材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt(上海交通大學(xué)).ppt

《材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt(上海交通大學(xué)).ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt(上海交通大學(xué)).ppt（100頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

2.3合金相結(jié)構(gòu),本節(jié)的基本要求,重點掌握：1.相、組織、固溶體、中間相（金屬間化合物）的概念2.固溶體、中間相的分類、特點和用途一般了解1.離子、共價和聚合物的晶態(tài)結(jié)構(gòu)及相對應(yīng)的性能特點,重點和難點,（1）固溶體的分類及其結(jié)構(gòu)特點。（2）影響固溶體固溶度的因素。（3）超結(jié)構(gòu)的類型和影響有序化的因素。（4）中間相的分類及其結(jié)構(gòu)特點。,4h,,為何工業(yè)上很少使用純金屬,而多使用合金?,,概述,1.合金(alloy)----兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)冶煉、燒結(jié)或其他方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。組元----組成合金的基本單元。組元可以是金屬和非金屬,也可以是化合物2.組織(structure)----材料中的直觀形貌,可以用肉眼觀察到,也可以借助于放大鏡、顯微鏡觀察到的微觀形貌。分為:宏觀組織:肉眼或是30倍放大鏡所呈現(xiàn)的形貌；顯微組織:顯微鏡觀察而呈現(xiàn)的形貌。3.相(phase)----合金中具有同一聚集狀態(tài),同一化學(xué)成分、同一晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并以界面相互隔開的均勻組成部分。,合金相的性質(zhì)由以下三個因素控制:（1）電化學(xué)因素(電負性或化學(xué)親和力因素)電負性——（2）原子尺寸因素△r=（rA－rB)/rA△r越大，越易形成中間相?！鱮越小，越易形成固溶體（3）原子價因素(電子濃度因素):C電子=[A(100－x)＋Bx]/100C越大，越易形成化合物；C越小，越易形成固溶體,合金與相,相的分類固溶體：以某一組元為溶劑，在其晶體點陣中溶入其他組元原子所形成的均勻混合的固態(tài)溶體，它的晶體結(jié)構(gòu)與其溶劑相同。中間相（金屬化合物）：組成原子有固定比例，其結(jié)構(gòu)與組成組元均不相同的相，且這種相成分處于AB互溶的溶解度之間，即落在相圖的中間部位。,2.3.1固溶體,固溶體(solidsolution)：固溶體的最大特點是保持溶劑的晶體結(jié)構(gòu)。,1.固溶體分類,(1)按溶質(zhì)原子在點陣中所占位置分為：置換固溶體(substitutionalsolidsolution)：溶質(zhì)原子置換了溶劑點陣中部分溶劑原子。間隙固溶體(interstitialsolidsolution)：溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙中。(2)按溶質(zhì)原子在溶劑原子中溶解度分類：有限固溶體：在一定條件下,溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解量有一個上限,超過這個限度就形成新相。無限固溶體：溶質(zhì)原子可以任意比例溶入溶劑晶格中形成的。如:Cu—NiAu—AgTi—Zr，結(jié)構(gòu)相同。,(3)按溶質(zhì)原子在溶劑中的分布特點分類無序固溶體：溶質(zhì)原子在溶劑中任意分布,無規(guī)律性。有序固溶體：溶質(zhì)原子按一定比例和有規(guī)律分布在溶劑晶格的點陣或間隙里。(4)按基體類型分類：一次固溶體：以純金屬為基形成的固溶體。二次固溶體：以化合物為基形成的固溶體。,固溶體的兩種類型（置換和間隙）,有序固溶體－短程,有序固溶體－長程,有序固溶體－偏聚,2.置換固溶體,置換固溶體一般在金屬元素之間形成，但要有一定條件。(1)晶體結(jié)構(gòu)相同是形成無限固溶體的必要條件。否則只能形成有限固溶體。(2)原子尺寸在其它條件相近時,△r0.85固溶體中溶解度較大,否則較小。如:鐵基合金中，△r<8%才能形成無限固溶體。銅基合金中，△r41%或r質(zhì)/r劑1/2(EAA+EBB)---偏聚EABr劑，a增大；r質(zhì)0.59，硼化物均為間隙化合物；而碳原子半徑處于中間,某些碳化物為間隙相,某些為間隙化合物。間隙化合物的熔點、硬度較高，也是強化相。,(2)TCP相,TCP相：拓撲密堆相是由兩種大小不同的金屬原子構(gòu)成的一類中間相，其中的大小原子通過適當(dāng)?shù)呐浜蠘?gòu)成空間利用率和配位數(shù)很高的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。