材料科学基础第2章.ppt

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1、2.2.2 2.2.2 多晶型性多晶型性 多多晶晶型型性性指指某某些些金金属属在在不不同同温温度度和和压压力力下下具具有有不不同同的的晶晶体结构。体结构。多多晶晶型型性性转转变变指指金金属属在在外外部部条条件件 (如如 T T 和和 P)P)改改变变时时，其其内内部部从从一一种种晶晶体体结结构构向向另另一一种种晶晶体体结结构构的的转转变变,又又称称同同素素异构（同素异性）转变异构（同素异性）转变例如纯铁例如纯铁:2.2.3 2.2.3 晶体的各向异性晶体的各向异性 各向异性：各向异性：由于在不同方向上的原子排列的紧密程由于在不同方向上的原子排列的紧密程度不同使晶体在不同方向上的物理、化学和力学

2、性度不同使晶体在不同方向上的物理、化学和力学性能不同。而一般整个晶体不显示各向异性，称为伪能不同。而一般整个晶体不显示各向异性，称为伪等向性。等向性。晶粒：晶粒：组成晶体的结晶颗粒。组成晶体的结晶颗粒。多晶体：多晶体：凡由两颗以上晶粒组成的晶体一般金属都凡由两颗以上晶粒组成的晶体一般金属都是多晶体。是多晶体。晶晶 粒粒多相合金多相合金2.3 2.3 合金相结构合金相结构概概 述述 1.1.1.1.合合合合金金金金(alloy)-alloy)-alloy)-alloy)-两两种种或或两两种种以以上上的的金金属属或或金金属属与与非非金金属属经经冶冶炼炼、烧烧结结或或其其他他方方法法组组合合而而成成

3、并并具具有有金金属属特特性性的的物物质质。组组元元-组组成成合合金金的的基基本本单单元元。(如如一一元元、二二元元、三三元元合合金金)。组组元元可可以以是是金金属属和和非非金金属属,也可以是化合物也可以是化合物 2.2.2.2.组组组组织织织织(structure)-structure)-structure)-structure)-材材料料中中的的直直观观形形貌貌,可可以以用用肉肉眼眼观观察察到到,也也可可以以借借助助于于放放大大镜镜、显显微微镜镜观观察察到到的的微微观观形形貌貌。分分为为:宏宏观观组组织织:肉肉眼眼或或是是3030倍倍放放大大镜镜所所呈现的形貌；呈现的形貌；显微组织显微组织:

4、显微镜观察而呈现的形貌。显微镜观察而呈现的形貌。3.3.3.3.相相相相(phase)-phase)-phase)-phase)-合合金金中中具具有有同同一一聚聚集集状状态态,同同一一化化学学成成分分、同同一一晶晶体体结结构构和和性性质质并并以以界界面面相相互互隔隔开开的的均均匀匀组组成成部部分分。由不同形态、大小、数量和分布的相组成的综合体。如单相、两相、多相合金。金属及合金的组织一般应用显微镜才能看到，所以常称显微组织。相分类相分类相分类相分类:固溶体和中间相固溶体和中间相固溶体和中间相固溶体和中间相(金属间化合物金属间化合物金属间化合物金属间化合物)l l固溶体固溶体固溶体固溶体l l中

5、间相中间相中间相中间相 中间相可以用分子式来大致表示其组成。中间相可以用分子式来大致表示其组成。合金相的性质由以下三个因素控制合金相的性质由以下三个因素控制:（1 1）电化学因素）电化学因素(电负性或化学亲和力因素电负性或化学亲和力因素)电电负负性性化化学学亲亲和和力力越越大大越越容容易易形形成成化化合合物物，电电负性相近的元素容易形成固溶体。负性相近的元素容易形成固溶体。（2 2）原原子子尺尺寸寸因因素素 r=r=（r rA Ar rB B)/r)/rA A rr越越大大，越越易易形成中间相。形成中间相。r r越小，越易形成固溶体越小，越易形成固溶体（3 3）原子价因素）原子价因素(电子浓度

6、因素电子浓度因素):):C C电电子子=A(100A(100 x)x)Bx/100 Bx/100 C C越越大大，越越易易形成化合物；形成化合物；C C越小，越易形成固溶体越小，越易形成固溶体2.3.1 2.3.1 固溶体固溶体固溶体固溶体固溶体固溶体(solid solution)solid solution)solid solution)solid solution)：合合金金组组元元通通过过溶溶解解形形成成一一种种成成分分和和性性能能均均匀匀的的、且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。固溶体的最大特点是保持溶剂的晶体结构。固溶体的最大特点是保持溶剂的

