第2章材料的結構Chapter2StructureofMaterials2/16/20241精選課件ppt化學組成組織結構材料性能材料應用合成與加工Relationship2/16/20242精選課件ppt本章內容2.1元素和化學鍵2.2晶體學基本概念2.3晶體材料的結構2.4晶體缺陷2.5固溶體2/16/20243精選課件ppt2.1元素和化學鍵元素及其性質原子間的鍵合原子間的相互作用與鍵能2/16/20244精選課件ppt元素單質化合物材料2.1.1元素及其性質2/16/20245精選課件ppt地球上一些元素的相對豐度元素相對豐度元素相對豐度氧(O)466,000氟(F)300硅(Si)277,200鍶(Sr)300鋁(Al)81,300鋇(Ba)250鐵(Fe)50,000鋯(Zr)220鈣(Ca)36,300鉻(Cr)200鈉(Na)28,300釩(V)150鉀(K)25,900鋅(Zn)132鎂(Mg)20,900鎳(Ni)80鈦(Ti)4,400鉬(Mo)15氫(H)1,400鈾(U)4磷(P)1,180汞(Hg)0.5錳(Mn)1,000銀(Ag)0.1硫(S)520鉑(Pt)0.005碳(C)320金(Au)0.005氯(Cl)314氦(He)0.0032/16/20246精選課件ppt周期表中各元素在室溫下的狀態2/16/20247精選課件ppt第一電離能（FirstIonizationEnergy,I1）——從氣態原子移走一個電子使其成為氣態正離子所需的

最低能量。同周期主族：從左至右，Z逐漸增大，I1也逐漸增大。稀有氣體I1最大。同周期副族：從左至右，Z增加不多，原子半徑減小緩慢，其I1增加不如主族元素明顯。同一主族：從上到下，Z增加不多，但原子半徑增加，所以I1由大變小。同一副族電離能變化不規則。2/16/20248精選課件ppt——氣態原子俘獲一個電子成為一價負離子時所產生的能量變化。形成陰離子時放出能量，則EA為正； 吸收能量則EA為負。EA的大小涉及核的吸引和核外電荷相斥兩個因素，故同一周期和同一族元素都沒有單調變化規律。大體上，同周期元素的電子親和勢從左到右呈增加趨勢（更負），而同族元素的電子親和勢變化不大。電子親和勢（ElectronAffinity,EA）2/16/20249精選課件ppt——衡量原子吸引電子能力的一個化學量同一周期的元素，從左到右電負性逐漸增大；同族元素電負性從上到下逐漸減小。電負性（Electronegativity）2/16/202410精選課件ppt原子及離子半徑（AtomicandIonicRadii）從左到右，有效核電荷逐漸增大，內層電子不能有效屏蔽核電荷，外層電子受原子核吸引而向核接近，導致原子半徑減小。所以從左到右，原子半徑趨于減小。而從上到下，隨著電子層數的增加，原子半徑增大。對于離子來說，通常正離子半徑小于相應的中性原子，負離子的半徑則變大。2/16/202411精選課件ppt電離能電子親和勢原子及離子半徑電負性2/16/202412精選課件pptMetallicbondIonicbondCovalentbondHydrogenbondVanderWaalsbonding2.1.2原子間的鍵合2/16/202413精選課件ppt（1）Metallicbond2/16/202414精選課件pptCharacteristic&properties高導電率和高導熱率不透明性金屬表面的高反射性延展性金屬鍵的特點既無飽和性也無方向性金屬的特性電子的離域性鍵的球對稱性質2/16/202415精選課件ppt金屬鍵示意圖2/16/202416精選課件ppt離子鍵的特點Attention：既無飽和性也無方向性

離子化合物的特性配位數高、堆積致密

本質上可以歸結于靜電引力（2）Ionicbond2/16/202417精選課件pptNaCl的離子鍵2/16/202418精選課件ppt離子鍵CsCl結構示意圖2/16/202419精選課件ppt離子鍵的形成2/16/202420精選課件ppt庫侖引力與離子間距離的關系2/16/202421精選課件ppt離子間作用力與離子間距離的關系2/16/202422精選課件ppt兩個原子共有最外殼層電子的鍵合（3）Covalentbond2/16/202423精選課件ppt共價鍵的特點方向性和飽和性

共價鍵晶體的特性

很高的熔點和硬度良好的光學特性不良的導電性2/16/202424精選課件pptExample共價鍵示意圖2/16/202425精選課件ppt金剛石中的共價鍵2/16/202426精選課件ppt金剛石的結構2/16/202427精選課件ppt甲烷的電子層結構2/16/202428精選課件ppt共價鍵的斷裂2/16/202429精選課件ppt兩個條件分子中必須含氫

另一個元素必須是顯著的非金屬元素(電負性大、原子半徑小)有飽和性和方向性（4）Hydrogenbond2/16/202430精選課件ppt水分子之間的氫鍵2/16/202431精選課件ppt

電中性的分子之間的長程作用力-orientationforce,inductionforceanddispersionforceJohannesDiderikVanderWaals1837–1923TheNobelPrizeinPhysics1910“forhisworkontheequationofstateforgasesandliquids”(5)VanderWaals

bonding-無方向性和飽和性2/16/202432精選課件ppt氬原子間的

范德華鍵形成示意圖2/16/202433精選課件ppt碘晶體結構示意圖2/16/202434精選課件ppt范德華鍵范德華鍵分子鏈受力滑動聚氯乙烯

分子間的范德華鍵2/16/202435精選課件ppt物理鍵化學鍵離子鍵共價鍵金屬鍵范德華鍵氫鍵Comparison2/16/202436精選課件ppt類型作用力來源鍵合強弱形成晶體的特點離子鍵原子得、失電子后形成負、正離子，正負離子間的庫侖引力最強無方向性鍵、高配位數、高熔點、高強度、高硬度、低膨脹系數、塑性較差、固態不導電、熔態離子導電共價鍵相鄰原子價電子各處于相反的自旋狀態，原子核間的庫侖引力強有方向性鍵、低配位數、高熔點、高強度、高硬度、低膨脹系數、塑性較差、在熔態也不導電金屬鍵自由電子氣與正離子實之間的庫侖引力較強無方向性鍵、結構密堆、配位數高、塑性較好、有光澤而不透明、良好的導熱、導電性范德華鍵原子間瞬時電偶極矩的感應作用最弱無方向性鍵、結構密堆、絕緣，一般沸點低(聚合物分子鏈間范德華力總和大除外)氫鍵氫原子核與極性分子間的庫侖引力弱有方向性(較范德華力大)，m.p.和b.p.比僅范德華力物質的高各種結合鍵主要特點比較2/16/202437精選課件ppt實際材料中的結合鍵2/16/202438精選課件ppt吸引能（attractiveenergy，EA）：源于原子核與電子云間的靜電引力離子：m=1分子：m=6排斥能（repulsiveenergy，ER）：源于兩原子核之間以及兩原子的電子云之間相互排斥惰性氣體離子核外層電子構型n惰性氣體離子核外層電子構型nHe1s25Kr3d104s24p610Ne2s22p67Xe4d105s25p612Ar3s23p69總勢能（potentialenergy）：吸引能與排斥能之和n：排斥指數2.1.3原子間的相互作用與鍵能(1)勢能阱（PotentialEnergyWell）2/16/202439精選課件ppt勢能阱示意圖勢能阱鍵長r0——平衡鍵合距離較深的勢能阱表示原子間結合較緊密，其對應的材料就較難熔融，并具有較高的彈性模量和較低的熱膨脹系數。2/16/202440精選課件ppt41形成正負離子所需能量離子鍵形成過程中的總勢能：