由于這類結(jié)構(gòu)具有拓撲特征，故稱這些相為拓撲密堆相，簡稱TCP相，區(qū)別于幾何密堆相bcc、fcc、hcp等。特點：①由配位數(shù)為12、14、15、16的配位多面體堆垛而成；②呈層狀結(jié)構(gòu)。類型：①Lavs相②σ相,Lavs相形成的條件：（1）原子尺寸因素。A原子半徑略大于B原子，其理論值為rA/rB=1.255，而實際比值約在1.05～1.68之間；（2）電子濃度。一定的結(jié)構(gòu)類型對應(yīng)著一定的電子濃度。Lavs相形晶體結(jié)構(gòu)有三種類型。典型代表為MgCu2、MgZn2、MgNi2,與電子濃度對應(yīng)關(guān)系見表2.12（P52）AB2型鎂合金、不銹鋼中出現(xiàn),σ相σ相通常存在于過度族金屬元素組成的合金中，其分子式可以寫作AB或AxBy，如FeCr、FeV等。盡管σ相可用化學(xué)式表示，但其成分是在一定范圍內(nèi)變化，也是以化合物為基的固溶體。σ相具有復(fù)雜的四方結(jié)構(gòu)，其軸比c/a=0.52,每個晶胞中有30個原子，如圖2.49所示。（P54）σ相在常溫下硬而脆，它的存在通常對合金有害，如引起不銹鋼中的晶間腐蝕和脆性等。,4.超結(jié)構(gòu)—有序固溶體,超結(jié)構(gòu)（superstructure/lattice）對于某些成分接近于一定原子比的無序固溶體，當(dāng)它從高溫緩慢冷卻到某一臨界溫度以下時，溶質(zhì)原子會從從統(tǒng)計隨機分布狀態(tài)過渡到占有一定位置的規(guī)則排列狀態(tài)，即發(fā)生有序化，形成有序固溶體。類型：見表2-13和圖2-50。有序化條件：異類原子之間的相互吸引大于同類原子間有序化影響因素：溫度、冷卻速度和合金成分等。,CuAu有序固溶體的晶體結(jié)構(gòu),5.金屬間化合物的性質(zhì)及應(yīng)用,金屬間化合物由于原子鍵合和晶體結(jié)構(gòu)的多樣性，使得這些化合物具有許多特殊的物理、化學(xué)性能，已受到人們的日益重視，例如：（1）具有超導(dǎo)性質(zhì)的化合物：Nb3Ge,Nb3Al；（2）具有特殊電學(xué)性質(zhì)的化合物GaAs-ZnSe，在半導(dǎo)體中的應(yīng)用；（3）具有強磁性的金屬間化合物，稀土永磁材料SmCo5;(4)具有奇特吸釋氫本領(lǐng)的化合物L(fēng)aNi5;(5)具有特殊耐熱性的金屬間化合物Ni3Al;(6)耐蝕的金屬間化合物，如金屬的碳化物、硼化物以及氧化物等；（7）具有形狀記憶效應(yīng)的化合物TiNi,2.4離子晶體（理解）,離子晶體有關(guān)概念1.離子晶體(ioniccrystal)：由正、負離子通過離子鍵按一定方式堆積起來而形成的。陶瓷大多數(shù)屬于離子晶體。2.離子半徑(ionicradius)：從原子核中心到其最外層電子的平衡距離。對離子晶體，通常認為晶體中相鄰的正負離子中心之間的距離作為正負離子半徑之和，即R0=R++R－。但利用x射線可求得R。離子半徑大小并非絕對，同一離子隨著價態(tài)和配位數(shù)而變。3.離子堆積：離子晶體通常由負離子堆積成骨架，正離子按其自身大小居于相應(yīng)負離子空隙（負離子配位多面體）。,4.配位數(shù)CN(coordinationnumber)：與某一離子鄰接的異號離子的數(shù)目。取決于正負離子的半徑比R+/R—，常見的是4、6、8，不同配位數(shù)時，離子半徑間關(guān)系為：0.97rCN=8≈rCN=6≈1.1rCN=45.負離子配位多面體：離子晶體中與某一正離子成配位關(guān)系而鄰接的各負離子中心線所構(gòu)成的多面體。6.離子晶體的特點：離子鍵、硬度高、強度大、熔點高、等。典型的離子晶體是無色透明的。,離子晶體結(jié)構(gòu)與鮑林規(guī)則（Pauling’sRules）,鮑林第一規(guī)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(shù)取決于離子半徑比。,,（a）穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（b）穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（c）不穩(wěn)定結(jié)構(gòu),41,Chapter2StructureofMaterials,,,,,,,42,正負離子半徑比與配位數(shù)及負離子堆積結(jié)構(gòu)的關(guān)系,Chapter2StructureofMaterials,43,負離子八面體空隙容納正離子時的半徑比計算,Chapter2StructureofMaterials,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(jié)構(gòu)，并計算堆積系數(shù)。