、右手螺旋定则。第62页，课件共100页，创作于2023年2月图2-12螺位错形成示意图第63页，课件共100页，创作于2023年2月D、面缺陷原子面从一个晶粒到相邻的晶粒的不连续，称为面缺陷。是将材料分成若干区域的边界，如表面、晶界、界面、层错、孪晶面等。晶粒之间的边界（晶界）是能量较高的结晶不完善的区域。晶界上的原子堆积不完善，杂质原子倾向于偏聚在晶界上。第64页，课件共100页，创作于2023年2月金属材料的结构金属键没有方向性，因此在金属晶体中，每个金属原子周围总是尽可能多地邻接金属原子，并紧密地堆积在一起。即：金属晶体内原子都以具有较高配位数为特征。金属晶体的堆积模型：把金属晶体看成是由直径相等的圆球状金属原子在三维空间堆积构建而成的模型。材料的结构第65页，课件共100页，创作于2023年2月紧密堆积第一层：同层中，最紧密的堆积方式是，一个球与周围6个球相切，在中心的周围形成6个凹位。第二层：对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1,3,5位（若对准2,4,6位,其情形是一样的）。第66页，课件共100页，创作于2023年2月第三层：对第一、二层来说,可以有两种最紧密的堆积方式:第一种是将球对准第一层的球,于是每两层形成一个周期，即ABAB堆积方式。第67页，课件共100页，创作于2023年2月ABAB堆积方式称为六方紧密堆积（HCP），配位数12（同层6,上下各3）。空间利用率为74.05%。第68页，课件共100页，创作于2023年2月第二种：是将球对准第一层的2，4，6位，不同于AB两层的位置，这是C层，第四层再排A，于是形成ABCABC三层一个周期。第69页，课件共100页，创作于2023年2月ABCABC堆积方式称为面心立方堆积（FCC），配位数12。空间利用率为74.05%。第70页，课件共100页，创作于2023年2月等大球体紧密堆积中，存在着两种空隙：一种是处于四个球体包围之中的空隙，四个球体中心之联线恰好成一个四面体的形状，称为四面体空隙。另一种是处于六个球体包围之中的空隙，六个球体中心之联线恰好联成一个八面体的形状，称为八面体空隙。