在平衡位置的勢能E0

（2）鍵能計算2/16/202441精選課件ppt例：NaCl的鍵能計算離子形成能吸引能EA,0類比，可得：排斥能ER,0鍵能E0推導？2/16/202442精選課件ppt2.2.1晶體與非晶體非晶體固態物質原子或分子聚集狀態不同

晶體2.2晶體學基本概念2/16/202443精選課件pptConcepts長程有序Long-rangeorder晶體非晶體原子或原子團、離子或分子在空間按一定規律呈周期性地排列構成宏觀性質:幾何外形、各向異性、熔點原子、分子或離子無規則地堆積在一起所形成長程無序Long-rangedisorder短程有序Short-rangeorder2/16/202444精選課件pptComparisonComparison方石英石英玻璃石英凝膠2θ(o)衍射強度CurveofX-raydiffraction2/16/202445精選課件ppt2.2.2TransformationTransformation晶態非晶態？2/16/202446精選課件ppt晶態與非晶態之間的轉變非晶態所屬的狀態屬于熱力學亞穩態，所以非晶態固體總有向晶態轉化的趨勢，即非晶態固體在一定溫度下會自發地結晶，轉化到穩定性更高的晶體狀態。通常呈晶體的物質如果將它從液態快速冷卻下來也可能得到非晶態。2/16/202447精選課件ppt晶體結構的幾個基本概念周期性：同一種質點在空間排列上 每隔一定距離重復出現。周期：任一方向排在一直線上的相 鄰兩質點之間的距離。晶格（lattice）：把晶體中質點的中心用直線聯起來構成的 空間格架。結點（latticepoints）：質點的中心位置。空間點陣（spacelattice）：由這些結點構成的空間總體。晶胞（unitcell）：構成晶格的最基本的幾何單元。2.2.2晶格、晶胞和晶格參數2/16/202448精選課件ppt結點(latticepoint)2/16/202449精選課件ppta、b、c:確定晶胞大小

、

、

:確定晶胞形狀晶格常數latticeparameter晶胞的三條棱的長度a、b和c就是點陣沿這些方向的周期，這三條棱就稱為晶軸。晶胞晶胞UnitCell2/16/202450精選課件pptLattice&actualcrystalstrcture空間點陣和實際晶體結構之間的關系（a）、（c）為空間點陣（b）、（d）為實際晶體2/16/202451精選課件ppt8種基本對稱元素:由以上8種基本對稱元素組合成的對稱操作群，一般稱為點群。需要注意的是，點群是在操作中至少有一點保持不動的對稱操作群；旋轉、中心反演和對稱面都是點對稱操作。

由于晶格周期性的限制，對稱元素組合成群受到很嚴格的限制。因而點群數目有限，8種基本對稱元素的組合只能得到32種點群。也就是說，晶體的宏觀對稱性只有32種不同類型，分別由32個點群來描述。這32種點群分布在7個晶系、分屬于14種空間點陣(布拉維點陣Bravaislattice)類型。2/16/202452精選課件ppt

使晶體復原的全部旋轉，與平移對稱操作(螺旋軸、滑移反映面)的組合構成空間群。在點群的討論中沒有包含有關平移對稱性的操作，所以點群只是反映了晶體的宏觀對稱性。如果加上平移的對稱操作以及轉動與平移結合構成的對稱操作，就可以充分反映晶體的全部對稱性。晶體的全部對稱性群稱為空間群。空間群的元素是點群操作和平移操作的組合，已知共有230個晶體空間群，也就是說，所有晶體結構，就其對稱性而言，共有230種類型，每一類由一個空間群來描述。2/16/202453精選課件ppt晶系特征空間點陣對稱元素三斜(低級晶族)Triclinica

b

c

簡單三斜(無轉軸)既無對稱軸也無對稱面單斜(低級晶族)Monoclinica

b

cα==90°;

90°簡單單斜;底心單斜一個二次旋轉軸,鏡面對稱正交(低級晶族)Orthorhombica

b

cα==

=90°簡單正交;底心正交;體心正交;面心正交三個互相垂直的二次旋轉軸菱方(中級晶族)Rhombohedrala=b=cα=

=

90°菱方一個三次旋轉軸四方(中級晶族)Tetragonala=b

cα==

=90°簡單四方;體心四方一個四次旋轉軸六角(中級晶族)Hexagonala=b

cα==90°;

=120°六角一個六次旋轉軸立方(高級晶族)Cubica=b=cα=

=

=90°簡單立方;體心立方;面心立方四個三次旋轉軸7個晶系和14種空間點陣類型2.2.3晶系（crystalsystems）2/16/202454精選課件ppt底心單斜簡單單斜簡單三斜2/16/202455精選課件ppt簡單正交面心立方面心正交2/16/202456精選課件ppt簡單菱方簡單立方簡單六方簡單四方2/16/202457精選課件ppt體心立方體心四方體心正交2/16/202458精選課件ppt2.2.4晶向指數和晶面指數晶面（crystallographicplanes）：——晶體點陣在任何方向上分解為相互平行的結點平面稱為晶面，即結晶多面體上的平面。晶向（crystallographicdirections）：——點陣可在任何方向上分解為相互平行的直線組（晶列），晶列所指方向就是晶向。2/16/202459精選課件ppt晶列晶面簇晶列和晶面簇2/16/202460精選課件ppt將坐標原點選在OP的任一結點O點，把OP的另一結點P的坐標經等比例化簡后按X、Y、Z坐標軸的順序寫在方括號[]內，則[uvw]即為OP的晶向指數。晶向指數（crystallographicdirectionindices）的確定：晶向指數與晶面指數：國際上統一采用密勒指數（Millerindices）來進行標定。2/16/202461精選課件pptA:[110]B:[111]C:？晶向指數實例2/16/202462精選課件pptPROBLEM:Drawthefollowingdirection vectorsincubicunitcells:a.[100]and[110]b.[112]c.d.a2/16/202463精選課件pptSolution2/16/202464精選課件ppt用（hkl）來表示一組平行晶面，稱為晶面指數。數字hkl是晶面在三個坐標軸（晶軸）上截距（r,s,t)的倒數的互質整數比。晶面指數（crystallographicplaneindices）的確定：2/16/202465精選課件ppt晶面A：r、s、t=1、1、1，其倒數為1、1、1，則晶面指數記為（111）晶面B，r、s、t=1、2、