7、晶体结构。与与固固溶溶体体晶晶格格相相同同的的组组元元为为溶溶剂剂，一一般般在在合合金金中中含量较多；另一组元为溶质，含量较少。含量较多；另一组元为溶质，含量较少。固溶体用固溶体用、等符号表示。等符号表示。A A、B B组元组组元组成的固溶体也可表示为成的固溶体也可表示为A(B),A(B),其中其中A A为溶剂为溶剂,B B为为溶质。例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶体溶质。例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶体一般用一般用表示表示,亦可表示为亦可表示为Cu(Zn)Cu(Zn)。1.1.固溶体分类固溶体分类(1)1)1)1)按溶质原子在点阵中所占位置分为：按溶质原子在点阵中所占位置分为：按溶质原

8、子在点阵中所占位置分为：按溶质原子在点阵中所占位置分为：置换固溶体置换固溶体(substitutional solid solution)substitutional solid solution)：溶质溶质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。(Cu-NiCu-Ni合金合金)间隙固溶体间隙固溶体(interstitial solid solution)interstitial solid solution)：溶质原溶质原子分布于溶剂晶格间隙中。子分布于溶剂晶格间隙中。(2)(2)(2)(2)按溶质原子在溶剂原子中溶解度分类：按溶质原子在溶剂原子中溶解度分类：按溶

9、质原子在溶剂原子中溶解度分类：按溶质原子在溶剂原子中溶解度分类：有限固溶体：有限固溶体：在一定条件下在一定条件下,溶质原子在溶剂中的溶解量溶质原子在溶剂中的溶解量有一个上限有一个上限,起过这个限度就形成新相。起过这个限度就形成新相。无限固溶体：无限固溶体：溶质原子可以任意比例溶入溶剂晶格中形溶质原子可以任意比例溶入溶剂晶格中形成的。如成的。如:CuNi AuAg TiZrCuNi AuAg TiZr，结构结构相同。相同。(3)(3)按溶质原子在溶剂中的分布特点分类按溶质原子在溶剂中的分布特点分类 无无序序固固溶溶体体：溶溶质质原原子子在在溶溶剂剂中中任任意意分分布布,无规律性。无规律性。有有序

10、序固固溶溶体体：溶溶质质原原子子按按一一定定比比例例和和有有规律分布在溶剂晶格的点阵或间隙里。规律分布在溶剂晶格的点阵或间隙里。(4)(4)按基体类型分类：按基体类型分类：一一次次固固溶溶体体：以以纯纯金金属属为为基基形形成成的的固固溶溶体。体。二二次次固固溶溶体体：以以化化合合物物为为基基形形成成的的固固溶溶体。体。固溶体的两种类型（置换和间隙）固溶体的两种类型（置换和间隙）有序固溶体短程有序固溶体短程有序固溶体长程有序固溶体长程有序固溶体偏聚有序固溶体偏聚2.2.置换固溶体置换固溶体置换固溶体一般在金属元素之间形成，但要有一定条件。置换固溶体一般在金属元素之间形成，但要有一定条件。(1)(

11、1)晶晶体体结结构构相相同同是是形形成成无无限限固固溶溶体体的的必必要要条条件件。否否则则只只能能形形成成有有限限固溶体。固溶体。(2)(2)原原子子尺尺寸寸在在其其它它条条件件相相近近时时,r15%r0.850.85固固溶溶体体中中溶解度较大溶解度较大,否则较小。否则较小。如如:铁基合金中，铁基合金中，r8%r8%才能形成无限固溶体。才能形成无限固溶体。铜基合金中，铜基合金中，r10%r41%r41%或或 r r质质/r r间间隙隙固固溶溶体体只只能能是是有有限限固固溶溶体体,一一般般溶溶解解度度较较小小。如如：碳碳原原子子在在FeFe（最最大大Wt=0.0218%Wt=0.0218%）和和

12、FeFe（最最大大Wt=2.11%Wt=2.11%）中中形形成成的的间间隙隙固固溶溶体体为为有有限限固溶体。固溶体。间隙固溶体示意图间隙固溶体示意图1 1间隙固溶体示意图间隙固溶体示意图2 2间隙固溶体中的点阵畸变间隙固溶体中的点阵畸变 固固固固溶溶溶溶体体体体中中中中溶溶溶溶质质质质原原原原子子子子的的的的分分分分布布布布并并并并不不不不是是是是完完完完全全全全无无无无序序序序的的的的。一一般般认认为为热热力力学学上上平平衡衡状状态态的的无无序序固固溶溶体体溶溶质质原原子分布在宏观上是均匀的子分布在宏观上是均匀的,在微观上是不均匀的。在微观上是不均匀的。在在一一定定条条件件下下,溶溶质质原原

