1、（組織設(shè)計(jì)）金相組織必懂幾個(gè)定義2020年5月塞年的企業(yè)咨詢賴問(wèn)經(jīng)驗(yàn).經(jīng):金相組織必懂幾個(gè)定義達(dá)編制定義：金相/ /金相組織晶體單晶體多晶體晶粒晶胞晶面晶界晶向金屬鍵金相及金相組織定義所謂“相”就是合金中具有同一化學(xué)成分、 同一結(jié)構(gòu)和同一原子聚集狀態(tài)的均勻 部分。不同相之間有明顯的界面分開(kāi)。 合金的性能一般都是由組成合金的各相本 身的結(jié)構(gòu)性能和各相的組合情況決定的。 合金中的相結(jié)構(gòu)大致可分為固溶體和化 合物兩大基本類型。所謂“金相”就是金屬或合金的相結(jié)構(gòu)。金相是指金屬或合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 即金屬或合金的化學(xué)成分以及各種成分在合金 內(nèi)部的物理狀態(tài)和化學(xué)狀態(tài)。金相組織是反映金屬金相的具體形態(tài)，如馬氏

2、體， 奧氏體，鐵素體，珠光體等等。 廣義的金相組織是指兩種或兩種以上的物質(zhì)在微 觀狀態(tài)下的混合狀態(tài)以及相互作用狀況 金屬材料的顯微組織直接影響到機(jī)械零件的性能和使用壽命， 金相分析是控制機(jī) 械零件內(nèi)在質(zhì)量的重要手段。在新材料，新工藝，新產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)中，在提高 金屬制品內(nèi)在質(zhì)量的科研中，都離不開(kāi)金相技術(shù)分析。金相檢驗(yàn)（或者說(shuō)金相分析） 是應(yīng)用金相學(xué)方法檢查金屬材料的宏觀和顯微組織 的工作。金相學(xué)：狹義的金屬學(xué)，也就是研究合金相圖，用肉眼觀察，在放大鏡和顯微鏡 的幫助下，研究金屬和合金的組織和相變的學(xué)科。金屬學(xué)研究成分、組織結(jié)構(gòu)及其變化， 以及加工和熱處理工藝等對(duì)金屬、 合金性 能的影響和它們之

3、間相互關(guān)系的學(xué)科。狹義的金相圖片是將金屬試樣進(jìn)行切割、鑲嵌、磨光、拋光、腐蝕處理后, ,使金屬顯露出它的晶粒、 晶界、缺陷、夾雜等微觀晶體結(jié)構(gòu)， 并在 OMOM （光學(xué)顯微鏡） 下進(jìn)行顯微攝像得到的圖片。它的放大倍數(shù)一般最高達(dá)到 20002000 倍?，F(xiàn)在的很多金相也通過(guò) SEMSEM （掃描電子顯微鏡）、TEMTEM （透射電子顯微鏡）來(lái)直 接獲得。他們主要用來(lái)觀察材料的位錯(cuò)（能看到清晰的位錯(cuò)線） ，放大倍數(shù)一般 為 50005000 到 3000030000 倍。更精密的儀器是 STMSTM （掃描隧道顯微鏡），它的放大倍數(shù)可以達(dá)到原子級(jí)別，也就是納米級(jí)，主要用來(lái)計(jì)算材料的晶粒度。 （晶粒

4、度即晶粒的平均尺寸。 ） 晶體晶體即是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間呈周期性重復(fù)排列的固體。 晶體有三個(gè)特征（1 1）晶體有整齊規(guī)則的幾何外形； （2 2）晶體有固定的熔點(diǎn)，在熔化過(guò)程中，溫度始終保持不變； 晶體 （3 3）晶體有各向異性的特點(diǎn)。固態(tài)物質(zhì)有晶體與非晶態(tài)物質(zhì) （無(wú)定形固體 ） 之分，而無(wú)定形固體不具有上述特 點(diǎn)。晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間成周期性重復(fù)排列的固體， 具有長(zhǎng)程有序， 并成周期 性重復(fù)排列。非晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間不成周期性重復(fù)排列的固體， 具有近程有序， 但不 具有長(zhǎng)程有序。如玻璃。外形為無(wú)規(guī)則形狀的固體。合成鉍單晶晶體的共性1 1、長(zhǎng)程有序：晶體內(nèi)部原子在至少在微米級(jí)范圍內(nèi)的規(guī)

5、則排列。2 2、均勻性：晶體內(nèi)部各個(gè)部分的宏觀性質(zhì)是相同的。3 3、各向異性：晶體中不同的方向上具有不同的物理性質(zhì)。4 4、對(duì)稱性：晶體的理想外形和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特定的對(duì)稱性。5 5、自限性：晶體具有自發(fā)地形成封閉幾何多面體的特性。6 6、解理性：晶體具有沿某些確定方位的晶面劈裂的性質(zhì)。7 7 、最小內(nèi)能：成型晶體內(nèi)能最小。8 8 、晶面角守恒：屬于同種晶體的兩個(gè)對(duì)應(yīng)晶面之間的夾角恒定不變。晶體組成組成晶體的結(jié)構(gòu)微粒 （分子、原子、離子 ）在空間有規(guī)則地排列在一定的點(diǎn)上，這 些點(diǎn)群有一定的幾何形狀，叫做晶格。排有結(jié)構(gòu)粒子的那些點(diǎn)叫做晶格的結(jié)點(diǎn)。金剛石、石墨、食鹽的晶體模型，實(shí)際上是它們的晶

6、格模型 晶體按其結(jié)構(gòu)粒子和作用力的不同可分為四類：離子晶體、原子晶體、 分子晶體和金屬晶體。固體可分為晶體、非晶體和準(zhǔn)晶體三大類。 具有整齊規(guī)則的幾何外形、 固定熔點(diǎn)和各向異性的固態(tài)物質(zhì)，是物質(zhì)存在的一種 基本形式。固態(tài)物質(zhì)是否為晶體，一般可由 X X 射線衍射法予以鑒定。 晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn) （原子、離子、分子 ）有規(guī)則地在三維空間呈周期性重復(fù)排 列，組成一定形式的晶格， 外形上表現(xiàn)為一定形狀的幾何多面體。 組成某種幾何多面體的平面稱為晶面，由于生長(zhǎng)的條件不同， 晶體在外形上可能有些歪斜， 但 同種晶體晶面間夾角 （晶面角 ）是一定的，稱為晶面角不變?cè)怼?晶體按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為七大晶系和

7、1414 種晶格類型。晶體都有一定的對(duì)稱性， 有 3232 種對(duì)稱元素系，對(duì)應(yīng)的對(duì)稱動(dòng)作群稱做晶體系點(diǎn)群。按照內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間作用 力性質(zhì)不同，晶體可分為離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體等四大典型 晶體，如食鹽、金剛石、干冰和各種金屬等。同一晶體也有單晶和多晶（或粉晶 ）的區(qū)別。在實(shí)際中還存在混合型晶體。晶體 說(shuō)到晶體，還得從結(jié)晶談起。大家知道，所有物質(zhì)都是由原子或分子構(gòu)成的。眾 所周知，物質(zhì)有三種聚集形態(tài)：氣體、液體和固體。但是，你知道根據(jù)其內(nèi)部構(gòu) 造特點(diǎn)， 固體又可分為幾類嗎？研究表明， 固體可分為晶體、 非晶體和準(zhǔn)晶體三 大類。幾何形狀晶體通常呈現(xiàn)規(guī)則的幾何形狀， 就像有人特意加工出來(lái)的

8、一樣。 其內(nèi)部原子的排 列十分規(guī)整嚴(yán)格， 比士兵的方陣還要整齊得多。 如果把晶體中任意一個(gè)原子沿某 一方向平移一定距離，必能找到一個(gè)同樣的原子。而玻璃、珍珠、瀝青、塑料等 非晶體， 內(nèi)部原子的排列則是雜亂無(wú)章的。 準(zhǔn)晶體是最近發(fā)現(xiàn)的一類新物質(zhì)， 其 內(nèi)部排列既不同于晶體，也不同于非晶體。 究竟什么樣的物質(zhì)才能算作晶體呢？首先，除液晶外，晶體一般是固體形態(tài)。 其 次，組成物質(zhì)的原子、分子或離子具有規(guī)律、周期性的排列，這樣的物質(zhì)就是晶 體。但僅從外觀上，用肉眼很難區(qū)分晶體、非晶體與準(zhǔn)晶體。那么，如何才能快速鑒 定出它們呢？一種最常用的技術(shù)是 X X 光技術(shù)。用 X X 光對(duì)固體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，你 很

