03-1 FH3-1节 晶体化学与金属晶体结构-金属单质.pptx

第1页：晶体结构

• 绪论第一章原子结构与结合键Atomic Structure andbinding bond
• 第二章材料的结构Material structure
• 第三章晶体结构缺陷Crystal defects
• 第四章固体中的扩散Solid diffusion
• 第五章相平衡与相图Phase equilibria and phase diagram
• 第六章材料的凝固Solidification
• 第七章固体材料中的界面Interface of solid material

第2页：晶体结构

第3章晶体结构Crystal Structure

• 0绪论
• 第1章原子结构与结合键Atomic Structure and binding bond
• 第2章晶体学基础Basis of Crystallography
• 第4章晶体缺陷Crystal defects
• 第5章非晶体与准晶结构Amorphous andQuasicrystalStructure
• 第6章相图Phase Diagram
• 第7章固体扩散Solid Diffusion
• 第8章凝固与结晶Solidification and Crystallization
• 第9章烧结与聚合Sintering and Polymerization
• 第10章固态相变Solid Phase Transformation材料科学与工艺的基础理论

第3页：晶体结构·230种空间群

• 晶体结构对称性：
• 个晶族；
• 7大晶系；
• 14种布喇菲点阵（Bravais Lattice）;
• 32种点群；
• 230种空间群。晶向指数晶面指数具体原子的堆积情况？复习

第4页：晶体结构

第3章晶体结构Crystal Structure3.1晶体化学（Crystal chemical）3.1.1原子半径与离子半径3.1.2球体紧密堆积与间隙3.1.3配位数与配位多面体3.2金属的晶体结构（Crystal structure of metals）3.2.1单质金属的晶体结构3.2.2金属合金的晶体结构3.3无机非金属材料结构(Crystal structure of inorganic non-metallic materials）3.3.1离子晶体的结构规则3.3.2典型的离子晶体结构3.3.3硅酸盐晶体结构(Silicate crystal structure)3.4高分子的晶态结构(Crystalline structure of polymers)

第5页：晶体结构

第3章晶体结构Crystal Structure3.2金属的晶体结构3.3无机非金属材料结构3.1晶体化学（Crystal chemical）3.1.1原子半径与离子半径3.1.2球体紧密堆积与间隙3.1.3配位数与配位多面体组成晶体结构的原子、离子的数量/大小关系和作用力的本质及其变化等，研究某一物质能否存在和其稳定性。3.4高分子的晶态结构

第6页：晶体结构·原子半径或离子半径

原子半径或离子半径：球形电磁场的半径。第3章晶体结构3.1晶体化学1、原子半径与离子半径(1)单个原子（离子）的半径：Atomic radius and ionic radius

第7页：晶体结构中的原子（离子）半径

(2)晶体结构中的原子（离子）半径

原子半径r随外界环境和结合键而变化。MgCu2MgCuCu

第8页：晶体结构中的原子（离子）半径

(2)晶体结构中的原子（离子）半径原子半径的测量：利用X射线衍射确定晶体结构和一些晶面间距，根据原子排列的关系（？）计算。原子（离子）有效半径：最近邻原子间距的一半。

第9页：晶体结构中的原子（离子）半径

、球体紧密堆积原理ball close-packaged

第10页：晶体结构中的原子（离子）半径

什么结构？

第11页：晶体结构中的原子（离子）半径

• 六方最紧密堆积
• ABAB……

第12页：晶体结构中的原子（离子）半径

原子密排面逐层堆垛，构成二种晶体结构。

第13页：晶体结构中的原子（离子）半径

、间隙原子假定为刚性球，在堆垛排列时必然存在间隙。Interstice

第14页：晶体结构中的原子（离子）半径

、间隙Interstice

第15页：晶体结构中的原子（离子）半径

、原子（离子）的配位数与配位多面体配位数Coordination number：原子（离子）与它直接相邻的原子（异号离子）个数。

第16页：晶体结构中的原子（离子）半径

、原子（离子）的配位数与配位多面体配位数Coordination number：原子（离子）与它直接相邻的原子（异号离子）个数。最大12，8；离子晶体6，4；共价键：4。