，其倒數為1、1/2和0，化為互質的整數比為2:1:0，則晶面指數記為（210）晶面C：晶面過原點（0，0，0），沿y軸平移一個晶格參數（平移后代表同一晶面）使其在y軸截距為-1，則r、s和t分別為

、-1和

，其倒數為0、-1和0，則晶面指數記為，其中的負號寫在數字上面。

2/16/202466精選課件ppt應該是(632)晶面指數示例2/16/202467精選課件ppt？1/r=3,1/s=3/2,1/t=1截距倒數r=1/3,s=2/3,t=1截距互質整數6,3,2(632)晶面指數2/16/202468精選課件ppt——具有相同密勒指數的兩個相鄰平行晶面之間的距離。用dhkl表示對于正交晶系:(i.e.,α=β=γ=90o

)2.2.5晶面間距（interplanarspacing）2/16/202469精選課件ppt立方晶體的晶面間距：2/16/202470精選課件ppt2.2.6間隙2/16/202471精選課件ppt2/16/202472精選課件ppt2/16/202473精選課件pptQuiz1.材料中的結合鍵有哪幾種？它們對材料的特性有何影響？2.簡要回答晶體和非晶體的區別和轉化。2/16/202474精選課件ppt3.相鄰晶面之間的距離可用下式表示其中試推導對于對于正交晶系(即α=β=γ=90o時)有2/16/202475精選課件ppt2.3.1金屬晶體2.3.2離子晶體2.3.3硅酸鹽結構2.3晶體材料的結構2/16/202476精選課件ppt金屬材料合金多晶體、固溶體、金屬間化合物、中間相等金屬單質金屬晶體2.3.1金屬晶體2/16/202477精選課件pptA1型最密堆積（面心立方）和A3型最密堆積（六方）A2型密堆積（體心立方）金屬晶體的堆積模型2/16/202478精選課件pptbccfcchcp演示2/16/202479精選課件ppt80CoordinationNumberAtomicPackingFactor

金屬晶體的結構2/16/202480精選課件ppt(1)bcc(1)bccbody-centeredcubicstructure堿金屬、α-Fe

、難熔金屬（V，Nb，Ta，Cr，Mo，W）等2/16/202481精選課件ppta：晶格單位長度R：原子半徑單位晶胞原子數n

=2bcc2/16/202482精選課件ppt(2)fcc(2)fccface-centeredcubicstructureAl，Ni，Pb，Pd，Pt，貴金屬以及奧氏體不銹鋼等

2/16/202483精選課件pptfccn=42/16/202484精選課件ppt(3)hcp(3)hcphexagonalclose-packedstructureα-Ti，α-Co，α-Zr，Zn，Mg等

2/16/202485精選課件ppthcpn=62/16/202486精選課件pptGeometryparameters常見晶體結構的幾何參數StructureCNnξbcc820.68fcc1240.74hcp1260.742/16/202487精選課件ppt2.3.2.2Inorganicnonmetalliccrystalmaterials2.3.2離子晶體離子鍵：無方向性，也無飽和性離子晶體：緊密堆積結構限制：(1)正負離子半徑不等；(2)同號之間排斥2/16/202488精選課件ppt2.3.2.1離子晶體結構與鮑林規則

（Pauling’sRules）鮑林第一規則──在離子晶體中，正離子周圍形成一個負離子多面體，正負離子之間的距離取決于離子半徑之和，正離子的配位數取決于離子半徑比。(正負離子半徑比越大，配位數越高)（a）穩定結構（b）穩定結構（c）不穩定結構2/16/202489精選課件ppt正負離子半徑比配位數堆積結構<0.15520.155～0.22530.225～0.41440.414～0.73260.732～1.0008~1.00012正負離子半徑比與配位數及負離子堆積結構的關系2/16/202490精選課件ppt負離子八面體空隙容納正離子時的半徑比計算2/16/202491精選課件ppt例：已知K+和Cl-的半徑分別為0.133nm和0.181nm，試分析KCl的晶體結構，并計算堆積系數。解：晶體結構：因為r+/r-=0.133/0.181=0.735，其值處于0.732和1.000之間，所以正離子配位數應為8，處于負離子立方體的中心（見表2-6）。也就是屬于下面提到的CsCl型結構。堆積系數計算：每個晶胞含有一個正離子和一個負離子Cl-，晶格參數a0可通過如下計算得到：a0=2r++2r-=2(0.133)+2(0.181)=0.628nma0=0.363nm2r++2r-2/16/202492精選課件ppt靜電鍵強（bondstrength）：正離子的形式電荷與其配位數 的比值。為保持電中性，負離子所獲得的總鍵強應與負離子的電荷數相等。例：在CaTiO3結構中，Ca2+、Ti4+、O2-離子的配位數分別為12、6、6。O2-離子的配位多面體是[OCa4Ti2]，則O2-離子的電荷數為4個2/12與2個4/6之和即等于2，與O2-離子的電價相等，故晶體結構是穩定的。鮑林第二規則——在離子的堆積結構中必須保持局域的電中性。

(Localelectricalneutralityshouldbemaintained)2/16/202493精選課件ppt鮑林第三規則——穩定結構傾向于共頂連接

(Corners,ratherthanfacesoredges,tendtobesharedinstablestructures)在一個配位結構中，共用棱，特別是共用面的存在會降低這個結構的穩定性。其中高電價，低配位的正離子的這種效應更為明顯。當采取共棱和共面聯連接，正離子的距離縮短，增大了正離子之間的排斥，從而導致不穩定結構。例如兩個四面體，當共棱、共面連接時其中心距離分別為共頂連接的58%和33%2/16/202494精選課件ppt例：在鎂橄欖石結構中，有[SiO4]四面體和[MgO6]八面體兩種配位多面體，但Si4+電價高、配位數低，所以[SiO4]四面體之間彼此無連接，它們之間由[MgO6]八面體所隔開。鮑林第四規則──若晶體結構中含有一種以上的正離子，則高電價、低配位的多面體之間有盡可能彼此互不連接的趨勢2/16/202495精選課件ppt例如，在硅酸鹽晶體中，不會同時出現[SiO4]四面體和[Si2O7]雙四面體結構基元，盡管它們之間符合鮑林其它規則。如果組成不同的結構基元較多，每一種基元要形成各自的周期性、規則性，則它們之間會相互干擾，不利于形成晶體結構。鮑林第五規則──同一結構中傾向于較少的組分差異，也就是說，晶體中配位多面體類型傾向于最少。2/16/202496精選課件ppt2.3.2.2二元離子晶體結構很多無機化合物晶體都是基于負離子（X）的準緊密堆積，而金屬正離子（M）置于負離子晶格的四面體或八面體間隙。CsCl型結構巖鹽型結構閃鋅礦型結構螢石和反螢石型結構金紅石型結構2/16/202497精選課件pptCsCl型結構rCs/rCl=0.170nm/0.181nm=0.94

