《材料科学基础》课程教学资源（PPT课件）第2章 晶体学基础 Basis of Crystallography 2-1 空间点阵（Space lattice）

材料内部质点在三维空间的排列特点：·晶体与非晶体·准晶体·液晶AleoLisoCuro（6）NaSigOg玻璃（a）准晶体

• 晶体 与非晶体 • 准晶体 • 液晶 • . 材料内部质点 在三维空间的 排列 特点：

准晶体（Quasiperiodic晶体非晶体Crystal, Quasicrystal)CrystalNoncrysta1定构成材料的结构基元介于晶体和非晶体之间的构成材料的结构基元（原义（原子、分子、离子、固体；具有完全有序的子、分子、离子、原原子集团或络合离子结构，有晶体所不允许子集团或络合离子等）等）在三维空间呈无的五重旋转对称，但不在三维空间按周期性序排列，又称为无定具有晶体所应有的平移重复排列。形体。周期性。（1）天然晶体具有规则外（1）各向同性；(1)硬度很高，耐磨;性能特点形和宏观对称性；(2)(2)有一定弹性，不易损伤（2）介稳性；均匀性：（3）各向异性：，使用寿命长；（3）连续性；（4）稳定性；（5）固(3)无黏着力，低导热性。（4）无固定熔点。定熔点。按材料：类(1)非晶态金属：目前已知准晶大多是金属型金属玻璃(1)晶态金属;化合物：（1)AI-Mn合金：（非晶合金）；(2)晶态陶瓷;(2) Al65Cu23Fe12 ;(3)晶态高聚物。(2)非晶态陶瓷：(3)Cds7Yb10;按位向：如玻璃；(4)AlzoPd2Mng ;(1)单晶;(5)Ti-V-Ni合金等。(3)非晶态高聚物;(2)多晶体。自然条件下形成的准晶Al63Cu24Fe13

01:12 2 晶体 Crysta1 非晶体 Noncrysta1 准晶体（Quasiperiodic Crysta1，Quasicrystal） 定 义 构成材料的结构基元（原 子、分子、离子、原 子集团或络合离子等） 在三维空间按周期性 重复排列。 构成材料的结构基元 （原子、分子、离子、 原子集团或络合离子 等）在三维空间呈无 序排列，又称为无定 形体。 介于晶体和非晶体之间的 固体；具有完全有序的 结构，有晶体所不允许 的五重旋转对称，但不 具有晶体所应有的平移 周期性。 性 能 特 点 （1）天然晶体具有规则外 形和宏观对称性；（2） 均匀性；（3）各向异性； （4）稳定性；（5）固 定熔点。 （1）各向同性； （2）介稳性； （3）连续性； （4）无固定熔点。 (1) 硬度很高，耐磨; (2) 有一定弹性，不易损伤 ，使用寿命长； (3) 无黏着力，低导热性。 类 型 按材料： (1)晶态金属； (2)晶态陶瓷； (3)晶态高聚物。 按位向： (1)单晶； (2)多晶体。 (1)非晶态金属： 金属玻璃 （非晶合金）； (2)非晶态陶瓷： 如玻璃； (3)非晶态高聚物； 目前已知准晶大多是金属 化合物：(1)Al-Mn合金； (2) Al65Cu23Fe12； (3)Cd57Yb10； (4)Al70Pd21Mn9； (5)Ti-V-Ni合金等。 自然条件下形成的准晶 Al63Cu24Fe13

(一)晶体与非晶体1.晶体(crystal) :粒子原子、离子或分子)在三维空间呈周期性的规则重复排列301:12

01:12 3 （一）晶体与非晶体 1. 晶体（crystal）： 粒子(原子、离子或分子) 在三维空间呈周期性的 规则重复排列

背景特点：(1)天然晶体具有规则外形和宏观对称性磁铁矿石盐方解石石英磷酸钛氧钾晶体401:12

01:12 4 （1）天然晶体具有规则外形和宏观对称性。 特点： 背景

(2)均匀性(3)各向异性？？(4)稳定性(5）固定的熔点501:12

01:12 5 (4)稳定性 (3)各向异性？？ (5)固定的熔点 (2)均匀性

2.非晶体(non-crystal)背景e粒子（原子、离子或分子）无规则的堆积。非晶特点：各向同性；固体；液体；介稳性；连续性；无固定熔点。液固相之间无明显温度界限。01:12彩图9聚乙烯非晶结构模型

