晶体、晶粒、晶胞、晶格

晶体

百科名片

晶体即是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。目录

种类

晶体对称性

预制

晶体缺陷

几点缺陷

线缺陷

4.c:\iknow\docshare\data\cur_work\10_4面缺陷

可偏离化合式的化合物

晶体熔沸点的比较

结晶

区别

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概述

晶体有三个特征

(1)晶体有整齐规则的几何外形;

(2)晶体有固定的熔点,在熔化过程中,温度始终保持

晶体

不变;

(3)晶体有各向异性的特点。

固态物质有晶体与非晶态物质(无定形固体)之分,而无定形固体不具有上述特点。

晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体,具有长程有序,并成周期性重复排列。

非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体,具有近程有序,但不具有长程有序。如玻璃。外形为无规则形状的固体。

晶体的共性

合成铋单晶

1、长程有序:晶体内部原子在至少在微米级范围内的规则排列。

2、均匀性:晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。

3、各向异性:晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。

4、对称性:晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。

5、自限性:晶体具有自发地形成封闭几何多面体的特性。

6、解理性:晶体具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。

7、最小内能:成型晶体内能最小。

8、晶面角守恒:属于同种晶体的两个对应晶面之间的夹角恒定不变。

晶体通常呈现规则的几何形状,就像有人特意加工出来的一样。其内部原子的排列十分规整严格,比士兵的方阵还要整齐得多。如果把晶体中任意一个原子沿某一方向平移一定距离,必能找到一个同样的原子。而玻璃、珍珠、沥青、塑料等非晶体,内部原子的排列则是杂乱无章的。准晶体是最近发现的一类新物质,其内部排列既不同于晶体,也不同于非晶体。

究竟什么样的物质才能算作晶体呢?首先,除液晶外,晶体一般是固体形态。其次,组成物质的原子、分子或离子具有规律、周期性的排列,这样的物质就是晶体。

但仅从外观上,用肉眼很难区分晶体、非晶体与准晶体。那么,如何才能快速鉴定出它们呢?一种最常用的技术是X光技术。用X光对固体进行结构分析,你很快就会发现,晶体和非晶体、准晶体是截然不同的三类固体。

晶体结构

为了描述晶体的结构,我们把构成晶体的原子当成一个点,再用假想的线段将这些代表原子的各点连接起来,就绘成了像图中所表示的格架式空间结构。这种用来描述原子在晶体中排列的几何空间格架,称为晶格。由于晶体中原子的排列是有规律的,可以从晶格中拿出一个完全能够表达晶格结构的最小单元,这个最小单元就叫作晶胞。许多取向相同的晶胞组成晶粒,由取向不同的晶粒组成的物体,叫做多晶体,而单晶体内所有的晶胞取向完全一致,常见的单晶如单晶硅、单晶石英。大家最常见到的一般是多晶体。

由于物质内部原子排列的明显差异,导致了晶体与非晶体物理化学性质的巨大差异。例如,晶体有固定的熔点,当温度高到某一温度便立即熔化;而玻璃及其它非晶体则没有固定的熔点,从软化到熔化是一个较大的温度范围。

我们吃的盐是氯化钠的结晶,味精是谷氨酸钠的结晶,冬天窗户玻璃上的冰花和天上飘下的雪花,是水的结晶。我们可以这样说:“熠熠闪光的不一定是晶体,朴实无华、不能闪光的未必就不是晶体”。不是吗?每家厨房中常见的砂糖、碱是晶体,每个人身上的牙齿、骨骼是晶体,工业中的矿物岩石是晶体,日常见到的各种金属及合金制品也属晶体,就连地上的泥土砂石都是晶体。我们身边的固体物质中,除了常被我们误以为是晶体的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外,几乎都是晶体。晶体离我们并不遥远,它就在我们的日常生活中。

组成晶体的结构粒子(分子、原子、离子)在三维空间有规则地排列在一定的点上,这些点周期性地构成有一定几何形状的无限格子,叫做晶格。按照晶体的现代点阵理论,构成晶体结构的原子、分子或离子都能抽象为几何学上的点。这些没有大小、没有质量、不可分辨的点在空间排布形成的图形叫做点阵,以此表示晶体中结构粒子的排布规律。构成点阵的点叫做阵点,阵点代表的化学内容叫做结构基元。因此,晶格也可以看成点阵上的点所构成的点群集合。对于一个确定的空间点阵,可以按选择的向量将它划分成很多平行六面体,每个平行六面体叫一个单位,并以对称性高、体积小、含点阵点少的单位为其正当格子。晶格就是由这些格子周期性地无限延伸而成的。空间正当格子只有7种形状(对应于7个晶系),14种型式它们是简单立方、体心立方、面心立方;简单三方;简单六方;简单四方、体心四方;简单正交、底心正交、体心正交、面心正交;简单单斜、底心单斜;简单三斜格子等。晶格的强度由晶格能

(或称点)。。

晶体是原子、离子或分子按照一定的周期性在空间排列形成在结晶过程中形成具有一定规则的几何外形的固体。晶体通常呈现规则的几何形状,就像有人特意加工出来的一样。其内部原子的排列十分规整严格,比士兵的方阵还要整齐得多。如果把晶体中任意一个原子沿某一方向平移一定距离,必能找到一个同样的原子。而玻璃、珍珠、沥青、塑料等非晶体,内部原子的排列则是杂乱无章的。准晶体是最近发现的一类新物质,其内部排列既不同于晶体,也不同于非晶体。

晶体按其结构粒子和作用力的不同可分为四类:离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类。具有整齐规则的几何外形、固定熔点和各向异性的固态物质,是物质存在的一种基本形式。固态物质是否为晶体,一般可由X射线衍射法予以鉴定。

晶体内部结构中的质点(原子、离子、分子)有规则地在三维空间呈周期性重复排列,组成一定形式的晶格,外形上表现为一定形状的几何多面体。组成某种几何多面体的平面称为晶面,由于生长的条件不同,晶体在外形上可能有些歪斜,但同种晶体晶面间夹角(晶面角)是一定的,称为晶面角不变原理。

晶体按其内部结构可分为七大晶系和14种晶格类型。晶体都有一定的对称性,有32种对称元素系,对应的对称动作群称做晶体系点群。按照内部质点间作用力性质不同,晶体可分为离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体等四大典型晶体,如食盐、金刚石、干冰和各种金属等。同一晶体也有单晶和多晶(或粉晶)的区别。在实际中还存在混合型晶体。

说到晶体,还得从结晶谈起。大家知道,所有物质都是由原子或分子构成的。众所周知,物质有三种聚集形态:气体、液体和固体。研究表明,固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类。

究竟什么样的物质才能算作晶体呢?首先,除液晶外,晶体一般是固体形态。其次,组成物质的原子、分子或离子具有规律、周期性的排列,这样的物质就是晶体。但仅从外观上,用肉眼很难区分晶体、非晶体与准晶体。那么,如何才能快速鉴定出它们呢?一种最常用的技术是X光技术。用X光对固体进行结构分析,你很快就会发现,晶体和非晶体、准晶体是截然不同的三类固体。

为了描述晶体的结构,把构成晶体的原子当成一个点,再用假想的线段将这些代表原子的各点连接起来,就绘成了所表示的格架式空间结构。这种用来描述原子在晶体中排列的几何空间格架,称为晶格。由于晶体中原子的排列是有规律的,可以从晶格中拿出一个完全能够表达晶格结构的最小单元,这个最小单元就叫作晶胞。许多取向相同的晶胞组成晶粒,由取向不同的晶粒组成的物体,叫做多晶体,而单晶体内所

有的晶胞取向完全一致,常见的单晶如单晶硅、单晶石英。大家最常见到的一般是多晶体。

由于物质内部原子排列的明显差异,导致了晶体与非晶体物理化学性质的巨大差异。例如,晶体有固定的熔点,当温度高到某一温度便立即熔化;而玻璃及其它非晶体则没有固定的熔点,从软化到熔化是一个较大的温度范围。