（0.732～1.000）負離子按簡單立方排列；正離子處于立方體的中心，同樣形成正離子的簡單立方陣列；正負離子的配位數都是8；每個晶胞中有1個負離子和1個正離子。

實例：CsCl,CsBr,CsI2/16/202498精選課件ppt巖鹽型結構（RocksaltStructure）rNa/rCl=0.102/0.181=0.56

（0.414~0.732）負離子按面心立方排列；正離子處于八面體間隙位，同樣形成正離子的面心立方陣列；正負離子的配位數都是6。

也稱為NaCl型結構實例：NaCl,KCl,LiF,KBr,MgO,CaO,SrO,BaO,CdO,VO,MnO,FeO,CoO,NiO2/16/202499精選課件ppt閃鋅礦型結構（ZincBlendeStructure）也稱為ZnS型結構。正負離子配位數均為4，負離子按面心立方排列，正離子填入半數的四面體間隙位（面心立方晶格有8個四面體空隙，其中4個填入正離子），同樣形成正離子的面心立方陣列，正負離子的面心立方互相穿插。其結果是每個離子與相鄰的4個異號離子構成正四面體實例：ZnS,BeO,SiCr+/r-=0.332/16/2024100精選課件ppt螢石和反螢石型結構

（FluoriteandAntifluoriteStructures）反螢石型結構：負離子按面心立方排列，正離子填入全部的四面體間隙位中，即每個面心立方晶格填入8個正離子。正負離子的配位數分別為4和8，正負離子的比例為2:1實例：Li2O,Na2O,K2O,Rb2O,硫化物；2/16/2024101精選課件ppt螢石型結構:反螢石型結構中的正負離子位置互換,負離子作為填隙子(如ZrO2中的O2-)。正負離子的配位數分別為8和4，正負離子比例為1:2。實例：螢石：ThO2,CeO2,PrO2,UO2,ZrO2,HfO2,NpO2,PuO2,AmO2,CaF2,BaF2,PbF2半徑較大的4價正離子氧化物和半徑較大的2價正離子氟化物的晶體傾向于形成這種結構。2/16/2024102精選課件pptFluorspar2/16/2024103精選課件ppt結構-性能關系CaF2與NaCl的性質對比：F－半徑比Cl－小，Ca2+半徑比Na+稍大，綜合電價和半徑兩因素，螢石中質點間的鍵力比NaCl中的鍵力強，反映在性質上，螢石的硬度為莫氏4級，熔點1410℃，密度3.18，水中溶解度0.002；而NaCl熔點808℃，密度2.16，水中溶解度35.7。CaF2晶體結構中，8個F-之間形成的立方體空隙都沒有被填充，成為一個“空洞”，結構比較開放，有利于形成負離子填隙，也為負離子擴散提供了條件。立方ZrO2屬螢石型結構，具有氧離子擴散傳導的機制，在900~1000℃間O2-電導率可達0.1S/cm。2/16/2024104精選課件ppt金紅石型結構（RutileStructure）在金紅石晶體中，O2-離子為變形的六方密堆，Ti4+離子在晶胞頂點及體心位置，O2-離子在晶胞上下底面的面對角線方向各有2個，在晶胞半高的另一個面對角線方向也有2個。Ti4+離子的配位數是6，形成[TiO6]八面體。O2-離子的配位數是3，形成[OTi3]平面三角單元。晶胞中正負離子比為1:2。實例：TiO2,GeO2,SnO2,PbO2,VO2,NbO2,TeO2,MnO2,RuO2,OsO2,IrO2,WO2,以及FeF2,ZnF2,MgF2r+/r-=0.482/16/2024105精選課件ppt2.3.2.3多元離子晶體結構負離子通過緊密堆積形成多面體，多面體的空隙中填入超過一種正離子鈣鈦礦型結構尖晶石型結構2/16/2024106精選課件ppt常見的多離子晶體結構結構名稱負離子堆積結構正負離子配位數比正離子位置關系化學式實例鈣鈦礦立方密堆12:6:61/4八面體（B）ABX3CaTiO3,SrTiO3,SrSnO3,SrZrO3,SrHfO3,BaTiO3尖晶石立方密堆4:6:41/8四面體（A）1/2八面體（B）AB2X4FeAl2O4,ZnAl2O4,MgAl2O4反尖晶石立方密堆4:6:41/8四面體（B）1/2八面體（A,B）B(AB)X4FeMgFeO4,MgTiMgO4鈦鐵礦六方密堆6:6:42/3八面體（A,B）ABX3FeTiO3,NiTiO3,CoTiO3橄欖石六方密堆6:4:41/2八面體（A）1/8四面體（B）A2BX4Mg2SiO4,Fe2SiO42/16/2024107精選課件ppt鈣鈦礦型結構（PerovskiteStructure）化學通式為ABX3，其中A是二價（或一價）金屬離子，B是四價（或五價）金屬離子，X通常為O，組成一種復合氧化物結構。負離子（O2-）按簡單立方緊密堆積排列，較大的正離子A（這里為Ca2+）在8個八面體形成的空隙中，被12個O2-包圍，而較小的正離子B（這里為Ti4+）在O2-的八面體中心，被6個O2-包圍。2/16/2024108精選課件ppt尖晶石型結構（SpinelStructure）化學通式為AB2O4型，屬于復合氧化物，其中A是二價金屬離子如Mg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+等，B是三價金屬離子如Al3+、Cr3+、Ga3+、Fe3+、Co3+等。負離子O2-為立方緊密堆積排列，A離子填充在四面體空隙中，配位數為4，B離子在八面體空隙中，配位數為6。2/16/2024109精選課件ppt2.3.3硅酸鹽結構

Silicate

Structure基本結構單元：硅氧四面體[SiO4]四面體連接方式：共頂連接非橋氧nonbridgingoxygen橋氧bridgingoxygen2/16/2024110精選課件ppt111Silicatestructure硅酸鹽結構類型島狀

