文档介绍：第二章几何结晶学基础 晶体及其基本性质 晶体的宏观对称 晶体的理想形态 晶体定向和结晶符号 晶体构造的几何理论 晶体的堆积方式
●了解材料的结构是材料科学研究的重要基础。 ●晶体材料是固体材料中的重要组成部分。 ●认识结晶形态及内部构造的规律是晶体学理 论的范畴,有如下主要分支: 晶体生长学 几何结晶学 晶体结构学 晶体化学 晶体物理学
晶体及其基本性质 晶体 ●对晶体的认识始于外部形态的观察。 ●晶体的传统定义:外形具有规则几何多面体 形状的固体。 ●传统定义没有揭示晶体的本质特点。 ●对晶体本质的揭示始于1912年应用X射线对晶 体构造进行研究。 ●严格的晶体定义:晶体是内部质点在三维空间 呈周期性重复排列的固体,或说是具有格子构 造的固体。
等同点及空间格子 ●等同点:结构中种类、化学性质及周围的环境、方位 完全相同的空间位置。 ●对NaCl晶体结构,所有Na+点属于一类等同点,所有Cl- 点属于另一类等同点。等同点位置不限于质点中心,任 何位置能引出一类等同点且构成上图的c图形。
a
b
c
NaCl结构(a、b)及等同点分布(c)
●空间格子:等同点在三维空间呈格子状排列 称空间格子。 ●空间格子是表示晶体构造规律的几何图形,是 无限图形。
空间格子
空间格子有下列几种要素存在: ●结点:空间格子中的等同点。 ●行列:结点在直线上的排列。 行列中相邻结点间的距离称结点间距。同行列方向上结 点间距相等;不同方向的行列,结点间距一般不等。 ●面网:结点在平面上的分布。 单位面积内结点的数目称面网密度;相邻面网间的垂直 距离称面网间距。 相互平行的面网间面网密度和面网间距相等;否则一般 不等且面网密度大的其面网间距亦大。 ●平行六面体:空间格子中的最小单位。
面网
平行六面体
布拉维法则和面角守恒定律 ●布拉维法则:晶体通常被面网密度大的晶面所包围。 ●晶面的生长速度与其面网密度一般呈反比关系。 ●生长速度大的BC晶面逐渐变小,甚至消失;生长速度小 的AB、CD晶面将逐渐扩展,最后保留下来。
面网密度与晶面生长过程的关系
●面角守恒定律 --实际晶体在生长过程中受过程因素的影 响,使晶体的外形呈现各种形状。 --丹麦矿物学家斯丹诺发现,同种晶体虽 然它们的形状和大小各不相同,但各相 对应的晶面夹角是相等的。由此提出了 面角守恒定律:在相同的温度、压力条件下,成分和构造相同的所有晶体,其对应晶面间的夹角恒等。 --面角守恒定律对结晶学的发展起了深远的影响,使人们 能从晶体千变万化的形态中,找到它们外形上所固有的 客观规律,得以根据面角关系恢复晶体的理想形态,从 而奠定了几何结晶学的基础。
图2-8 石英晶体
晶体的基本性质(所有晶体具有的共性) ●自限性(自范性):晶体在一定条件下能自发形成几何 多面体的形状。 ●结晶一致性:同一晶体的不同部分具有相同的性质。 ●各向异性:晶体性质随方位不同而有差异的特性。 ●对称性:晶体中的晶面、晶棱、角顶、结点及物理化 学性质等在不同方向作有规律地重复。 ●最小内能性:在相同热力学条件下,与同种成分的非 晶体、液体、气体相比,其内能最小。