1、2.2 純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 一.三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu) 面心立方結(jié)構(gòu)A1或 fcc、 體心立方結(jié)構(gòu)A2或 bcc 密排六方結(jié)構(gòu)A3或 cp三種。,1.晶胞原子數(shù),面心立方結(jié)構(gòu) n = 8*1/8 + 6 * 1/2 = 4 體心立方結(jié)構(gòu) n = 8*1/8 + 1 =2密排六方結(jié)構(gòu) n = 12*1/6 +2*1/2 +3 = 6,2.點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑: 晶胞的大小一般是由晶胞的棱邊長(zhǎng)度（即a,b,c）衡量的，它是表征晶體結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要基本參數(shù)。,如果把金屬原子看作剛球，并設(shè)其半徑為R，根據(jù)幾何學(xué)關(guān)系不難求出三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣常數(shù)與R之間的關(guān)系：面心立方結(jié)構(gòu)：點(diǎn)陣常數(shù)為a，原子半徑為R

2、, 最密排方向?yàn)?10,則兩者關(guān)系為:,3.配位數(shù)和致密度,所謂配位數(shù)(CN)是指晶體結(jié)構(gòu)中任一原子周圍最近鄰且等距離的原子數(shù)； 致密度是指晶體結(jié)構(gòu)中原子體積占總體積的百分比。如以一個(gè)晶胞來計(jì)算，則致密度就是晶胞中原子體積與晶胞體積之比值，即 式中K為致密度；n為晶胞中原子數(shù)；v是一個(gè)原子的體積。,fcc: CN=12, K=0.74 bcc: CN=8+6, K=0.68 hcp: CN=6+6, K=0.74,4 晶體的原子堆垛方式和間隙,原子密排面在空間一層一層平行的堆垛起來就分別構(gòu)成以上三種晶體結(jié)構(gòu)。 面心立方和密排六方結(jié)構(gòu)的致密度均為0.74，是純金屬中最密集的結(jié)構(gòu)。 面心立方結(jié)構(gòu)中

3、111晶面和密排六方結(jié)構(gòu)中0001晶面上的原子排列情況完全相同。,面心立方和密排六方點(diǎn)陣中密排面的分析, , ,間隙： 位于6個(gè)原子所組成的八面體中間的間隙稱為八面體間隙， 位于4個(gè)原子所組成的四面體中間的間隙稱為四面體間隙。 圖中大實(shí)心圓圈代表金屬原子，令其半徑為rA；小實(shí)心圓圈代表間隙，令其半徑為rB。rB實(shí)質(zhì)上是表示能放入間隙內(nèi)的小球的最大半徑。,面心立方點(diǎn)陣中的間隙,密排六方點(diǎn)陣中的間隙,二. 多晶型性,有些固態(tài)金屬在不同的溫度和壓力下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)即具有多晶型性，轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物稱為同素異構(gòu)體。 例如，鐵在912以下為體心立方結(jié)構(gòu)。稱為-Fe；在9121394具有面心立方結(jié)構(gòu)，稱為-F

4、e；溫度超過1394至熔點(diǎn)間又變成體心立方結(jié)構(gòu)，稱為Fe。由于不同晶體結(jié)構(gòu)的致密度不同，當(dāng)金屬由一種晶體結(jié)構(gòu)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，將伴隨有質(zhì)量體積的躍變即體積的突變。,三. 晶體結(jié)構(gòu)中的原子半徑影響因素:溫度、壓力 結(jié)合鍵 配位數(shù),2.3 離子晶體的結(jié)構(gòu),陶瓷材料屬于無機(jī)非金屬材料，是由金屬與非金屬元素通過離子鍵或兼有離子健和共價(jià)鍵的方式結(jié)合起來的。陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)大多屬離子晶體。,一.離子晶體的主要特點(diǎn): 硬度高,強(qiáng)度大,熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高,熱膨脹系數(shù)小,脆性大,無色透明 二.離子半徑,配位數(shù) 離子半徑的決定:X射線結(jié)構(gòu)分析求得: 決定R+和R-:Goldschmidt法:堆積幾何關(guān)系 Paulin

5、g法:核與核外電子作用等 影響離子半徑因素:外層電子分布,有效電荷,價(jià)態(tài),配位數(shù) 影響配位數(shù)因素:正負(fù)離子半徑之比,三 離子堆積及其結(jié)構(gòu)規(guī)則(Pauling規(guī)則),1.負(fù)離子配位多面體規(guī)則 在離子晶體中，正離子的周圍形成一個(gè)負(fù)離子配位多面體，正負(fù)離子間的平衡距離取決于離子半徑之和，而正離子的配位數(shù)則取決于正負(fù)離子的半徑比。這是鮑林第一規(guī)則。將離子晶體結(jié)構(gòu)視為由負(fù)離子配位多面體按一定方式連接而成，正離子則處于負(fù)離子多面體的中央，故配位多面體才是離子晶體的真正結(jié)構(gòu)基元。 離子晶體中，正離子的配位數(shù)通常為4和6，但也有少數(shù)為3，8，12。,2.電價(jià)規(guī)則,在一個(gè)穩(wěn)定的離子晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)負(fù)離子的電價(jià)Z-等于或接近等于與之相鄰接的各正離子靜電強(qiáng)度S 的總和。這就是鮑林第二規(guī)則，也稱電價(jià)規(guī)則。,3.負(fù)離子多面體共用頂、棱和面的規(guī)則,鮑林第三規(guī)則指出：在一配位結(jié)構(gòu)中，共用棱特別是共用面的存在，會(huì)降低這個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對(duì)于電價(jià)高，配位數(shù)低的正離子來說，這個(gè)效應(yīng)尤為顯著。,4.不同種類正離子配位多面體間連接規(guī)則,鮑林第四規(guī)則認(rèn)為：在含有一種以上正負(fù)離子的離子晶體中，一些電價(jià)較高，配位數(shù)較低的正離子配位多面體之間，有盡量互不