鏈狀層狀網架狀2/16/2024111精選課件ppt硅酸鹽結構示意圖2/16/2024112精選課件ppt島狀結構島狀硅酸鹽（IslandSilicates）[SiO4]4-四面體以孤島狀存在，無橋氧，結構中O/Si比值為4。每個O2-一側與1個Si4+連接，另一側與其它金屬離子相配位使電價平衡。鋯石英Zr[SiO4]鎂橄欖石Mg2[SiO4]藍晶石Al2O3·SiO2水泥熟料中的

-C2S、

-C2S和C3S2/16/2024113精選課件ppt鎂橄欖石Mg2SiO4的理想結構鎂橄欖石2/16/2024114精選課件ppt斜方晶系晶胞參數a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm晶胞分子數Z=4O2-離子近似于六方最緊密堆積排列Si4+離子填于四面體空隙的1/8Mg2+離子填于八面體空隙的1/2每個[SiO4]四面體被[MgO6]八面體所隔開呈孤島狀分布鎂橄欖石結構鎂橄欖石Mg2[SiO4]結構2/16/2024115精選課件ppt(100)面上的投影圖(001)面上的投影圖立體側視圖鎂橄欖石結構2/16/2024116精選課件ppt117結構中的同晶取代鈣橄欖石CaMgSiO4結構中的同晶取代鎂橄欖石中的Mg2+可以被Fe2+以任意比例取代，形成橄欖石(FexMg1-x)2SiO4固溶體。2/16/2024117精選課件ppt結構中每個O2-離子同時和1個[SiO4]和3個[MgO6]相連接，O2-的電價飽和，晶體結構穩定。結構中各個方向上鍵力分布比較均勻，橄欖石結構沒有明顯的解理，破碎后呈現粒狀。Mg-O鍵和Si-O鍵都比較強，鎂橄欖石表現出較高的硬度，熔點達到1890oC，是鎂質耐火材料的主要礦物。結構與性質的關系2/16/2024118精選課件ppt每個[SiO4]四面體含有兩個橋氧時，可形成環狀和單鏈狀結構的硅酸鹽，此時O/Si比值為3。也可以形成雙鏈結構，此時橋氧的數目為2和3相互交錯，O/Si比值為2.75(11/4=2.75)。環狀和鏈狀硅酸鹽（RingandChainSilicates）2/16/2024119精選課件ppt綠寶石結構綠寶石Be3Al2[Si6O18]結構（環狀）六方晶系晶胞參數a=0.921nm，c=0.917nm晶胞分子數Z=2綠寶石的基本結構單元是由6個[SiO4]4-四面體組成的六節環，六節環中的1個Si4+和2個O2-處在同一高度，環與環相疊起來。圖中粗黑線的六節環在上面，標高為100，細黑線的六節環在下面，標高為50。上下兩層環錯開30o，投影方向并不重疊。環與環之間通過Be2+和Al3+離子連接。2/16/2024120精選課件ppt綠寶石晶胞在（0001）面上的投影（上半個晶胞）2/16/2024121精選課件ppt綠寶石結構的六節環內沒有其它離子存在，使晶體結構中存在大的環形空腔。當有電價低、半徑小的離子（如Na+）存在時，在直流電場中，晶體會表現出顯著的離子電導，在交流電場中會有較大的介電損耗；當晶體受熱時，質點熱振動的振幅增大，大的空腔使晶體不會有明顯的膨脹，因而表現出較小的膨脹系數。結構與性質的關系2/16/2024122精選課件ppt單斜晶系晶胞參數a=0.971nm，b=0.889nm，c=0.524nm

=105o37′，晶胞分子數Z=4硅氧單鏈[Si2O6]平行于c軸方向伸展，圖中兩個重疊的硅氧鏈分別以粗黑線和細黑線表示。單鏈之間依靠Ca2+、Mg2+連接，Ca2+的配位數為8，Mg2+為6。Ca2+負責[SiO4]底面間的連接，Mg2+負責頂點間的連接。透輝石CaMg[Si2O6]結構（鏈狀）2/16/2024123精選課件ppt（010）面上的投影（001）面上的投影透輝石結構2/16/2024124精選課件ppt層狀結構層狀結構（SheetSilicates）當每個[SiO4]含有3個橋氧時，可形成層狀硅酸鹽晶體結構，O/Si比值為2.5。[SiO4]通過3個橋氧在二維平面內延伸形成硅氧四面體層，在層內[SiO4]之間形成六元環狀，另外一個頂角共同朝一個方向2/16/2024125精選課件ppt滑石和葉臘石滑石葉蠟石2/16/2024126精選課件ppt單斜晶系晶胞參數a=0.525nm，b=0.910nm，c=1.881nm

=100o滑石Mg3[Si4O10](OH)2的結構2/16/2024127精選課件ppt128OH-位于六節環中心，Mg2+位于Si4+與OH-形成的三角形的中心，但高度不同；兩個硅氧層的活性氧指向相反，中間通過鎂氫氧層連接，形成復網層。復網層平行排列即形成滑石結構;水鎂石層中Mg2+的配位數為6，形成[MgO4(OH)2]八面體，其中全部八面體空隙被Mg2+所填充，滑石結構屬于三八面體型結構。2/16/2024128精選課件ppt（001）面上的投影縱剖面圖滑石結構示意圖2/16/2024129精選課件ppt用2個Al3+取代滑石中的3個Mg2+，則形成二八面體型結構（Al3+占據2/3的八面體空隙）的葉蠟石Al2[Si4O10]（OH）2結構。同樣，葉蠟石也具有良好的片狀解理和滑膩感。離子取代現象2/16/2024130精選課件ppt滑石和葉蠟石中都含有OH-，加熱時會產生脫水效應。滑石脫水后變成斜頑火輝石

-Mg2[Si2O6]，葉蠟石脫水后變成莫來石3Al2O3·2SiO2。都是玻璃和陶瓷工業的重要原料，滑石可以用于生成絕緣、介電性能良好的滑石瓷，葉蠟石常用作硼硅質玻璃中引入Al2O3的原料。

晶體加熱時結構的變化2/16/2024131精選課件ppt復網層中每個活性氧同時與3個Mg2+相連接，從Mg2+處獲得的靜電鍵強度為3×2/6=1，從Si4+處也獲得1價，故活性氧的電價飽和。同理，OH-中的氧的電價也是飽和的，所以，復網層內是電中性的。層與層之間只能依靠較弱的分子間力來結合，致使層間易相對滑動，滑石晶體有良好的片狀解理特性和滑膩感。結構與性質的關系2/16/2024132精選課件pptTheKaoliniteGroup高嶺石族TheKaoliniteGroup四面體片與八面體片通過共用氧原子結合成一個晶片，晶片間以氫鍵相連，水化時基本不膨脹。2/16/2024133精選課件ppt134高嶺石的結構高嶺石Al2O3·2SiO2·2H2O的結構