吃的盐是氯化钠的结晶,味精是谷氨酸钠的结晶,冬天窗户玻璃上的冰花和天上飘下的雪花,是水的结晶。可以这样说:“熠熠闪光的不一定是晶体,朴实无华、不能闪光的未必就不是晶体”。厨房中常见的砂糖、碱是晶体,每个人身上的牙齿、骨骼是晶体,工业中的矿物岩石是晶体,日常见到的各种金属及合金制品也属晶体,就连地上的泥土砂石都是晶体。我们身边的固体物质中,除了常被我们误以为是晶体的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外,几乎都是非晶体。晶体离我们并不遥远,它就在日常生活中。

组成晶体的结构粒子(分子、原子、离子)在三维空间有规则地排列在一定的点上,这些点周期性地构成有一定几何形状的无限格子,叫做晶格。按照晶体的现代点阵理论,构成晶体结构的原子、分子或离子都能抽象为几何学上的点。这些没有大小、没有质量、不可分辨的点在空间排布形成的图形叫做点阵,以此表示晶体中结构粒子的排布规律。构成点阵的点叫做阵点,阵点代表的化学内容叫做结构基元。因此,晶格也可以看成点阵上的点所构成的点群集合。对于一个确定的空间点阵,可以按选择的向量将它划分成很多平行六面体,每个平行六面体叫一个单位,并以对称性高、体积小、含点阵点少的单位为其正当格子。晶格就是由这些格子周期性地无限延伸而成的。空间正当格子只有7种形状(对应于7个晶系),14种型式。它们是简单立方、体心立方、面心立方;简单三方;简单六方;简单四方、体心四方;简单正交、底心

正交、体心正交、面心正交;简单单斜、底心单斜;简单三斜格子等。晶格的强度由晶格能(或称点)。

晶体的分布非常广泛,自然界的固体物质中,绝大多数是晶体。气体、液体和非晶物质在一定的合适条件下也可以转变成晶体。

1、自限性:晶体具有自发形成几何多面体形态的性质,这种性质成为自限性。

2、均一性和异向性:因为晶体是具有格子构造的固体,同一晶体的各个部分质点分布是相同的,所以同一晶体的各个部分的性质是相同的,此即晶体的均一性;同一晶体格子中,在不同的方向上质点的排列一般是不相同的,晶体的性质也随方向的不同而有所差异,此即晶体的异向性。

3、最小内能与稳定性:晶体与同种物质的非晶体、液体、气体比较,具有最小内能。晶体是具有格子构造的固体,其内部质点作规律排列。这种规律排列的质点是质点间的引力与斥力达到平衡,使晶体的各个部分处于位能最低的结果。

结晶

结晶分两种,一种是降温结晶,另一种是蒸发结晶。

降温结晶:首先加热溶液,蒸发溶剂成饱和溶液,此时降低热饱和溶液的温度,溶解度随温度变化较大的溶质就会呈晶体析出,叫降温结晶。

蒸发结晶:蒸发溶剂,使溶液由不饱和变为饱和,继续蒸发,过剩的溶质就会呈晶体析出,叫蒸发结晶。

常见的晶体有萘,海波,冰,各种金属。

晶体

1、长程有序:晶体内部原子在至少在微米级范围内的规则排列。

2、均匀性:晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。

3、各向异性:晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。

4、对称性:晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。

5、自限性:晶体具有自发地形成封闭几何多面体的特性。

6、解理性:晶体具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。

7、最小内能:成型晶体内能最小。

8、晶面角守恒:属于同种晶体的两个对应晶面之间的夹角恒定不变。

组成晶体的结构微粒(分子、原子、离子)在空间有规则地排列在一定的点上,这些点群有一定的几何形状,叫做晶格。排有结构粒子的那些点叫做晶格的结点。金刚石、石墨、食盐的晶体模型,实际上是它们的晶格模型。

晶体

晶体的一些性质取决于将分子联结成固体的结合力。这些力通常涉及原子或分子的最外层的电子(或称价电子)的相互作用。如果结合力强,晶体有较高的熔点。如果它们稍弱一些,晶体将有较低的熔点,也可能较易弯曲和变形。如果它们很弱,晶体只能在很低温度下形成,此时分子可利用的能量不多。

有四种主要的晶体键。离子晶体由正离子和负离子构成,靠不同电荷之间的引力结合在一起。氯化钠是离子晶体的一例。共价晶体的原子或分子共享它们的价电子。钻石、锗和硅是重要的共价晶体。金属的原子变为离子,被自由的价电子所包围,它们能够容易地从一个原子运动到另一个原子。当这些电子全在同一方向运动时,它们的运动称为电流。分子晶体的分子完全不分享它们的电子。它们的结合是由于从分子的一端到另一端电场有微小的变动。因为这个结合力很弱,这些晶体在很低的温度下就熔化。典型的分子结晶如固态氧和冰。

在离子,晶体中,电子从一个原子转移到另一个原子。共价晶体的原子分享它们的价电子。金属原子的一端有少量的负电荷,另一端有少量的正电荷。一个弱的电引力使分子就位。

用来制作工业用的晶体的技术之一,是从熔液中生长。籽晶可用来促进单晶体的形成。在这个工序里,籽晶降落到装有熔融物质的容器中。籽晶周围的熔液冷却,它的分子就依附在籽晶上。这些新的晶体分子承接籽晶的取向,形成了一个大的单晶体。蓝宝石和红宝石的基本成分是氧化铝,它的熔点高,制成一个盛装它的熔液的容器是困难的。人工合成蓝宝石和红宝石是用维尔纳叶法(焰熔法)制成,即将氧化铝粉和少量上色用的钛、铁或铬粉,通过火焰下滴到籽晶上。火焰将粉熔解,然后在籽晶上重新结晶。

生长人造钻石需要高于1600℃的温度和60000倍大气压。人造钻石砂粒小且黑,它们适宜工业应用。区域熔化过程用来纯化半导体工业中的硅晶体。一个单晶体垂直悬挂在硅棒的顶端上。在两者接触处加热,棒的顶端熔化,并在单晶体上重结晶,然后将加热处慢慢地沿棒下移。

晶体的对称表现在晶体中相等的晶面,晶棱和角顶有规律的重复出现。这是由于它具有规律的格子构造。是其在三维空间周期性重复的体现。既晶体的对称性不仅表现在外部形态上,而且其内部构造也同样也是对称的。

镓, 一种很容易结成大块单晶的金属

在晶体的外形以及其他宏观表现中还反映了晶体结构的对称性。晶体的理想外形或其结构都是对称图象。这类图象都能经过不改变其中任何两点间距离的操作後复原。这样的操作称为对称操作,平移、旋转、反映和倒反都是对称操作。能使一个图象复原的全部不等同操作,形成一个对称操作群。

在晶体结构中空间点阵所代表的是与平移有关的对称性,此外,还可以含有与旋转、反映和倒反有关并能在宏观上反映出来的对称性,称为宏观对称性,它在晶体结构中必须与空间点阵共存,并互相制约。制约的结果有二:

①晶体结构中只能存在1、2、3、4和6次对称轴,

②空间点阵只能有 14种形式。n次对称轴的基本旋转操作为旋转360°/n,因此,晶体能在外形和宏观中反映出来的轴对称性也只限于这些轴次。

由于原子并不处于静止状态,存在着外来原子引起的点阵畸变以及一定的缺陷,基本结构虽然仍符合上述规则性,但绝不是如设想的那样完整无缺,存在数目不同的各种形式的晶体缺陷。另外还必须指出,绝大多数工业用的金属材料不是只由一个巨大的单晶所构成,而是由大量小块晶体组成,即多晶体。在整块材料内部,每个小晶体(或称晶粒)整个由三维空间界面与它的近邻隔开。这种界面称晶粒间界,简称晶界。晶界厚度约为两三个原子。

