第一章材料的結(jié)構(gòu)1.1材料的結(jié)合方式1.1.1化學(xué)鍵組成物質(zhì)整體的質(zhì)點(diǎn)（原子、分子、離子）間的相互作用力叫化學(xué)鍵。1、共價(jià)鍵由共用價(jià)電子對(duì)產(chǎn)生的結(jié)合鍵叫共價(jià)鍵。組成共價(jià)鍵的元素原子形成分子或晶體時(shí)，以共用價(jià)電子形成穩(wěn)定的電子滿殼層的方式實(shí)現(xiàn)結(jié)合。共價(jià)鍵具有方向性。共價(jià)鍵的結(jié)合力很大，所以共價(jià)晶體強(qiáng)度高，硬度高，脆性大，熔點(diǎn)高，沸點(diǎn)高和揮發(fā)性低，共價(jià)鍵材料具有良好的絕緣性。

共價(jià)鍵材料：金剛石、硅、SiC、Si3N4、BN等化合物。

2.離子鍵當(dāng)周期表中相隔較遠(yuǎn)的正電性元素原子和負(fù)電性元素原子接觸時(shí)，前者失去最外層價(jià)電子變成帶正電荷的正離子，后者獲得電子變成帶負(fù)電荷的滿殼層負(fù)離子。正離子和負(fù)離子由靜電引力相互吸引；同時(shí)當(dāng)它們十分接近時(shí)發(fā)生排斥，引力和斥力相等即形成穩(wěn)定的離子鍵。離子鍵沒有方向性，離子鍵無飽和性。離子鍵的結(jié)合力很大，離子晶體的硬度高，熔點(diǎn)高，脆性大，導(dǎo)電性差，熱膨脹系統(tǒng)小。

離子鍵中很難產(chǎn)生可以自由運(yùn)動(dòng)的電子，所以離子晶體都是良好的絕緣體。在離子鍵結(jié)合中，由于離子的外層電子比較牢固地被束縛，可見光的能量一般不足以使其受激發(fā)，因而不吸收可見光，所以典型的離子晶體是無色透明的。3.金屬鍵金屬中金屬正離子和電子氣之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電吸引力，使全部離子結(jié)合起來，這種結(jié)合力就叫做金屬鍵。在金屬晶體中，價(jià)電子彌漫在整個(gè)體積內(nèi)，所有的金屬離子皆處于相同的環(huán)境之中，全部離子(或原子)均可被看成是具有一定體積的圓球，所以金屬鍵無所謂飽和性和方向性。金屬由金屬鍵結(jié)合，因此金屬具有下列特性。金屬具有下列特性:良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；正的電阻溫度系數(shù)；不透明并呈現(xiàn)特有的金屬光澤；良好的塑性變形能力，金屬材料的強(qiáng)韌性好。4.范特瓦爾鍵惰性氣體元素在低溫下可結(jié)合成固體。甲烷分子在固態(tài)也能相互結(jié)合成為晶體。在它們的結(jié)合過程中沒有電子的得失、共有或公有化，價(jià)電子的分布幾乎不變，原子或分子之間是分子鍵。

范特瓦爾斯力很弱，因此由分子鍵結(jié)合的固體材料熔點(diǎn)低、硬度也很低。范特瓦爾斯力很弱，由其鍵結(jié)合的固體材料因無自由電子，材料有良好的絕緣性。離子鍵共價(jià)鍵金屬鍵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)無方向性或方向性不明顯，配位數(shù)大方向性明顯，配位數(shù)小，密度小無方向性，無飽和性，配位數(shù)極大，密度大力學(xué)特點(diǎn)強(qiáng)度高，膨脹系數(shù)小，劈裂性良好，硬度大強(qiáng)度高，硬度大有各種強(qiáng)度，有塑性熱學(xué)特點(diǎn)熔點(diǎn)高，膨脹系數(shù)小，熔體中有離子存在熔點(diǎn)高，膨脹系數(shù)小，熔體中有的含有分子有各種熔點(diǎn)高，導(dǎo)熱性好，液態(tài)的溫度范圍寬電學(xué)特點(diǎn)絕緣體，熔體為導(dǎo)體絕緣體，熔體為非導(dǎo)體導(dǎo)電體金屬材料：金屬鍵陶瓷材料：共價(jià)鍵/離子鍵高分子材料：共價(jià)鍵/分子鍵/氫鍵