(Al4[Si4O10](OH)8)三斜晶系，晶胞參數a=0.514nm，b=0.893nm，c=0.737nm，

=91o36’，

=104o48’，

=89o54’,晶胞分子數Z=12/16/2024134精選課件ppt基本結構單元是由硅氧層和水鋁石層構成的單網層，單網層平行疊放；Al3+配位數為6，2個是O2-，4個是OH-，形成[AlO2(OH)4]八面體，正是這兩個O2-把水鋁石層和硅氧層連接起來。水鋁石層中，Al3+占據八面體空隙的2/3。

2/16/2024135精選課件ppt高嶺石的結構2/16/2024136精選課件ppt根據電價規則計算出單網層中O2-的電價是平衡的，即理論上層內是電中性的，所以，高嶺石的層間只能靠物理鍵來結合，這就決定了高嶺石也容易解理成片狀的小晶體。但單網層在平行疊放時水鋁石層OH-與硅氧層的O2-相接觸，故層間靠氫鍵來結合。由于氫鍵結合比分子間力強，所以，水分子不易進入單網層之間，晶體不會因為水含量增加而膨脹。結構與性質的關系2/16/2024137精選課件ppt網狀結構石英結構網狀結構(架狀)2/16/2024138精選課件ppt2/16/2024139精選課件ppt石英的結構硅氧四面體在（0001）面上的投影2/16/2024140精選課件pptSiO2結構中Si-O鍵的強度很高，鍵力分別在三維空間比較均勻，因此SiO2晶體的熔點高、硬度大、化學穩定性好，無明顯解理。結構與性質的關系2/16/2024141精選課件ppt當[SiO4]四面體中的4個氧全部為橋氧時，四面體將連接成網架結構。[SiO4]網架結構中的Si4+可以部分地被Al3+取代，剩余的負電荷由其它正離子（如Li+、Na+、K+、Ca2+）平衡。

鈉長石(albite，NaAlSi3O8)、鈣長石(anorthite，CaAl2Si2O8)、鋰霞石(eucryptite，LiAlSiO4)和正長石(orthoclase，KAlSi3O8)都屬于這種結構，其中O/(A1+Si)為2。

架狀硅酸鹽（NetworkedSilicates）2/16/2024142精選課件ppt長石的結構長石的結構長石類硅酸鹽分為正長石系和斜長石系兩大類

正長石系：鉀長石K[AlSi3O8]；鋇長石Ba[Al2Si2O8]

斜長石系：鈉長石Na[AlSi3O8]；鈣長石Ca[Al2Si2O8]2/16/2024143精選課件ppt透長石晶體結構透長石屬長石族礦物，為正長石的一個亞種，以鉀長石分子為主要組成，但也含較多的鈉長石分子(可達50％)，是正長石的高溫變種，屬單斜晶系，晶體常沿{010}發育成板狀(而冰長石則屬擬正交晶系)2/16/2024144精選課件ppt145透長石晶體結構2/16/2024145精選課件ppt三斜晶系晶胞參數a=0.814nm，b=1.279nm，c=0.716nm

=94o19'，

=116o34'，

=87o39'鈉長石的結構2/16/2024146精選課件ppt鈉長石結構在（001）面上的投影2/16/2024147精選課件ppt與透長石比較，鈉長石結構出現輕微的扭曲，左右不再呈現鏡面對稱。扭曲作用是由于四面體的移動，致使某些O2-環繞Na+更為緊密，而另一些O2-更為遠離。晶體結構從單斜變為三斜。高溫鈉長石中Na+的配位數平均為8，低溫鈉長石中，Na+的配位數為7。

2/16/2024148精選課件ppt長石結構的曲軸狀鏈間有較大的空隙，半徑較大的陽離子位于空隙時，配位數較大，配位多面體較規則，能撐起骨架，使對稱性提高到單斜晶系；半徑較小的陽離子位于空隙時，配位多面體不規則，致使骨架折陷，對稱性降為三斜晶系。透長石與鈉長石結構差異的原因2/16/2024149精選課件ppt在曲軸狀鏈中，Al3+取代Si4+后，Al3+、Si4+分布的有序-無序性也會影響結構的對稱性和軸長。當Al3+、Si+離子在鏈中的四面體位完全無序分布時，晶體具有單斜對稱，如透長石的c=0.72nm；而當Al3+、Si4+離子在四面體位完全有序、呈相間排列時，晶體屬三斜晶系，如鈣長石c=1.43nm。2/16/2024150精選課件ppt長石結構的四節環鏈內結合牢固，鏈平行于a軸伸展，故沿a軸晶體不易斷裂；而在b軸和c軸方向，鏈間雖然也有橋氧連接，但有一部分是靠金屬離子與O2-之間的鍵來結合，較a軸方向結合弱得多；因此，長石在平行于鏈的方向上有較好的解理。

長石結構的解理性2/16/2024151精選課件ppt2.3.4共價晶體原子間通過共價鍵結合成的具有空間網狀結構的晶體稱為共價晶體。石英晶體（SiO2）結構2/16/2024152精選課件pptDiamond

金剛石晶體屬立方晶系，C的配位數為4，每個晶胞中共有8個C原子，分別位于立方面心的所有結點位置和交替分布在立方體內8個小立方體中的4個小立方體的中心，C-C之間以共價鍵結合。碳的堆積系數只有0.34，加上C原子質量較輕，所以金剛石的密度較小。由于C-C之間形成很強的共價鍵，所以金剛石具有非常高的硬度和熔點，其硬度是自然界所有物質中為最高的，所以常被用作高硬切割材料和磨料以及鉆井用鉆頭。2/16/2024153精選課件ppt2.4.1點缺陷2.4.2線缺陷和位錯2.4.3面缺陷2.4.4體缺陷2.4晶體缺陷

CrystalDefects2/16/2024154精選課件ppt平移對稱性平移對稱性的破壞晶體中原子偏離理想的周期性排列的區域稱作晶體缺陷2/16/2024155精選課件pptCatalog2.4缺陷材料性能？2/16/2024156精選課件pptClassification點缺陷（零維）晶體缺陷線缺陷（一維）體缺陷（三維）面缺陷（二維）缺陷的種類2/16/2024157精選課件ppt點缺陷是在晶體晶格結點上或鄰近區域偏離其正常結構的一種缺陷，它在三個方向的尺寸都很小，屬于零維缺陷，只限于一個或幾個晶格常數范圍內。2.4.1點缺陷

