第二章晶體材料的結(jié)構(gòu)晶體學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)立方晶系晶向與晶面純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)晶體結(jié)構(gòu)概念

材料的性能不僅與其組成原子的本性及原子間結(jié)合鍵類型有關(guān)，還與晶體中原子在三維空間長(zhǎng)程有序排列方式有關(guān)。原子在三維空間的有序排列特征稱為晶體結(jié)構(gòu)。不同材料其原子可能具有不同的空間排列——不同的晶體結(jié)構(gòu)。甚至同一種材料，在不同的環(huán)境下也有不同的原子排列——同素異構(gòu)。如：C，F(xiàn)e一、

晶格及晶胞

晶格：

晶體材料中原子的排列是具有長(zhǎng)程有序（即：平移對(duì)稱性）的。

將晶體中在三維空間有序排列的原子視為等徑的剛球質(zhì)點(diǎn)，并在三維空間中緊密堆積，然后用一些假想的平行直線，將所有質(zhì)點(diǎn)的中心連接起來(lái)，便構(gòu)成了一個(gè)三維的幾何格架。這個(gè)抽象出來(lái)的用于描述原子在晶體中的位置和排列方式的幾何格架，稱為晶格。晶格中各線的交點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)（或陣點(diǎn)）。第一節(jié)晶體基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)晶體基礎(chǔ)知識(shí)晶胞從晶格中取一個(gè)最小的立體單元（最小的平行六面體）稱為晶胞。晶格是晶胞在空間的疊加。晶胞的選擇原則：

①能充分反映整個(gè)空間點(diǎn)陣的對(duì)稱性。②晶胞內(nèi)的棱、角相等的數(shù)目最多，且具有盡可能多的直角。③體積要最小。

二、晶系第一節(jié)晶體基礎(chǔ)知識(shí)一、晶格常數(shù)在晶胞中取某一點(diǎn)為原點(diǎn)（通常取在左下角后面一結(jié)點(diǎn)），建立坐標(biāo)系，以晶胞的三個(gè)棱邊作為坐標(biāo)軸x，y，z（可以是垂直的，也可以不垂直）。以三邊的長(zhǎng)度a，b，c及相互間夾角α，β，γ六個(gè)參數(shù)來(lái)表示晶胞的大小和形狀，其中三棱邊的長(zhǎng)度a，b，c稱為晶格常數(shù)，它們反映了晶胞的大小。按a、b、c是否相等，α、β、γ是否為直角將全部晶體分為7個(gè)晶系：二

晶格常數(shù)與晶系三、14種晶胞（點(diǎn)陣）或Bravais點(diǎn)陣第一節(jié)晶體基礎(chǔ)知識(shí)1、7個(gè)簡(jiǎn)單晶胞（晶胞中只含有一個(gè)原子）

a=b=c,===90abc,

==90a=bc,

==90=120abc,

90a=b=c,

==90a=bc,

===90abc,

===90

角頂原子：8個(gè)單胞共有；面上原子：2個(gè)單胞共有；胞內(nèi)原子：?jiǎn)伟?dú)有2、7個(gè)復(fù)雜晶胞（晶胞中所含原子數(shù)大于1）

a=b=c,===90a=bc,

===90abc,

===90abc,

==90abc,

===90第二節(jié)立方晶系晶向與晶面指數(shù)一、晶向與晶面的概念

晶向：在晶胞中，通過(guò)若干原子中心（結(jié)點(diǎn)）連接一起的具有不同空間方位的直線——晶向任何兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間的連線即構(gòu)成一個(gè)晶向。晶面：在晶胞中，通過(guò)若干原子中心構(gòu)成的二維平面——晶面二、晶向指數(shù)的標(biāo)定1、為什么要標(biāo)定：區(qū)別不同方位的晶向,因?yàn)椴牧显诓煌蛏蠒?huì)表現(xiàn)出不同的性能。標(biāo)定形式：采用miller指數(shù)（英國(guó)晶體學(xué)家，1939）2、標(biāo)定方法：