大多数天然晶体都是一个原子接一个原子或一个分子接一个分子来完成的但是JillianBanfield和同事们发现了一些晶体,它们是由含有成百上千个原子的“预制”纳米晶体装配而成。据一篇相关的研究评述,这种晶体的块生长方式可能会对制造用于光学和电子设备(比如激光或硬盘)的人工材料有用。水铁石(ferrihydrite)的天然的预制晶体是由细菌合成的,在被水淹了的矿的烂泥里能找到,水铁石靠排列的纳米晶体连接起来而生长。这种生长晶体的方式引入特有的缺陷,可能会影响晶体在以后反应中的性质。

晶体缺陷

在二十世纪初叶,人们为了探讨物质的变化和性质产生的原因,纷纷从微观角度来研究晶体内部结构,特别是X射线衍射的出现,揭示出晶体内部质点排列的规律性,认为内部质点在三维空间呈有序的无限周期重复性排列,即所谓空间点阵结构学说。

前面讲到的都是理想的晶体结构,实际上这种理想的晶体结构在真实的晶体中是不存在的,事实上,无论是自然界中存在的天然晶体,还是在实验室(或工厂中)培养的人工晶体或是陶瓷和其它硅酸盐制品中的晶相,都总是或多或少存在某些缺陷,

因为:首先晶体在生长过程中,总是不可避免地受到外界环境中各种复杂因素不同程度影响,不可能按理想发育,即质点排列不严格服从空间格子规律,可能存在空位、间隙离子、位错、镶嵌结构等缺陷,外形可能不规则。另外,晶体形成后,还会受到外界各种因素作用如温度、溶解、挤压、扭曲等等。

晶体缺陷:各种偏离晶体结构中质点周期重复排列的因素,严格说,造成晶体点阵结构周期势场畸变的一切因素。

如晶体中进入了一些杂质。这些杂质也会占据一定的位置,这样破坏了原质点排列的周期性,在二十世纪中期,发现晶体中缺陷的存在,它严重影响晶体性质,有些是决定性的,如半导体导电性质,几乎完全是由外来杂质原子和缺陷存在决定的,许多离子晶体的颜色、发光等。另外,固体的强度,陶瓷、耐火材料的烧结和固相反应等等均与缺陷有关,晶体缺陷是近三、四年国内外科学研究十分注意的一个内容。

根据缺陷的作用范围把真实晶体缺陷分四类:

点缺陷:在三维尺寸均很小,只在某些位置发生,只影响邻近几个原子。

线缺陷:在二维尺寸小,在另一维尺寸大,可被电镜观察到。

面缺陷:在一维尺寸小,在另二维尺寸大,可被光学显微镜观察到。

体缺陷:在三维尺寸较大,如镶嵌块,沉淀相,空洞,气泡等。

按形成的原因不同分三类:

1 热缺陷(晶格位置缺陷)

在晶体点阵的正常格点位出现空位,不该有质点的位置出现了质点(间隙质点)。

2 组成缺陷

外来质点(杂质)取代正常质点位置或进入正常结点的间隙位置。

3 电荷缺陷

晶体中某些质点个别电子处于激发状态,有的离开原来质点,形成自由电子,在原来电子轨道上留下了电子空穴。

1. 缺陷符号及缺陷反应方程式

缺陷符号以二元化合物MX为例

1)晶格空位:正常结点位没有质点,VM,VX

2)间隙离子:除正常结点位置外的位置出现了质点,Mi ,Xx

3)错位离子:M排列在X位置,或X排列在M位置上,若处在正常结点位置上,则MM,XX

4)取代离子:外来杂质L进入晶体中,若取代M,则LM,若取代X,则LX,若占据间隙位,则Li。

5)自由电子e’(代表存在一个负电荷),,表示有效电荷。

6)电子空穴 h?(代表存在一个正电荷),?表示有效正电荷

如:

从NaCl晶体中取走一个Na+,留下一个空位造成电价不平衡,多出负一价。相当于取走Na原子加一个负有效负电荷,e失去→自由电子,剩下位置为电子空穴h?

7)复合缺陷

同时出现正负离子空位时,形成复合缺陷,双空位。

VM+VX→(VM- VX)

缺陷反应方程式

必须遵守三个原则

1)位置平衡——反应前后位置数不变(相对物质位置而言)

2)质点平衡——反应前后质量不变(相对加入物质而言)

3)电价平衡——反应前后呈电中性

例:将CaCl2引入KCl中:

将CaO引入ZrO2中

注意:只从缺陷反应方程看,只要符合三个平衡就是对的,但实际上往往只有一种是对的,这要知道其它条件才能确定哪个缺陷反应是正确的。

确定(1)式密度增加,要根据具体实验和计算。

2. 热缺陷(晶格位置缺陷)

只要晶体的温度高于绝对零度,原子就要吸收热能而运动,但由于固体质点是牢固结合在一起的,或者说晶体中每一个质点的运动必然受到周围质点结合力的限制而只能以质点的平衡位置为中心作微小运动,振动的幅度随温度升高而增大,温度越高,平均热能越大,而相应一定温度的热能是指原子的平均动能,当某些质点大于平均动能就要离开平衡位置,在原来的位置上留下一个空位而形成缺陷,实际上在任何温度下总有少数质点摆脱周围离子的束缚而离开原来的平衡位置,这种由于热运动而产生的点缺陷——热缺陷。

热缺陷两种基本形式:

a-弗仑克尔缺陷,

b-肖特基缺陷

(1) 弗仑克尔缺陷

具有足够大能量的原子(离子)离开平衡位置后,挤入晶格间隙中,形成间隙原子离子),在原来位置上留下空位。

特点:空位与间隙粒子成对出现,数量相等,晶体体积不发生变化。

在晶体中弗仑克尔缺陷的数目多少与晶体结构有很大关系,格点位质点要进入间隙位,间隙必须要足够大,如萤石(CaF2)型结构的物质空隙较大,易形成,而NaCl 型结构不易形成。总的来说,离子晶体,共价晶体形成该缺陷困难。

(2) 肖特基缺陷

表面层原子获得较大能量,离开原来格点位跑到表面外新的格点位,原来位置形成空位这样晶格深处的原子就依次填入,结果表面上的空位逐渐转移到内部去。

特点:体积增大,对离子晶体、正负离子空位成对出现,数量相等。结构致密易形成肖特基缺陷。

晶体热缺陷的存在对晶体性质及一系列物理化学过程,导电、扩散、固相反应、烧结等产生重要影响,适当提高温度,可提高缺陷浓度,有利于扩散,烧结作用,外加少量填加剂也可提高热缺陷浓度,有些过程需要最大限度避免缺陷产生, 如单晶生产,要非常快冷却。

3. 组成缺陷

主要是一种杂质缺陷,在原晶体结构中进入了杂质原子,它与固有原子性质不同,破坏了原子排列的周期性,杂质原子在晶体中占据两种位置(1)填隙位(2)格点位

4. 电荷缺陷 (Charge defect)

从物理学中固体的能带理论来看,非金属固体具有价带,禁带和导带,当在OR 时,导带全部完善,价带全部被电子填满,由于热能作用或其它能量传递过程,价带中电子得到一能量Eg,而被激发入导带,这时在导带中存在一个电子,在价带留一孔穴,孔穴也可以导电,这样虽末破坏原子排列的周期性,在由于孔穴和电子分别带有正负电荷,在它们附近形成一个附加电场,引起周期势场畸变,造成晶体不完整性称电荷缺陷。

例:纯半导体禁带较宽,价电带电子很难越过禁带进入导带,导电率很低,为改善导电性,可采用掺加杂质的办法,如在半导体硅中掺入P和B,掺入一个P,则与

周围Si原子形成四对共价键,并导出一个电子,叫施主型杂质,这个多余电子处于半束缚状态,只须填加很少能量,就能跃迁到导带中,它的能量状态是在禁带上部靠近导带下部的一个附加能级上,叫施主能级,叫n型半导体。当掺入一个B,少一个电子,不得不向其它Si原子夺取一个电子补充,这就在Si原子中造成空穴,叫受主型杂质,这个空穴也仅增加一点能量就能把价带中电子吸过来,它的能量状态在禁带下部靠近价带顶部一个附加能级,叫受主能级,叫P型半导体,自由电子,空穴都是晶体一种缺