第71页，课件共100页，创作于2023年2月在AB型六方紧密堆积中，每－个球的周围共有六个八面体空隙和八个四面体空隙。但是，八面体空隙由六个球组成，四面体空隙由四个球组成，因此一个球体周围的八面体空隙不能都属于它，而只有6×1/6=1八面体和8×1/4=2个四面体是属于一个球体的所以，若有n个等大球体作最紧密堆积时，就必定有n个八面体空隙和2n个四面体空隙。对于ABC型的立方紧密堆积，这一结果同样正确。第72页，课件共100页，创作于2023年2月立方体心堆积（BCC）：配位数8,空间利用率为68.02%第73页，课件共100页，创作于2023年2月多数是体心立方、面心立方和紧密堆积六方结构。碱金属均为体心立方，Z=8；碱土金属多数为六方密堆积，Z=12；过渡金属先是六方密堆积和体心立方，最后完全过渡到面心立方结构。面心立方和六方密堆积一样，是最密的堆积方式，Z也是12。第74页，课件共100页，创作于2023年2月金刚石型结构晶体中每一个C原子通过C原子四个SP3杂化轨道与邻近4个C原子形成共价键，无数个C原子就这样相互连结，构成一个三度空间的骨架型结构，组成一个完整晶体。如：金刚石、硅、锗等第75页，课件共100页，创作于2023年2月金属材料可以看成是由晶体的聚集体构成的。对纯金属一般认为是微细晶粒的聚集体；对合金则可看作母相金属原子的晶体与加入的合金晶体等聚合而成的聚集体。晶粒间的结合力要比晶粒内部的结合力小。软钢、铜、金、铝等之所以能经受大的塑性变形，是由于在发生滑移变形的同时，原子相互间的位置依次错开又形成了新的键，从整体看，是由于原子间的键难于断开的缘故。晶粒晶界上的结合是机械结合，即金属由高温熔体凝固析晶时，相互啮合牢固地结合在一起。晶粒间的接触面越大，结合力也越大。第76页，课件共100页，创作于2023年2月无机非金属材料的结构A、金刚石型结构B、硅酸盐结构陶瓷的主要结构，硅酸盐中Si与O的结合键为离子键和共价键的混合键，其结构特征是硅总是位于由四个氧离子组成的四面体中心．构成[SiO4]4-四面体。硅氧四面体之间由通过共顶点的氧以不同形式相互连接，形成岛状、链状、层状、立体网络状等不同结构的硅酸盐。第77页，课件共100页，创作于2023年2月第78页，课件共100页，创作于2023年2月（1）链状结构是[SiO4]4-四面体共有一个氧连结在一维方向延伸成链状。可以形成单链或双链。如石棉纤维的纤维间的键合力要比链状结构方向上的小，所以天然产的原矿容易开裂分散成纤维状。透辉石CaOMgO2SiO2第79页，课件共100页，创作于2023年2月（2）层状结构硅氧四面体通过三个共同氧在二维平面内延伸成一个硅氧四面体层。在硅氧层中，处于同一平面的三个阳离子都被硅离子共用而形成一个无限延伸的六节环层，这三个样都是桥氧，电荷以达到平衡。另一个顶角向上的氧、负电荷尚未平衡，成为自由氧。它将与硅氧层以外的阳离子相连。这种自由氧在空间排列也形成六边形网络。其代表类型有高岭石结构。层与层之间是由范德华键结合的，键合力很弱，容易产生劈裂。A、高岭石结构Al4(Si4O10)(OH)8或Al2O32SiO22H2OB、蒙脱石结构（(MXnH2O)(Al2-XMgX)(Si4O10)(OH)2）滑石结构（Mg3(Si4O10)(OH)2或3MgO4SiO2H2O）与蒙脱石相近C、伊利石结构（K1~1.5Al4(Si7~6.5Al1~1.5O20)(OH)4）白云母结构（KAl2[(AlSi3)O10](OH)2或K2O3Al2O36SiO22H2O）与伊利石相近第80页，课件共100页，创作于2023年2月（3）网状结构每个硅氧四面体的四个顶角都与相邻的硅氧四面体共顶形成以三维方向相互间结合的硅酸盐网状结构。质地是较硬的，如石英。这种结构在破坏时需要切断Si-O键。第81页，课件共100页，创作于2023年2月

C、玻璃结构无机玻璃可以看成是处在过冷状态的一种粘度极高的液体，整个结构不具有晶体的规则排列。玻璃的结构特点是原子排列近程较有序，远程无序。可表现出各种模式，键型有共价键和离子键。第82页，课件共100页，创作于2023年2月第83页，课件共100页，创作于2023年2月第84页，课件共100页，创作于2023年2月CaF2（萤石）型结构

用紧密堆积排列方式考虑，可以看作Ca2+按立方紧密堆积排列，而F-离子填充于全部四面体空隙中。图中Ca2+离子位于立方体中心，F-离子位于立方体的顶角，立方体之间以共棱关系相连。在CaF2晶体结构中，由于以Ca2+离子形成的紧密堆积中，八面体空隙全部空着，八个F-离子之间就有一个较大的“空洞”，所以，在萤石结构之中，往往存在着负离子扩散机制。还存在着一种结构与萤石完全相同，只是阴、阳离子的位置完全互换的晶体，如Li2O,Na2O,K2O等。其中Li+、Na+、K+离子占有萤石结构中F-的位置，而O2-离子占有的Ca2+位置，这种结构称为反萤石结构。第85页，课件共100页，创作于2023年2月第86页，课件共100页，创作于2023年2月钙钛矿型结构