以晶胞中某一原子為原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，以三棱邊為坐標(biāo)軸；以

a，b，c為單位矢量；2.在晶向上任取兩點(diǎn)，坐標(biāo)為：A(x1,y1,z1)B(x2,y2,z2)；3.AB晶向：計(jì)算x2-x1

：y2-y1

：z2-z1

；化成最小整數(shù)比u：v：w

；放在方括號(hào)[uvw]中，不加逗號(hào)，負(fù)號(hào)記在上方。A（x1y1z1）B（x2y2z2）說(shuō)明：（a）一個(gè)晶向指數(shù)表示的是一組互相平行，方向一致的所有晶向。因?yàn)榫w中的原子排列具有對(duì)稱性，相互平行的直線上的原子排列完全一樣。如：AB=DE坐標(biāo)：

A（1，1，0）

B（0，1，1）

C（1，1，1）

O（0，0，0）舉例:

求

AB,OC晶向指數(shù)

B(0,1,1)A(1,1,0)C(1,1,1)O(0,0,0)DEB(0,1,1)（b)晶向族

B(0,1,1)A(1,1,0)C(1,1,1)O(0,0,0)DEB(0,1,1)如：AO(OA),DE(ED),OB(BO),DC(CD)等均為同等的，可用

OA表示，即：<110>由于晶體中原子排列的對(duì)稱性，存在許多原子排列相同，但方向不同的晶向，在晶體學(xué)上，這些晶向是同等的,統(tǒng)稱為晶向族，用〈uvw〉表示

.共12個(gè)

可見任意交換指數(shù)的位置和改變符號(hào)后的所有結(jié)果都是該族的范圍。

原子排列相同的晶向具有相同的性質(zhì)三、

晶面指數(shù)的標(biāo)定為什么標(biāo)定：區(qū)別不同方位，不同原子排列的晶面，同樣以

Miller指數(shù)標(biāo)定

標(biāo)定方法：建立坐標(biāo)系：以一個(gè)原子中心為原點(diǎn)，以三棱邊為坐標(biāo)軸，以a，b，c為單位矢量；求出待標(biāo)定晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距，如m、n、p；

計(jì)算其倒數(shù)b1b2b3

；化成最小、整數(shù)比h：k：l

；放在圓方括號(hào)(hkl)，不加逗號(hào)，負(fù)號(hào)記在上方

。3舉例

標(biāo)定右圖中陰影晶面的指數(shù)求截距

OX＝1，OY＝1，OZ＝∞求倒數(shù)

1/1，1/1,1/∞→1，1，0寫出晶面指數(shù)（110）求截距

OX＝-1，OY＝∞，OZ＝1求倒數(shù)

-1/1,1/∞,1/1→-1，0，1寫出晶面指數(shù):注意：（hkl）表示一組相互平行的晶面。如A面，B面具有相同的晶面指數(shù)（001），指數(shù)符號(hào)正好相反的晶面亦相互平行；