,解：晶體結(jié)構(gòu)：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(shù)應(yīng)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(jié)構(gòu)。堆積系數(shù)計算：每個晶胞含有一個正離子和一個負離子Cl-，晶格參數(shù)a0可通過如下計算得到：,a0=2r++2r-=2(0.133)+2(0.181)=0.628nma0=0.363nm,2r++2r-,44,Chapter2StructureofMaterials,靜電鍵強（bondstrengt）：正離子的形式電荷與其配位數(shù)的比值。為保持電中性，負離子所獲得的總鍵強應(yīng)與負離子的電荷數(shù)相等。,例：在CaTiO3結(jié)構(gòu)中，Ca2+、Ti4+、O2-離子的配位數(shù)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(shù)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(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。,45,鮑林第二規(guī)則——在離子的堆積結(jié)構(gòu)中必須保持局域的電中性。(Localelectricalneutralityismaintained),Chapter2StructureofMaterials,,46,鮑林第三規(guī)則——穩(wěn)定結(jié)構(gòu)傾向于共頂連接(Corners,ratherthanfacesoredges,tendtobesharedinstablestructures),在一個配位結(jié)構(gòu)中，共用棱，特別是共用面的存在會降低這個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其中高電價，低配位的正離子的這種效應(yīng)更為明顯。當(dāng)采取共棱和共面聯(lián)連接，正離子的距離縮短，增大了正離子之間的排斥，從而導(dǎo)致不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。例如兩個四面體，當(dāng)共棱、共面連接時其中心距離分別為共頂連接的58%和33%,Chapter2StructureofMaterials,例：在鎂橄欖石結(jié)構(gòu)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(shù)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。,47,鮑林第四規(guī)則──若晶體結(jié)構(gòu)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,Chapter2StructureofMaterials,例如，在硅酸鹽晶體中，不會同時出現(xiàn)[SiO4]四面體和[Si2O7]雙四面體結(jié)構(gòu)基元，盡管它們之間符合鮑林其它規(guī)則。如果組成不同的結(jié)構(gòu)基元較多，每一種基元要形成各自的周期性、規(guī)則性，則它們之間會相互干擾，不利于形成晶體結(jié)構(gòu)。,48,鮑林第五規(guī)則──同一結(jié)構(gòu)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。,Chapter2StructureofMaterials,二元離子晶體結(jié)構(gòu),很多無機化合物晶體都是基于負離子（X）的準(zhǔn)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(jié)構(gòu)巖鹽型結(jié)構(gòu)閃鋅礦型結(jié)構(gòu)螢石和反螢石型結(jié)構(gòu)金紅石型結(jié)構(gòu),49,Chapter2StructureofMaterials,CsCl型結(jié)構(gòu),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(shù)都是8；每個晶胞中有1個負離子和1個正離子。,實例：CsCl,CsBr,CsI,50,Chapter2StructureofMaterials,巖鹽型結(jié)構(gòu)（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(shù)都是6。,也稱為NaCl型結(jié)構(gòu),實例：NaCl,KCl,LiF,KBr,MgO,CaO,SrO,BaO,CdO,VO,MnO,FeO,CoO,NiO,51,Chapter2StructureofMaterials,閃鋅礦型結(jié)構(gòu)（ZincBlendeStructure）,也稱為ZnS型結(jié)構(gòu)。