9、快就會(huì)發(fā)現(xiàn)，晶體和非晶體、準(zhǔn)晶體是截然不同的三類固體。晶體結(jié)構(gòu)為了描述晶體的結(jié)構(gòu)， 我們把構(gòu)成晶體的原子當(dāng)成一個(gè)點(diǎn)， 再用假想的線段將這 些代表原子的各點(diǎn)連接起來(lái)， 就繪成了像圖中所表示的格架式空間結(jié)構(gòu)。 這種用 來(lái)描述原子在晶體中排列的幾何空間格架， 稱為晶格。 由于晶體中原子的排列是 有規(guī)律的， 可以從晶格中拿出一個(gè)完全能夠表達(dá)晶格結(jié)構(gòu)的最小單元， 這個(gè)最小 單元就叫作晶胞。 許多取向相同的晶胞組成晶粒， 由取向不同的晶粒組成的物體， 叫做多晶體，而單晶體內(nèi)所有的晶胞取向完全一致，常見(jiàn)的單晶如單晶硅、 單晶 石英。大家最常見(jiàn)到的一般是多晶體。由于物質(zhì)內(nèi)部原子排列的明顯差異， 導(dǎo)致了晶體與非

10、晶體物理化學(xué)性質(zhì)的巨大差 異。例如，晶體有固定的熔點(diǎn)， 當(dāng)溫度高到某一溫度便立即熔化； 而玻璃及其它 非晶體則沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，從軟化到熔化是一個(gè)較大的溫度范圍。我們吃的鹽是氯化鈉的結(jié)晶， 味精是谷氨酸鈉的結(jié)晶， 冬天窗戶玻璃上的冰花和 天上飄下的雪花，是水的結(jié)晶。我們可以這樣說(shuō)：“熠熠閃光的不一定是晶體， 樸實(shí)無(wú)華、不能閃光的未必就不是晶體”。不是嗎？每家廚房中常見(jiàn)的砂糖、堿 是晶體，每個(gè)人身上的牙齒、骨骼是晶體，工業(yè)中的礦物巖石是晶體，日常見(jiàn)到 的各種金屬及合金制品也屬晶體， 就連地上的泥土砂石都是晶體。 我們身邊的固 體物質(zhì)中，除了常被我們誤以為是晶體的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外，幾乎

11、都是晶體。晶體離我們并不遙遠(yuǎn)，它就在我們的日常生活中。晶體 組成晶體的結(jié)構(gòu)粒子（分子、原子、離子）在三維空間有規(guī)則地排列在一定的點(diǎn) 上，這些點(diǎn)周期性地構(gòu)成有一定幾何形狀的無(wú)限格子，叫做晶格。 按照晶體的現(xiàn) 代點(diǎn)陣?yán)碚?，?gòu)成晶體結(jié)構(gòu)的原子、 分子或離子都能抽象為幾何學(xué)上的點(diǎn)。 這些 沒(méi)有大小、沒(méi)有質(zhì)量、 不可分辨的點(diǎn)在空間排布形成的圖形叫做點(diǎn)陣， 以此表示 晶體中結(jié)構(gòu)粒子的排布規(guī)律。 構(gòu)成點(diǎn)陣的點(diǎn)叫做陣點(diǎn)， 陣點(diǎn)代表的化學(xué)內(nèi)容叫做 結(jié)構(gòu)基元。因此， 晶格也可以看成點(diǎn)陣上的點(diǎn)所構(gòu)成的點(diǎn)群集合。 對(duì)于一個(gè)確定 的空間點(diǎn)陣， 可以按選擇的向量將它劃分成很多平行六面體，每個(gè)平行六面體叫 一個(gè)單位，并以對(duì)

12、稱性高、體積小、含點(diǎn)陣點(diǎn)少的單位為其正當(dāng)格子。晶格就是 由這些格子周期性地?zé)o限延伸而成的?？臻g正當(dāng)格子只有 7 7 種形狀（對(duì)應(yīng)于 7 7 個(gè)晶系），1414 種型式它們是簡(jiǎn)單立方、體心立方、面心立方；簡(jiǎn)單三方；簡(jiǎn)單六 方；簡(jiǎn)單四方、體心四方；簡(jiǎn)單正交、底心正交、體心正交、面心正交；簡(jiǎn)單單 斜、底心單斜；簡(jiǎn)單三斜格子等。晶格的強(qiáng)度由晶格能（或稱點(diǎn)） 。類別實(shí)例1 1 立方晶系鉆石明礬金鐵鉛2 2 正方晶系錫金紅石白鎢石3 3 斜方晶系硫碘硝酸銀4 4 單斜晶系硼砂蔗糖石膏5 5 三斜晶系硫酸銅硼酸6 6 三方（菱形）晶系砷水晶冰石墨7 7 六方晶系鎂鋅鈹鎘鈣晶體晶體是原子、離子或分子按照一定的

13、周期性在空間排列形成在結(jié)晶過(guò)程中形成具 有一定規(guī)則的幾何外形的固體。 晶體通常呈現(xiàn)規(guī)則的幾何形狀， 就像有人特意加 工出來(lái)的一樣。其內(nèi)部原子的排列十分規(guī)整嚴(yán)格，比士兵的方陣還要整齊得多。 如果把晶體中任意一個(gè)原子沿某一方向平移一定距離，必能找到一個(gè)同樣的原 子。而玻璃、珍珠、瀝青、塑料等非晶體，內(nèi)部原子的排列則是雜亂無(wú)章的。準(zhǔn) 晶體是最近發(fā)現(xiàn)的一類新物質(zhì)，其內(nèi)部排列既不同于晶體，也不同于非晶體。 晶體按其結(jié)構(gòu)粒子和作用力的不同可分為四類：離子晶體、原子晶體、 分子晶體 和金屬晶體。固體可分為晶體、 非晶體和準(zhǔn)晶體三大類。 具有整齊規(guī)則的幾何外 形、固定熔點(diǎn)和各向異性的固態(tài)物質(zhì)， 是物質(zhì)存在的一

14、種基本形式。 固態(tài)物質(zhì)是 否為晶體，一般可由 X X 射線衍射法予以鑒定。晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn) （原子、離子、分子 ）有規(guī)則地在三維空間呈周期性重復(fù)排 列，組成一定形式的晶格， 外形上表現(xiàn)為一定形狀的幾何多面體。 組成某種幾何 多面體的平面稱為晶面，由于生長(zhǎng)的條件不同， 晶體在外形上可能有些歪斜， 但 同種晶體晶面間夾角 （晶面角 ）是一定的，稱為晶面角不變?cè)怼?晶體按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為七大晶系和 1414 種晶格類型。晶體都有一定的對(duì)稱性， 有 3232 種對(duì)稱元素系，對(duì)應(yīng)的對(duì)稱動(dòng)作群稱做晶體系點(diǎn)群。按照內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間作用 力性質(zhì)不同，晶體可分為離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體等四大典型晶

15、體，如食鹽、金剛石、干冰和各種金屬等。同一晶體也有單晶和多晶（或粉晶 ）的區(qū)別。在實(shí)際中還存在混合型晶體。說(shuō)到晶體，還得從結(jié)晶談起。大家知道，所有物質(zhì)都是由原子或分子構(gòu)成的。眾 所周知，物質(zhì)有三種聚集形態(tài)： 氣體、液體和固體。 研究表明，固體可分為晶體、 非晶體和準(zhǔn)晶體三大類。究竟什么樣的物質(zhì)才能算作晶體呢？首先， 除液晶外，晶體一般是固體形態(tài)。其 次，組成物質(zhì)的原子、分子或離子具有規(guī)律、周期性的排列，這樣的物質(zhì)就是晶 體。但僅從外觀上，用肉眼很難區(qū)分晶體、非晶體與準(zhǔn)晶體。那么，如何才能快 速鑒定出它們呢？ 一種最常用的技術(shù)是 X X 光技術(shù)。用 X X 光對(duì)固體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析， 你很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)

16、，晶體和非晶體、準(zhǔn)晶體是截然不同的三類固體。晶體為了描述晶體的結(jié)構(gòu)， 把構(gòu)成晶體的原子當(dāng)成一個(gè)點(diǎn)， 再用假想的線段將這些代 表原子的各點(diǎn)連接起來(lái)， 就繪成了所表示的格架式空間結(jié)構(gòu)。 這種用來(lái)描述原子 在晶體中排列的幾何空間格架，稱為晶格。由于晶體中原子的排列是有規(guī)律的， 可以從晶格中拿出一個(gè)完全能夠表達(dá)晶格結(jié)構(gòu)的最小單元， 這個(gè)最小單元就叫作 晶胞。許多取向相同的晶胞組成晶粒， 由取向不同的晶粒組成的物體， 叫做多晶 體，而單晶體內(nèi)所有的晶胞取向完全一致，常見(jiàn)的單晶如單晶硅、單晶石英。大 家最常見(jiàn)到的一般是多晶體。由于物質(zhì)內(nèi)部原子排列的明顯差異， 導(dǎo)致了晶體與非晶體物理化學(xué)性質(zhì)的巨大差 異。例