13、子子和和溶溶剂剂原原子子在在整整个个晶晶体体中中按按一一定定的的顺顺序序排排列列起起来来,形形成成有有序序固固溶溶体体。有有序序固固溶溶体体中中溶溶质质原原子子和和溶溶剂剂原原子子之之比比是是固固定定的的,可可以以用用化化学学分分子子式式来来表表示示,因因此此把把有有序序固固溶溶体体结结构构称称为为超超点点阵阵。例例如如：在在CuCuAlAl合合金金中中,CuCu：AlAl原原子子比比是是1 1：1 1或或3 3：1 1时时从从液液态态缓缓冷冷条条件件下下可可形形成成有序的超点阵结构有序的超点阵结构,用用CuAlCuAl或或CuCu3 3AlAl来表示。来表示。固固溶溶体体中中由由于于含含有有

14、溶溶质质原原子子会会引引起起点点阵阵常常数数、性能的变化。表现：性能的变化。表现：(1)(1)点阵常数改变点阵常数改变点阵常数改变点阵常数改变 置置换换固固溶溶体体：r r质质 r r剂剂，a a增增大大；r r质质 r r剂剂，a a减减小。小。间隙固溶体：间隙固溶体：a a始终随溶质原子溶入而增大。始终随溶质原子溶入而增大。(2)(2)固固固固溶溶溶溶强强强强化化化化：溶溶质质原原子子溶溶入入,使使其其硬硬度度和和强强度度升升高。高。(3)(3)物理化学性能改变物理化学性能改变物理化学性能改变物理化学性能改变。2.3.2 2.3.2 中间相中间相中中间间相相是是合合金金组组元元间间发发生生

15、相相互互作作用用而而形形成成的的一一种种新新相相,它它可可以以是是化化合合物物,也也可可以以是是以以化化合合物物为为基基的的固固溶溶体体(二二次次固固溶溶体体),),一一般般可可以以用用化化学学分分子子式式来来表表示示,但但不不一一定定符符合合化化合合价规律。价规律。中中间间相相中中原原子子的的结结合合方方式式为为金金属属键键与与其其它它结结合合键键相相混混合合的方式。它们都具有金属特性。的方式。它们都具有金属特性。中中间间相相如如：钢钢中中Fe3CFe3C、铝铝铜铜合合金金中中CuAlCuAl、黄黄铜铜中中CuZnCuZn、半半导导体体中中GaAsGaAs、形形状状记记忆忆合合金金中中NiT

16、iNiTi和和CuZnCuZn、核核反反应应堆堆材料中材料中ZrZr3 3AlAl、储氢能源材料中储氢能源材料中LaNiLaNi5 5等。等。中中间间相相分分类类：正正常常价价化化合合物物、电电子子化化合合物物、原原子子尺尺寸寸有有关化的化合物关化的化合物(间隙相、间隙化合物、间隙相、间隙化合物、TCPTCP相相)、超结构。、超结构。正正正正常常常常价价价价化化化化合合合合物物物物（valence valence valence valence compoundcompoundcompoundcompound）是是一一些些金金属属与与电电负负性性较较强强的的A A、AA、AA族族的的一一些些元

17、元素素按按照照化化学学上上的的原原子子价价规规律律所所形形成成的的化化合合物物。其其特特点点是是符符合合化化合合物物规规律律。具具有有严严格格的的化化合合比比、成成分分固固定定不不变变，成成分分可可用用化化学学式式表表示示,一般为一般为ABAB型、型、ABAB2 2型或型或A A2 2B B型、型、A A3 3B B2 2型。型。正正正正常常常常价价价价化化化化合合合合物物物物的的的的晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构通通通通常常常常对对对对应应应应于于于于同同同同类类类类分分分分子子子子式式式式的的的的离离离离子子子子化化化化合合合合物物物物结结结结构构构构。例例如如:A A2 2B B型型

18、MgMg2 2Pb Pb MgMg2 2Sn Sn MgMg2 2Ge Ge MgMg2 2Si ABSi AB型型 MgS MnS FeSMgS MnS FeS 正正正正常常常常价价价价化化化化合合合合物物物物在在在在常常常常温温温温时时时时有有有有很很很很高高高高的的的的硬硬硬硬度度度度和和和和脆脆脆脆性性性性。在在工工业业合合金金中中,能能起起到到提提高高材材料料强强度度和和硬硬度度的的作作用用,称称为为强强化化相相。如如AlAlMgMgSiSi合合金金中中MgMg2 2SiSi；但但有有时时也也是是有有害害相相,如如钢中钢中FeSFeS会引起钢的脆性。会引起钢的脆性。电电电电子子子子价