1.1.2工程材料的鍵性（1）金屬材料主要以金屬鍵結(jié)合，其強(qiáng)韌性好，塑性變形能力強(qiáng)，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，具有良好的工藝性能，為主要的工程材料。（2）高分子材料以分子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合，耐蝕性、絕緣性好，密度小，加工成型性好，強(qiáng)度不高、硬度較低，耐熱性較差。（3）陶瓷材料以離子鍵、共價(jià)鍵結(jié)合，熔點(diǎn)高,硬度高，耐高溫，耐磨損，脆性大，難以加工。（4）復(fù)合材料根據(jù)其組元材料具有復(fù)合的結(jié)合鍵，也具有復(fù)合的性能。1.2晶體學(xué)基礎(chǔ)1.2.1晶體與非晶體晶體：物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)（原子、分子或離子）在三維空間呈規(guī)則的周期性排列。非晶體：物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在整體上是無規(guī)則堆積。晶體與非晶體區(qū)別：(a)是否具有周期性、對(duì)稱性；(b)是否有確定的熔點(diǎn)；(c)是否各向異性；1.2.2空間點(diǎn)陣將晶體抽象為規(guī)則排列與空間的無數(shù)幾何點(diǎn)，這些點(diǎn)代表原子（分子或離子）的中心，這些點(diǎn)的空間排列稱為空間點(diǎn)陣。晶體中能夠代表原子排列特征的最基本的結(jié)構(gòu)單元方能作為晶胞。布拉菲點(diǎn)陣：7個(gè)晶系，14種空間點(diǎn)陣。1.2.3晶向指數(shù)和晶面指數(shù)1.晶向指數(shù)的標(biāo)定晶向:在晶格中,任意兩原子之間的連線所指的方向。晶向指數(shù):用密勒指數(shù)對(duì)晶格中某一原子排列在空間的位向進(jìn)行標(biāo)定。確定方法:設(shè)置坐標(biāo);求投影坐標(biāo);化最小整數(shù)[uvw]。2.晶面指數(shù)的標(biāo)定晶面:在晶格中由一系列原子所構(gòu)成的平面稱為晶面。晶面指數(shù):用密勒指數(shù)對(duì)晶格中某一晶面進(jìn)行標(biāo)定。確定方法:設(shè)置坐標(biāo);求截距;取倒數(shù);化整數(shù)(hkl)。立方晶體中常用晶面指數(shù)(110)(112)(111)(001)3.晶面族與晶向族在晶體中，有些晶面原子排列情況相同，面間距也相等，只是空間位向不同，屬于同一晶面族用{hkl}表示。原子排列情況相同，只是空間位向不同的所有晶向，屬于同一晶向族用<uvw>表示。

<100>:crystalaxes<110>:facediagonal<111>:bodydiagonal<112>:apicestooppositeface-centers4.六方系晶面及晶向指數(shù)標(biāo)定

六方系晶面晶向的標(biāo)定中，坐標(biāo)系使用四軸，C軸垂直于底面，a1、a2、a3軸在底面上，其夾角為120o，晶面標(biāo)定為(hkil)。a1a2a3cacb四個(gè)指數(shù)中前三個(gè)指數(shù)只有兩個(gè)是獨(dú)立的，它們有如下關(guān)系：i≡－(h＋k)

晶向指數(shù)用[uvtw]表示，其中前三個(gè)指數(shù)只有兩個(gè)是獨(dú)立的，它們有如下關(guān)系：

t＝－(u＋v)采用三軸坐標(biāo)系時(shí)，C軸垂直于地面，a1、a2軸在底面上，其夾角為120o三軸制晶向指數(shù)為[UVW]與[uvtw]關(guān)系為:5.晶帶相交與某一晶向直線或平行于此直線的晶面構(gòu)成一個(gè)晶帶，此直線稱為晶帶軸。立方晶系某晶面(hkl)以[uvw]為晶帶軸時(shí)必有：hu+kv+lw=0兩個(gè)不平行的晶面（h1k1l1),(h2k2l2)的晶帶軸[uvw]可如下求得:u=k1l2-k2l1v=l1h2-l2h1w=h1k2-h2k16.晶面間距

不同的晶面族{hkl}，其晶面間距也不同。低指數(shù)晶面的面間距較大，高指數(shù)晶面的面間距較小。

正交晶系:

立方晶系:六方晶系:晶面(h1

k1

l1)和(h2

k2l2)晶面間的夾角，其計(jì)算公式如下：例如：(1

0

0)和(1

10)晶面間的夾角為45度。(1

0

0)和(0

01)晶面間的夾角為90度。x=zlinex=yliney=zline1.2.4晶體的極射赤面投影1.參考球與極射赤面投影2.標(biāo)準(zhǔn)投影圖

以晶體的某個(gè)晶面平行于投影面，作出全部主要晶面的極