17、如，晶體有固定的熔點(diǎn)， 當(dāng)溫度高到某一溫度便立即熔化； 而玻璃及其它 非晶體則沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，從軟化到熔化是一個(gè)較大的溫度范圍。吃的鹽是氯化鈉的結(jié)晶， 味精是谷氨酸鈉的結(jié)晶， 冬天窗戶玻璃上的冰花和天上 飄下的雪花，是水的結(jié)晶。 可以這樣說(shuō)： “熠熠閃光的不一定是晶體， 樸實(shí)無(wú)華、 不能閃光的未必就不是晶體”。廚房中常見(jiàn)的砂糖、堿是晶體， 每個(gè)人身上的牙 齒、骨骼是晶體， 工業(yè)中的礦物巖石是晶體， 日常見(jiàn)到的各種金屬及合金制品也 屬晶體， 就連地上的泥土砂石都是晶體。 我們身邊的固體物質(zhì)中， 除了常被我們 誤以為是晶體的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外，幾乎都是非晶體。晶體離我們 并不遙遠(yuǎn)，它就在

18、日常生活中。 組成晶體的結(jié)構(gòu)粒子（分子、原子、離子）在三維空間有規(guī)則地排列在一定的點(diǎn) 上，這些點(diǎn)周期性地構(gòu)成有一定幾何形狀的無(wú)限格子，叫做晶格。 按照晶體的現(xiàn) 代點(diǎn)陣?yán)碚?，?gòu)成晶體結(jié)構(gòu)的原子、 分子或離子都能抽象為幾何學(xué)上的點(diǎn)。 這些 沒(méi)有大小、沒(méi)有質(zhì)量、 不可分辨的點(diǎn)在空間排布形成的圖形叫做點(diǎn)陣， 以此表示 晶體中結(jié)構(gòu)粒子的排布規(guī)律。 構(gòu)成點(diǎn)陣的點(diǎn)叫做陣點(diǎn)， 陣點(diǎn)代表的化學(xué)內(nèi)容叫做 結(jié)構(gòu)基元。因此， 晶格也可以看成點(diǎn)陣上的點(diǎn)所構(gòu)成的點(diǎn)群集合。 對(duì)于一個(gè)確定 的空間點(diǎn)陣，可以按選擇的向量將它劃分成很多平行六面體， 每個(gè)平行六面體叫 一個(gè)單位，并以對(duì)稱性高、體積小、含點(diǎn)陣點(diǎn)少的單位為其正當(dāng)格子。

19、晶格就是 由這些格子周期性地?zé)o限延伸而成的?？臻g正當(dāng)格子只有 7 7 種形狀（對(duì)應(yīng)于 7 7 個(gè)晶系），1414 種型式。它們是簡(jiǎn)單立方、體心立方、面心立方；簡(jiǎn)單三方；簡(jiǎn)單 六方；簡(jiǎn)單四方、體心四方；簡(jiǎn)單正交、底心正交、體心正交、面心正交；簡(jiǎn)單 單斜、底心單斜；簡(jiǎn)單三斜格子等。晶格的強(qiáng)度由晶格能（或稱點(diǎn)） 。 晶體的分布非常廣泛，自然界的固體物質(zhì)中，絕大多數(shù)是晶體。氣體、液體和非 晶物質(zhì)在一定的合適條件下也可以轉(zhuǎn)變成晶體。晶體1 1、自限性：晶體具有自發(fā)形成幾何多面體形態(tài)的性質(zhì)，這種性質(zhì)成為自限性。2 2、均一性和異向性：因?yàn)榫w是具有格子構(gòu)造的固體，同一晶體的各個(gè)部分質(zhì) 點(diǎn)分布是相同的， 所

20、以同一晶體的各個(gè)部分的性質(zhì)是相同的， 此即晶體的均一性； 同一晶體格子中， 在不同的方向上質(zhì)點(diǎn)的排列一般是不相同的， 晶體的性質(zhì)也隨 方向的不同而有所差異，此即晶體的異向性。3 3 、最小內(nèi)能與穩(wěn)定性：晶體與同種物質(zhì)的非晶體、液體、氣體比較，具有最小 內(nèi)能。晶體是具有格子構(gòu)造的固體， 其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)作規(guī)律排列。 這種規(guī)律排列的質(zhì) 點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)間的引力與斥力達(dá)到平衡，使晶體的各個(gè)部分處于位能最低的結(jié)果。結(jié)晶結(jié)晶分兩種，一種是降溫結(jié)晶，另一種是蒸發(fā)結(jié)晶。降溫結(jié)晶：首先加熱溶液，蒸發(fā)溶劑成飽和溶液，此時(shí)降低熱飽和溶液的溫度， 溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)就會(huì)呈晶體析出，叫降溫結(jié)晶。蒸發(fā)結(jié)晶：蒸發(fā)溶劑，使溶液由

21、不飽和變?yōu)轱柡?，繼續(xù)蒸發(fā)，過(guò)剩的溶質(zhì)就會(huì)呈 晶體析出，叫蒸發(fā)結(jié)晶。常見(jiàn)的晶體有萘，海波，冰，各種金屬。晶體1 1 、長(zhǎng)程有序：晶體內(nèi)部原子在至少在微米級(jí)范圍內(nèi)的規(guī)則排列。2 2 、均勻性：晶體內(nèi)部各個(gè)部分的宏觀性質(zhì)是相同的。3 3、各向異性：晶體中不同的方向上具有不同的物理性質(zhì)。4 4、對(duì)稱性：晶體的理想外形和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特定的對(duì)稱性。5 5、自限性：晶體具有自發(fā)地形成封閉幾何多面體的特性。6 6、解理性：晶體具有沿某些確定方位的晶面劈裂的性質(zhì)。7 7 、最小內(nèi)能：成型晶體內(nèi)能最小。8 8 、晶面角守恒：屬于同種晶體的兩個(gè)對(duì)應(yīng)晶面之間的夾角恒定不變。組成晶體的結(jié)構(gòu)微粒 （分子、原子、離子

22、 ）在空間有規(guī)則地排列在一定的點(diǎn)上，這 些點(diǎn)群有一定的幾何形狀，叫做晶格。排有結(jié)構(gòu)粒子的那些點(diǎn)叫做晶格的結(jié)點(diǎn)。 金剛石、石墨、食鹽的晶體模型，實(shí)際上是它們的晶格模型。晶體晶體的一些性質(zhì)取決于將分子聯(lián)結(jié)成固體的結(jié)合力。 這些力通常涉及原子或分子 的最外層的電子 （或稱價(jià)電子） 的相互作用。 如果結(jié)合力強(qiáng)， 晶體有較高的熔點(diǎn)。 如果它們稍弱一些，晶體將有較低的熔點(diǎn)， 也可能較易彎曲和變形。 如果它們很 弱，晶體只能在很低溫度下形成，此時(shí)分子可利用的能量不多。有四種主要的晶體鍵。 離子晶體由正離子和負(fù)離子構(gòu)成， 靠不同電荷之間的引力 結(jié)合在一起。氯化鈉是離子晶體的一例。 共價(jià)晶體的原子或分子共享它們

23、的價(jià)電 子。鉆石、鍺和硅是重要的共價(jià)晶體。金屬的原子變?yōu)殡x子，被自由的價(jià)電子所 包圍，它們能夠容易地從一個(gè)原子運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)原子。 當(dāng)這些電子全在同一方向 運(yùn)動(dòng)時(shí)， 它們的運(yùn)動(dòng)稱為電流。 分子晶體的分子完全不分享它們的電子。 它們的 結(jié)合是由于從分子的一端到另一端電場(chǎng)有微小的變動(dòng)。 因?yàn)檫@個(gè)結(jié)合力很弱， 這 些晶體在很低的溫度下就熔化。典型的分子結(jié)晶如固態(tài)氧和冰。在離子，晶體中， 電子從一個(gè)原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子。 共價(jià)晶體的原子分享它們 的價(jià)電子。金屬原子的一端有少量的負(fù)電荷， 另一端有少量的正電荷。 一個(gè)弱的 電引力使分子就位。用來(lái)制作工業(yè)用的晶體的技術(shù)之一， 是從熔液中生長(zhǎng)。 籽晶可用來(lái)促進(jìn)