19、价价价化化化化合合合合物物物物（electron electron electron electron compoundcompoundcompoundcompound）是是由由B B族族（CuCu、AuAu、AgAg）或或过过 渡渡族族金金属属（FeFe、CoCo、NiNi）与与B B、AA、AA族族元元素素形形成成的的金金属属化化合合物物。电电子子价价化化合合物物的的特特点点是是不不遵遵循循原原子子价价规规律律、电电子子浓浓度度是是决决定定其其晶晶体体结结构构的的主主要要因因素素。电电子浓度相同子浓度相同,相的晶体结构类型相同。相的晶体结构类型相同。电电电电子子子子浓浓浓浓度度度度 =（化

20、化化化合合合合物物物物元元元元素素素素价价价价电电电电子子子子总总总总数数数数 /化化化化合合合合物物物物原原原原子数）子数）子数）子数）注注:计算时过渡族元素时价电子数视为计算时过渡族元素时价电子数视为0 0。电子浓度、相、结构对应关系如下：电子浓度、相、结构对应关系如下：C C电子电子=7/4=7/4（即（即21/1221/12）密排六方结构密排六方结构 C C电子电子=21/13 =21/13 复杂立方结构复杂立方结构 C C电子电子=3/2=3/2（即（即21/1421/14）体心立方结构体心立方结构 Mn Mn 复杂立方或密排六方结构复杂立方或密排六方结构 电电电电子子子子价价价价化

21、化化化合合合合物物物物具具具具有有有有金金金金属属属属特特特特性性性性,具具具具有有有有高高高高熔熔熔熔点点点点、高高高高硬硬硬硬度度度度但但但但塑塑塑塑性性性性低低低低,与与与与固固固固溶溶溶溶体体体体适适适适当当当当搭搭搭搭配配配配使使使使合合合合金金金金得得得得到到到到强强强强化化化化,作作作作为为为为非非非非FeFeFeFe合合合合金金金金中中中中重要组成相。重要组成相。重要组成相。重要组成相。3.3.原子尺寸因素有关的化合物原子尺寸因素有关的化合物A A尺尺尺尺寸寸寸寸因因因因素素素素有有有有关关关关的的的的化化化化合合合合物物物物（sizesizesizesizefactor fa

22、ctor factor factor compoundcompoundcompoundcompound）类类型型与与组组成成元元素素的的原子尺寸关别关。比较复杂。原子尺寸关别关。比较复杂。(1)(1)(1)(1)间间间间隙隙隙隙相相相相和和和和间间间间隙隙隙隙化化化化合合合合物物物物 间间隙隙相相和和间间隙隙化化合合物物是是由由过过渡渡族族金金属属与与原原子子半径很小的非金属元素（半径很小的非金属元素（C C、H H、N N、B B等）组成的。等）组成的。rx/rmrx/rm时形成简单结构的间隙相时形成简单结构的间隙相 rx/rmrx/rm时形成复杂结构的间隙化合物时形成复杂结构的间隙化合物a

23、 a a a、间间间间隙隙隙隙相相相相 间间隙隙相相的的晶晶格格类类型型比比较较简简单单且且与与组组元元的的结结构构不不同同。在在间间隙隙相相晶晶格格中中金金属属原原子子占占据据正正常常位位置置,非非金金属属原原子子占占据据间间隙隙位位置置,有有如如下下规律：规律：rx/rmrx/rm时进入四面体间隙时进入四面体间隙 rx/rmrx/rm时进入八面体间隙时进入八面体间隙 化化学学式式：M4X M4X M2X M2X MX MX MX2MX2。间间隙隙相相的的化化学学式式与与晶晶格格类类型型有一定的对应关系。表有一定的对应关系。表2.112.11（P44P44）间间隙隙相相具具有有金金属属特特性