正負離子配位數(shù)均為4，負離子按面心立方排列，正離子填入半數(shù)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(jié)果是每個離子與相鄰的4個異號離子構(gòu)成正四面體,實例：ZnS,BeO,SiC,r+/r-=0.33,52,Chapter2StructureofMaterials,螢石和反螢石型結(jié)構(gòu)（FluoriteandAntifluoriteStructures）,反螢石型結(jié)構(gòu)：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(shù)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；,53,Chapter2StructureofMaterials,螢石型結(jié)構(gòu)：反螢石型結(jié)構(gòu)中的正負離子位置互換。正負離子的配位數(shù)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(jié)構(gòu)。,54,Chapter2StructureofMaterials,55,Fluorspar,Chapter2StructureofMaterials,金紅石型結(jié)構(gòu)（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(shù)是6，形成[TiO6]八面體。O2-離子的配位數(shù)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,r+/r-=0.48,56,Chapter2StructureofMaterials,多元離子晶體結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)尖晶石型結(jié)構(gòu),57,Chapter2StructureofMaterials,常見的多離子晶體結(jié)構(gòu),58,Chapter2StructureofMaterials,鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)（PerovskiteStructure）,化學(xué)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(fù)合氧化物結(jié)構(gòu)。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。,59,Chapter2StructureofMaterials,尖晶石型結(jié)構(gòu)（SpinelStructure）,化學(xué)通式為AB2O4型，屬于復(fù)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(shù)為4，B離子在八面體空隙中，配位數(shù)為6。,60,Chapter2StructureofMaterials,硅酸鹽結(jié)構(gòu)SilicateStructure,61,Chapter2StructureofMaterials,硅酸鹽的結(jié)構(gòu)組成：硅氧骨干一硅和氧按不同比例組成的負離子團、硅氧骨干以外的正離子和負離子。硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)特點：(1)構(gòu)成的基本結(jié)構(gòu)單元是由Si和O組成的[SiO4]4-四面體。(2)每個O最多只能為兩個[SiO4]4-四面體所(3)[SiO4]四面體中未飽和的O和金屬正離子結(jié)合后，可以獨立地在結(jié)構(gòu)中存在，也可以通過[SiO4]4-共用四面體頂點連接成單鏈、雙鏈或成層狀、網(wǎng)狀等復(fù)雜結(jié)構(gòu),但不能共棱和共面。同一類硅酸鹽中,[SiO4]4-四面體連接方式只有一種。(4)[SiO4]4-中Si－O－Si結(jié)合鍵不是一條直線,呈145夾角。,四面體中硅與氧原子位置,單一和成對的硅酸鹽,群組狀硅酸鹽,65,Silicatestructure,硅酸鹽結(jié)構(gòu)類型,島狀,鏈狀,層狀,網(wǎng)架狀,65,Chapter2StructureofMaterials,66,,66,硅酸鹽結(jié)構(gòu)示意圖,Chapter2StructureofMaterials,67,島狀結(jié)構(gòu),島狀硅酸鹽（IslandSilicates）,[SiO4]4-四面體以孤島狀存在，無橋氧，結(jié)構(gòu)中O/Si比值為4。每個O2-一側(cè)與1個Si4+連接，另一側(cè)與其它金屬離子相配位使電價平衡。