24、單晶體的 形成。在這個(gè)工序里， 籽晶降落到裝有熔融物質(zhì)的容器中。 籽晶周圍的熔液冷卻， 它的分子就依附在籽晶上。 這些新的晶體分子承接籽晶的取向， 形成了一個(gè)大的 單晶體。 藍(lán)寶石和紅寶石的基本成分是氧化鋁， 它的熔點(diǎn)高， 制成一個(gè)盛裝它的 熔液的容器是困難的。 人工合成藍(lán)寶石和紅寶石是用維爾納葉法 （焰熔法）制成， 即將氧化鋁粉和少量上色用的鈦、鐵或鉻粉， 通過(guò)火焰下滴到籽晶上。 火焰將粉 熔解，然后在籽晶上重新結(jié)晶。生長(zhǎng)人造鉆石需要高于 16001600 C的溫度和 6000060000 倍大氣壓。人造鉆石砂粒小且 黑，它們適宜工業(yè)應(yīng)用。 區(qū)域熔化過(guò)程用來(lái)純化半導(dǎo)體工業(yè)中的硅晶體。 一個(gè)單

25、 晶體垂直懸掛在硅棒的頂端上。在兩者接觸處加熱，棒的頂端熔化， 并在單晶體 上重結(jié)晶，然后將加熱處慢慢地沿棒下移。晶體晶體的對(duì)稱表現(xiàn)在晶體中相等的晶面， 晶棱和角頂有規(guī)律的重復(fù)出現(xiàn)。 這是由于 它具有規(guī)律的格子構(gòu)造。 是其在三維空間周期性重復(fù)的體現(xiàn)。 既晶體的對(duì)稱性不 僅表現(xiàn)在外部形態(tài)上，而且其內(nèi)部構(gòu)造也同樣也是對(duì)稱的。 鎵, ,一種很容易結(jié)成大塊單晶的金屬 在晶體的外形以及其他宏觀表現(xiàn)中還反映了晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。 晶體的理想外形 或其結(jié)構(gòu)都是對(duì)稱圖象。 這類圖象都能經(jīng)過(guò)不改變其中任何兩點(diǎn)間距離的操作後 復(fù)原。這樣的操作稱為對(duì)稱操作 , ,平移、旋轉(zhuǎn)、反映和倒反都是對(duì)稱操作。能使 一個(gè)圖象復(fù)原

26、的全部不等同操作，形成一個(gè)對(duì)稱操作群。 在晶體結(jié)構(gòu)中空間點(diǎn)陣所代表的是與平移有關(guān)的對(duì)稱性， 此外，還可以含有與旋 轉(zhuǎn)、反映和倒反有關(guān)并能在宏觀上反映出來(lái)的對(duì)稱性，稱為宏觀對(duì)稱性， 它在晶 體結(jié)構(gòu)中必須與空間點(diǎn)陣共存，并互相制約。制約的結(jié)果有二 : :1晶體結(jié)構(gòu)中只能存在 1 1 、2 2、3 3 、4 4 和 6 6 次對(duì)稱軸，2空間點(diǎn)陣只能有 1414 種形式。n n 次對(duì)稱軸的基本旋轉(zhuǎn)操作為旋轉(zhuǎn) 360360 /n/n 因此, 晶體能在外形和宏觀中反映出來(lái)的軸對(duì)稱性也只限于這些軸次。由于原子并不處于靜止?fàn)顟B(tài)，存在著外來(lái)原子引起的點(diǎn)陣畸變以及一定的缺陷， 基本結(jié)構(gòu)雖然仍符合上述規(guī)則性， 但絕

27、不是如設(shè)想的那樣完整無(wú)缺， 存在數(shù)目不 同的各種形式的晶體缺陷。另外還必須指出， 絕大多數(shù)工業(yè)用的金屬材料不是只 由一個(gè)巨大的單晶所構(gòu)成 , ,而是由大量小塊晶體組成 , ,即多晶體。在整塊材料內(nèi)部， 每個(gè)小晶體（或稱晶粒） 整個(gè)由三維空間界面與它的近鄰隔開(kāi)。 這種界面稱晶粒 間界，簡(jiǎn)稱晶界。晶界厚度約為兩三個(gè)原子。晶體 大多數(shù)天然晶體都是一個(gè)原子接一個(gè)原子或一個(gè)分子接一個(gè)分子來(lái)完成的但是JillianBanfieldJillianBanfield 和同事們發(fā)現(xiàn)了一些晶體， 它們是由含有成百上千個(gè)原子的“預(yù) 制”納米晶體裝配而成。 據(jù)一篇相關(guān)的研究評(píng)述， 這種晶體的塊生長(zhǎng)方式可能會(huì) 對(duì) 制造用

28、于光學(xué)和 電子 設(shè) 備（比如激光 或硬 盤 ）的人 工材料 有用 。水 鐵石 （ ferrihydriteferrihydrite ）的天然的預(yù)制晶體是由細(xì)菌合成的，在被水淹了的礦的爛泥里 能找到，水鐵石靠排列的納米晶體連接起來(lái)而生長(zhǎng)。 這種生長(zhǎng)晶體的方式引入特 有的缺陷，可能會(huì)影響晶體在以后反應(yīng)中的性質(zhì)。晶體缺陷在二十世紀(jì)初葉， 人們?yōu)榱颂接懳镔|(zhì)的變化和性質(zhì)產(chǎn)生的原因， 紛紛從微觀角度 來(lái)研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是 X X 射線衍射的出現(xiàn)，揭示出晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列的 規(guī)律性，認(rèn)為內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間呈有序的無(wú)限周期重復(fù)性排列， 即所謂空間點(diǎn) 陣結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)。前面講到的都是理想的晶體結(jié)構(gòu)， 實(shí)際上這種理

29、想的晶體結(jié)構(gòu)在真實(shí)的晶體中是 不存在的，事實(shí)上，無(wú)論是自然界中存在的天然晶體， 還是在實(shí)驗(yàn)室 （或工廠中） 培養(yǎng)的人工晶體或是陶瓷和其它硅酸鹽制品中的晶相， 都總是或多或少存在某些 缺陷，因?yàn)椋菏紫染w在生長(zhǎng)過(guò)程中， 總是不可避免地受到外界環(huán)境中各種復(fù)雜 因素不同程度影響，不可能按理想發(fā)育，即質(zhì)點(diǎn)排列不嚴(yán)格服從空間格子規(guī)律， 可能存在空位、間隙離子、位錯(cuò)、鑲嵌結(jié)構(gòu)等缺陷，外形可能不規(guī)則。另外，晶 體形成后，還會(huì)受到外界各種因素作用如溫度、溶解、擠壓、扭曲等等。晶體缺陷：各種偏離晶體結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)周期重復(fù)排列的因素，嚴(yán)格說(shuō)， 造成晶體點(diǎn) 陣結(jié)構(gòu)周期勢(shì)場(chǎng)畸變的一切因素。如晶體中進(jìn)入了一些雜質(zhì)。 這些雜

30、質(zhì)也會(huì)占據(jù)一定的位置， 這樣破壞了原質(zhì)點(diǎn)排 列的周期性，在二十世紀(jì)中期，發(fā)現(xiàn)晶體中缺陷的存在，它嚴(yán)重影響晶體性質(zhì)， 有些是決定性的， 如半導(dǎo)體導(dǎo)電性質(zhì)， 幾乎完全是由外來(lái)雜質(zhì)原子和缺陷存在決 定的，許多離子晶體的顏色、發(fā)光等。另外，固體的強(qiáng)度，陶瓷、耐火材料的燒 結(jié)和固相反應(yīng)等等均與缺陷有關(guān)， 晶體缺陷是近三、四年國(guó)內(nèi)外科學(xué)研究十分注 意的一個(gè)內(nèi)容。根據(jù)缺陷的作用范圍把真實(shí)晶體缺陷分四類：點(diǎn)缺陷：在三維尺寸均很小，只在某些位置發(fā)生，只影響鄰近幾個(gè)原子。 線缺陷：在二維尺寸小，在另一維尺寸大，可被電鏡觀察到。 面缺陷：在一維尺寸小，在另二維尺寸大，可被光學(xué)顯微鏡觀察到。 體缺陷：在三維尺寸較大，

