金相組織必懂幾個定義

1、v1.0 可編輯可修改金相組織必懂幾個定義達編制定義：金相/金相組織晶體單晶體多晶體晶粒晶胞晶面晶界晶向金屬鍵金相及金相組織定義所謂 “相”就是合金中具有同一化學成分、同一結構和同一原子聚集狀態(tài)的均勻部分。不同相之間有明顯的界面分開。合金的性能一般都是由組成合金的各相本身的結構性能和各 相的組合情況決定的。合金中的相結構大致可分為固溶體和化合物兩大基本類型。所謂“金相”就是金屬或合金的相結構。金相是指金屬或合金的內部結構，即金屬或合金的化學成分以及各種成分在合金內部的物理狀態(tài)和化學狀態(tài)。 金相組織是反映金屬金相的具體形態(tài)，如馬氏體，奧氏體，鐵素體，珠光體等等。 廣義的金相組織是指兩種或兩種以上

2、的物質在微觀狀態(tài)下的混合狀態(tài)以及相互 作用狀況。金屬材料的顯微組織直接影響到機械零件的性能和使用壽命，金相分析是控制機械零件內在質量的重要手段。在新材料，新工藝，新產品的研究開發(fā)中，在提高金屬制品內在質量 的科研中，都離不開金相技術分析。1達達編 35-1v1.0 可編輯可修改金相檢驗（或者說金相分析） 是應用金相學方法檢查金屬材料的宏觀和顯微組織的工 作。金相學：狹義的金屬學，也就是研究合金相圖，用肉眼觀察，在放大鏡和顯微鏡的幫助 下，研究金屬和合金的組織和相變的學科。金屬學 研究成分、組織結構及其變化，以及加工和熱處理工藝等對金屬、合金性能的 影響和它們之間相互關系的學科。狹義的金相圖片是

3、將金屬試樣進行切割、鑲嵌、磨光、拋光、腐蝕處理后,使金屬顯露出它的晶粒、晶界、缺陷、夾雜等微觀晶體結構，并在 om（光學顯微鏡）下進行顯微攝像得到 的圖片。它的放大倍數一般最高達到 2000 倍。現在的很多金相也通過 sem（掃描電子顯微鏡）、tem（透射電子顯微鏡）來直接獲得。他們主要用來觀察材料的位錯（能看到清晰的位錯線），放大倍數一般為 5000 到 30000 倍。更精密的儀器是 stm（掃描隧道顯微鏡），它的放大倍數可以達到原子級別，也就是納米級， 主要用來計算材料的晶粒度。（晶粒度即晶粒的平均尺寸。）晶體晶體即是內部質點在三維空間呈周期性重復排列的固體。 晶體有三個特征(1) 晶體

4、有整齊規(guī)則的幾何外形；(2) 晶體有固定的熔點，在熔化過程中，溫度始終保持不變；晶體(3)晶體有各向異性的特點。2達達編 35-2v1.0 可編輯可修改固態(tài)物質有晶體與非晶態(tài)物質(無定形固體)之分，而無定形固體不具有上述特點。晶體是內部質點在三維空間成周期性重復排列的固體，具有長程有序，并成周期性重復 排列。非晶體是內部質點在三維空間不成周期性重復排列的固體，具有近程有序，但不具有長 程有序。如玻璃。外形為無規(guī)則形狀的固體。合成鉍單晶晶體的共性1、 長程有序：晶體內部原子在至少在微米級范圍內的規(guī)則排列。2、 均勻性：晶體內部各個部分的宏觀性質是相同的。3、 各向異性：晶體中不同的方向上具有不同

5、的物理性質。4、 對稱性：晶體的理想外形和晶體內部結構都具有特定的對稱性。5、 自限性：晶體具有自發(fā)地形成封閉幾何多面體的特性。6、 解理性：晶體具有沿某些確定方位的晶面劈裂的性質。7、 最小內能：成型晶體內能最小。8、 晶面角守恒：屬于同種晶體的兩個對應晶面之間的夾角恒定不變。晶體組成組成晶體的結構微粒 (分子、原子、離子)在空間有規(guī)則地排列在一定的點上，這些點群有一定的幾何形狀，叫做晶格。排有結構粒子的那些點叫做晶格的結點。金剛石、石墨、食 鹽的晶體模型，實際上是它們的晶格模型。3達達編 35-3v1.0 可編輯可修改晶體按其結構粒子和作用力的不同可分為四類：離子晶體、原子晶體、分子晶體和