,67,Chapter2StructureofMaterials,68,鎂橄欖石Mg2SiO4的理想結(jié)構(gòu),68,鎂橄欖石,Chapter2StructureofMaterials,69,,斜方晶系晶胞參數(shù)a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm晶胞分子數(shù)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(jié)構(gòu),鎂橄欖石Mg2[SiO4]結(jié)構(gòu),69,Chapter2StructureofMaterials,70,(100)面上的投影圖,(001)面上的投影圖,立體側(cè)視圖,鎂橄欖石結(jié)構(gòu),70,Chapter2StructureofMaterials,71,結(jié)構(gòu)中的同晶取代,結(jié)構(gòu)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）SiO4固溶體。,71,Chapter2StructureofMaterials,72,每個[SiO4]四面體含有兩個橋氧時，可形成環(huán)狀和單鏈狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽，此時O/Si比值為3。也可以形成雙鏈結(jié)構(gòu)，此時橋氧的數(shù)目為2和3相互交錯，O/Si比值為2.75。,72,環(huán)狀和鏈狀硅酸鹽（RingandChainSilicates）,Chapter2StructureofMaterials,73,,綠寶石結(jié)構(gòu),綠寶石Be3Al2[Si6O18]結(jié)構(gòu)（環(huán)狀）,六方晶系晶胞參數(shù)a=0.921nm，c=0.917nm晶胞分子數(shù)Z=2綠寶石的基本結(jié)構(gòu)單元是由6個[SiO4]4-四面體組成的六節(jié)環(huán)，六節(jié)環(huán)中的1個Si4+和2個O2-處在同一高度，環(huán)與環(huán)相疊起來。圖中粗黑線的六節(jié)環(huán)在上面，標(biāo)高為100，細黑線的六節(jié)環(huán)在下面，標(biāo)高為50。上下兩層環(huán)錯開30o，投影方向并不重疊。環(huán)與環(huán)之間通過Be2+和Al3+離子連接。,73,Chapter2StructureofMaterials,74,綠寶石晶胞在（0001）面上的投影（上半個晶胞）,,74,Chapter2StructureofMaterials,75,單斜晶系晶胞參數(shù)a=0.971nm，b=0.889nm，c=0.524nm?=105o37’，晶胞分子數(shù)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(shù)為8，Mg2+為6。Ca2+負責(zé)[SiO4]底面間的連接，Mg2+負責(zé)頂點間的連接。,,75,透輝石CaMg[Si2O6]結(jié)構(gòu)（鏈狀）,Chapter2StructureofMaterials,76,（010）面上的投影,（001）面上的投影,76,透輝石結(jié)構(gòu),Chapter2StructureofMaterials,77,層狀結(jié)構(gòu),層狀結(jié)構(gòu)（SheetSilicates）,當(dāng)每個[SiO4]含有3個橋氧時，可形成層狀硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)，O/Si比值為2.5。[SiO4]通過3個橋氧在二維平面內(nèi)延伸形成硅氧四面體層，在層內(nèi)[SiO4]之間形成六元環(huán)狀，另外一個頂角共同朝一個方向,77,Chapter2StructureofMaterials,78,滑石和葉臘石,滑石,葉蠟石,78,Chapter2StructureofMaterials,79,單斜晶系晶胞參數(shù)a=0.525nm，b=0.910nm，c=1.881nm?=100o,,79,滑石Mg3[Si4O10](OH)2的結(jié)構(gòu),Chapter2StructureofMaterials,80,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),石英結(jié)構(gòu),網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(架狀),80,Chapter2StructureofMaterials,81,,81,Chapter2StructureofMaterials,82,石英的結(jié)構(gòu),硅氧四面體在（0001）面上的投影,82,Chapter2StructureofMaterials,83,,SiO2結(jié)構(gòu)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(xué)穩(wěn)定性好，無明顯解理。