31、如鑲嵌塊，沉淀相，空洞，氣泡等。幾點(diǎn)缺陷按形成的原因不同分三類：1 1 熱缺陷（晶格位置缺陷）在晶體點(diǎn)陣的正常格點(diǎn)位出現(xiàn)空位， 不該有質(zhì)點(diǎn)的位置出現(xiàn)了質(zhì)點(diǎn) （間隙質(zhì)點(diǎn)）2 2 組成缺陷外來(lái)質(zhì)點(diǎn)（雜質(zhì)）取代正常質(zhì)點(diǎn)位置或進(jìn)入正常結(jié)點(diǎn)的間隙位置。3 3 電荷缺陷 晶體中某些質(zhì)點(diǎn)個(gè)別電子處于激發(fā)狀態(tài)， 有的離開(kāi)原來(lái)質(zhì)點(diǎn)， 形成自由電子，在 原來(lái)電子軌道上留下了電子空穴。1.1.缺陷符號(hào)及缺陷反應(yīng)方程式缺陷符號(hào)以二元化合物 MXMX 為例1 1）晶格空位：正常結(jié)點(diǎn)位沒(méi)有質(zhì)點(diǎn)， VMVM ，VXVX2 2 ）間隙離子：除正常結(jié)點(diǎn)位置外的位置出現(xiàn)了質(zhì)點(diǎn)， MiMi ，XxXx3 3）錯(cuò)位離子： M M 排

32、列在 X X 位置，或 X X 排列在 M M 位置上，若處在正常結(jié)點(diǎn)位置 上，則 MMMM ，XXXX4 4） 取代離子：外來(lái)雜質(zhì) L L 進(jìn)入晶體中，若取代M，則 LMLM，若取代 X X，則 LXLX, 若占據(jù)間隙位，則 LiLi。5 5） 自由電子 e e （代表存在一個(gè)負(fù)電荷） ，表示有效電荷。6 6） 電子空穴 h?h?（ 代表存在一個(gè)正電荷 ）， ? ?表示有效正電荷如：從 NaClNaCl 晶體中取走一個(gè) Na+Na+ ，留下一個(gè)空位造成電價(jià)不平衡，多出負(fù)一價(jià)。相當(dāng)于取走 NaNa 原子加一個(gè)負(fù)有效負(fù)電荷，e e 失去 f 自由電子，剩下位置為電子 空穴 h?h?7 7 ）復(fù)合

33、缺陷 同時(shí)出現(xiàn)正負(fù)離子空位時(shí)，形成復(fù)合缺陷，雙空位。VM+VXVM+VXf（ VM-VXVM-VX ）缺陷反應(yīng)方程式必須遵守三個(gè)原則 1 1）位置平衡反應(yīng)前后位置數(shù)不變（相對(duì)物質(zhì)位置而言）2 2）質(zhì)點(diǎn)平衡反應(yīng)前后質(zhì)量不變（相對(duì)加入物質(zhì)而言）3 3）電價(jià)平衡反應(yīng)前后呈電中性 例：將 CaCl2CaCl2 引入 KClKCl 中：將 CaOCaO 引入 ZrO2ZrO2 中注意：只從缺陷反應(yīng)方程看， 只要符合三個(gè)平衡就是對(duì)的， 但實(shí)際上往往只有一 種是對(duì)的，這要知道其它條件才能確定哪個(gè)缺陷反應(yīng)是正確的。確定（ 1 1）式密度增加，要根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。2.2.熱缺陷（晶格位置缺陷 ）只要晶體的溫度

34、高于絕對(duì)零度， 原子就要吸收熱能而運(yùn)動(dòng)， 但由于固體質(zhì)點(diǎn)是牢 固結(jié)合在一起的， 或者說(shuō)晶體中每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)必然受到周圍質(zhì)點(diǎn)結(jié)合力的限 制而只能以質(zhì)點(diǎn)的平衡位置為中心作微小運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)的幅度隨溫度升高而增大， 溫度越高，平均熱能越大， 而相應(yīng)一定溫度的熱能是指原子的平均動(dòng)能， 當(dāng)某些 質(zhì)點(diǎn)大于平均動(dòng)能就要離開(kāi)平衡位置，在原來(lái)的位置上留下一個(gè)空位而形成缺 陷，實(shí)際上在任何溫度下總有少數(shù)質(zhì)點(diǎn)擺脫周圍離子的束縛而離開(kāi)原來(lái)的平衡位 置，這種由于熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷熱缺陷。熱缺陷兩種基本形式：a-a-弗侖克爾缺陷,b-b- 肖特基缺陷（1 1）弗侖克爾缺陷具有足夠大能量的原子（離子）離開(kāi)平衡位置后，擠入晶

35、格間隙中，形成間隙原子離子），在原來(lái)位置上留下空位 特點(diǎn)：空位與間隙粒子成對(duì)出現(xiàn)，數(shù)量相等，晶體體積不發(fā)生變化。 在晶體中弗侖克爾缺陷的數(shù)目多少與晶體結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系， 格點(diǎn)位質(zhì)點(diǎn)要進(jìn)入間 隙位，間隙必須要足夠大，如螢石（CaF2CaF2 ）型結(jié)構(gòu)的物質(zhì)空隙較大，易形成， 而 NaClNaCl 型結(jié)構(gòu)不易形成?？偟膩?lái)說(shuō)，離子晶體，共價(jià)晶體形成該缺陷困難。 （2 2）肖特基缺陷表面層原子獲得較大能量， 離開(kāi)原來(lái)格點(diǎn)位跑到表面外新的格點(diǎn)位， 原來(lái)位置形 成空位這樣晶格深處的原子就依次填入，結(jié)果表面上的空位逐漸轉(zhuǎn)移到內(nèi)部去。 特點(diǎn)：體積增大，對(duì)離子晶體、正負(fù)離子空位成對(duì)出現(xiàn)，數(shù)量相等。結(jié)構(gòu)致密易 形成

36、肖特基缺陷。晶體熱缺陷的存在對(duì)晶體性質(zhì)及一系列物理化學(xué)過(guò)程，導(dǎo)電、擴(kuò)散、固相反應(yīng)、 燒結(jié)等產(chǎn)生重要影響， 適當(dāng)提高溫度， 可提高缺陷濃度， 有利于擴(kuò)散， 燒結(jié)作用， 外加少量填加劑也可提高熱缺陷濃度，有些過(guò)程需要最大限度避免缺陷產(chǎn)生, ,如單晶生產(chǎn)，要非?？炖鋮s。3.3. 組成缺陷主要是一種雜質(zhì)缺陷， 在原晶體結(jié)構(gòu)中進(jìn)入了雜質(zhì)原子， 它與固有原子性質(zhì)不同， 破壞了原子排列的周期性，雜質(zhì)原子在晶體中占據(jù)兩種位置（ 1 1）填隙位（ 2 2） 格點(diǎn)位4.4. 電荷缺陷 （ChargedefectChargedefect） 從物理學(xué)中固體的能帶理論來(lái)看，非金屬固體具有價(jià)帶，禁帶和導(dǎo)帶，當(dāng)在 OROR

37、 時(shí)，導(dǎo)帶全部完善，價(jià)帶全部被電子填滿，由于熱能作用或其它能量傳遞過(guò)程， 價(jià)帶中電子得到一能量 EgEg ，而被激發(fā)入導(dǎo)帶，這時(shí)在導(dǎo)帶中存在一個(gè)電子，在 價(jià)帶留一孔穴，孔穴也可以導(dǎo)電， 這樣雖末破壞原子排列的周期性， 在由于孔穴 和電子分別帶有正負(fù)電荷，在它們附近形成一個(gè)附加電場(chǎng)，引起周期勢(shì)場(chǎng)畸變， 造成晶體不完整性稱電荷缺陷。例：純半導(dǎo)體禁帶較寬，價(jià)電帶電子很難越過(guò)禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，導(dǎo)電率很低，為改 善導(dǎo)電性，可采用摻加雜質(zhì)的辦法，如在半導(dǎo)體硅中摻入P P 和 B B,摻入一個(gè) P P,則與周圍 SiSi 原子形成四對(duì)共價(jià)鍵，并導(dǎo)出一個(gè)電子，叫施主型雜質(zhì)，這個(gè)多余 電子處于半束縛狀態(tài)，只須填加很