第17页：晶体结构中的原子（离子）半径

原子与它相邻原子中心连线构成的多面体。配位多面体(Coordination polyhedron):

第18页：晶体结构中的原子（离子）半径

结构特点:金属键，无方向性，对称性较高的密堆结构。体心立方bccBody-centered cubic面心立方fccFace-centered cubic密排六方hcpClose-packed hexagonal3.2.1单质金属的晶体结构3.2金属的晶体结构

第19页：晶体结构中的原子（离子）半径

晶体结构符号：1.结构符号（Structure Symbol）：大写英文字母+数字结构的类型顺序号，表示不同的结构。

第20页：晶体结构中的原子（离子）半径

晶体结构符号:2. Pearson符号：cF4晶系(小写字母)＋Bravais点阵(大写字母)＋单胞原子数符号晶系aP三斜mP,mC单斜oP,oC,oF,oI正交tP,tI四方hP六方hR菱方cP,cF,cI立方

第21页：晶体结构中的原子（离子）半径

晶体结构分析思路：4.原子半径5.致密度2.配位数1.单胞原子数：6.八面体间隙四面体间隙3.密排面，密排方向

第22页：面心立方

(一)面心立方fcc原子位置：立方体的八个顶角和每个侧面中心。结构符号是A1，Pearson符号是cF4。晶胞原子数？

第23页：面中心

角上

1/8个属于该晶胞；（8个）

面中心

1/2属于该晶胞；（6个）晶胞中原子数:n=8×1/8＋6×1/2=4个

fcc晶格晶胞原子数Number of atoms per unit cell

第24页：配位数

配位数CN=12

• 配位数是指晶体结构中与任一个原子最近的原子的数目。(面中心原子)每个原子有12个最近邻原子，配位数（CN）是12。
• fcc原子配位数Coordination Number(CN)

第25页：配位数

• fcc的密排面和密排方向：
• Close-packaged directions and planes)fcc晶格:密排面{111}；密排方向<110>

第26页：配位数·fcc的原子半径

• 原子半径R:
• 两个相互接触的原子中心距离一半。
• fcc的原子半径Atomic radius：最密排方向是<110>。原子直径是a/2<110>的长度。

第27页：fcc的原子半径·fcc致密度η

• fcc的晶胞体积为a3，晶胞内含4个原子。
• fcc致密度η（堆积系数K）致密度和配位数：表征晶胞中原子排列紧密程度。原子体积单胞体积η＝Packing factor

第28页：fcc致密度η

fcc中原子排列密度

第29页：fcc致密度η·面心立方

面心立方fcc的间隙(Interstice)八面体间隙四面体间隙(tetrahedral interstice)octahedral interstice

第30页：面心立方·fcc的八面体间隙位

fcc的八面体间隙位置体心和棱中点数量12/4 + 1 = 4大小a/2－r

第31页：fcc的八面体间隙位

fcc的四面体间隙位置：体对角线的1/4和3/4处。数量：8大小:

第32页：具有

具有fcc结构的元素0ⅦⅥⅤⅣⅢⅡbⅠbⅧbⅦbⅥbⅤbⅣbⅢbⅡⅠHeHNeFONCBBeLiArCiSPSiAlMgNaKrBrSeAsGeGaZnCuNiCoFeMnCrVTiScCaKXeITeSbSnInCdAgPdRhRuTcMoNbZrYSrRbRnAtPoBiPbTlHgAuPtIrOsReWTaHfLaBaCsRfAcRaFr

第33页：具有·Summary小结

Summary小结4.原子半径5.面心立方的致密度：0.742.配位数：121.单胞原子数：4面心立方fcc的结构特点：6.八面体间隙：4 (0.414r)四面体间隙：8 (0.225r)3. fcc晶格:密排面{111},密排方向<110>

