材料科学基础2

4,面心立方最密堆积(A1)型 面心立方最密堆积(A1)型
a , 在密置双层 AB的基础上,第三 层球的球心投影到 AB层的正八面体空 隙的中心上且与B层 紧邻,称第三层为C 层.以后第四,五, 六层的投影位置分别 与第一,二,三层重 合.ABCABC…型堆 积
b, 把每个 球当成一个结构 基元,A1型堆积 可抽出一个立方 面心晶胞.
共价晶体结构
金刚石是碳的一种结晶形 式,每个碳原子均有4个 等距离的最近邻原子,全 部按共价键结合.晶体结 构属于复杂的面心立方结 构,碳原子除按通常的面 心立方结构排列外,相当 于交叉排列的4个四面体 间隙中心位置,故每个晶 胞内共含有8碳个原子. 具有金刚石型结构的共价 晶体还有α-Sn,Si,Ge.
晶格间隙
面心立方结构
面心立方晶体结构的晶格间隙
体心立方晶体结构的晶格间隙
密排六方晶体结构的晶格间隙
多晶型性
定义:合金元素具有两种 或两种类型以上的晶体结 构的特性即为元素的多晶 多晶 型性,也称同素异构性 同素异构性. 型性 同素异构性 当外界条件改变时,元素 的晶体结构可以发生转变, 称为同素异构转变 多晶 同素异构转变或多晶 同素异构转变 型转变. 型转变 转变的产物称为同素异构 同素异构 体. 很多元素在高温下具有体 心立方结构,而在低温下 往往具有密排结构(面心 立方或密排六方). .
当 格 子 为 平 面 六 方 格 子 . 正 , 阵 点 方 六 面 平 个 一
出 构 基 元 , 可 由 密 置 层 抽
结 若 把 每 个 球 作 为 一 个 图2:等径圆球的密置层
最密晶面和密排面的区别
在面心立方和密排六方结构中最密晶面就 是密排面 在体心立方结构中最密晶面不是密排面 密排面上每个原子和最近邻的原子之间都 是相切的
③ 三维密排:不在同一平面 上的相邻四球相切(堆垛) 将两个密置层(分别 称为A层和B层)叠加起来 作最密堆积称为密排双层, 这也只有一种叠合方式.
叠合过程为:将第二层 球的球心投影到第一层中由 三个球所围成的三角形空隙 的中心上,及上,下两层密 置层相互接触并平行地互相 错开.如下图:
图3(a)
TiO2(金红石)型结构 金红石)
金红石是TiO2的一 种稳定型结构,属 四方晶系体心四方 点阵
方石英( β-方石英(方晶石)型结构 方石英 方晶石)
方晶石为SiO2高温时的同 素异构体,属立方晶系 Si4+占据全部面心立方结 点位置和交叉占据其中一 半的四面体间隙, Si4+的 配位数为4,O2-的配位数 为2,每个晶胞含有8个 Si4+和16个O2 SiO2虽有多种同素异构体, 但其他的结构都可看成是 由β-方石英的结构变形而 得.
其属菱方晶系, 配位数为3,即 每个原子有3个 最近邻的原子, 以共价键方式相 结合并形成层状 结构,层间具有 金属键性质.
其属六方晶系,配位数 为2,每个原子有2个近 邻原子,以共价键方式 相结合,原子组成呈螺 旋分布的链状结构.
复习题
1. 分别画出面心立方,体心立方,密排六 方晶胞,并分别计算面心立方,体心立方, 密排六方晶体的致密度. 2. 分别计算面心立方晶体{111}晶面和体心 立方晶体{110}晶面原子面密度. 1. 何谓金属的多晶型性? 2. 分别计算面心立方和体心立方结构中八 面体和四面体间隙的大小.
(二) AB2型化合物的晶体结构 二
CaF2(萤石)型结构 萤石) CaF2属立方晶系面心立方点阵 Ca2+构成面心立方点阵,F-则 位于其中8个四面体间隙中心位 置,即填充了全部的四面体间 隙, Ca2+的配位数为8,F-的 配位数为4,每个晶胞含有4个 Ca2+和8个F-. 属于CaF2型结构的化合物还有 ThO2,CeO2,VO2,ZrO2等.
1.3.2离子晶体结构
AB型化合物的晶体结构 型化合物的晶体结构 AB2型化合物的晶体结构 A2B3型化合物的晶体结构
A CsCl型结构 型结构
B-NaCl型结构 型结构
---Cl-
--- Na+
C-立方 立方ZnS型结构 立方 型结构
该结构又称闪锌矿型立方 (βZnS),属立方晶系面心立方 点阵 S2-构成面心立方点阵,而 Zn2+则交叉分布在其中的四个 四面体间隙中,正负离子的 配位数均为4,每个晶胞含有 4个Zn2+和4个S2 Be,Cd的硫化物,硒化物, 碲化物及CuCl也属此类型结 构.
A1或FCC A2或BCC A3或HCP
a
<110>方向为密排方向
面心立方点阵参数与原子半径的关系
a 2a
a
<111>方向为密排方向
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
面心立方点阵参数与原子半径的关系
2r
c
120o
a
r=a/2
a
2r <110>方向为密排方向
面心立方点阵参数与原子半径的关系
配位数
晶体用配位数 致密度 配位数和致密度 配位数 致密度来描述原子排列的紧密程度
A2B3型化合物的晶体结构
以α-Al2O3为代表的刚玉型结 构是A2B3型化合物的典型晶体 结构. 属菱方晶系,O2-近似作密排 六方堆积,Al3+位于八面体间 隙中,但只占据这种间隙的 2/3, Al3+的配位数为6,O2的配位数为4,每个晶胞含有4 个Al3+和6个O2-. 属于刚玉型结构的化合物还有 Cr2O3,α-Fe2O3,α-Ga2O3等.
<111>晶面
面心立方结构
体心立方结构
密排六方结构
<0001>晶面
2,金属晶体中的原子堆垛方式
① 一维密排:在同一直线上相邻两球相切 沿直线方向将等径圆球紧密排列成一列叫做 密排方向
a
② 密排面(二维密排):任意不在同一直线上三球相切
沿二维空间伸展的等径圆球的最密堆积形式叫密排面,它只有一种 排列方式.(如图2)在密置层中每个球都与周围六个球紧密接触,配位 数为6,三个球形成一个三角形空隙,因此每个球分摊两个三角形空隙.
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1.说明为何十四种布拉菲点阵中不存 在底心四方点阵和面心四方点阵? 1. 画出面心立方晶体中(111)面上 的[112 ]晶向. 2. 何谓晶带定律?判断( 1 10),(1 3 2) 和( 3 11)晶面是否属于同一晶带. 3. 分别计算晶格常数为a的面心和体 心立方晶体{110}晶面的面间距.
1.3.1常见的晶体结构
A B
C C C C B B B B B (b) 面心立方晶胞 C
A
C
3,六方最密堆积(A3)型
在密置双层AB的 A 去,第3层与B层接触, B A 其球心的投影与A球的 B 球心重合,称第3层为 A A层.同理第四层为B B 基础上将第3层球堆上 层,依此类推.A3型 堆积记为ABAB…型 堆积. 图4(a)
D-六方 六方ZnS型结构 六方 型结构
六方ZnS型又叫纤锌矿型, 属六方晶系密排六方结构 S2-构成密排六方点阵,而 Zn2+则占交叉占据其中一 半的四面体间隙,正负离 子的配位数均为4,每个 晶胞含有6个Zn2+和6个 S2 属于这种结构类型的还有 SiC,ZnO,ZnSe,AgI, BeO等.