38、少能量， 就能躍遷到導(dǎo)帶中， 它的能量狀態(tài)是 在禁帶上部靠近導(dǎo)帶下部的一個(gè)附加能級(jí)上， 叫施主能級(jí)， 叫 n n 型半導(dǎo)體。當(dāng)摻 入一個(gè) B B,少一個(gè)電子，不得不向其它 SiSi 原子奪取一個(gè)電子補(bǔ)充，這就在 SiSi 原 子中造成空穴， 叫受主型雜質(zhì)， 這個(gè)空穴也僅增加一點(diǎn)能量就能把價(jià)帶中電子吸 過(guò)來(lái)， 它的能量狀態(tài)在禁帶下部靠近價(jià)帶頂部一個(gè)附加能級(jí)，叫受主能級(jí)，叫 P P 型半導(dǎo)體，自由電子，空穴都是晶體一種缺 點(diǎn)缺陷在實(shí)踐中有重要意義：燒成燒結(jié)，固相反應(yīng)，擴(kuò)散，對(duì)半導(dǎo)體，電絕緣用 陶瓷有重要意義，使晶體著色等。編輯本段線缺陷 實(shí)際晶體在結(jié)晶時(shí)， 受到雜質(zhì)， 溫度變化或振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力作用

39、或晶體由于受到 打擊，切割等機(jī)械應(yīng)力作用，使晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列變形，原子行列間相互滑移， 不再符合理想晶體的有序排列，形成線狀缺陷。位錯(cuò)直觀定義：晶體中已滑移面與未滑移面的邊界線。這種線缺陷又稱位錯(cuò)， 注意：位錯(cuò)不是一條幾何線， 而是一個(gè)有一定寬度的管道， 位錯(cuò)區(qū)域質(zhì)點(diǎn)排列嚴(yán)重畸變， 有時(shí)造成晶體面網(wǎng)發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。 對(duì)晶體強(qiáng)度有很大影 響。位錯(cuò)主要有兩種：刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò) 刃型位錯(cuò)其形式可以設(shè)想為：在一完整晶體，沿 BCEFBCEF 晶面橫切一刀，從 BCBC- ADAD,將ABCDABCD 面上半部分，作用以壓力使之產(chǎn)生滑移，距離（柏氏矢量晶格常數(shù)或 數(shù)倍）滑移面 BCEFBCEF，滑移區(qū) AB

40、CDABCD，未滑移區(qū) ADEFADEF，ADAD 為已滑移區(qū)交界線 位錯(cuò)線。正面看簡(jiǎn)圖：如上圖 滑移上部多出半個(gè)原子面，就象刀刃一樣（劈木材）稱刃型位錯(cuò)。特點(diǎn)：滑移方向與位錯(cuò)線垂直，符號(hào)丄，有多余半片原子面。螺型位錯(cuò)其形成可設(shè)想為：在一完整晶體，沿 ABCDABCD 晶面橫切一刀，在 ABCDABCD 面上部分 沿 X X 方向施一力使其生產(chǎn)滑移，滑移區(qū) ABCDABCD 未滑移區(qū) ADEFADEF，交界線 ADAD（位錯(cuò)線）特點(diǎn)：滑移方向與位錯(cuò)線平行，與位錯(cuò)線垂直的面不是平面，呈螺施狀，稱螺型 位錯(cuò)。刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)區(qū)別a-a-正常面網(wǎng)，b-b- 刃型位錯(cuò) , ,c-c-螺型位錯(cuò)主要從各

41、自特點(diǎn)區(qū)別 刃型：滑移方向與位錯(cuò)線垂直，多半個(gè)原子面，位錯(cuò)線可為曲線。螺型：滑移方向與位錯(cuò)線平行，呈螺旋狀，位錯(cuò)線直線 由于位錯(cuò)的存在對(duì)晶體的生長(zhǎng)， 雜質(zhì)在晶體中的擴(kuò)散， 晶體內(nèi)鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成及 晶體的高溫蠕變性等一系列性質(zhì)和過(guò)程都有重要影響。晶體位錯(cuò)的研究方法： 通常用光學(xué)顯微鏡， X X 光衍射電子衍射和電子顯微鏡等技 術(shù)進(jìn)行直接觀察和間接測(cè)定。位錯(cuò)具有以下基本性質(zhì)：（1 1）位錯(cuò)是晶體中原子排列的線缺陷，不是幾何意義的線，是有一定尺度的管道。（2 2）形變滑移是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，并不是說(shuō)位錯(cuò)是由形變產(chǎn)生的，因?yàn)橐粔K生長(zhǎng) 很完事的晶體中，本身就存在很多位錯(cuò)。（3 3）位錯(cuò)線可以終止在晶體的表

42、面（或多晶體的晶界上） ，但不能終止在一個(gè)完事 的晶體內(nèi)部。（4 4）在位錯(cuò)線附近有很大應(yīng)力集中，附近原子能量較高，易運(yùn)動(dòng)。晶體面缺陷涉及較大范圍（二維方向） 、晶界、晶面、堆垛層錯(cuò)。晶面由于晶體表面處的離子或原子具有不飽和鍵， 有很大反應(yīng)活性， 表面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不對(duì)稱性，使點(diǎn)陣受到很大彎曲變形，因而能量比內(nèi)部能量高，是一種缺陷。晶界晶粒之間交界面， 晶粒間取向不同出現(xiàn)晶粒間界， 在晶粒界面上的排列是一種過(guò) 渡狀態(tài)與兩晶粒都不相同。1 1）小角度晶界（鑲嵌塊） 尺寸在 10-6-10-8m10-6-10-8m 的小晶塊，彼此間以幾秒到的微?。ǎ┙嵌葍A斜相交，形 成鑲嵌結(jié)構(gòu)，有人認(rèn)為是棱位錯(cuò)， 由于

43、晶粒以微小角度相交， 可以認(rèn)為合并在一起，在晶界面是形成了一系列刃型位錯(cuò)。2 2）大角度晶界，各晶面取向互不相同，交角較大，在多晶體中，晶體可能出現(xiàn) 大角度晶界。在這種晶界中，頂點(diǎn)排列接近無(wú)序狀態(tài)，晶界處是缺陷位置，所以 能量較高，可吸附外來(lái)質(zhì)點(diǎn)。晶界是原子或離子擴(kuò)散的快速通道， 也是空位消除 的地方，這種特殊作用對(duì)固相反應(yīng)，燒結(jié)起重要作用，對(duì)陶瓷、耐火材料等多晶 材料性能如蠕變、強(qiáng)度等力學(xué)性能和極化、損耗等介電性能影響較大。堆垛層錯(cuò)離子堆垛過(guò)程中發(fā)生了層次錯(cuò)動(dòng)，出現(xiàn)堆垛層錯(cuò)，如面心立方堆積形式為ABCABCAABCABCA- ABCACBABABCACBAB（中間的 B B 層和 C C 層

44、發(fā)生了層次錯(cuò)動(dòng)，出現(xiàn)缺陷（一般了解）非化學(xué)計(jì)量化合物定義：化 合物 中各 元素的 原子 數(shù)之比 不是 簡(jiǎn)單的整 數(shù)而出 現(xiàn)了 分?jǐn)?shù)， 如Fe1-xO,Cu2-xO,Co1-xOFe1-xO,Cu2-xO,Co1-xO 等。編輯本段可偏離化合式的化合物 在基礎(chǔ)化學(xué)中學(xué)到的化合物的分子式都是符合定比定律的，即元素的原子數(shù)之比 為簡(jiǎn)單整數(shù)比，如 FeOFeO ， Fe/O=1/1Fe/O=1/1 ， TiO2,Ti/O=1/2TiO2,Ti/O=1/2 等，現(xiàn)在認(rèn)為這種嚴(yán)格按 化學(xué)計(jì)量形成的化合物是一種特殊情況，而普遍存在著所謂非化學(xué)計(jì)量化合物。 非化學(xué)計(jì)量化合物缺陷有四種類型（1 1） 陽(yáng)離子過(guò)剩

45、，形成陰離子空位TiO2TiO2 ， ZrO2ZrO2 會(huì)產(chǎn)生這種缺陷， 分子式為 TiO2-x,ZrO2-x,TiO2-x,ZrO2-x, 從化學(xué)計(jì)量觀念， 正負(fù) 離子比為 1 1：2 2，由于揣氧不足，在晶體中存在氧空位，而變?yōu)榉腔瘜W(xué)計(jì)量化合物。從化學(xué)觀念看，缺氧 TiO2TiO2 可以看作是四價(jià)鈦和三價(jià)鈦氧化物的固體溶液， 即 Ti2O3Ti2O3 在TiO2TiO2 中的固溶體，或從電中性考慮，TiTi 由四價(jià)-三價(jià)，原因：Ti4+Ti4+ 獲得一個(gè)電子-Ti3Ti3+ +獲得的電了是由于氧不足脫離正常 TiO2TiO2 晶格結(jié)點(diǎn)放出的，在電場(chǎng)作用下， 這一電子可以一個(gè)鈦離子位置遷移到