钙钛矿型结构在电子材料中十分重要，因为一系列具有铁电性质的晶体都属于这类结构，如BaTiO3、PbTiO3,、SrTiO3,等。钙钛矿结构通式ABO3,中的A代表二价金属离子，如Ca2+、Pb2+、Ba2+等；B代表四价正离子如Ti4+、Zr4+等。也可以A代表一价的正离子如K+，而B代表五价正离子如铌Nb5+等。这个结构是以，氧离子与较大的正离子A（如Ba2+）一起按立方密堆排列，而较小的正离子B（如Ti4+）在八面体间隙中。钙钛矿型结构材料大多存在着晶型转变，一般说来其高温型是立方对称的，在经过某临界温度后发生畸变使对称性降低，但离子排列的这种八面体关系仍然保持着。在原胞的一个轴向发生畸变就变成四方晶系；若在两个轴向发生不同程度的伸缩就畸变成正交晶系；在体对角线［111］方向的伸缩畸变会使某些晶体变成有自发偶极矩的铁电相或反铁电相。第87页，课件共100页，创作于2023年2月第88页，课件共100页，创作于2023年2月从显微结构上看．绝大多数陶瓷材料通常含有一种或一种以上的晶相，一定数量的玻璃相，少量或极少量的气相（气孔）。可以归纳为结晶相、固溶体相、玻璃相和气相。结晶相又可分为主晶相、次晶相及第三晶相。晶相是陶瓷材料中最主要的组成部分，这是因为在瓷坯内晶相往往是大量的，同时晶体通常互相连接交织而形成结构的骨架。因此晶相对陶瓷材料的物理、化学性质往往起决定性作用。在多晶材料中，较重要的显微结构参数是晶粒和晶粒尺寸，它们对材料性能的影响很大。第89页，课件共100页，创作于2023年2月氧化物是大多数陶瓷，尤其是特种陶瓷的主要组成和结晶相。在氧化物结构中，其中较大的氧离子组成密堆砌的骨架，较小的金属离子填充间隙中，从而形成坚固的离子键。在密堆砌结构中，一般有两种形式的间隙，即八面体和四面体间隙，如MgO、CaO、TiO2、Al2O3等。非氧化物是指金属碳化物、氮化物、硅化物及硼化物等，它们是特种陶瓷（或金属陶瓷）的主要组成和结晶相，主要是由强大的离子键结合，但也有定成分的金属键和共价键。如下TiC、WC、BN、Si3N4、AIN等。第90页，课件共100页，创作于2023年2月普通陶瓷中的玻璃相是以长石熔融液相为主体构成的非晶态。玻璃相组成随着坏料组成、分散度、烧成时间以及窑内气氛的不同而变化。玻璃相的作用是：①将分散的晶相粘接起来，填充晶相之间的空隙，提高材料的致密度。②降低烧成温度，加快烧结过程；③阻止晶体转变，抑制晶体长大及填充气孔间隙；④获得一定程度的玻璃特性，如透光性等。玻璃相对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热性、耐火性等均是不利的。第91页，课件共100页，创作于2023年2月陶瓷中的气相主要是来自于坯料中各成分在加热过程中单独或者相互发生物理、化学作用所生成的空隙；这些空隙除大部分被玻璃相填充外，还有少部分残留下来变成气孔。显气孔密闭气孔除多孔瓷外，气孔的存在对陶瓷性能是不利的，它降低了陶瓷的强度，是造成裂纹的根源，使介电损耗增大等第92页，课件共100页，创作于2023年2月高分子化合物是由大量重复的结构单元连接而成。高分子材料的结构包括高分子链的结构及聚集态结构。A、单体单体是大分子构成的最基本组成单元。通常它们是碳（C）和氢（H）为主组成比较简单的低分子化合物。常见的单体：①含有碳－碳双键的烯类单体，包括单烯类、共扼二烯烃，甚至炔烃，如乙烯、丙烯、氯乙烯、四氟乙烯、乙酸乙烯、丙烯睛、苯乙烯、丁二烯、氯丁二烯等；②羰基化合物，如甲醛、乙醛，甚至酮类；③杂环化合物，包括碳氧环、碳氮环，如环氧乙烷、环氧丙烷等；④多官能团化合物，如多元酸、多儿醇、多元胺、酚类、脉、醛类、多异散酸醋、有机硅氧烷等。高分子材料的结构第93页，课件共100页，创作于2023年2月

B、链状结构现已经知道多数天然高分子、合成高分子和生物高分子都具有链式结构。许多高分子是由多价原子彼此以主价键结合而成的长链状分子。其分子直径与长度之比可达1:1000以上。一个结构单元相当于一个小分子，具有周期性。高分子的长链的形式：伸展状、无规线团状、折叠状、螺旋状等形式。这类线型结构的高分子化合物在适当的溶剂中可以溶胀或溶解，升高温度时则软化、流动，因此易于加工，可反复加工使用，并具有良好的弹性和塑性。第94页，课件共100页，创作于2023年2月第95页