若待標(biāo)定晶面通過(guò)原點(diǎn)，可將坐標(biāo)系適當(dāng)平移，再求截距，如B面→平移至A面位置；

AB晶面族

原子排列情況相同，但空間位向不同的一組晶面的集合，稱為晶面族。

原子排列相同的晶面性質(zhì)相同。表示方法：用大括號(hào){hkl}表示。

舉例：可見任意交換指數(shù)的位置和改變符號(hào)后的所有結(jié)果都是該族的范圍。

同學(xué)們自己排列{123}晶面族6個(gè)三、弊三類詢典型犬的晶府體結(jié)謎構(gòu)體心勵(lì)立方BC止CBo縫dy悶-c帳en班te始re梁d皆cu漁bi克c面心舟立方FC懶CFa粒ce嫌-c汽en狐te炕re榆d胖cu貌bi冤c密堆火六方CP踐HCl醫(yī)os僚e-岡pa竭ck坡ed恭h松ex范ag揀on偵al1、體心蠻立方光（BC弄C）結(jié)構(gòu)爽特征：每個(gè)角舍頂上醫(yī)各有棉一個(gè)族原子,體心知中有蒜一個(gè)疫原子a=舊b=輕c，α=β=γ＝90°常見疲金屬：α-F蛙e，V，Ta，Nb，Cr，Mo，W等2、面惰心立識(shí)方億（FC性C）特征：每個(gè)角齊頂上疑各有士一個(gè)朗原子,各個(gè)種面中逗心有一可個(gè)原片子a=燭b=注c，α=β=γ＝90°常見涂金屬：Ag，Au，Ni，CuPd，Pt，γ-F擋e等三、離密堆輔六方特征矛：12個(gè)頂儉角各一朋個(gè)原饞子、上媽下面中賠心各蔥一個(gè)墓原子奪，體內(nèi)3個(gè)原省子（位雞于對(duì)稀稱中助心處匠）a=恥bc,=痰=9含0，牲=1唉20父通常劍：c/污a=豆1.料63湖3常見漁金屬：Mg，Zn，Ti，Zr，等原子壁半徑傷：將晶妙體中吉原子漿視為呈等徑晝剛球界，并震認(rèn)為泉是緊五密堆共積的悲，原念子半雹徑視碎為晶咬胞中最近窗鄰兩原危子中胞的距院離一也半。致密鄭度：晶胞色中原鬼子自項(xiàng)身所逗占的縣體積兼之和丟與晶畜胞總氧體積詢之比拆。配位妹數(shù)：配位禁數(shù)是脹指晶目體中榮與任失一原誕子最近魯鄰且等距欣離的原醋子數(shù)范目。茂配位掘數(shù)越眉高→晶體各越緊米密。晶向宗及晶故面的哄原子段密度晶向望原子攀密度揪：該晶團(tuán)向上單位送長(zhǎng)度上的終原子數(shù)，赴如FC配C在[1估10帶]晶向惰上的原勿子密兵度為瞞：晶面葉的原侮子密拳度：晶面頁(yè)上單位窯面積上的恐原子死數(shù)如FC求C晶胞皇中（11魚1）面捆的密度為堅(jiān)：一、抗體心仇立方原子場(chǎng)位置:立方忍體的百八個(gè)吧頂角和晶胞中心各一筒個(gè)原尼子。第三匆節(jié)純金岸屬常煌見的敬晶體魚結(jié)構(gòu)體心徐立方劣中原就子排鉆列不同壞晶向蔑，蘋不同烤晶面魔上的劫原子確密度捕不同二、芬面心叼立方原子航位置:立方捷體的訂八個(gè)溜頂角和每飲個(gè)側(cè)澆面中刑心各一輪個(gè)原看子面心致立方刊中原戚子排少列第三灘節(jié)純金罩屬常閃見的脖晶體披結(jié)構(gòu)三、昏密堆科六方原子溝位置12個(gè)頂銜角、鈴上下成底心各一自個(gè)原勾子，體內(nèi)3各原密子。第四聰節(jié)材料幣的實(shí)歉際晶荒體結(jié)臺(tái)構(gòu)一、緣瑞多晶而體結(jié)疑構(gòu)單晶峰體:一塊賓晶體硬材料由一拴個(gè)晶粒組成紙。即整乎個(gè)材踏料是槍一個(gè)趟晶體短，這占?jí)K晶倦體就筋稱之恒為“單晶涉體”。如單乒晶硅誰(shuí)，水處晶石父，金棵剛石。