6、金屬 晶體。 固體可分為晶體、非晶體和準晶體三大類。具有整齊規(guī)則的幾何外形、固定熔點和各向異性的固態(tài)物質，是物質存在的一種基本形 式。固態(tài)物質是否為晶體，一般可由 x 射線衍射法予以鑒定。晶體內部結構中的質點 (原子、離子、分子)有規(guī)則地在三維空間呈周期性重復排列，組成一定形式的晶格，外形上表現為一定形狀的幾何多面體。組成某種幾何多面體的平面稱為晶面，由于生長的條件不同，晶體在外形上可能有些歪斜，但同種晶體晶面間夾角 (晶面角) 是一定的，稱為晶面角不變原理。晶體按其內部結構可分為七大晶系和 14 種晶格類型。晶體都有一定的對稱性，有 32 種對稱元素系，對應的對稱動作群稱做晶體系點群。按照內

7、部質點間作用力性質不同，晶體可分為離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體等四大典型晶體，如食鹽、金剛石、干冰和各種金屬等。同一晶體也有單晶和多晶(或粉晶)的區(qū)別。在實際中還存在混合型晶體。晶體說到晶體，還得從結晶談起。大家知道，所有物質都是由原子或分子構成的。眾所周知，物質有三種聚集形態(tài)：氣體、液體和固體。但是，你知道根據其內部構造特點，固體又可分 為幾類嗎研究表明，固體可分為晶體、非晶體和準晶體三大類。幾何形狀晶體通常呈現規(guī)則的幾何形狀，就像有人特意加工出來的一樣。其內部原子的排列十分規(guī)整嚴格，比士兵的方陣還要整齊得多。如果把晶體中任意一個原子沿某一方向平移一定距離，必能找到一個同樣的原子。

8、而玻璃、珍珠、瀝青、塑料等非晶體，內部原子的排列則是雜亂無章的。準晶體是最近發(fā)現的一類新物質，其內部排列既不同于晶體，也不同于非晶體。究竟什么樣的物質才能算作晶體呢首先，除液晶外，晶體一般是固體形態(tài) 。其次，組成4達達編 35-4v1.0 可編輯可修改物質的原子、分子或離子具有規(guī)律、周期性的排列，這樣的物質就是晶體。但僅從外觀上，用肉眼很難區(qū)分晶體、非晶體與準晶體。那么，如何才能快速鑒定出它們呢一種最常用的技術是 x 光技術。用 x 光對固體進行結構分析，你很快就會發(fā)現，晶體和 非晶體、準晶體是截然不同的三類固體。晶體結構為了描述晶體的結構，我們把構成晶體的原子當成一個點，再用假想的線段將這些

9、代表原子的各點連接起來，就繪成了像圖中所表示的格架式空間結構。這種用來描述原子在晶體中排列的幾何空間格架，稱為晶格。由于晶體中原子的排列是有規(guī)律的，可以從晶格中拿出一個完全能夠表達晶格結構的最小單元，這個最小單元就叫作晶胞。許多取向相同的晶胞組成晶粒，由取向不同的晶粒組成的物體，叫做多晶體，而單晶體內所有的晶胞取向完全一致， 常見的單晶如單晶硅、單晶石英。大家最常見到的一般是多晶體。由于物質內部原子排列的明顯差異，導致了晶體與非晶體物理化學性質的巨大差異。例如，晶體有固定的熔點，當溫度高到某一溫度便立即熔化；而玻璃及其它非晶體則沒有固定 的熔點，從軟化到熔化是一個較大的溫度范圍。我們吃的鹽是氯