46、另一個(gè)鈦離子位置， 并 非固定在某一鈦離子上， 從而形成電子電導(dǎo)， 具有這種缺陷的材料稱 n n 型半導(dǎo)體。 這種非化學(xué)計(jì)量化合物缺陷方程可寫成：例：在還原氣氛下 TiO2TiO2 - TiO2-xTiO2-x 也可看成部分 O O 由晶格逸出變成氣體 可見(jiàn)：這種非化學(xué)計(jì)量化合物的形成多是由變價(jià)正離子構(gòu)成的氧化物， 由高價(jià)變 為低價(jià)，形成負(fù)離子空位，還有 ThO2ThO2 ， CeO2CeO2 等，與氣氛有關(guān)。陽(yáng)離子過(guò)剩形成間隙陽(yáng)離子如 ZnOZnO 、 CdOCdO- Zn1+xo,Cd1+xOZn1+xo,Cd1+xO ，過(guò)剩的金屬離子進(jìn)入間隙位，為保持電中 性，等價(jià)電子被束縛在間隙位的金

47、屬離子周圍。例： ZnOZnO 在鋅蒸氣中加熱，顏 色逐漸加深變化。負(fù)電子過(guò)剩形成間隙負(fù)離子。目前吸發(fā)現(xiàn)有 UO2+XUO2+X ，可以看作 U3O8U3O8 在 UO2UO2 中的固溶體，當(dāng)負(fù)離子過(guò)剩進(jìn) 入間隙位置時(shí)，結(jié)構(gòu)中必須出現(xiàn)兩個(gè)電子空穴，以平衡整體電中性，相應(yīng)正離子 電價(jià)升高，電子空穴在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這種材料稱P P 型半導(dǎo)體。負(fù)離子過(guò)剩形成正離子空位由于存在正離子空位，為保持電中性， 在正離子空位周圍捕獲電子空位， 因此其 也是 P P 型半導(dǎo)體，如 Cu2OCu2O 、FeOFeO 即是。例： FeOFeO 在氧氣下形成這種缺陷，實(shí) 際上是 Fe2O3Fe2O3 在 FeO

48、FeO 中形成的固溶體（高價(jià)取代低價(jià)） ，即 2 2 個(gè) Fe3+Fe3+ 取代 3 3個(gè) Fe2+Fe2+ ，同時(shí)在晶格中形成個(gè)正離子空位， 在氧氣條件下， 氧氣進(jìn)入 FeOFeO 晶格 結(jié)構(gòu)中，變?yōu)檠蹼x子，必須從鐵離子獲得兩個(gè)電子，使Fe2+Fe2+ - F3+F3+，并形成VFeVFe。可見(jiàn)，非化學(xué)計(jì)量化合物缺陷的形成主要受氣氛影響，也與溫度有關(guān)，嚴(yán)格說(shuō)， 世界上所有化合物都是非化學(xué)計(jì)量的，只是程度不同而已。編輯本段晶體熔沸點(diǎn)的比較 不同晶體類型的熔沸點(diǎn)高低規(guī)律 一般為：原子晶體 離子晶體 分子晶體。金屬晶體的熔沸點(diǎn)有的很高（如鎢） ， 有的很低（如汞）。同種類型晶體的熔沸點(diǎn)高低規(guī)律 一

49、下詳見(jiàn)本身詞條（1 1）同屬金屬晶體（ 2 2 ）同屬原子晶體（ 3 3 ）同屬離子晶體（4 4）同屬分子晶體編輯本段結(jié)晶 結(jié)晶分兩種，一種是降溫結(jié)晶，另一種是蒸發(fā)結(jié)晶。降溫結(jié)晶：首先加熱溶液，蒸發(fā)溶劑成飽和溶液， 此時(shí)降低熱飽和溶液的溫度， 溶解度隨溫度變化較大的溶 質(zhì)就會(huì)呈晶體析出，叫降溫結(jié)晶。蒸發(fā)結(jié)晶：蒸發(fā)溶劑，使溶液由不飽和變?yōu)轱柡?，繼續(xù)蒸發(fā)，過(guò)剩的溶質(zhì)就會(huì)呈 晶體析出，叫蒸發(fā)結(jié)晶 常見(jiàn)的晶體有萘，海波，冰，各種金屬。編輯本段區(qū)別固態(tài)物質(zhì)分為晶體和非晶體。從宏觀上看， 晶體都有自己獨(dú)特的、呈對(duì)稱性的形 狀，如食鹽呈立方體；冰呈六角棱柱體；明磯呈八面體等。而非晶體的外形則是 不規(guī)則的。晶

50、體在不同的方向上有不同的物理性質(zhì)，如機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、熱膨 脹、導(dǎo)電性等，稱為各向異性。而非晶體的物理性質(zhì)卻表現(xiàn)為各向同性。晶體有 固定的熔化溫度一熔點(diǎn)（或凝固點(diǎn)），而非晶體則是隨溫度的升高逐漸由硬變軟， 而熔化。晶體和非晶體所以含有不同的物理性質(zhì)，主要是由于它的微觀結(jié)構(gòu)不同。組成晶 體的微粒原子是對(duì)稱排列的，形成很規(guī)則的幾何空間點(diǎn)陣。空間點(diǎn)陣排列成 不同的形狀，就在宏觀上呈現(xiàn)為晶體不同的獨(dú)特幾何形狀。 組成點(diǎn)陣的各個(gè)原子 之間，都相互作用著，它們的作用主要是靜電力。對(duì)每一個(gè)原子來(lái)說(shuō)，其他原子 對(duì)它作用的總效果，使它們都處在勢(shì)能最低的狀態(tài)，因此很穩(wěn)定，宏觀上就表現(xiàn)為形狀固定，且不易改變。晶體內(nèi)

51、部原子有規(guī)則的排列，引起了晶體各向不同的 物理性質(zhì)。例如原子的規(guī)則排列可以使晶體內(nèi)部出現(xiàn)若干個(gè)晶面，立方體的食鹽 就有三組與其邊面平行的平面。如果外力沿平行晶面的方向作用， 則晶體就很容 易滑動(dòng)（變形），這種變形還不易恢復(fù)，稱為晶體的范性。從這里可以看出沿晶 面的方向，其彈性限度小，只要稍加力，就超出了其彈性限度，使其不能復(fù)原； 而沿其他方向則彈性限度很大，能承受較大的壓力、拉力而仍滿足虎克定律。當(dāng)晶體吸收熱量時(shí)，由于不同方向原子排列疏密不同，間距不同，吸收的熱量多少也不同，于是表現(xiàn)為有不同的傳熱系數(shù)和膨脹系數(shù)。非晶體的內(nèi)部組成是原子無(wú)規(guī)則的均勻排列，沒(méi)有一個(gè)方向比另一個(gè)方向特殊, 如同液體內(nèi)

52、的分子排列一樣，形不成空間點(diǎn)陣，故表現(xiàn)為各向同性。當(dāng)晶體從外界吸收熱量時(shí)， 其內(nèi)部分子、原子的平均動(dòng)能增大， 溫度也開(kāi)始升高， 但并不破壞其空間點(diǎn)陣，仍保持有規(guī)則排列。繼續(xù)吸熱達(dá)到一定的溫度熔點(diǎn) 時(shí)，其分子、原子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度可以破壞其有規(guī)則的排列， 空間點(diǎn)陣也開(kāi)始解 體，于是晶體開(kāi)始變成液體。 在晶體從固體向液體的轉(zhuǎn)化過(guò)程中， 吸收的熱量用 來(lái)一部分一部分地破壞晶體的空間點(diǎn)陣， 所以固液混合物的溫度并不升高。 當(dāng)晶 體完全熔化后，隨著從外界吸收熱量，溫度又開(kāi)始升高。而非晶體由于分子、原 子的排列不規(guī)則， 吸收熱量后不需要破壞其空間點(diǎn)陣，只用來(lái)提高平均動(dòng)能，所 以當(dāng)從外界吸收熱量時(shí)，便由硬變軟

53、，最后變成液體。玻璃、松香、瀝青和橡膠 就是常見(jiàn)的非晶體。多數(shù)的固體晶體屬于多晶體（也叫復(fù)晶體） ，它是由單晶體組成的。這種組成方 式是無(wú)規(guī)則的，每個(gè)單晶體的取向不同。 雖然每個(gè)單晶體仍保持原來(lái)的特性， 但 多晶體除有固定的熔點(diǎn)外， 其他宏觀物理特性就不再存在。 這是因?yàn)榻M成多晶體 的單晶體仍保持著分子、 原子有規(guī)則的排列， 溫度達(dá)不到熔解溫度時(shí)不會(huì)破壞其 空間點(diǎn)陣，故仍存在熔解溫度。 而其他方面的宏觀性質(zhì)， 則因?yàn)槎嗑w是由大量 單晶體無(wú)規(guī)則排列成的， 單晶體各方向上的特性平均后，沒(méi)有一個(gè)方向比另一個(gè) 方向上更占優(yōu)勢(shì)，故成為各向同性。 各種金屬就屬于多晶體。 它們沒(méi)有固定的獨(dú) 特形狀，表現(xiàn)為