第34页：体心立方

(二)体心立方bcc原子位置：立方体的八个顶角和体心。结构符号是A2，Pearson符号是cI2①晶胞中原子数:Numberofatomsperunitcell

n=8×1/8＋1=2个

第35页：体心立方·②配位数

②配位数：立方体中心原子：立方体八个顶角上的原子。配位数：CN=8次近邻原子：6；配位数记为：8+6。coordination number

第36页：②配位数·体心立方密排面③bc

体心立方密排面③bcc密排面和密排方向：bcc密排面为{110}，密排方向<111>

第37页：体心立方密排面③bc·④原子半径

④原子半径Atomic radius：

第38页：④原子半径·⑤致密度

⑤致密度Packing factor:原子体积单胞体积η＝fcc的晶胞体积为a3，晶胞内含2个原子。致密度：0.68

第39页：⑤致密度·⑥bcc间隙

⑥bcc间隙：八面体间隙：位置：面心和棱中点。四面体间隙：位置：侧面中心线1/4和3/4处。0.155r6个0.291r12个

第40页：具有

具有bcc结构的金属0ⅦⅥⅤⅣⅢⅡbⅠbⅧbⅦbⅥbⅤbⅣbⅢbⅡⅠHeHNeFONCBBeLiArCiSPSiAlMgNaKrBrSeAsGeGaZnCuNiCoFeMnCrVTiScCaKXeITeSbSnInCdAgPdRhRuTcMoNbZrYSrRbRnAtPoBiPbTlHgAuPtIrOsReWTaHfLaBaCsRfAcRaFr

第41页：具有

小结Summary原子半径体心立方的致密度：0.68配位数：8单胞原子数：2bcc的结构特点：bcc密排面{110}，密排方向<111>

第42页：密排六方

(三)密排六方hcp原子位置：12个顶角、上下底心和体内3处。结构符号是A3，Pearson符号是h 。

• ①晶胞中原子数
• ②原子半径:
• n=12×1/6＋2×1/2＋3=6个
• 2R=a R=a/2

第43页：密排六方·③hcp原子配位数

• 配位数
• ③hcp原子配位数hcp密排面为{0001}，密排方向为<1120>coordination numberCN=12

第44页：③hcp原子配位数·④点阵参数

d=a时最密排

理想轴比：

④点阵参数a与c间的关系(轴比)

da

第45页：致密度

致密度：0.74⑤致密度Packing factor：

第46页：致密度·大多金属的轴比在

大多金属的轴比在1.57（铍)-1.89（镉）之间。理想轴比：轴比：1.567（铍Be)1.623（Mg）1.856（锌Zn）1.885（镉Cd）c/a≠1.633，d≠aCN变为6+6（次近邻原子），致密度< 0.74。da

第47页：大多金属的轴比在·⑥密排六方中

⑥密排六方中的间隙八面体间隙：6四面体间隙：12

第48页：具有

具有hcp结构的元素0ⅦⅥⅤⅣⅢⅡbⅠbⅧbⅦbⅥbⅤbⅣbⅢbⅡⅠHeHNeFONCBBeLiArCiSPSiAlMgNaKrBrSeAsGeGaZnCuNiCoFeMnCrVTiScCaKXeITeSbSnInCdAgPdRhRuTcMoNbZrYSrRbRnAtPoBiPbTlHgAuPtIrOsReWTaHfLaBaCsRfAcRaFr

第49页：具有

小结Summary原子半径面心立方的致密度：0.74配位数：12单胞原子数：6密排六方hcp的结构特点：R=a/2

第50页：具有·hcp总结

• fcc
• bcc
• hcp总结
• fcc
• bcc
• hcp

第51页：

第52页：hcp总结·ExamplesPa

ExamplesPackingfactor致密度CoordinationNumber配位数Atomsper cell原子数rvs.a0原子半径Structure结构Polonium(Po),α-Mn0.5261scFe,Ti,W,Mo,Nb,Ta,K,Na,V,Zr,Cr0.6882bccFe,Cu,Au,Pt,Ag,Pb,Ni0.74124fccTi,Mg,Zn,Be,Co,Zr,Cd0.74126hcpSummary

第53页：晶体结构

(四)fcc和hcp密排面的堆垛方式(比较）hcp:ABABAB… fcc:ABCABC…

第54页：晶体结构·fcc最密排面{11

fcc最密排面{111}：ABCABC…。

第55页：fcc最密排面{11

hcp(0001)面与fcc{111}面具有相同的最密排方式。,若每层的原子球都相切，堆垛密度和配位数一样，致密度为0.74，配位数为12。

第56页：fcc最密排面{11

复习总结

第57页：结束页

谢谢！