24、性如如有有金金属属光光泽泽、良良好好的的导导电电性性、极极高高的的硬硬度度和和熔熔点点,是是合合金金工工具具钢钢、硬硬质质合合金金和和高高温温金金属属陶陶瓷瓷材材料料的的重重要要组组成成相。相。b.b.b.b.间间间间隙隙隙隙化化化化合合合合物物物物 间间隙隙化化合合物物的的晶晶体体结结构构比比较较复复杂杂。其其表表达达式式有有如如下下类类型型：M3CM3C、M7C3M7C3、M23C6M23C6、M6CM6C。间间隙隙化化合合物物中中金金属属元元素素M M常常被被其其它它金金属属元元素所代替形成化合物为基的固溶体（二次固溶体）。素所代替形成化合物为基的固溶体（二次固溶体）。在在H H、N N

25、、C C、B B等等非非金金属属元元素素中中,由由于于H H和和N N的的原原子子半半径径很很小小,与与所所有有过过渡渡族族金金属属都都满满足足rx/rm0.59,rx/rm0.59rB/rm0.59，硼硼化化物物均均为为间间隙隙化化合合物物；而而碳碳原原子子半半径径处处于于中中间间,某某些些碳碳化化物物为为间间隙隙相相,某某些些为为间间隙化合物。隙化合物。间隙化合物的熔点、硬度较高，也是强化相。间隙化合物的熔点、硬度较高，也是强化相。(2)(2)(2)(2)TCPTCPTCPTCP相相相相 TCPTCP相相（topologically topologically close-packed c

26、lose-packed phasephase）的的特特点点：由由配配位位数数为为1212、1414、1515、1616的的配配位位多多面面体体堆堆垛垛而而成成；呈呈层层状状结结构。构。TCPTCP相类型：相类型：LavsLavs相相 AB2AB2型型 镁合金、不锈钢中出现镁合金、不锈钢中出现 相相 ABAB型或型或AxBxAxBx型型 有害相有害相4.4.超结构超结构有序固溶体有序固溶体 超结构（超结构（超结构（超结构（super structure/latticesuper structure/latticesuper structure/latticesuper structure/lat

27、tice）类型：类型：有有序序化化条条件件：异异类类原原子子之之间间的的相相互互吸吸引引大大于于同同类类原子间原子间 有序化影响因素：有序化影响因素：CuAuCuAu有序固溶体的晶体结构有序固溶体的晶体结构（参考教材（参考教材P50 P51P50 P51）2.4 2.4 离子晶体离子晶体uu离子晶体有关概念离子晶体有关概念离子晶体有关概念离子晶体有关概念u1.1.离离离离子子子子晶晶晶晶体体体体(ionic ionic ionic ionic crystal)crystal)crystal)crystal)：由由正正、负负离离子子通通过过离离子子键键按按一一定定方方式式堆堆积积起起来来而而形形

28、成成的的。陶陶瓷瓷大大多多数数属属于于离离子子晶体。晶体。u2.2.离离离离子子子子半半半半径径径径(ionic ionic ionic ionic radius)radius)radius)radius)：从从原原子子核核中中心心到到其其最最外外层层电电子子的的平平衡衡距距离离。对对离离子子晶晶体体，通通常常认认为为晶晶体体中中相相邻邻的的正正负负离离子子中中心心之之间间的的距距离离作作为为正正负负离离子子半半径径之之和和，即即R R0 0=R=R+R+R 。但但 利利用用x x射射线线可可求求得得R R。离离子子半半径径大大小小并并非非绝绝对，同一离子随着价态和配位数而变。对，同一离子随着

29、价态和配位数而变。u3.3.离离离离子子子子堆堆堆堆积积积积：离离子子晶晶体体通通常常由由负负离离子子堆堆积积成成骨骨架架，正正离离子子按按其其自自身身大大小小居居于于相相应应负负离离子子空空隙隙（负负离离子子配配位位多多面面体）。体）。v4.4.配配配配位位位位数数数数CN(coordination CN(coordination CN(coordination CN(coordination number)number)number)number)：与与某某一一离离子子邻邻接接的的异异号号离离子子的的数数目目。取取决决于于正正负负离离子子的的半半径径比比R R+/R/R，常常见的是见的是4

30、 4、6 6、8 8，不同配位数时，离子半径间关系为：不同配位数时，离子半径间关系为：0.97 0.97 0.97 0.97 CN=8CN=8CN=8CN=8CN=6CN=4CN=6CN=4CN=6CN=4CN=6CN=4 v5.5.负负负负离离离离子子子子配配配配位位位位多多多多面面面面体体体体：离离子子晶晶体体中中与与某某一一正正离离子子成成配配位位关系而邻接的各负离子中心线所构成的多面体。关系而邻接的各负离子中心线所构成的多面体。v6.6.离离离离子子子子晶晶晶晶体体体体的的的的特特特特点点点点：离离子子键键、硬硬度度高高、强强度度大大、熔熔点点高高、等。典型的离子晶体是无色透明的。等。