点缺陷在实践中有重要意义:烧成烧结,固相反应,扩散,对半导体,电绝缘用陶瓷有重要意义,使晶体着色等。

线缺陷

实际晶体在结晶时,受到杂质,温度变化或振动产生的应力作用或晶体由于受到打击,切割等机械应力作用,使晶体内部质点排列变形,原子行列间相互滑移,不再符合理想晶体的有序排列,形成线状缺陷。

位错直观定义:晶体中已滑移面与未滑移面的边界线。

这种线缺陷又称位错,注意:位错不是一条几何线,而是一个有一定宽度的管道,位错区域质点排列严重畸变,有时造成晶体面网发生错动。对晶体强度有很大影响。

位错主要有两种:刃型位错和螺型位错。

刃型位错

晶体、晶粒、晶胞、晶格

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晶体有三个特征 (1)晶体有整齐规则的几何外形; (2)晶体有固定的熔点,在熔化过程中,温度始终保持 晶体 不变; (3)晶体有各向异性的特点。 固态物质有晶体与非晶态物质(无定形固体)之分,而无定形固体不具有上述特点。 晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体,具有长程有序,并成周期性重复排列。 非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体,具有近程有序,但不具有长程有序。如玻璃。外形为无规则形状的固体。 晶体的共性 合成铋单晶 1、长程有序:晶体内部原子在至少在微米级范围内的规则排列。 2、均匀性:晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。 3、各向异性:晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。 4、对称性:晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。 5、自限性:晶体具有自发地形成封闭几何多面体的特性。 6、解理性:晶体具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。

究竟什么样的物质才能算作晶体呢?首先,除液晶外,晶体一般是固体形态。其次,组成物质的原子、分子或离子具有规律、周期性的排列,这样的物质就是晶体。 但仅从外观上,用肉眼很难区分晶体、非晶体与准晶体。那么,如何才能快速鉴定出它们呢?一种最常用的技术是X光技术。用X光对固体进行结构分析,你很快就会发现,晶体和非晶体、准晶体是截然不同的三类固体。 晶体结构 为了描述晶体的结构,我们把构成晶体的原子当成一个点,再用假想的线段将这些代表原子的各点连接起来,就绘成了像图中所表示的格架式空间结构。这种用来描述原子在晶体中排列的几何空间格架,称为晶格。由于晶体中原子的排列是有规律的,可以从晶格中拿出一个完全能够表达晶格结构的最小单元,这个最小单元就叫作晶胞。许多取向相同的晶胞组成晶粒,由取向不同的晶粒组成的物体,叫做多晶体,而单晶体内所有的晶胞取向完全一致,常见的单晶如单晶硅、单晶石英。大家最常见到的一般是多晶体。 由于物质内部原子排列的明显差异,导致了晶体与非晶体物理化学性质的巨大差异。例如,晶体有固定的熔点,当温度高到某一温度便立即熔化;而玻璃及其它非晶体则没有固定的熔点,从软化到熔化是一个较大的温度范围。 我们吃的盐是氯化钠的结晶,味精是谷氨酸钠的结晶,冬天窗户玻璃上的冰花和天上飘下的雪花,是水的结晶。我们可以这样说:“熠熠闪光的不一定是晶体,朴实无华、不能闪光的未必就不是晶体”。不是吗?每家厨房中常见的砂糖、碱是晶体,每个人身上的牙齿、骨骼是晶体,工业中的矿物岩石是晶体,日常见到的各种金属及合金制品也属晶体,就连地上的泥土砂石都是晶体。我们身边的固体物质中,除了常被我们误以为是晶体的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外,几乎都是晶体。晶体离我们并不遥远,它就在我们的日常生活中。 组成晶体的结构粒子(分子、原子、离子)在三维空间有规则地排列在一定的点上,这些点周期性地构成有一定几何形状的无限格子,叫做晶格。按照晶体的现代点阵理论,构成晶体结构的原子、分子或离子都能抽象为几何学上的点。这些没有大小、没有质量、不可分辨的点在空间排布形成的图形叫做点阵,以此表示晶体中结构粒子的排布规律。构成点阵的点叫做阵点,阵点代表的化学内容叫做结构基元。因此,晶格也可以看成点阵上的点所构成的点群集合。对

晶体晶粒晶胞晶格

晶体百科名片 晶体即是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。 目录 ? ? ? ? ? ? ?

展开 概述 晶体有三个特征 (1)晶体有整齐规则的几何外形; (2)晶体有固定的,在熔化过程中,温度始终保持 晶体 不变; (3)晶体有的特点。 物质有晶体与非晶态物质(无定形固体)之分,而无定形固体不具有上述特点。 晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体,具有长程有序,并成周期性重复排列。 是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体,具有近程有序,但不具有长程有序。如玻璃。外形为无规则形状的固体。 晶体的共性 合成铋单晶 1、长程有序:晶体内部原子在至少在微米级范围内的规则排列。 2、均匀性:晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。 3、各向异性:晶体中不同的方向上具有不同的。 4、对称性:晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。 5、:晶体具有自发地形成封闭几何多面体的特性。 6、:晶体具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。 7、最小内能:成型晶体内能最小。 8、晶面角守恒:属于同种晶体的两个对应晶面之间的夹角恒定不变。 晶体组成 组成晶体的结构微粒(、、)在空间有规则地排列在一定的点上,这些有一定的几何形状,叫做晶格。排有结构粒子的那些点叫做晶格的结点。、、食盐的晶体模型,实际上是它们的晶格模型。 晶体按其结构粒子和作用力的不同可分为四类:离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。固体可分为晶体、非晶体和三大类。

具有整齐规则的几何外形、固定熔点和各向异性的固态物质,是物质存在的一种基本形式。固态物质是否为晶体,一般可由予以鉴定。 晶体内部结构中的质点(原子、离子、分子)有规则地在呈周期性重复排列,组成一定形式的晶格,外形上表现为一定形状的几何多面体。组成某种几何多面体的平面称为,由于生长的条件不同,晶体在外形上可能有些歪斜,但同种间夹角(晶面角)是一定的,称为晶面角不变原理。 晶体按其内部结构可分为七大晶系和14种晶格类型。晶体都有一定的对称性,有32种对称元素系,对应的对称动作群称做晶体系点群。按照内部质点间作用力性质不同,晶体可分为、、、等四大典型晶体,如食盐、金刚石、干冰和各种金属等。同一晶体也有单晶和多晶(或)的区别。在实际中还存在混合型晶体。 说到晶体,还得从结晶谈起。大家知道,所有物质都是由原子或分子构成的。众所周知,物质有三种聚集形态:气体、液体和固体。但是,你知道根据其内部构造特点,固体又可分为几类吗研究表明,固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类。 几何形状 晶体通常呈现规则的几何形状,就像有人特意加工出来的一样。其内部原子的排列十分规整严格,比士兵的方阵还要整齐得多。如果把晶体中任意一个原子沿某一方向平移一定距离,必能找到一个同样的原子。而玻璃、珍珠、沥青、塑料等非晶体,内部原子的排列则是杂乱无章的。准晶体是最近发现的一类新物质,其内部排列既不同于晶体,也不同于非晶体。 究竟什么样的物质才能算作晶体呢首先,除外,晶体一般是固体形态。其次,组成物质的原子、分子或离子具有规律、周期性的排列,这样的物质就是晶体。 但仅从外观上,用肉眼很难区分晶体、非晶体与准晶体。那么,如何才能快速鉴定出它们呢一种最常用的技术是X光技术。用X光对固体进行结构分析,你很快就会发现,晶体和非晶体、准晶体是截然不同的三类固体。 晶体结构