,83,結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系,Chapter2StructureofMaterials,84,當(dāng)[SiO4]四面體中的4個氧全部為橋氧時，四面體將連接成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。[SiO4]網(wǎng)架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，其中O/(A1+Si)為2。,84,架狀硅酸鹽（NetworkedSilicates）,Chapter2StructureofMaterials,85,,長石的結(jié)構(gòu),長石的結(jié)構(gòu),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],85,Chapter2StructureofMaterials,86,透長石晶體結(jié)構(gòu),透長石晶體結(jié)構(gòu),86,Chapter2StructureofMaterials,87,透長石晶體結(jié)構(gòu),,87,Chapter2StructureofMaterials,88,,三斜晶系晶胞參數(shù)a=0.814nm，b=1.279nm，c=0.716nm?=94o19’，?=116o34’，?=87o39’,鈉長石的結(jié)構(gòu),88,Chapter2StructureofMaterials,89,鈉長石結(jié)構(gòu)在（001）面上的投影,,89,Chapter2StructureofMaterials,2.5共價晶體結(jié)構(gòu),共價晶體：共價晶體特點：共價鍵配位數(shù)（CN）符合8－N法則典型晶體：金剛石（C的一種結(jié)晶形式）晶體結(jié)構(gòu)：復(fù)雜的結(jié)構(gòu),其原子排列除按結(jié)構(gòu)排列外,立方體內(nèi)還有4個原子；一個金剛石晶胞中有8個C原子具有典型金剛石結(jié)構(gòu)的共價晶體有：α－Sn、Si、Ge、β－ZnS、SiC其它共價晶體有：As、Sb、Bi菱形結(jié)構(gòu)層狀Se、Te三角晶體結(jié)構(gòu),2.6聚合物的晶體結(jié)構(gòu),聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是在分子間力作用下大分子相互斂聚在一起形成的組織結(jié)構(gòu)。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)分為晶態(tài)結(jié)構(gòu)和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)聚合物聚集態(tài)特點：(1)聚合物晶態(tài)包含一定量的非晶相(2)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與分子鏈本身的結(jié)構(gòu)、外界條件有關(guān)。聚合物的結(jié)晶特征：結(jié)晶為分子結(jié)構(gòu)、結(jié)晶速度慢、結(jié)晶具有不完整性、晶內(nèi)存在大量缺陷。,2.6.1聚合物的晶體型態(tài),聚合物的晶體形態(tài)有多種多樣,可分為：1、單晶2、球晶3、樹枝狀晶4、串晶5、伸直鏈晶,2.6.2聚合物晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型,1、纓狀微束模型：兩相模型認為結(jié)晶高分子中晶區(qū)和非晶區(qū)互相穿插,同時存在。2、疊鏈模型：認為聚合物晶體中大分子鏈?zhǔn)且哉郫B形式堆砌起來的。3、伸直鏈模型認為結(jié)晶大分子鏈垂直排列在晶片中4、串晶的結(jié)構(gòu)模型認為串晶是伸直鏈和折疊鏈的組合結(jié)構(gòu)。5、球晶模型認為大量多層片晶以晶核為中心,以相同的速率輻射型長大。6、霍斯曼模型折中模型,2.6.3聚合物晶體的晶胞結(jié)構(gòu),應(yīng)用電子顯微鏡和X—ray衍射分析來得到。聚合物晶胞不能是立方晶系；確定時一般取大分鏈方向為晶胞的C軸。表2.14列舉一些主分子的晶胞參數(shù)和晶胞類型。,幾個概念,1、晶態(tài)（crystallinestate）：各向異性，原子規(guī)排，固定熔點，長程有序2、非晶態(tài)（noncrystallinestate）：各向同性，無固定熔點，沒規(guī)則外形，長程無序，短程有序（玻璃）3、準(zhǔn)晶態(tài)（quasicrystallinestate）：具有一般晶體不能有的對稱性（如五次對稱軸）4、液晶（liquidcrystals）：有機物加熱時所經(jīng)歷的某一不透明的渾濁液態(tài)階段（中間相），具有和晶體相似的性質(zhì)，又稱中間相或介晶。5、超晶格（點陣）（superlattice）：是將兩種或兩種以上不同材料按照特定的迭代序列、沉積在襯底上而構(gòu)成的（可是周期、準(zhǔn)周期、隨機三種）；超晶格自然界不存在，人工生長出來的，用于半導(dǎo)體薄膜。