31、典型的离子晶体是无色透明的。2.4.1 2.4.1 离子晶体的结构规则离子晶体的结构规则鲍林规则鲍林规则1.1.负负负负离离离离子子子子配配配配位位位位多多多多面面面面体体体体规规规规则则则则 这这一一规规则则符符合合最最小小内能原理内能原理2.2.电价规则电价规则电价规则电价规则3.3.负负负负离离离离子子子子多多多多面面面面体体体体共共共共用用用用顶顶顶顶、棱棱棱棱、面面面面的的的的规规规规则则则则 共共用用点点、棱、面棱、面,会降低结构稳定性会降低结构稳定性4.4.不不不不同同同同种种种种类类类类正正正正离离离离子子子子多多多多面面面面体体体体间间间间连连连连接接接接规规规规则则则则 电

32、电价价高高、配配位位数数低低的的正正离离子子配配位位多多面面体体之之间间有有尽尽量量互互不不结结合的趋势合的趋势.5.5.节节节节约约约约规规规规则则则则 同同种种正正离离子子和和同同种种负负离离子子的的结结合合方方式应最大限度地趋于一致式应最大限度地趋于一致.2.4.2 2.4.2 典型的离子晶体典型的离子晶体1.1.ABABABAB型型型型(1)(1)CsClCsCl型型 (2)(2)NaClNaCl型型 (3)(3)立方立方ZNS(ZNS(闪铝矿闪铝矿)型：型：(4)(4)六方六方ZNS(ZNS(纤锌矿纤锌矿)型：型：2.2.ABABABAB2 2 2 2型型型型(1)(1)CaFCaF

33、2 2(萤石型萤石型)(2)(2)TiOTiO2 2(金红石金红石)型型 (3)(3)SiOSiO2 2(方晶石方晶石.方石英方石英)型型3.3.A A A A2 2 2 2B B B B3 3 3 3型型型型 Al Al2 2O O3 34.4.ABOABOABOABO3 3 3 3型型型型(1)(1)CaTiOCaTiO3 3(钙钛矿、灰钛矿钙钛矿、灰钛矿)型型 (2)(2)CaCOCaCO3 3(方解石方解石)型、三方晶系型、三方晶系5.5.ABABABAB2 2 2 2O O O O4 4 4 4型型型型 尖晶石尖晶石(MgAlMgAl2 2O O4 4)NaClNaCl型结构型结构C

34、aFCaF2 2型结构型结构例题及其解答例题及其解答v1.1.氧化镁（氧化镁（MgOMgO）与氯化钠（与氯化钠（NaClNaCl）具有相同结具有相同结构。已知构。已知MgMg离子半径，氧的离子半径。求离子半径，氧的离子半径。求(1)(1)MgOMgO的晶格常数；的晶格常数；(2)(2)MgOMgO的密度？的密度？（Ar(Mg)=24.31Ar(Mg)=24.31，Ar(O)=16.00Ar(O)=16.00）v2.2.共价键结合的原子其最大的共价键结合的原子其最大的CNCN是由此原子所是由此原子所具有的价电子数决定；而离子键结合的原子其最具有的价电子数决定；而离子键结合的原子其最大配位数则受其

35、离子半径比的限制。试证明当大配位数则受其离子半径比的限制。试证明当CN=6CN=6时，其最小的半径比为时，其最小的半径比为0.410.41。v3.3.假设高压时，可将假设高压时，可将NaClNaCl强迫变成强迫变成CsClCsCl型结构，型结构，试问体积改变的百分比为多少？（已知试问体积改变的百分比为多少？（已知CN=6CN=6时，时，）2.4.3 2.4.3 硅酸盐的晶体结构硅酸盐的晶体结构硅硅酸酸盐盐的的结结构构组组成成：硅硅氧氧骨骨干干一一硅硅和和氧氧按按不不同同比比例例组成的负离子团、硅氧骨干以外的正离子和负离子。组成的负离子团、硅氧骨干以外的正离子和负离子。硅酸盐晶体的结构特点：硅酸

36、盐晶体的结构特点：硅酸盐晶体的结构特点：硅酸盐晶体的结构特点：(1)(1)构成的基本结构单元是由构成的基本结构单元是由SiSi和和O O组成的组成的 SiOSiO4 44-4-四面体。四面体。(2)(2)每个每个O O最多只能为两个最多只能为两个 SiOSiO4 44-4-四面体所四面体所(3)(3)SiOSiO4 4 四四面面体体中中未未饱饱和和的的O O和和金金属属正正离离子子结结合合后后，可可以以独独立立地地在在结结构构中中存存在在，也也可可以以通通过过 SiOSiO4 4 4-4-共共用用四四面面体体顶顶点点连连接接成成单单链链、双双链链或或成成层层状状、网网状状等等复复杂杂结结构构,

