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第二章 材料的结构.ppt

发布:2017-05-30约8.26千字共44页下载文档
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2.4 离子晶体的结构 离子晶体(ionic crystal):是由正负离子通过离子键按照一定方式堆积起来而形成的。 陶瓷材料为无机非金属材料,其中的晶相大多属于离子晶体。 由于离子键的结合力很大,所以离子晶体的硬度高、强度大、熔点和沸点较高、热膨胀系数小,但脆性大; 由于离子键中很难产生可以自由运动的电子,所以离子晶体都是良好的绝缘体; 在离子键结合中,由于离子的外层电子比较牢固地束缚在离子的外围,可见光的能量一般不足以使其外层电子激发,因而不吸收可见光,所以典型的离子晶体往往都是无色透明的。 影响离子晶体结构的2个主要因素: 1、晶体应表现为电中性,即正离子(cations)与负离子( anions)的电量相等; 2、正、负离子尺寸或离子半径(rC、rA),通常rC/rA1。晶体稳定性可用刚球模型解释。 典型离子晶体 1. NaCl-type 这类结构由负离子(Cl-)构成FCC lattice,而正离子(Na+)占据全部octahedral interstices 。它属于cubic system,FCC,正负离子的CN=6。 在陶瓷中,如MgO、CaO、FeO和NiO等均属此种晶型。 2. CsCl-type 这类晶体结构可视为由负离子(Cl-)构成simple cubic lattice,而正离子(Cs+)占据interstices。它属于cubic system,SC,正负离子的CN=8。 CsBr、CsI属于此种类型。 典型离子晶体 3. 闪锌矿(立方ZnS)-type 4. 纤锌矿(六方ZnS)-type 这类晶体结构可视为由正离子(Zn2+)构成FCC lattice,而负离子(S2-)交叉分布于tetrahedral interstices。它属于立方晶系,FCC,正负离子的CN=4。 III-V族的半导体化合物,如GaAs、AlP等属于此种类型。 这类晶体结构可视为由负离子(S2-)和正离子(Zn2+)各自形成密排六方点阵穿插而成,其中一个点阵相对于另一个点阵沿C轴位移了三分之一的点阵矢量,同时也可以描述为S2-构成HCP lattice,Zn2+占据一半的tetrahedral interstices。它属于hexagonal system,simple hexagonal,正负离子的CN=4。 ZnO、SiC等属于此种类型。 典型离子晶体 5. 萤石(CaF2)-type 6. 金红石(TiO2)-type 这类晶体结构可视为由正离子(Ca2+)构成FCC lattice,而八个负离子(F-)则位于八个tetrahedral interstices。它属于cubic system,FCC,正负离子的CN=8和4。 陶瓷中的ZrO2、ThO2等,合金中Mg2Si、CuMgPb等属于此种类型。 这类晶体结构可视为由负离子(O2-)构成稍有变形的HCP lattice,而正离子(Ti4+)则位于octahedral interstices。它属于tetrahedral system,BCT,正负离子的CN=6和3。VO2、NbO2、MnO2、SnO2、PbO2等属于此种类型。 2.5 共价晶体的结构 共价晶体(covalent crystal)是由同种非金属元素的原子或异种元素的原子以共价键结合而成的无限大分子。由于共价晶体中的粒子为中性原子,所以也叫原子晶体。 这类元素形成分子或晶体时,以共用价电子形成稳定的电子满壳层的结合方式。 典型共价晶体 1. 金刚石(单质型) diamond-type 每个C原子贡献出四个价电子与周围的四个C原子共有,形成四个共价键,构成正四面体结构,一个C原子在四面体中心,其余四个C原子位于四面体的顶点上。金刚石属FCC lattice,C原子除了按照正常FCC packing,晶胞内还有四个C原子,位于the center of tetrahedral interstices,故晶胞含有8个C原子。 Si, Ge, Sn, Pb 2. SiO2 -type Si原子按照FCC排列,只是在每两个相邻的Si原子中间有一个O原子。Si的配位数为4,而O的配位数为2。 3. AB- ZnS-type 2.6 材料结构的测定 (Measurement of material structures) 检测方法: XRD:X-ray diffraction ?fundamental SEM:scanning electron microscopy TEM: Transmission electron microscopy AFM: atomic force microscopy 衍射技术 Diffraction Techniques X-射
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