金属学名词解释

金属学名词解释 第一章:金属的晶体结构 金属:具有正的电阻温度系数的物质,其电阻岁温度的升高而增加。 晶体:原子在三维空间作有规则的周期性排列的物质。它具有一定的熔点并且各向异性。 晶体结构:晶体中原子在三维空间有规则的周期性的具体排列方式。 阵点:为了清楚地表明原子在空间排列的规律性,常常将构成晶体的原子(或原子群)忽略,而将其抽象为纯粹的几何点,称之为阵点 空间点阵:由阵点有规则的周期性重复排列所形成的三维空间阵列。 晶格:将阵点用直线连接起来形成的空间格子。 晶胞:能够反映晶格特征的最小几何单元。 晶面:在晶体中,由一系列原子所组成的平面称之为~ 晶向:在晶体中,任意两个原子之间的连线所指的方向。 多晶体:凡是由两颗以上晶粒所组成的晶体 能量起伏:对于一个原子来说,这一瞬间能量可能高些,另一瞬间反而可可能低些的现象 刃型位错:1.有一额外半原子面,2 位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道,既有正应变又有切应变,3位错线与晶体滑移方向相垂直,位错线运动方向垂直于位错线。4,柏氏矢量与位错线垂直。 螺型位错:1没有额外半原子面,2位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道,只有切应变,而无正应变,3位错线与晶体滑移方向相平行,位错线运动方向垂直于位错线。4,柏氏矢量与位错线平行。 晶界:晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面。 亚晶界:由直径为10-100μm的晶块组成,彼此间存在极小的位相差(通常<2°)这些晶块之间的内界面称为亚晶粒间接,简称~ 层错:在实际晶体中,晶面堆垛顺序发生局部差错而产生的一种晶体缺陷,是通常发生于面心立方金属的一种面缺陷。 相界:具有不同晶体结构的两相之间的分界面。有共格,半共格,非共格三种。 第二章:纯金属的结晶 结晶:金属由液态转变为固态的过程称谓凝固,由于凝固后的固态金属通常是晶体,所以又将这一转变过程称谓~ 过冷度:金属的理论结晶温度Tm与实际结晶温度Tn之差,金属不同,则过冷度大小不同,金属的纯度越高,则过冷度越大,当以上两因素确定后,过冷度的大小主要取决于冷却速度,冷却速度越大,则过冷度越大,实际结晶温度越低,反之,冷却速度越慢,则过冷度越小,实际结晶温度越接近于理论结晶温度。 相起伏:处于瞬间出现,瞬间消失,此起彼伏,变化不定状态的短程有序原子集团,又称结构起伏。能量起伏:微区内暂时偏离平衡能量的现象 形核功:形成临界晶核时,体积自由能的下降只补偿了表面能的2/3,还有1/3的表面能没有的到补偿,需要另外供给,既需要对形核做功,称为~ 形核率:单位时间内单位体积液相中形成的晶核数目,与形核功和原子扩散能力有关。 点阵匹配原理:两个相互接触的晶面结构越近似,他们之间的表面能就越小,即使只在接触面的某一个方向上的原子排列配合的很好,也会使表面能降低一些,这样结构相似,尺寸相当的条件称为~ 第三章:二元合金的相结构与结晶 相图:表示平衡条件下合金系中合金的状态与温度、成分间关系的图解。 成分起伏:从微观角度看,由于原子运动的结果,在任一瞬间,液相中总有某些微小体积偏离液相的平均成分,这些微小体积的成分、大小和位置都在不断的变化着,这就是~ 选择结晶:结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶,也称异分结晶。 晶内偏析:在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象,又称枝晶偏析。 区域偏析:大范围内化学成分不均匀的现象。

金属材料与热处理 第三章

第三单元金属材料的晶体结构与结晶 一、名词解释 1.晶体 晶体是指其组成微粒(原子、离子或分子)呈规则排列的物质。 2.晶格 抽象地用于描述原子在晶体中排列形式的空间几何格子,称为晶格。 3.晶胞 组成晶格的最小几何单元称为晶胞。 4.单晶体 如果一块晶体内部的晶格位向(即原子排列的方向)完全一致,称这块晶体为单晶体。 5.多晶体 由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。 6.晶界 将任何两个晶体学位向不同的晶粒隔开的那个内界面称为晶界。 7.晶粒 多晶体材料内部以晶界分开的、晶体学位向相同的晶体称为晶粒。 8.结晶 通过凝固形成晶体的过程称为结晶。 9.变质处理 变质处理就是在浇注前,将少量固体材料加入熔融金属液中,促进金属液形核,以改善其组织和性能的方法。 10.合金 合金是指两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材料。 11.组元 组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 12.相 相是指在一个合金系统中具有相同的物理性能和化学性能,并与该系统的其余部分以界面分开。 13.组织 组织是指用金相观察方法,在金属及其合金内部看到的涉及晶体或晶粒的大小、方向、形状、排列状况等组成关系的构造情况。 14.定向结晶 定向结晶是通过控制冷却方式,使铸件沿轴向形成一定的温度梯度,从而可使铸件从一端开始凝固,并按一定方向逐步向另一端结晶的过程。 15.滑移 单晶体塑性变形时,在切应力作用下,晶体内部上下两部分原子会沿着某一特定的晶面产生相对移动,这种现象称为滑移。 二、填空题 1.晶体与非晶体的根本区别在于原子排列是否规则。 2.金属晶格的基本类型有体心立方晶格、面心立方晶格与密排六方晶格三种。 3.实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷三类。 4.金属结晶包括:晶核形成和晶核长大两个过程。 5.金属结晶的必要条件是过冷,金属的实际结晶温度不是一个恒定值。

晶格和晶胞的关系与区别

晶格和晶胞的关系与区别 晶体结构是物理化学中一个重要的内容,而晶格与晶胞是晶体结构的两个重要概念,本文主要就晶格与晶胞之间的关系与区别进行探讨。 首先,晶格及晶胞的概念。晶格是描述晶体自身特征的抽象总概念,它是晶体最基本、最基础的概念,它是晶体构成的最基本结构,在它的基础上才能构成更多的复杂的物理结构。晶格动态地描述了粒子在晶体体系中的空间分布,它是晶体模型建立的基础。晶胞是晶体的组成单元,是由晶格构成的一个体系,是晶体构成过程中最基本的单位。晶胞可以由多种原子、分子和晶格共同来制定,它们构成了晶体的基本单元,因此晶胞的概念在晶体结构的建模中也受到了广泛的重视。 其次,晶格与晶胞之间的关系及区别。晶格与晶胞之间的最大关系就是晶格是晶胞的构成单元,晶胞中的每一个原子、分子都在晶格中有确定的地方,这些原子、分子有一定的生长规律,晶胞中的每一个原子、分子都是循着晶格构成晶胞的。晶格是晶胞建模过程中的基础,而晶胞是晶格构成的一个体系,是晶体构成过程中最基本的单位。 此外,晶格与晶胞之间的区别也是显而易见的。晶格是晶体最基本的概念,它描述了晶体自身的特征,它不仅仅是由原子和分子等微观粒子组成的,还具有一定的复杂的空间构造;而晶胞是由晶格构成的,它是晶体的基本组成单元,它是由多种原子、分子和晶格共同来制定的。晶格和晶胞之间不仅具有密切的联系,而且存在一定程度上

的差别,这也是个有趣的现象。 最后,总结两者之间的关系。晶格是晶体最基本的概念,它描述了晶体自身的特征,而晶胞是由晶格构成的,它是晶体构成过程中最基本的单元,晶胞中的每一个原子、分子都在晶格中有确定的地方。晶格与晶胞之间的关系是密切的,它们的差别也在不断扩大,晶格和晶胞的研究既有助于揭示晶体结构的物理特性,又有助于丰富晶体的信息。了解晶格与晶胞之间的关系和区别,对于深入理解晶体结构具有重要意义。