37、但但不不能能共共棱棱和和共共面面。同同一一类类硅硅酸酸盐盐中中,SiOSiO4 4 4-4-四四面面体体连连接接方方式式只只有一种。有一种。(4)(4)SiOSiO4 4 4-4-中中SiSiO OSiSi结合键不是一条直线结合键不是一条直线,呈呈145145夹角。夹角。四面体中硅与氧原子位置四面体中硅与氧原子位置硅酸盐的分类硅酸盐的分类按按SiO44-的不同结合的不同结合,将硅酸盐分为：将硅酸盐分为：SiOSiO4 4 4-4-以孤立状存在。以孤立状存在。由由 SiOSiO4 4 4-4-通过共用氧通过共用氧(桥氧桥氧)相生成相生成2 2、3 3、4 4或者说个硅氧组群。或者说个硅氧组群。由

38、由 SiOSiO4 4 4-4-通通过过桥桥氧氧的的连连接接在在一一维维方方向向伸伸长长成成单单链链或或双双链链、链链与与链链间为正离子链结。间为正离子链结。由由 SiOSiO4 4 4-4-四四面面体体某某个个面面在在平平面面内内以以共共用用顶顶点点的的方方式式连连接接成成六六角角对对称称的的二二维维结结构构,多多为为二二节节单单层层。当当活活性性氧氧与与其其它它负负离离子子一一起起与与金金属属正正离子组成八面体层离子组成八面体层,就与四面体构成双层结构。就与四面体构成双层结构。由由 SiOSiO4 4 4-4-四四面面体体连连成成无无限限六六元元环环状状,层层中中未未饱饱合合和和交交替替指

39、指向向上上或或向向下下,把这样的层叠置起来使两个为一个公共氧所代替。把这样的层叠置起来使两个为一个公共氧所代替。单一和成对四面体（孤岛状硅酸盐）单一和成对四面体（孤岛状硅酸盐）组群状硅酸盐组群状硅酸盐2.5 2.5 共价晶体结构共价晶体结构共价晶体：共价晶体：共价晶体：共价晶体：共价晶体特点共价晶体特点共价晶体特点共价晶体特点：共价键：共价键 配位数（配位数（CNCN）符合符合8 8N N法则法则典型晶体典型晶体典型晶体典型晶体：金刚石（：金刚石（C C的一种结晶形式）的一种结晶形式）晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构：复复杂杂的的结结构构,其其原原子子排排列列除除按按结结构构排排列列外外,立立

40、方方体内还有体内还有4 4个原子；一个金刚石晶胞中有个原子；一个金刚石晶胞中有8 8个个C C原子原子具有典型金刚石结构的共价晶体有：具有典型金刚石结构的共价晶体有：SnSnSnSn、SiSiSiSi、GeGeGeGe、ZnSZnSZnSZnS、SiCSiCSiCSiC其它共价晶体有：其它共价晶体有：AsAsAsAs、SbSbSbSb、Bi Bi Bi Bi 菱形结构菱形结构菱形结构菱形结构 层状层状层状层状 SeSeSeSe、Te Te Te Te 三角晶体结构三角晶体结构三角晶体结构三角晶体结构2.6 2.6 聚合物的晶体结构聚合物的晶体结构聚聚合合物物聚聚集集态态结结构构是是在在分分子子

41、间间力力作作用用下下大大分分子子相相互互敛敛聚聚在在一一起起形形成成的的组组织织结结构构。聚聚聚聚集集集集态态态态结结结结构构构构分分分分为为为为晶晶晶晶态结构和非晶态结构态结构和非晶态结构态结构和非晶态结构态结构和非晶态结构聚合物聚集态特点：聚合物聚集态特点：聚合物聚集态特点：聚合物聚集态特点：(1)(1)聚合物晶态包含一定量的非晶相聚合物晶态包含一定量的非晶相 (2)(2)聚聚集集态态结结构构与与分分子子链链本本身身的的结结构构、外外界界条条件件有关。有关。聚聚聚聚合合合合物物物物的的的的结结结结晶晶晶晶特特特特征征征征：结结晶晶为为分分子子结结构构、结结晶晶速速度度慢慢、结晶具有不完整性