01:12 6 2.非晶体（non-crystal） 粒子(原子、离子或分子)无规则的堆积。 非晶特点： ♣ 各向同性；固体；液体； ♣ 介稳性； ♣ 连续性； ♣ 无固定熔点。液\固相之间无明 显温度界限。 背景

(二)现代晶体学内容(1)晶体几何学（gometrical crystallography）：外表几何形状的规律性。(2)晶体结构学（crystallology）：质点排列的规律性及不完整性。（3）晶体生成学（crystallogeny）：天然及人工晶体的生成过程与机理控制影响因素。（4）晶体物理学（crystallophysics）：晶体的各项物理性质机理及与之相关的结构对称性。（5）晶体化学（crystallochemistry）：晶体化学组成及结构与晶体的物理化学性质间的关系。701:12

01:12 7 （二） 现代晶体学内容 （1）晶体几何学（gometrical crystallography）： 外表几何形状的规律性。 （2）晶体结构学（crystallology）： 质点排列的规律性及不完整性。 （3）晶体生成学（crystallogeny）： 天然及人工晶体的生成过程与机理\控制\影响因素。 （ 4）晶体物理学（crystallophysics）： 晶体的各项物理性质\机理及与之相关的结构对称性。 （5）晶体化学（crystallochemistry）： 晶体化学组成 及结构与晶体的物理化学性质间的关系

背景（三）现代晶体学的发展始于：自然界矿物晶体的外形研究。17世纪以后：晶体学。1669年：丹麦Sten0一一晶体的面角守恒定律；相同温度\压力下，成分构造相同的所有晶体对应晶面间的夹角恒等mZO

01:12 8 （三） 现代晶体学的发展 始于：自然界矿物晶体的外形研究。 17世纪以后：晶体学。 ♣ 1669年：丹麦Steno－－晶体的面角守恒定律； 相同温度\压力下，成分\构造相同的所有晶体， 对应晶面间的夹角恒等。 石英晶体 背景

背景1801年：法国阿羽依一一晶面整数定律（有理指数定律）；b1 b2. b3 b4 b5 b6ala2晶体中原子排列模型晶体中任一晶面在晶轴上的截距系数之比为一简单整数比。(100)(110)(111)(112）(123)01:12

01:12 9 晶体中任一晶面在晶轴上的截距系数之比 为一简单整数比。(100) (110) (111) (112) (123) ♣ 1801年：法国阿羽依－－晶面整数定律 （有理指数定律）； 背景

背景1809年：德国Weiss一一晶体对称和晶带定律6大晶系；1，2，3，4和6次旋转对称轴不可能有5次和高于6次的旋转对称轴存在。1830年：德国Hessel一一推导出晶体的32种点群1855年：法国Bravais一一严密数学推导14种点阵1867年，俄国加多林一一数学推导32点群晶体外形和宏观对称性1885-1890年：俄国费道罗夫，德国熊夫利斯，英国巴罗，230种空间群（晶体结构内部的原子及离子间的对称关系）。石英晶体01:12

01:12 10 ♣1809年：德国Weiss－－晶体对称和晶带定律， 6大晶系；1，2，3，4和6次旋转对称轴， 不可能有5次和高于6次的旋转对称轴存在。 ♣1830年：德国Hessel－－推导出晶体的32种点群。 ♣1855年：法国Bravais－－严密数学推导14种点阵。 ♣1867年，俄国加多林－－数学推导32点群， 晶体外形和宏观对称性。 ♣1885-1890年：俄国费道罗夫， 德国熊夫利斯，英国巴罗， 230种空间群。 （晶体结构内部的原子及离子间 的对称关系 ）。 石英晶体 背景