PointDefect2/16/2024158精選課件ppt點缺陷種類空位（vacancy）—正常結點沒有被原子或離子所占據，成為空結點。間隙原子（interstitialatom）—原子進入晶格中正常結點之間的間隙位置。置換式雜質原子（substitutionalimpurityatom）—外來原子進入晶格，取代原來晶格中的原子而進入正常結點的位置間隙式雜質原子（interstitialimpurityatom）—外來原子進入點陣中的間隙位置，成為雜質原子。熱缺陷雜質缺陷2/16/2024159精選課件ppt2.4.1.1熱缺陷缺陷化學的基本假設：將晶體看作稀溶液，將缺陷看成溶質，用熱力學的方法研究各種缺陷在一定條件下的平衡。也就是將缺陷看作是一種化學物質，它們可以參與化學反應—準化學反應，一定條件下，這種反應達到平衡狀態。點缺陷的平衡數目Nd與體系的溫度和原子在晶格中受到的束縛力有關：2/16/2024160精選課件ppt晶體中，位于點陣結點上的原子并非靜止的，而是以其平衡位置為中心作熱振動。原子的振動能是按幾率分布，有起伏漲落的。當某一原子具有足夠大的振動能而使振幅增大到一定限度時，就可能克服周圍原子對它的制約作用，跳離其原來的位置，使點陣中形成空結點（空位）。2/16/2024161精選課件ppt熱振動的原子在某一瞬間可以獲得較大的能量，掙脫周圍質點的作用，離開平衡位置，進入到晶格內的其它位置形成間隙原子，而在原來的平衡格點位置上留下空位。離開平衡位置的原子有三個去處：（1）遷移到晶體表面或內表面的正常結點位置上，使晶體內部留下空位，稱為肖特基（Schottky）缺陷或肖特基空位；（2）擠入點陣的間隙位置，在晶體中同時形成數目相等的空位和間隙原子，則稱為弗蘭克爾（Frenkel）缺陷；（3）跑到其它空位中，使空位消失或使空位移位。另外，在一定條件下，晶體表面上的原子也可能跑到晶體內部的間隙位置形成間隙原子。2/16/2024162精選課件ppt三種點缺陷的形成演示2/16/2024163精選課件ppt雜質的來源：有目的地引入的雜質例如單晶硅中摻入微量的B、Pb、Ga、In、P、As等使導電性發生很大變化晶體生長過程中引入的雜質，如O、N、C等置換式和間隙式雜質：雜質和基質的原子尺寸和電負性相近時形成置換式雜質缺陷半徑較小的雜質原子可進入間隙位置形成間隙式雜質缺陷2.4.1.2雜質缺陷晶體的雜質缺陷濃度僅取決于加入到晶體中的雜質含量，而與溫度無關，這是雜質缺陷形成與熱缺陷形成的重要區別。2/16/2024164精選課件ppt2.4.1.3非化學計量缺陷有一些易變價的化合物，在外界條件如所接觸氣體的性質和壓力大小的影響下，很容易形成空位和間隙原子，使組成偏離化學計量，由此產生的晶體缺陷稱為非化學計量缺陷。非計量缺陷的形成，關鍵是其中的離子能夠通過自身的變價來保持電中性。例如，TiO2晶體在周圍氧氣壓力較低時，在晶體中會出現氧空位（負離子空位），此時部分Ti4+變價成Ti3+使正負電荷得到平衡。2/16/2024165精選課件ppt下標表示缺陷位置；間隙位用下標i表示，M位置的用下標M表示，X位置的用下標X表示；上標表示缺陷有效電荷。正電荷用“?”（小圓點）表示，負電荷用“'”（小撇）表示，零電荷用“×”表示（可省略）。2.4.1.4點缺陷的表示方法主符號表明缺陷的主體；空位V，正離子M、負離子X、雜質原子L（對于具體原子用相應的元素符號）。2/16/2024166精選課件ppt[例]NaCl晶體中可能出現的點缺陷：Na+格點位置的空位，表示為。由于Na+的缺失，該空位缺陷的有效電荷數是0

(+1)=

1，所以上標是一小撇。Cl

格點位置的空位，表示為。Cl

的缺失而出現的空位缺陷的有效電荷數是0

(

1)=+1，所以上標是一小圓點。Na+處于間隙位置，表示為。缺陷的有效電荷就是Na+所帶的+1價電荷，所以上標是一小圓點。假設CaCl2混進NaCl晶體中形成缺陷，如果Ca2+取代Na+而進入Na+的位置，則缺陷表示為CaNa?，其中缺陷的有效電荷為(+2)

(+1)=+1。如果Ca2+進入間隙位置，則這種間隙式雜質缺陷表示為Cai??。2/16/2024167精選課件ppt2.4.1.5缺陷反應方程式簡介一些基本原則1.位置關系在化合物MaXb中，M位置的數目必須永遠與X位置的數目成一個正確的比例。例如TiO2在還原氣氛中形成TiO2-x，表面上，Ti:O=1:(2-x)，但實際上，生成了x個VO??，位置比仍為1:2。2.質量平衡缺陷方程的兩邊必須保持質量平衡。需要注意的是，缺陷符號的下標只是表示缺陷位置，對質量平衡沒有作用，而VM為M位置上的空位，不存在質量。3.電荷守恒在缺陷反應前后晶體必須保持電中性，缺陷反應式兩邊必須具有相同數目總有效電荷。2/16/2024168精選課件ppt【例】TiO2中的幾個缺陷反應：有效電荷的確定： O的空位有效電荷為0-(-2)=+2 Ti4+在原位置變價為Ti3+，所以有效電荷(+3)-(+4)=-12/16/2024169精選課件ppt寫出CaCl2溶解在KCl中的缺陷反應式3種可能性：Ca2+取代K+，Cl-進入Cl-晶格位置：Ca2+取代K+，Cl-進入間隙位置：Ca2+進入間隙位置，Cl-占據晶格位置：2/16/2024170精選課件ppt2.4.1.6點缺陷對材料性能的影響電、光、磁性能及加工性能電阻增大費米能級變化原子擴散遷移加快2/16/2024171精選課件ppt2.4.2Defect&crystalproperties（1）對力學性質的影響 晶體的機械強度大大降低（2）對催化性能的影響 固相催化劑的催化性能與晶體表面有關，而晶體表面廣義地說，可以認為就是點陣結構的缺陷。事實上催化劑表面的晶格畸變、空位缺陷等往往就成為催化反應發生的活性中心。2/16/2024172精選課件pptElectricalproperties（3）對電學性質的影響Ga摻雜Si形成p型半導體As摻雜Si形成n型半導體2/16/2024173精選課件pptOpticproperties（4）對光學性質的影響BGO的晶體結構如果起始原料中包含高于千萬分之幾的雜質，BGO晶體在光和X射線輻照下就會變成棕色，形成輻照損傷，它的探測性能就明顯下降。因此，生長BGO晶體需要用高純(99.999％)的Bi2O3和GeO2作原料，并要嚴格按照化學計量比(Bi2O3:Ge02＝2:3)配料，還要長時間保持穩定的溫度。2/16/2024174精選課件pptCrystalcolour(5)對晶體顏色的影響Cr2O3(Al2O3)(紅寶石)Cr2O3摻入Al2O3ZnS摻入0.0001%AgCl