晶体结构的表示

晶体结构的表示 晶体结构是指晶体中原子、离子或分子在空间中的排列方式。晶体结构的表示方法有多种,包括晶胞表示法、晶格表示法和布拉维格子表示法等。下面将分别介绍这些表示方法。 晶胞表示法是最常用的晶体结构表示方法之一。晶胞是指晶体中最小的重复单元,可以通过平移操作构建整个晶体结构。晶胞表示法使用晶胞的参数来描述晶体结构,其中包括晶胞的边长、夹角和晶胞内原子的坐标。这些参数可以通过实验技术如X射线衍射来确定。晶胞表示法常用于描述晶体的点阵结构,如立方晶系、四方晶系、六方晶系等。 晶格表示法是另一种常用的晶体结构表示方法。晶格是指在无限大空间中重复排列的点阵结构,由晶胞和晶格点组成。晶格表示法使用晶格的参数来描述晶体结构,其中包括晶格的常数、晶胞内原子的坐标以及晶格点的排列方式。晶格表示法常用于描述晶体的空间对称性,如立方晶系、四方晶系、六方晶系等。 布拉维格子表示法是一种更抽象的晶体结构表示方法。布拉维格子是指晶体的倒格子,它是晶格的傅里叶变换。布拉维格子表示法使用布拉维格子的参数来描述晶体结构,其中包括布拉维格子的常数、晶胞内原子的坐标以及布拉维格子的排列方式。布拉维格子表示法常用于描述晶体的动态性质,如电子能带结构、声子色散关系等。

除了上述表示方法外,还有其他一些特殊的晶体结构表示方法,如密堆积表示法、矢量表示法等。这些方法根据具体的晶体结构特征来选择合适的表示方式,以便更好地描述晶体的性质和行为。 在实际研究中,晶体结构的表示是十分重要的。它不仅可以帮助科学家理解晶体的原子排列方式,还可以用于预测晶体的性质和行为。通过研究晶体结构,科学家可以揭示物质的性质和行为规律,并为材料科学、化学和物理等领域的发展提供理论基础和实验依据。 晶体结构的表示方法丰富多样,每种方法都有其独特的优势和适用范围。科学家可以根据研究的需要选择合适的表示方法,以便更好地理解和研究晶体的性质和行为。晶体结构表示法的发展将进一步推动材料科学和相关领域的研究进展,为人类的生活和科技发展带来更多的机遇和挑战。

晶胞的两个要素

晶胞的两个要素 1. 什么是晶胞 晶胞是指晶体中最小重复单位的结构单元,也可以称为基本元胞。晶胞是晶体结构的基本组成部分,几乎所有的晶体都由大量的晶胞组成。晶胞可以被看作是由一些原子或分子构成的化学团簇,这些构成 晶体的化学团簇在几何形状上面是等境路面、等量路面,同时满足平 移对称性,即它们可以在空间中的任何位置重复排列。 2. 晶胞的两个要素 晶胞由两个要素构成,分别是晶格和基元。晶格是指在三维空间 中具有平移对称性的无限重复的点阵结构,可以将晶格想象为一个无 限延伸的空间中的三维网格,其中每个结点表示一个格点,格点具有 相同的原子排列方式。而基元则是表示晶格中的最小重复单位,基元 中的原子排列方式是固定的,因此有时也被称为元胞。 3. 晶格 晶格是由一系列矢量以特定方向定向的点构成的结构,它可以被 看作是晶体的骨架。晶格可分为三种:简单立方格子、体心立方格子 和面心立方格子。三种晶格都是由原子、离子或分子不断重复排列所 形成的无限大结构。不同类型的晶格在晶体性质方面有很大的差异, 例如它们的密度、刚度、导电性等都不相同。

4. 基元 基元包含了晶体中的所有原子在三维空间中的排列方式,是构成晶格的最小重复单元,或者说是晶体结构的基本单位。晶体的基元可以是一个原子、分子或者多个原子或分子的组合,它可以描述晶体结构的对称性、通透性、应变行为等重要性质。 5. 总结 晶胞是晶体中最小重复单位的结构单元,它由晶格和基元两个要素构成。晶格是由平移对称性的点阵结构构成的,它是晶体的骨架,可以分为三种:简单立方格子、体心立方格子和面心立方格子。基元则是表示晶格中的最小重复单位,它描述了晶体的对称性、通透性、应变行为等重要性质。了解晶胞的结构和特点对于深入理解材料科学以及其它与晶体结构相关的领域至关重要。

晶格与晶胞的名词解释

晶格与晶胞的名词解释 1.引言 1.1 概述 晶格和晶胞是材料科学中非常重要的概念,用于描述晶体的结构和性质。晶格是指晶体内部原子、离子或分子排列成有序、重复的结构。晶胞则是晶格的最小重复单元,它可以完整地再现整个晶格的结构。 在材料科学领域,研究晶格和晶胞的性质是为了理解和解释材料的结构、性能和行为。晶格的特征决定了晶体的物理、化学和电子性质,包括导电性、热导性、光学性质等。晶胞的结构决定了晶体的晶体学性质,如晶胞的形状、尺寸和对称性。 通过对晶格和晶胞的研究,科学家能够更好地理解材料的内部结构,并预测和设计新材料的性能。例如,在固态物理和材料科学中,晶格常常用于描述金属、半导体、陶瓷和晶体材料的结构和性能。同时,晶格和晶胞的概念也广泛应用于其他领域,如光学、凝聚态物理和无机化学等。 本文将详细介绍晶格和晶胞的定义、特征以及它们之间的关系。通过深入理解这些概念,我们可以更好地理解材料的微观结构与宏观性质之间的关联,为材料科学和工程领域的研究和应用提供指导。希望本文可以帮助读者对晶格和晶胞的概念有一个清晰而全面的了解,并对材料世界有更深入的认识。 1.2文章结构 文章结构部分的内容可以如下编写: 1.2 文章结构

本文将按照以下结构进行论述晶格与晶胞的名词解释。 首先,在引言部分,我们将简要概述晶格和晶胞的概念以及它们在材料科学中的重要性。同时,我们将介绍本文的目的和意义,以便读者能够更好地理解本文所要传达的内容。 接下来,在正文部分,我们将详细解释晶格的定义和特征。我们会介绍晶格是指由晶体内的原子、离子或分子排列所形成的规则三维结构。同时,我们还会探讨晶格的一些重要特性,如晶胞的常见形状、晶体的晶型和晶系分类等。 然后,我们将进一步讨论晶胞的定义和构成。晶胞是指在晶格中所选取的最小重复单元,它由原子、离子或分子构成。我们将介绍晶胞的几何形状和晶格常量等关键概念,并解释晶胞在描述晶体结构中的重要性。 在结论部分,我们将对晶格和晶胞的理解与应用进行深入讨论。我们将探讨晶格与晶胞在材料科学和固态物理中的应用,包括晶体的性质和晶体结构的表征方法等方面。最后,我们将对整篇文章进行总结,并展望晶格与晶胞研究的未来发展方向。 通过以上文章结构,我们将全面解释晶格与晶胞的概念和特征,并探讨其在材料科学中的重要作用。读者将能够更好地理解晶体的结构与性质,以及在实际应用中的应用价值。 1.3 目的 本文的目的在于阐述晶格和晶胞这两个与晶体学密切相关的概念,明确它们之间的关系和特征。晶格和晶胞是研究晶体结构和性质的基础,对于探索材料科学、物理学和化学等领域具有重要意义。