水晶恐石金剛錫石冰晶縣體第四歡節(jié)材料蜜的實(shí)餃際晶異體結(jié)躺構(gòu)多晶待體:由眾療多外悔觀不胖規(guī)則脈，位向促不同的單鳴晶體見組成毅的幾轉(zhuǎn)何體移。一乖般實(shí)咸際材輝料均窩為多膏晶體漫。多晶縣體中蘿的各份單晶輝體稱督為晶粒，兩唉晶粒巖之間戲的界脊面稱郵為晶界。晶界秧不一轉(zhuǎn)定是罩平整怎的晶粒霧與晶深界:多晶要體的庭組織宰與性偶能的瞞方向臣性：組織曾：右圖移所示架為純Fe的顯胖微結(jié)漸構(gòu)，享它是斃經(jīng)拋還光、買腐蝕構(gòu)后的幸顯微婦鏡放旅大照勞片。特點(diǎn)挪：各不明規(guī)則社，明婆暗不夫同的烤幾何河圖形——晶粒晶粒僅之間倆的界憑面——晶界（晶綠界上關(guān)缺陷魯多，或易腐富蝕）明暗流不同——由于憲取向厚不同清，方位笨不同，耐歉腐蝕快能力掩亦不垃同，榨引起典明暗返襯度耐不同茄。組織是通持過(guò)人從眼或慮顯微錄鏡觀察披到的貧形貌網(wǎng)。性能耍：?jiǎn)尉Ы^體是昌各向幼異性錘：通常有原子釀排列疾的密隸排面瞧。密糾排方崇向的蘿強(qiáng)度賽最大炮。如－Fe（BC誰(shuí)C）在<1巡壽11乏>方向葛上的肯強(qiáng)度術(shù)遠(yuǎn)大都于在<1粥00醫(yī)>方向就上的顧強(qiáng)度多晶塌體是怖各向烤同性算：多晶帝體材趴料中怪，盡好管每鄙個(gè)晶踏粒內(nèi)帥部象益單晶兩體那閣樣呈限現(xiàn)各進(jìn)向異處性，爸每個(gè)碎晶粒街在空臭間取汽向是師隨機(jī)均分布好，大框量晶都粒的泄綜合銳作用貢，整熟個(gè)材桌料宏甩觀上后不出鞠現(xiàn)各刪向異常性。二、險(xiǎn)多晶召體中氣的缺狐陷晶體校缺陷漏：正常慌晶體祝中原醋子排們列受軍到破畏壞——缺陷朱。正常諸晶體普中原支子完擾全呈啟現(xiàn)周促期性怨的重仰復(fù)的威排列廟（平移匹對(duì)稱仁性）。實(shí)際甲晶體行中的康原子宏排列柿不是額理想遮的，痕不具奏有完幅全的絞平移赤對(duì)稱盟性，摟而是沈存在逃一些近偏離柿了理扛想原牧子排罰列的刷區(qū)域纏，這些暈區(qū)域跟即構(gòu)狐成缺萌陷。缺陷晶會(huì)引籠起材洲料性送能的跟巨大梢變化食，如呆：理矮想完伏整晶鵝體的速?gòu)?qiáng)度悠通常雙是實(shí)針際晶跡體的墻數(shù)十標(biāo)倍，術(shù)甚至莫數(shù)百顆倍。晶體窮缺陷扁的類扇型：點(diǎn)缺練陷線缺均陷面缺島陷1、點(diǎn)畜缺陷點(diǎn)缺蹦陷：在三焰維空棉間各鄭方向坑上尺政寸都雜很小崖，是遇原子古尺寸惰大小條的晶釘體缺革陷。點(diǎn)缺魚陷的趣類型：空位在晶師格結(jié)討點(diǎn)位押置應(yīng)艇有原蔑子的秩地方閃空缺繩，這粗種缺虎陷稱債為“空位”。間隙蔑原子在晶薯格非蹲結(jié)點(diǎn)眾位置樸，往塵往是右晶格孕的間天隙，現(xiàn)出現(xiàn)萄了多舊余的礙原子辯。間挖隙原哈子通五常是小原誦子，C，H，B等。異類編原子在一訊種類逗型的暗原子染組成怨的晶昨格中委，不同辨種類的原經(jīng)子占扮據(jù)原蓬有的挺原子翻位置套。2、線增缺陷線缺請(qǐng)陷：在三鎮(zhèn)維空汪間的療一個(gè)起方向于上的挪尺寸頸很大(晶粒性量級(jí))，另繩外兩桂個(gè)方惜向上有的尺辱寸很嫂小(原子伍尺寸稠大小)的晶姿體缺倆陷。抬其具凈體形喬式就降是晶永體中洲的位錯(cuò)（Di快sl叼oc挽at猜io守n）位錯(cuò)潤(rùn)的形賽式：刃型湊位錯(cuò)從螺陷型位船錯(cuò)蠟混合布型位指錯(cuò)刃型執(zhí)位錯(cuò)螺型撫位錯(cuò)位錯(cuò)俯的產(chǎn)痕生：在正嚼常原筋子排突列的增晶體各