,本章內(nèi)容提要,固態(tài)物質(zhì)可分為晶體和非晶體兩大類。晶體的性能是與內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的。為了便于了解晶體結(jié)構(gòu)，首先引入一個“空間點陣”的概念。根據(jù)“每個陣點的周圍環(huán)境相同”和6個點陣參數(shù)間的相互關(guān)系，可將晶體分為7個晶系，14種布拉維點陣。晶胞是能反映點陣對稱性、具有代表性的基本單元（最小平行六面體），其不同方向的晶向和晶面可用密勒指數(shù)加以標(biāo)注，并可采用極射投影方法來分析晶面和晶向的相對位向關(guān)系。,在晶體結(jié)構(gòu)中，最常見的的面心立方（fcc）、體心立方（bcc）、和密排六方（hcp）3種典型結(jié)構(gòu)，其中fcc和hcp系密排結(jié)構(gòu)，具有最高的致密度和配位數(shù)。這3種典型結(jié)構(gòu)的晶包胞別含有4，2，6個原子。利用鋼球模型可以算出晶體結(jié)構(gòu)中的間隙，以及點陣常數(shù)與原子半徑之間的關(guān)系。金屬晶體的結(jié)合鍵是金屬鍵，故往往由此構(gòu)成具有高度對稱性的簡單晶體結(jié)構(gòu)，如fcc，bcc和hcp等。但是，工業(yè)上廣泛使用的金屬材料大多數(shù)是合金。由于合金元素的加入，使形成的合金相結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。合金元之間的相互作用，及所形成的合金相的性質(zhì)，主要是由他們各自的電化學(xué)因素、原子尺寸因素和電子濃度3個因素控制的。合金相基本上可分為固溶體和中間相兩大類。,固溶體保持溶劑晶體結(jié)構(gòu)類型。根據(jù)溶質(zhì)在固溶體點陣中的位置可分為置換固溶體和間隙固溶體；按固溶濃度則可分為有限固溶體和無限固溶體；而按溶質(zhì)在固溶體中的排布，則可分為無序固溶體和有序固溶體；若按溶劑分類則有第一類固溶體和第二類固溶體。中間相的晶體結(jié)構(gòu)不同于其他組元的結(jié)構(gòu)，它通?？梢杂没衔锏幕瘜W(xué)分子式表示。中間相根據(jù)其主導(dǎo)影響因素可分為正常價化合物、電子化合物、間隙相與間隙化合物、拓撲密堆相等。,離子晶體是以正負離子為結(jié)合單元的，其結(jié)合鍵為離子鍵。Pauling在實驗基礎(chǔ)上，用離子鍵理論歸納總結(jié)出離子晶體的如下結(jié)構(gòu)規(guī)則：負離子配位多面體規(guī)則，電價規(guī)則，負離子多面體共用頂、棱和面的規(guī)則，不同種類正離子多面體間連接規(guī)則和節(jié)約規(guī)則等。他們在分析、理解晶體結(jié)構(gòu)簡單明了，突出了結(jié)構(gòu)的特點。典型的離子晶體結(jié)構(gòu)是NaCl型，自然界有幾百種化合物屬于此種結(jié)構(gòu)。它屬于立方晶系，F(xiàn)m3m空間群，可以看作分別由和構(gòu)成兩個fcc結(jié)構(gòu)相互在棱邊上穿插而成。在無機非金屬材料中，硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)尤其復(fù)雜，有孤島狀、組群狀、鏈狀、層狀和骨架狀等結(jié)構(gòu)。但它們有一個共同點，即均有四面體，并遵循由此導(dǎo)出的硅酸鹽結(jié)構(gòu)定律。共價晶體是以共價鍵結(jié)合的。共價晶體的共同點是配位數(shù)服從8—N法則（N為原子的最典型的共價鍵晶體結(jié)構(gòu)式金剛石結(jié)構(gòu)。它屬于復(fù)雜的fcc結(jié)構(gòu)，可視為有兩個fcc晶胞沿體對角線相對位移1/4距離穿插而成。,聚合物晶態(tài)結(jié)構(gòu)是其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（三次結(jié)構(gòu)）的一大類。由于大分子結(jié)構(gòu)的緣故，聚合物的結(jié)晶是分子結(jié)晶，一個大分子可以貫穿若干個晶胞，結(jié)晶速度慢且存在結(jié)晶不完整性。聚合物的晶態(tài)多種多樣，主要有單晶、片晶、球晶、樹枝晶狀、孿晶和串晶等。由于聚合物的晶態(tài)結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，可用纓狀微束模型加以描述。固態(tài)物質(zhì)中除各種晶體外，另有一大類稱為非晶體。由于非晶態(tài)物質(zhì)內(nèi)的原子排列在三維空間中不具有長程有序和周期性，故決定了他在性質(zhì)上是各向異性的，沒有固定的熔點（對玻璃而言，存在一個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）。但應(yīng)注意固態(tài)物質(zhì)雖有晶體和非晶體之分，然而在一定條件下，而者是可以相互轉(zhuǎn)換的。,