藍色熒光粉ZnS鍵長：Cr—O>Al—O在Al2O3晶格中迫使Cr—O鍵受到壓縮，從而改變了它的電子能級和電子構型。2/16/2024175精選課件ppt2.4.1.2Dislocation線缺陷具體形式就是晶體中的位錯，屬一維缺陷，其特點是原子發生錯排的范圍，在一個方向上尺寸較大，而另外兩個方向上尺寸較小，是一個直徑約在3～5個原子間距、長幾百到幾萬個原子間距的管狀原子畸變區。位錯的起因是晶體生長不穩定或機械應力﹐在晶體中引起部分滑移。位錯線就是晶體中已滑移區和未滑移區在滑移面上的交界線，即晶體中某處有一列或若干列原子發生有規律的錯排現象。2.4.2線缺陷和位錯 LineDefectand

DislocationTEM觀察的晶體中的位錯2/16/2024176精選課件ppt柏格斯矢量（b）

Burger’svector定義一個沿位錯線的正方向；構筑垂直于位錯線的原子面；圍繞位錯線按順時針方向畫出柏格斯回路（Burger’scircuit）；由于位錯的存在，回路的起點和終點是不重疊的，從柏格斯回路的終點到起點畫出的矢量就是柏格斯矢量b。從一個原子出發，移動n個晶格矢量，然后順時針轉向再移動m個晶格矢量，再順時針轉向移動n個晶格矢量，最后順時針轉向移動m個晶格矢量，到達終點原子。注意平行方向上移動的晶格矢量必須相同。——用于表示由位錯引起的晶格中的相對原子位移2/16/2024177精選課件ppt柏格斯矢量的物理意義柏格斯矢量是描述位錯實質的重要物理量。反映出柏氏回路包含的位錯所引起點陣畸變的總累計。通常將柏氏矢量稱為位錯強度，它也表示出晶體滑移時原子移動的大小和方向。根椐柏格斯矢量b與位錯線取向的異同，位錯分為刃型位錯、螺型位錯和由前兩者組成的混合位錯三種類型。

2/16/2024178精選課件ppt2.4.2.1Edgedislocation2.4.2.1刃型位錯EdgeDislocation2/16/2024179精選課件ppt含有刃型位錯的晶體結構2/16/2024180精選課件ppt正刃型位錯（左）和負刃型位錯（右）2/16/2024181精選課件ppt2.4.2.2Screwdislocation2.4.2.2螺旋位錯ScrewDislocation2/16/2024182精選課件ppt

由于剪應力的作用使晶體互相滑移，晶體中滑移部分的相交位錯線是和滑移方向平行的，因為位錯線周圍的一組原子面形成了一個連續的螺旋形坡面，故稱為螺旋位錯。2/16/2024183精選課件ppt184螺旋位錯示意圖2/16/2024184精選課件pptComparison相同點：二者都是線缺陷。不同點：（1）刃型位錯具有一個額外的半原子面，而螺型位錯無；（2）刃型位錯必須與滑移方向垂直，也垂直于滑移矢量；而螺型位錯線與滑移矢量平行，且位錯線的移動方向與晶體滑移方向互相垂直；Comparison2/16/2024185精選課件ppt（3）刃型位錯的滑移線不一定是直線，可以是折線或曲線；而螺位錯的滑移線一定是直線；（4）刃位錯的滑移面只有一個，其不能在其他面上進行滑移；而螺位錯的滑移面不是唯一的；（5）刃位錯周圍的點陣發生彈性畸變，既有切應變，又有正應變；而螺位錯只有切應變而無正應變。2/16/2024186精選課件ppt2.4.2.3Mixeddislocation2.4.2.3混合位錯MixedDislocation2/16/2024187精選課件ppt

混合位錯是刃型位錯和螺型位錯的混合型式，位錯線與柏格斯矢量b的方向既不垂直﹐也不平行。混合位錯可分解為刃型位錯分量和螺型位錯分量，它們分別具有刃型位錯和螺型位錯的特征。2/16/2024188精選課件ppt2.4.2.4位錯的運動2.4.2.4位錯的運動位錯的滑移：指位錯在外力作用下，在滑移面上的運動，結果導致永久形變。位錯的運動位錯的攀移位錯的滑移2/16/2024189精選課件ppt190刃位錯的滑移螺位錯的滑移2/16/2024190精選課件ppt191

位錯的攀移指在熱缺陷或外力作用下，位錯線在垂直其滑移面方向上的運動，結果導致晶體中空位或間隙質點的增殖或減少。攀移的實質是多余半原子面的伸長或縮短。螺位錯沒有多余半原子面，故無攀移運動。2/16/2024191精選課件ppt2.4.1.3Planardefect晶核晶體生長長成的晶體顯微圖樣2.4.3PlanarDefect2/16/2024192精選課件ppt材料的表面是最顯而易見的面缺陷。在垂直于表面方向上，平移對稱性被破壞了。由于材料是通過表面與環境及其它材料發生相互作用，所以表面的存在對材料的物理化學性能有重要的影響。常見的氧化、腐蝕、磨損等自然現象都與表面狀態有關。2/16/2024193精選課件ppt2.4.1.4體缺陷2.4.4體缺陷原子偏離周期排列的三維缺陷。

一般指材料中的空洞、夾雜物等，這種體缺陷對材料性能的影響一方面與它的幾何尺寸大小有關；另一方面也與其數量、分布有關，它們的存在常常是有害的。2/16/2024194精選課件ppt溶液2.5固溶體

Solidsolution2/16/2024195精選課件ppt(1)DefinitionSolvent溶劑Solute溶質

一個（或幾個）組元的原子（化合物）溶入另一個組元的晶格中，而仍保持另一組元的晶格類型的固態晶體。固溶體2/16/2024196精選課件ppt(2)Characteristic②有一定的成分范圍

solidsolubility①溶質和溶劑原子占據一個共同的晶體點陣，點陣類型和溶劑的點陣類型相同。

③具有比較明顯的金屬性質（對金屬固溶體來說）基本特征結合鍵主要是金屬鍵2/16/2024197精選課件ppt(3)Classification按溶質原子在點陣中的位置SubstitutionalsolidsolutionInterstitialsolidsolution分類按各組元原子分布的規律性

DisorderedsolidsolutionOrderedsolidsolution按固溶度FinitesolidsolutionInfinitesolidsolution

2/16/2024198精選課件ppt2.5.1置換型固溶體2.5.1置換型固溶體 substitutionalsolidsol