第三章陶瓷的晶體結構§3.1離子（陶瓷）晶體中正、負離子的堆積方式一、陶瓷材料主要是離子化合物（部分兼有共價鍵）。典型的離子化合物應該是強正電性元素（如金屬）和強負電元素（如氧、硫、鹵素元素等）形成的化合物。二、正、負離子的堆積方式取決于以下兩個因素：1.正、負離子的電荷大小2.正、負離子的相對大小配位數：一個正離子周圍的最鄰近的負離子數。

材料科學基礎離子晶體中穩定和不穩定的配位圖形

穩定穩定不穩定材料科學基礎材料科學基礎要求:

無機材料典型的晶體結構類型晶胞分析和描述——晶系、基本格子、等同點分析、正負離子配位數（CN

）、晶胞分子數z、質點坐標、四面體和八面體空隙數量、位置及被占據情況同晶型典型物質及特性熟記幾個典型晶體結構圖

§3.2氧化物的晶體結構2.AB2型化合物結構

1)螢石（CaF2）型結構2）金紅石（TiO2）型結構3.ABO3型化合物結構

鈣鈦礦型（CaTiO3）結構4.AB2O4型結構

尖晶石結構

反型尖晶石結構

1.AB型化合物結構1）NaCl型結構2）CsCl型結構3）閃鋅礦（立方ZnS）型結構4）纖鋅礦（六方ZnS）型結構材料科學基礎礦物名稱：石鹽。材料科學基礎一、NaCI型結構材料科學基礎圖3-1NaCl晶體結構

---Na+離子位于面心格子的結點位置上，CI—離子也 位于另一套這樣的格子上，后一個格子與前一個格 子相距1/2晶棱的位移。

結構描述：（1）立方晶系，a＝0.563nm，Z＝4（2）Na+CI—離子鍵，NaCI為離子晶體.（3）CN+＝CN-＝6（4）---CI—離子按立方最緊密堆積方式堆積，Na+離子充 填于全部八面體空隙。---Na+離子的配位數是6，構成Na--CI八面體。NaCI 結構是由Na--CI八面體以共棱的方式相連而成材料科學基礎二、CsCl型結構立方晶系Pm3m空間群，a0＝0.411nm，Z＝1，立方原始格子，Cl-處于立方原始格子的八個角頂上，Cs＋位于立方體中心（立方體空隙），Cl-和Cs+的CN均為8。離子坐標：Cs+—???

；Cl-—000屬于CsCl型結構的晶體：CsBr、CsI、NH4Cl等材料科學基礎

化學式：

CaF2

材料科學基礎三、螢石型結構晶體結構：立方晶系，a＝0.545nm，Z＝4材料科學基礎空間格子：Ca2＋位于立方面心的結點位置，F－位于立方體 內八個小立方體的中心，即Ca2＋按立方緊密堆積 的方式排列，F－充填于全部四面體空隙中。配位數：CN＋＝8；CN－＝4多面體：簡單立方體連接形式：〔CaF8〕之間以共棱形式連接晶胞組成：Ca2＋＝8×1/8＋6×1/2＝4；F－＝4＋4＝8性質：八面體空隙全部空著—空洞—負離子擴散屬于螢石結構的晶體有：BaF2；PbF2；CeO2；ThO2；UO2；低溫ZrO2（扭曲、變形）材料科學基礎反螢石結構晶體結構：其結構與螢石完全相同，只是陰陽離子的位置完 全互換，即陽離子占據的是F－的位置，陰離子占 據的是Ca2＋的位置配位數：CN＋＝4；CN－＝8晶胞組成：陰離子＝8×1/8＋6×1/2＝4陽離子＝4＋4＝8屬于反螢石結構的晶體有：Li2O；Na2O；K2O等材料科學基礎

化學式：β－ZnS材料科學基礎四、閃鋅礦型結構晶體結構：立方晶系，a＝0.540nm；Z＝4空間格子：立方面心格子，S2－離子呈立方最緊密堆積，位于 立方面心的結點位置，Zn2＋離子交錯地分布于1/8 小立方體的中心，即1/2的四面體空隙中。

結構投影圖：（俯視圖）用標高來表示，0－底面；25－ 1/4；50－1/2；75－3/4。（0－100；25－ 125；50－150是等效的）配位數：CN＋＝CN－＝4；極性共價鍵，配位型共價 晶體。配位多面體：〔ZnS4〕四面體，在空間以共頂方式相連接屬于閃鋅礦型結構晶體有：β－SiC；GaAs；AlP；InSb等。材料科學基礎化學式：α－ZnS晶體結構：六方晶系；a＝0.382nm；c＝0.625nm；Z＝2材料科學基礎五、纖鋅礦型結構