晶胞知识点总结

晶胞知识点总结 晶体是由一种或多种化学元素组成的固体材料,具有规则的重复排列结构。晶 体中的最小重复单位被称为晶胞。晶胞的重要性在于它决定了晶体的物理性质和结构特征。在本文中,我们将步骤性地总结晶胞的相关知识点。 第一步:晶胞概述 晶胞是晶体中的基本结构单位,可以看作是一个几何形状完全确定的三维盒子。晶体中的每个晶胞都具有相同的几何特征和原子排列方式。晶胞由晶体的晶格所决定,晶格是一种有规则的点阵结构,用于描述晶体中原子的排列方式。 第二步:晶胞参数 晶胞参数是用来描述晶胞大小和形状的数值参数。常见的晶胞参数包括晶胞长 度(a、b、c)、晶胞角度(α、β、γ)等。晶胞参数可以通过实验测量或计算得到。晶胞参数的确定对于研究晶体的结构和性质非常重要。 第三步:晶胞类型 根据晶体的结构特征和原子排列方式,晶体可以分为不同的晶胞类型。常见的 晶胞类型有立方晶胞、四方晶胞、六方晶胞、正交晶胞、单斜晶胞、三斜晶胞等。不同的晶胞类型具有不同的对称性和晶体结构。 第四步:晶胞索引 晶胞索引是用来标记晶胞上原子位置的一种方法。晶胞索引通常使用三个整数(h、k、l)来表示,称为晶面指数。晶胞索引可以通过实验测量晶体的X射线衍 射图样或计算得到。晶胞索引的确定对于研究晶体的晶体学和晶体生长非常重要。 第五步:晶胞间距 晶胞间距是指晶体中相邻晶胞之间的距离。晶胞间距可以通过晶胞参数和晶胞 索引计算得到。晶胞间距对于研究晶体的晶体学和晶界性质具有重要意义。 第六步:晶胞对称性 晶胞对称性是指晶胞中原子排列的规则性和对称性。晶胞对称性可以通过晶胞 的空间群和晶体的点群来描述。晶胞对称性对于研究晶体的物理性质和结构特征非常重要。 总结: 晶胞是晶体中的基本结构单位,晶胞参数、晶胞类型、晶胞索引、晶胞间距和 晶胞对称性是研究晶体的重要知识点。了解晶胞的相关知识可以帮助我们理解晶体的结构和性质,推动晶体学和材料科学的发展。希望本文能为读者提供一个全面的晶胞知识点总结,以便更深入地学习晶体学的相关内容。

金属工艺习题集简答题答案1

第1章金属材料及其性质 1、(名词解释)晶格:将原子看成是一个点,再把相邻原子中心用假想的的直线连接起来,形成的立体结构即为晶格。晶胞:从晶格中取出一个最基本的几何单元,这个单元就称为晶胞。晶粒:每个晶核长成的晶体称为晶粒。晶界:晶粒之间的接触面称为晶界。同素异晶转变:随着温度的改变,固态金属的晶格也随之改变的现象。过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度之差。固溶体:溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格的金属晶体,称为固溶体。金属化合物:各组元按一定整数比结合而成,并具有金属性质的均匀物质。机械混合物:由结晶过程形成的两相混合物。 2、什么是材料的力学性能?它包含哪些指标?如何测得?力学性能:金属材料的力学性能又称为机械性能,是金属材料在力的作用下所表现出来的性能。比如:强度、硬度、塑性、韧性。测量方法:强度:金属材料在力的作用下,抵抗塑性变形断裂的能力。工程上常以屈服点和抗拉强度最为常用。硬度:以洛氏硬度为例。其原理是将压头(金刚石圆锥体、淬火钢球或硬直合金球)施以100N的初始压力,使压头与试样始终保持紧密接触。然后,向压头施加主载荷,保持数秒后卸除主载荷,以残余压痕深度计算其硬度值。塑性:主要测量两个数据,伸长率和断面收缩率。韧性:通常采用摆锤冲击弯曲试验机来测定。 3、液态金属的结晶条件是什么?结晶与同素异晶体转变有何异同?液态金属结晶的必要条件:温度降至结晶温度及以下温度。同素异晶结构是在固态下原子重新排列的过程,广义上也属于结晶过程。为区别由液态转变为固态的初次结晶,常将同素异晶转变称为二次结晶或重结晶。 4、晶粒大小与力学性能有何关系?如何细化晶粒?同一成分的金属,晶粒愈细,其强度、硬度愈高,而且塑形和韧性也愈好,晶核愈多,晶核长大的余地愈小,长成的晶粒愈细。提高冷却速度,以增加晶核的数目;金属浇注之前,向金属液内加入变质剂(孕育剂)进行变质处理,以增加外来晶核,进行热加工,或者塑性加工。 5、含碳量对刚的力学性能有何影响?为什么?含量增加,钢的强度、硬度增加,而塑性韧性降低○2含碳量增加以后,珠光体含量增多,铁素体含量减少。 6、退火:将钢加热,保温,然后随炉或埋入灰中使其缓慢冷却的热处理工艺。主要目的,软化金属。正火:将钢加热到Ac3以上30~50℃(亚共析钢)或Accm以上30~50℃(过共析钢),保温后在空气中冷却的热处理工艺。主要目的:将金属硬化。淬火:将钢加热到Ac3或Ac1以上30~50℃,保温后在淬火介质中快速冷却,以获得马氏体组织的热工艺处理。目的:使金属的硬度和耐磨性提高。回火:将淬火的钢重新加热到Ac1以下温度,保温后冷却到室温的热工艺处理。目的是:消除淬火内应力,以降低钢的脆性,防止产生裂纹,同时也使钢获得所需的力学性能。 7、轴:45或40Cr钢,淬火+高温回火,使钢获得较好的强度和韧性;锯条:T10或T10A,淬火+低温回火,使钢获得更好的强度,和一定的韧性;弹簧:65Mn,淬火+中温回火,获得较好的韧性(此题答案不确定,希望兄弟们踊跃补充) 8、对20钢进行淬火处理,而对T8钢进行调质处理(改善它们的切削性能)。 9、表面热处理的目的是什么?常用的处理方法有哪些?改变钢件表面的组织和性能,仅对其表面进行热处理的工艺。○2表面淬火和化学热处理10、某齿轮轴,因挠度太大,影响两齿轮啮合,问轴的那种性能不足?应如何解决?刚性不足,进行淬火处理11、第一个热处理是退火,去应力;第二个热处理是调质,起硬化和增加韧性的作用;第三个热处理是表面淬火,起硬化作用。 第2章铸造 1.(名词解释)流动性:液态合金本身的流动能力,称为合金的流动性,是合金主要铸造性能之一。浇不足:液态金属充型能力不足,或充型条件较差,在型腔被填满之前,金属液便停止流动,称为浇不足。缩孔、缩松:液态合金在冷凝过程中,若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补足则在铸件最后凝固的部位形成一些空洞,其中集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞称为缩孔,分散在铸件某区域内的细小缩孔,称为缩松。冒口:为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分,有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用,而冒口的主要作用是补缩。冷铁:为增加铸件局部冷却速度,控制铸件的凝固顺序,在型腔内部及工作表面安放的金属块称为冷铁。型芯:为获得铸件内孔或局部外形,用芯砂或其他材料制成的安放在型腔内部的铸型组元。铸造热应力:由于铸件的壁厚不均匀、各部分的冷却速度不同,以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的内部应力。定向凝固原则:定向凝固原则就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施,使铸件远离冒口的部位先凝固,然后是靠近冒口的部位凝固,最后才是冒口本身凝固。同时凝固原则:铸件相邻各部位或铸件各处凝固开始及结束的时间相同或相近,甚至是同时完成凝固过程,无先后的差异及明显的方向性,称作同时凝固。拔模斜度:为了使模样便于从砂型中取出,凡平行起模方向的模样表面上所增加的斜度,称为拔模斜度。 2.铸造有什么特点?它主要用来生产哪类毛坯或零件?铸造的特点可制成形状复杂,特别是具有复杂内腔的毛坯。适应范围广。工业上常用的金属材料都可铸造、铸件的大小几乎不限、铸造的批量不限。铸造可直接利用成本低廉的废机件和切屑,设备费用较低。同时,铸件加工余量小,节省金属,减少机械加工余量,从而降低制造成本。它主要用来生产铸铁毛坯或零件。 3.产生铸件缩孔的原因是什么?如何避免?缩孔产生的原因是铸件壁以逐层凝固的方式进行凝固。合金逐层凝固,凝固层加厚,液面下降,铸件内部出现空隙,直到内部完全凝固,在铸件上部形成缩孔。已经形成缩孔的铸件继续冷却到室温时,因固态收缩,铸件的外形轮廓尺寸略有缩小。防止缩孔和缩松的措施:①合理选用铸造合金;②按照顺序凝固原则进行凝固;③合理地确定内浇道位置及浇注工艺;④合理地应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。 4.为什么说铸铁好比“充满空洞的钢”?可锻铸铁可以锻造么?灰铸铁的显微组织由金属基体(铁素体和珠光体)和片状石墨组成,相当于在纯铁或者钢的基体上嵌入了大量的石墨片,石墨的强度硬度塑性极低,因此可将铸铁视为布满空洞的钢。可锻铸铁抗拉强度较高且具有相当高的塑性和韧性但并不能真的用于锻造。 5.高强铸铁有哪些?它们为什么性能高强?主要有高强度灰铸铁(孕育铸铁)、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁孕育铸铁是因为石墨化作用提高,经过孕育处理的铸铁石墨细小、分布均匀,并获得珠光体基体,因此强度、硬度、气密性显著提高。可锻铸铁是因为其石墨呈团絮状,大大减轻了对金属基体的割裂作用,故抗拉强度得到显著提高且具有相当高的塑性和韧性。球墨铸铁是因为石墨呈球状,使石墨对金属基体的割裂作用进一步减轻,其基体强度利用率可达70%—90%,故球墨铸铁强度与韧性远远高于灰铸铁。蠕墨铸铁的石墨形状介于片状和球状之间的过渡组织,故其力学性能也介于灰铸铁和球墨铸铁之间,主要用来代替高强度灰铸铁。 6.为什么铸铁的牌号不用化学成分而用力学性能表示?由于铸铁的性能不仅取决于化学成分,还与铸件的壁厚(即冷却速度)密切相关,因此它的牌号以力学性能来表示。 7.试说明球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料。球墨铸铁可否全部取代可锻铸铁?球墨铸铁由于石墨呈球状,使石墨对金属基体的割裂作用进一步减轻,其基体强度利用率可达70%—90%,故球墨铸铁强度与韧性很高,并可与钢媲美。如抗拉强度一般为400—600MPa,最高可达900MPa;伸长率一般为2%—10%,最高可达18%。球墨铸铁可通过退火、正火、调质、高频淬火、等温淬火等热处理使基体形成不同组织,从而进一步改善其性能,因此说球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料。但球墨铸铁较脆,可加工性不高,不能全部取代可锻铸铁。 8.对比铸铁和铸钢的工艺性能和力学性能,铸铁和铸钢分别用于什么地方?与铸铁相比,铸钢在力学性能上的主要区别就在于塑性(延伸率)比铸铁高。灰铸铁的脆性高,只适合做没有冲击韧性要求的产品,二者虽然同为铁碳合金,但由于结晶后具有不同的组织结构,而显示出机械性能和工艺性能的许多不同。例如,在铸造状态下,铸铁的延伸率、断面收缩率、冲击韧性都比铸钢低;铸铁的抗压强度和消震性能比铸钢好;灰铸铁液态流动性比铸钢好,更适于铸造结构复杂的薄壁铸件;在弯曲试验时,铸铁为脆性断裂,铸钢为弯曲变形。铸铁广泛用于日常生活和生产,如机床床身、机器底座、机器导轨、衬套、活塞环等。铸钢主要用于制造形状复杂,强度和韧性要求都高的零件,如轴承盖、箱体、阀体、曲轴等。铸钢在重型机械制造中甚为重要。 9.什么是特种铸造?特种铸造的方法有哪些?特种铸造是指与普通砂型铸造不同的其他铸造方法。特种铸造的方法有熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造和消失模铸造等。10.请为下列铸件选择合适的铸造合金,并说明理由。车床床身汽车后桥电镐铲斗电镐镐牙压气机曲轴摩托车发动机采煤机轴瓦车床床身:灰铸铁因为灰铸铁存在大量的片状石墨,由于石墨对机械振动