42、、晶内存在大量缺陷。结晶具有不完整性、晶内存在大量缺陷。2.6.1 2.6.1 聚合物的晶体型态聚合物的晶体型态聚合物的晶体形态有多种多样聚合物的晶体形态有多种多样,可分为：可分为：1 1、单晶、单晶 2 2、球晶、球晶 3 3、树枝状晶、树枝状晶 4 4、串晶、串晶 5 5、伸直链晶、伸直链晶2.6.2 2.6.2 聚合物晶态结构模型聚合物晶态结构模型1 1 1 1、缨缨缨缨状状状状微微微微束束束束模模模模型型型型：两两相相模模型型 认认为为结结晶晶高高分分子子中中晶晶区区和和非非晶区互相穿插晶区互相穿插,同时存在。同时存在。2 2 2 2、叠叠叠叠链链链链模模模模型型型型：认认为为聚聚合合

43、物物晶晶体体中中大大分分子子链链是是以以折折叠叠形形式式堆堆砌起来的。砌起来的。3 3 3 3、伸直链模型、伸直链模型、伸直链模型、伸直链模型 认为结晶大分子链垂直排列在晶片中认为结晶大分子链垂直排列在晶片中4 4 4 4、串串串串晶晶晶晶的的的的结结结结构构构构模模模模型型型型 认认为为串串晶晶是是伸伸直直链链和和折折叠叠链链的的组组合合结结构。构。5 5 5 5、球球球球晶晶晶晶模模模模型型型型 认认为为大大量量多多层层片片晶晶以以晶晶核核为为中中心心,以以相相同同的的速率辐射型长大。速率辐射型长大。6 6 6 6、霍斯曼模型、霍斯曼模型、霍斯曼模型、霍斯曼模型 折中模型折中模型2.6.3

44、 2.6.3 聚合物晶体的晶胞结构聚合物晶体的晶胞结构 应用电子显微镜和应用电子显微镜和XrayXray衍射分析来得到。衍射分析来得到。聚聚合合物物晶晶胞胞不不能能是是立立方方晶晶系系；确确定定时时一一般般取取大大分链方向为晶胞的分链方向为晶胞的C C轴。轴。表表2.142.14列举一些主分子的晶胞参数和晶胞类型。列举一些主分子的晶胞参数和晶胞类型。介绍几个概念介绍几个概念1 1 1 1、晶晶晶晶态态态态（crystalline crystalline crystalline crystalline statestatestatestate）：各各向向异异性性，原原子子规规排排，固定熔点，长程

45、有序固定熔点，长程有序2 2 2 2、非非非非晶晶晶晶态态态态（noncrystalline noncrystalline noncrystalline noncrystalline statestatestatestate）：各各向向同同性性，无无固固定熔点，没规则外形，长程无序，短程有序（玻璃）定熔点，没规则外形，长程无序，短程有序（玻璃）3 3 3 3、准准准准晶晶晶晶态态态态（quasicrystalline quasicrystalline quasicrystalline quasicrystalline statestatestatestate）：具具有有一一般般晶晶体体不能有的

46、对称性（如五次对称轴）不能有的对称性（如五次对称轴）4 4 4 4、液液液液晶晶晶晶（liquid liquid liquid liquid crystalscrystalscrystalscrystals）：有有机机物物加加热热时时所所经经历历的的某某一一不不透透明明的的浑浑浊浊液液态态阶阶段段（中中间间相相），具具有有和和晶晶体体相相似似的性质，又称中间相或介晶。的性质，又称中间相或介晶。5 5 5 5、超超超超晶晶晶晶格格格格（点点点点阵阵阵阵）（super super super super latticelatticelatticelattice）：是是将将两两种种或或两两种种以以上上不不同同材材料料按按照照特特定定的的迭迭代代序序列列、沉沉积积在在衬衬底底上上而而构构成成的的（可可是是周周期期、准准周周期期、随随机机三三种种）；超超晶晶格格自自然然界界不存在，人工生长出来的，用于半导体薄膜。不存在，人工生长出来的，用于半导体薄膜。本节的基本要求本节的基本要求重点掌握：重点掌握：v1.1.相、组织、固溶体、中间相（金属间化合相、组织、固溶体、中间相（金属间化合物）的概念物）的概念v2.2.固溶体、中间相的分类、特点和用途固溶体、中间相的分类、特点和用途一般了解一般了解v1.1.离子、共价和聚合物的晶态结构及相对离子、共价和聚合物的晶态结构及相对应的性能特点应的性能特点