文档介绍：材料科学基础
晶体学基础
固态物质按其原子(或分子)的聚集状态可分为二大类——晶体和非晶体。区分他们主要从其内部的原子排列情况来确定。在晶体中,原子(离子或分子)在三维空间作有规则的周期性重复排列。而非晶体就不具备这一特点。
晶体定义:晶体是内部质点在三维空间中呈周期性重复排列的固体。其组成质点在三维空间中成周期性排列。这也是晶体与其它状态物体之间的本质区别。这种质点在三维空间周期性的重复排列也称为格子构造。因此,也可以说,晶体是具有格子构造的固体。即不论沿晶体的哪个方向看去,总是相隔一定的距离就出现相同原子或原子集团。这个距离也称为周期。显然,沿不同的方向可能有不同的周期。而把大范围的周期性的规则排列叫做长程有序。
非晶体(Amorphous)不具有上述特征。在非晶体中原子(或分子、离子)无规则地堆积在一起。液体和气体都是非晶体。在液体中,原子也处于相对紧密聚集的状态,但不存在长程的周期性排列。固态的非晶体实际上是一种过冷状态的液体,只是它的物理性质不同于通常的液体。玻璃是一个典型的固态非晶体,所以,往往将非晶态称为玻璃态。
准晶体:具有五次或六次以上的对称轴,其质点的排列虽为长程有序,但不体现周期重复,即不存在格子构造。
晶体的基本性质:晶体内部的周期性质决定了晶体具有一些共有的性质,并且根据这些性质能与其他状态的物体区分开来。1 均一性:指晶体内部在其任一部位都具有相同性质的特性。如密度、化学性质。2 异向性:指晶体的性质因观测方向的不同而表现出差异的特性。如硬度,解理。3 对称性:指晶体中的相同部分或性质,能够在不同方向或位置上有规律地重复出现。4 自范性:或称为自限性,指晶体能自发地形成封闭的凸几何多面体外形的特点。5 最小内能:指的是在相同热力学条件下,晶体与同种物质的非晶态相比较,其内能最小,因而晶体的结构也是最稳定的。6 稳定性:由于晶体有最小的内能,因而结晶状态是一个相对稳定的状态。 7 固定的熔点。
均匀性与各向异性的区别?
均匀性体现的是晶体内部的均匀,处处都是一样的;各向异性是指不同方向性质不同。
几点说明:(1)绝大多数固体物质为晶体。(2)晶态与非晶态在一定的条件下可以相互转化;如非晶态的玻璃经高温长时间加热后即可转变为晶态玻璃。(3)晶体有固定的熔点,而非晶体只有一个软化温度范围。(4)晶体具有各向异性, 非晶体为各向同性。
空间点阵:将晶体中每个规则排列于空间的质点抽象为具有完全相同环境的几何点,称之为阵点,也叫结点。这些阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境。
晶格:在三维空间内部表示原子或原子集团的排列规律的几何点(结点)所构成的阵列。设想用直线将各结点连接起来形成空间网络,叫做晶格。
根据晶体特征抽象出来的阵点,其特征有二:1)质点种类相同。 2)质点周围的环境和方位相同。等同点可以由原子、离子、离子基团构成,等同点在三维空间中有规律重复出现即构成点阵。在空间由种类相同的点排列成的无限阵列,其中每一个点都和其它所有的点具有相同的环境,这种点的排列就称为空间点阵,又称为空间格子。
空间点阵和实际晶体结构的区别:1. 二者的晶体结构是不同的,因为围绕每个结点的原子分布不同。2、二者的结构也不同。空间点阵和实际晶体结构不能等同。联系:
点阵是由晶体的结构基元抽象出来的,可以由下式来说