固体物理复习_简述题

"固体物理"根本概念和知识点 第一章根本概念和知识点 1) 什么是晶体、非晶体和多晶?(H) *晶面有规则、对称配置的固体,具有长程有序特点的固体称为晶体;在凝结过程中不经过结晶(即有序化)的阶段,原子的排列为长程无序的固体称为非晶体。由许许多多个大小在微米量级的晶粒组成的固体,称为多晶。 2) 什么是原胞和晶胞?(H) *原胞是一个晶格最小的周期性单元,在有些情况下不能反响晶格的对称性; 为了反响晶格的对称性,选取的较大的周期单元,称为晶胞。 3) 晶体共有几种晶系和布拉伐格子?(H) *按构造划分,晶体可分为7大晶系, 共14布拉伐格子。 4) 立方晶系有几种布拉伐格子?画出相应的格子。(H) *立方晶系有简单立方、体心立方和面心立方三种布拉伐格子。 5) 什么是简单晶格和复式格子?分别举3个简单晶格和复式晶格的例子。(H) *简单晶格中,一个原胞只包含一个原子,所有的原子在几何位置和化学性质上是完全等价的。碱金属具有体心立方晶格构造;Au、Ag和Cu具有面心立方晶格构造,它们均为简单晶格 复式格子则包含两种或两种以上的等价原子,不同等价原子各自构成一样的简单晶格,复式格子由它们的子晶格相套而成。 一种是不同原子或离子构成的晶体,如:NaCl、CsCl、ZnS等;一种是一样原子但几何位置不等价的原子构成的晶体,如:具有金刚石构造的C、Si、Ge等 6) 钛酸钡是由几个何种简单晶格穿套形成的?(H) BaTiO在立方体的项角上是钡(Ba),钛(Ti)位于体心,面心上是三组氧(O)。三组氧(OI,OII,* 3 OIII)周围的情况各不一样,整个晶格是由 Ba、 Ti和 OI、 OII、 OIII各自组成的简立方构造子晶格(共5个)套构而成的。 7) 为什么金刚石是复式格子?金刚石原胞中有几个原子?晶胞中有几个原子?(H) *金刚石中有两种等价的C原子,即立方体中的8个顶角和6个面的中心的原子等价,体对角线1/4处的C原子等价。金刚石构造由两套完全等价的面心立方格子穿套构成。金刚石属于面心立方格子,原胞中有2个C原子,单胞中有8个C原子。 第二章根本概念和知识点 1) 简述离子性和共价性晶体结合的特点。(H) *离子性结合:正、负离子之间靠库仑吸引力作用而相互靠近,当靠近到一定程度时,由于泡利不相容原理,两个离子的闭合壳层的电子云的交迭会产生强大的排斥力。当排斥力和吸引力相互平衡

金属学及热处理习题参考答案(1-9章)

金属学及热处理习题参考答案(1-9章)

第一章金属及合金的晶体结构 一、名词解释: 1.晶体:原子(分子、离子或原子集团)在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。2.非晶体:指原子呈不规则排列的固态物质。 3.晶格:一个能反映原子排列规律的空间格架。 4.晶胞:构成晶格的最基本单元。 5.单晶体:只有一个晶粒组成的晶体。 6.多晶体:由许多取向不同,形状和大小甚至成分不同的单晶体(晶粒)通过晶界结合在一起的聚合体。 7.晶界:晶粒和晶粒之间的界面。 8.合金:是以一种金属为基础,加入其他金属或非金属,经过熔合而获得的具有金属特性的材料。 9.组元:组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 10.相:金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。 11.组织:用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。 12.固溶体:合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。 二、填空题: 1.晶体与非晶体的根本区别在于原子(分子、离子或原子集团)是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。 2.常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3.实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 4.根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同,固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 5.置换固溶体按照溶解度不同,又分为无限固溶体和有限固溶体。 6.合金相的种类繁多,根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。7.同非金属相比,金属的主要特征是良好的导电性、导热性,良好的塑性,不透明,有光泽,正的电阻温度系数。 8.金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。

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