导图社区第二章、固体结构

第二章、固体结构

材料科学基础，（1）固态物质分类及特点，原子在空间中成有规律的周期重复排列（长程有序），原子无规则排列等等

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编辑于2022-10-31 17:09:31

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第二章、固体结构

1||| 晶体学基础

（1）固态物质分类及特点

A. 晶体

原子在空间中成有规律的周期重复排列（长程有序）

有固定熔点

各向同性

B. 非晶体

原子无规则排列

无固定熔点

各向异性

一种物质是否以晶体还是非晶体的形式出现，取决于外部条件和加工方法而定，晶态和非静态可以相互转换

（2）空间点阵

A. 定义

将理想晶体中的质点（原子或者分子）抽象为规则排列于空间的几何点，这些几何点在空间周期性规则排列所组成的陈列。

B. 特点

C. 与晶体结构的差异

空间点阵

数学抽象

只要14种

晶体结构

直接表达

无数种

（3）结构基元：点阵点代表的重复单位的具体内容

（4）晶胞

A. 定义

有空间点阵中选取的基本单元即为晶胞

B. 选取原则

选取的平行六面体能反映点阵的最高对称性

平行六面体的棱和角相等的数目应该最多

平行六面体的棱边夹角存在直角时，直角数目应该最多

晶胞体积应该最小

C. 晶胞参数

边长

棱间夹角

（5） 14种布拉菲点阵

A. 简单三斜

B. 单斜（简单，底心）

简单单斜

单斜底心

C. 正交（简单，底心，体心，面心）

底心正交

简单正交

体心正交

面心正交

D. 简单菱方

E. 四方（简单，体心）

体心四方

简单四方

F. 立方（简单，体心，面心）

体心立方

简单立方

面心立方

G. 简单六方

2||| 晶面指数与晶向指数

（1）晶向指数

A. 定义

点阵中任意一点p的位置可由矢量表示

晶向指数表示所有相互平行、方向一致的晶向

B. 画图步骤，贪吃蛇

1||| 过原点o做一条直线op，使其平行于待定的晶向

2||| 确定p点三个坐标值

3||| 坐标值最小整数化

写成【方括号】形式【u v w】

4||| 若某一数值为负，则在相应指数加一负号

5||| 当某一个坐标轴的数值大于1，除以最大整数

C. 晶向族

因对称关系而等价的各组晶向可归纳并为一个晶向族

（2）晶面指数

A. 定义：

B. 画图步骤（描边成线）

1||| 不能将坐标原点选在待确定的晶面上，以免出现零截距

2||| 求待定晶面在三个轴上的截距，若该晶面与某轴平行，则在此轴上截距为

3||| 取各个截距的倒数

4||| 将三个倒数化为互质的整数比

（）表示

5||| 若截距为负，则在相应数上加一负号

6||| 标准画法

C. 晶面族

在晶体内凡是晶面间距与晶面上原子分布完全相同只是空间位向不同的晶面可以归为同一晶面族

用大括号

（3）六方晶系指数

A. 晶向与晶面的标定（根据六方晶系的对称性，采用底面120度等分的三轴a1，a2，a3，外加z轴的四轴坐标体系）

晶面指数

晶向指数

找晶向在各个轴上的投影

晶向指数在c轴有高度的情况下，对投影值要乘以修正系数3/2,然后在化成最简整数比

B. 与立方晶系的互换

晶面指数

晶向指数

（4）晶带定律

A. 定义

所有平行或相交于某一晶向直线（晶带轴）的晶面（共晶面）构成的一个晶带

B. 晶带轴，晶带定律

C. 两晶面交线的晶向指数公式

（5）晶面间距

A. 两晶向夹角公式

B. 两晶面夹角公式

C. 晶面间距的计算公式

正交晶系

立方晶系a=b=c

六方晶系

D. 附加面（bcc，fcc，hcp）

I. fcc面心

(hkl)不全为奇数或者偶数时，附加面，晶面间距乘以修正系数1/2

II. bcc体心

当h+k+l=奇数时，有附加面，晶面间距乘以修正系数1/2

III. hcp六方

当h+2k=3n（n=1，2，3，.....）且l为奇数时，晶面间距乘以修正系数1/2

3||| 金属的晶体结构

（1）三种常见的金属晶体结构（bcc，fcc，hcp）

A. 点阵常数（a）

B. 原子半径

C. 晶胞内原子数

D. 配位数

E. 体致密度

F. 最密排面

G. 最密排方向

H. 面致密度=原子总数/该区域面积

I. 面密度=原子个数/该区域面积

（2）原子间隙

A. 八面体间隙

fcc

bcc

B. 四面体间隙

fcc

bcc

C. 间隙数目和大小

D. bcc，fcc，hcp的比较

（3）晶体中原子的堆垛方式

A. 密排面:原子排列最紧密的晶面

B. 密排方向：原子排列最紧密的晶向

C. 堆垛方向：密排面一层层堆叠的方向（密排面的法线方向）

D. 堆垛次序：密排面循环堆叠的周期

（4）多晶型性

A. 定义：一些固态金属在不同温度和压力下具有不同的晶体结构

B. 举例：

C. 用途：同素异构转变对于金属能否通过热处理操作改变他的性能具有重要意义

4||| 金属的相结构

（1）合金：由两种或两种以上的金属或非金属经区域熔炼，烧结或者其他方法组成，具有金属性质的物质

固溶体

A. 基本概念

以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入溶质原子所形成的均匀混合的固溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型

B. 分类

按溶质在溶剂点阵中的位置

间隙固溶体

置换固溶体

按固溶度分类

有限固溶体

无限固溶体

溶质原子分布是否有序

有序固溶体

无序固溶体

C. 间隙固溶体

定义：溶质原子溶于溶质原子的晶格点阵间隙而形成的固溶体

影响固溶度的因素

溶质原子尺寸

溶剂原子间隙尺寸

溶质原子一般大于间隙，溶入后会导致较大的点阵畸变，点阵常数增大，不可能填满全部间隙，一般固溶度很小。

D. 置换固溶体

定义：溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子

影响固溶度的因素

晶体结构类型：晶体结构越接近，固溶度越大，甚至可能形成无限固溶体

原子尺寸因素：尺寸差异越小，置换以后的晶格畸变就越小，固溶度就大

电负性因素：电负性差异越小，化学亲和力就越小，有利于形成固溶体不利于形成化合物

原子价因素：电子浓度=价电子总数/原子总数（电子浓度越小，有利于溶入）

E. 固溶体均匀性

同类、异类原子结合能大小相同

原子随机分布

同类原子结合能小，异类结合能大