質點坐標：S2－：000；2/31/31/2Zn2＋：00u； 2/31/3（u－1/2）空間格子：

S2－按六方緊密堆積排 列 Zn2＋充填于1/2的四面 體 空隙，形成六方格子。配位數：CN＋＝CN－＝4多面體：〔ZnS4〕四面體共頂連接鍵型：Zn、S為極性共價鍵屬纖鋅礦型結構的晶體有：

BeO；ZnO；AlN等。材料科學基礎

化學式：TiO2晶體結構：四方晶系，a＝0.459nm；c＝0.296nm；Z＝2材料科學基礎六、金紅石型結構格子類型：四方原始格子。Ti4＋位于結點位置，體心的屬另一 套格子。O2－處在一些特殊位置上，質點坐標：Ti4＋：000；1/21/21/2； O2－:uu0;(1-u)(1-u)0;(1/2+u)(1/2-u)1/2;(1/2-u)(1/2+u)1/2

材料科學基礎晶體結構：O2－可看成是變形 六方密堆積，Ti4＋ 離子填充1/2的八面 體空隙配位數：CN＋＝6；CN－＝3多面體：〔TiO6〕八面體連接方式：Ti－O八面體以共 棱方式連接成鏈， 鏈與鏈之間以共頂 方式相連。與金紅石結構相同的晶體有： SnO2；PbO2； MnO2；MoO2； WO2；MnF2； MgF2；VO2材料科學基礎

化學式：通式AB2O3；MgAl2O4材料科學基礎七、尖晶石型結構晶體結構：立方晶系，a＝0.808nm，Z＝8空間格子：O2-是按立方密堆積的形式排列。二價離子A充 填1/8四面體空隙，三價離子B充填于1/2八面 體空隙（正尖晶石結構）。多面體：〔MgO4〕、〔AlO6〕八面體之間是共棱相連， 八面體與四面體之間是共頂相連。材料科學基礎

反尖晶石結構：

結構中二價陽離子與三價陽離子充填的空隙 類型相反，即形成了反尖晶石結構。可用晶 體場理論來解釋。材料科學基礎反尖晶石型結構決定結構的因素：正型與反型由陽離子的八面體的擇位能來 決定。用途：廣泛應用的是鐵氧體磁性材料，同時在陶 瓷顏料中也常用到。海碧：CoAl2O4

合成溫度：1200℃

孔雀藍：〔（Co、Zn）0（Cr、Al）2O3〕合成溫度：1300℃鉻鋁桃紅：〔ZnO、（Al、Cr）2O3〕合成溫度：1200℃材料科學基礎

材料科學基礎八、鈣鈦礦型結構鈣鈦礦結構的通式為ABO3,以CaTiO3為例討論其結構:

Ca2+O2-Ti4+材料科學基礎配位關系的分析:可以看出:Ca的CN=12Ti的CN=6O的CN=2+4=6材料科學基礎結構的描述（1）鈣鈦礦在高溫時屬立方晶系，在降溫時，通過某個特定 溫度后將產生結構的畸變使立方晶格的對稱性下降.（2）

CaTiO3為離子晶體（3）

Ca的CN=12Ti的CN=6O的CN=2+4=6（4）

CaTiO3的結構可看成有和半徑較大的離子共同組成立方 緊密堆積，離子充填于1/4的八面體空隙中。其Z=4（5）結點坐標為：

Ca2+

000，001，010，100，110，011，101，111

O2-

01/21/2，1/201/2，1/21/20，11/21/2，1/211/2 ，1/21/21

Ti4+

1/21/21/2（6）立方面心格子材料科學基礎九、金剛石結構化學式C；晶體結構為立方晶系Fd3m，立方面心格子，a0＝0.356nm；碳原子位于立方面心的所有結點位置和交替分布在立方體內四個小立方體中心；每個晶胞中原子數Z＝8，每個碳原子周圍都有4個碳，之間形成共價鍵。與其結構相同的有硅、鍺、灰錫、合成立方氮化硼等性質：

硬度最大、具半導體性能、極好的導熱性十、石墨結構石墨（C），六方晶系，P63／mmc，a0=0.146nm，c0=0.670nm，每個晶胞中原子數Z=4。結構表現為碳原子呈層狀排列。層內碳原子呈六方環狀排列，每個碳原子與三個相鄰碳原子之間的距離均為0.142nm；層間距離為0.335nm。層內為共價鍵，層間為分子鍵相連。性質：碳原子有一個電子可以在層內移動，類似于金屬中的自由電子，平行層的方向具良好導電性；硬度低，易加工；熔點高；有潤滑感。石墨與金剛石的化學組成相同，結構不同，這種現象稱為同質多晶現象，石墨和金剛石是碳的兩種同質多象變體。人工合成的六方氮化硼與石墨結構相同。(1)發現：1985年，科學家用激光束照射石墨得灰色氣體，用有機溶劑萃取得n﹤200的大量簇分子，含60個碳的分子比較多。(2)合成：將幾十伏的電流電壓加在兩根碳棒上，當兩根碳棒距離很