54、各向同性。單晶體 固態(tài)物質(zhì)分為晶體和非晶體。晶體分為單晶體 11 ，多晶體。 單晶體是指樣品中所含分子 （原子或離子 ）在三維空間中呈規(guī)則、周期排列的一種 固體狀態(tài)?；瘜W(xué)藥物中的原料藥（一般由單一成分組成 ）在合適的溶劑系統(tǒng)中經(jīng)重 結(jié)晶可得到適合 X X 射線衍射使用的單晶樣品 , ,其大小約為 05mm05mm 左右。例如 : :雪 花、食鹽小顆粒等。單晶體是半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)上的重要材料。晶體(crystal)crystal):晶體有三個(gè)特征 晶體有一定的幾何外形；晶體有固定的熔 點(diǎn)； (3)(3)晶體有各向異性的特點(diǎn)。單晶體是原子排列規(guī)律相同，晶格位相一致的晶體。例如:單晶硅。 多晶體是由很

55、多具有相同排列方式但位向不一致的很多小晶粒組成的則稱為多 晶體。例如:常用的金屬。單晶體具有晶體的三個(gè)特征。多晶體具有前兩項(xiàng)特征，但具有各向同性的特點(diǎn)。晶體生長(zhǎng)晶體是在物相轉(zhuǎn)變的情況下形成的。物相有三種，即氣相、液相和固相。只有晶 體才是真正的固體。由氣相、 液相轉(zhuǎn)變成固相時(shí)形成晶體， 固相之間也可以直接 產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。晶體生成的一般過(guò)程是先生成晶核， 而后再逐漸長(zhǎng)大。 一般認(rèn)為晶體從液相或氣相中的生長(zhǎng)有三個(gè)階段：介質(zhì)達(dá)到過(guò)飽和、過(guò)冷卻階段；成核階段；生長(zhǎng) 階段。在某種介質(zhì)體系中，過(guò)飽和、 過(guò)冷卻狀態(tài)的出現(xiàn)， 并不意味著整個(gè)體系的同時(shí)結(jié) 晶。體系內(nèi)各處首先出現(xiàn)瞬時(shí)的微細(xì)結(jié)晶粒子。 這時(shí)由于溫度或濃

56、度的局部變化， 外部撞擊，或一些雜質(zhì)粒子的影響， 都會(huì)導(dǎo)致體系中出現(xiàn)局部過(guò)飽和度、 過(guò)冷卻 度較高的區(qū)域， 使結(jié)晶粒子的大小達(dá)到臨界值以上。 這種形成結(jié)晶微粒子的作用 稱之為成核作用。介質(zhì)體系內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)形成新相，稱為均勻成核作用 在體系內(nèi)的某些局部小區(qū)首先形成新相的核，稱為不均勻成核作用。 均勻成核是指在一個(gè)體系內(nèi)， 各處的成核幾宰相等， 這要克服相當(dāng)大的表面能位 壘，即需要相當(dāng)大的過(guò)冷卻度才能成核。非均勻成核過(guò)程是由于體系中已經(jīng)存在某種不均勻性， 例如懸浮的雜質(zhì)微粒， 容 器壁上凹凸不平等， 它們都有效地降低了表面能成核時(shí)的位壘， 優(yōu)先在這些具有 不均勻性的地點(diǎn)形成晶核。因之

57、在過(guò)冷卻度很小時(shí)亦能局部地成核。在單位時(shí)間內(nèi)， 單位體積中所形成的核的數(shù)目稱成核速度。 它決定于物質(zhì)的過(guò)飽 和度或過(guò)冷卻度。過(guò)飽和度和過(guò)冷卻度越高， 成核速度越大。 成核速度還與介質(zhì) 的粘度有關(guān)，輪度大會(huì)阻礙物質(zhì)的擴(kuò)散，降低成核速度 . .晶核形成后，將進(jìn)一步 成長(zhǎng)。下面介紹關(guān)于晶體生長(zhǎng)的兩種主要的理論。一、層生長(zhǎng)理論科塞爾 (Kossel(Kossel ，1927)1927) 首先提出，后經(jīng)斯特蘭斯基 (Stranski)(Stranski) 加以發(fā)展的晶體的 層生長(zhǎng)理論亦稱為科塞爾斯特蘭斯基理論。它是論述在晶核的光滑表面上生長(zhǎng)一層原子面時(shí)， 質(zhì)點(diǎn)在界面上進(jìn)入晶格 座位 的最佳位置是具有三面

58、凹入角的位置 ( (圖 I-2-1I-2-1 中 k)k) 。質(zhì)點(diǎn)在此位置上與晶核結(jié) 合成鍵放出的能量最大。 因?yàn)槊恳粋€(gè)來(lái)自環(huán)境相的新質(zhì)點(diǎn)在環(huán)境相與新相界面的 晶格上就位時(shí)， 最可能結(jié)合的位置是能量上最有利的位置， 即結(jié)合成鍵時(shí)應(yīng)該是 成鍵數(shù)目最多，釋放出能量最大的位置。圖 I I 一 2 2 1 1 示質(zhì)點(diǎn)在生長(zhǎng)中的晶體表 面上所可能有的各種生長(zhǎng)位置： k k 為曲折面，具有三面凹人角，是最有利的生長(zhǎng)位置；其次是 S S 階梯面，具有二 面凹入角的位置； 最不利的生長(zhǎng)位置是 A A 。由此可以得出如下的結(jié)論即晶體在理 想情況下生長(zhǎng)時(shí)，先長(zhǎng)一條行列，然后長(zhǎng)相鄰的行列。在長(zhǎng)滿一層面網(wǎng)后，再開(kāi) 始

59、長(zhǎng)第二層面網(wǎng)。晶面 （最外的面網(wǎng) ）是平行向外推移而生長(zhǎng)的。這就是晶體的層 生長(zhǎng)理論，用它可以解釋如下的一些生長(zhǎng)現(xiàn)象。1 1）晶體常生長(zhǎng)成為面平、棱直的多面體形態(tài)。2 2）在晶體生長(zhǎng)的過(guò)程中，環(huán)境可能有所變化，不同時(shí)刻生成的晶體在物性（如顏色）和成分等方面可能有細(xì)微的變化，因而在晶體的斷面上常?？梢钥吹綆顦?gòu) 造 （圖I-2-2I-2-2） 。它表明晶面是平行向外推移生長(zhǎng)的。3 3）由于晶面是向外平行推移生長(zhǎng)的， 所以同種礦物不同晶體上對(duì)應(yīng)晶面間的夾角 不變。4 4）晶體由小長(zhǎng)大， 許多晶面向外平行移動(dòng)的軌跡形成以晶體中心為頂點(diǎn)的錐狀體 稱為生長(zhǎng)錐或砂鐘狀構(gòu)造 （圖 I-2-3I-2-3 、I

60、-2-4I-2-4 、 I-2-5I-2-5） 。在薄片中常常能看到。 然而晶體生長(zhǎng)的實(shí)際情況要比簡(jiǎn)單層生長(zhǎng)理論復(fù)雜得多。 往往一次沉淀在一個(gè)晶 面上的物質(zhì)層的厚度可達(dá)幾萬(wàn)或幾十萬(wàn)個(gè)分子層。 同時(shí)亦不一定是一層一層地順 序堆積，而是一層尚未長(zhǎng)完， 又有一個(gè)新層開(kāi)始生長(zhǎng)。 這樣繼續(xù)生長(zhǎng)下去的結(jié)果， 使晶體表面不平坦，成為階梯狀稱為晶面階梯 （圖I-2-5I-2-5） 。科塞爾理論雖然有其 正確的方面， 但實(shí)際晶體生長(zhǎng)過(guò)程并非完全按照二維層生長(zhǎng)的機(jī)制進(jìn)行的。 因?yàn)?當(dāng)晶體的一層面網(wǎng)生長(zhǎng)完成之后，再在其上開(kāi)始生長(zhǎng)第二層面網(wǎng)時(shí)有很大的困 難，其原因是已長(zhǎng)好的面網(wǎng)對(duì)溶液中質(zhì)點(diǎn)的引力較小， 不易克服質(zhì)點(diǎn)的