10、化鈉的結晶，味精是谷氨酸鈉的結晶，冬天窗戶玻璃上的冰花和天上飄下的雪花，是水的結晶。我們可以這樣說：“熠熠閃光的不一定是晶體，樸實無華、不能閃光的未必就不是晶體”。不是嗎每家廚房中常見的砂糖、堿是晶體，每個人身上的牙齒、骨骼是晶體，工業(yè)中的礦物巖石是晶體，日常見到的各種金屬及合金制品也屬晶體，就連地上的泥土砂石都是晶體。我們身邊的固體物質中，除了常被我們誤以為是晶體的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外，幾乎都是晶體。晶體離我們并不遙遠，它就在我們的日常生活中。晶體5達達編 35-5v1.0 可編輯可修改組成晶體的結構粒子（分子、原子、離子）在三維空間有規(guī)則地排列在一定的點上，這些點周期性地構成有一定

11、幾何形狀的無限格子，叫做晶格。按照晶體的現代點陣理論，構成晶體結構的原子、分子或離子都能抽象為幾何學上的點。這些沒有大小、沒有質量、不可分辨的點在空間排布形成的圖形叫做點陣，以此表示晶體中結構粒子的排布規(guī)律。構成點陣的點叫做陣點，陣點代表的化學內容叫做結構基元。因此，晶格也可以看成點陣上的點所構成的點群集合。對于一個確定的空間點陣，可以按選擇的向量將它劃分成很多平行六面體，每個平行六面體叫一個單位，并以對稱性高、體積小、含點陣點少的單位為其正當格子。晶格就是由這些格子周期性地無限延伸而成的?？臻g正當格子只有 7 種形狀（對應于 7 個晶系），14 種型式它們是簡單立方、體心立方、面心立方；簡單

12、三方；簡單六方；簡單四方、體心四方；簡單正交、底心正交、體心正交、面心正交；簡單單斜、底心單斜；簡單三斜格子等。 晶格的強度由晶格能（或稱點）。類別實例1 立方晶系 鉆石 明礬 金 鐵 鉛2 正方晶系 錫 金紅石 白鎢石3 斜方晶系 硫 碘 硝酸銀4 單斜晶系 硼砂 蔗糖 石膏5 三斜晶系 硫酸銅 硼酸6 三方（菱形）晶系 砷 水晶 冰 石墨7 六方晶系 鎂 鋅 鈹 鎘 鈣晶體晶體是原子、離子或分子按照一定的周期性在空間排列形成在結晶過程中形成具有一定6達達編 35-6v1.0 可編輯可修改規(guī)則的幾何外形的固體。晶體通常呈現規(guī)則的幾何形狀，就像有人特意加工出來的一樣。其內部原子的排列十分規(guī)整嚴

13、格，比士兵的方陣還要整齊得多。如果把晶體中任意一個原子沿某一方向平移一定距離，必能找到一個同樣的原子。而玻璃、珍珠、瀝青、塑料等非晶體，內部原子的排列則是雜亂無章的。準晶體是最近發(fā)現的一類新物質，其內部排列既不同于晶 體，也不同于非晶體。晶體按其結構粒子和作用力的不同可分為四類：離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體。固體可分為晶體、非晶體和準晶體三大類。 具有整齊規(guī)則的幾何外形、固定熔點和各向異性的固態(tài)物質，是物質存在的一種基本形式。固態(tài)物質是否為晶體，一般可由 x 射線衍 射法予以鑒定。晶體內部結構中的質點 (原子、離子、分子)有規(guī)則地在三維空間呈周期性重復排列，組成一定形式的晶格，外形上

14、表現為一定形狀的幾何多面體。組成某種幾何多面體的平面稱為晶面，由于生長的條件不同，晶體在外形上可能有些歪斜，但同種晶體晶面間夾角 (晶面角) 是一定的，稱為晶面角不變原理。晶體按其內部結構可分為七大晶系和 14 種晶格類型。晶體都有一定的對稱性，有 32 種對稱元素系，對應的對稱動作群稱做晶體系點群。按照內部質點間作用力性質不同，晶體可分為離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體等四大典型晶體，如食鹽、金剛石、干冰和各種金屬等。同一晶體也有單晶和多晶(或粉晶)的區(qū)別。在實際中還存在混合型晶體。說到晶體，還得從結晶談起。大家知道，所有物質都是由原子或分子構成的。眾所周知，物質有三種聚集形態(tài)：氣體、

15、液體和固體。研究表明，固體可分為晶體、非晶體和準晶體三 大類。究竟什么樣的物質才能算作晶體呢首先，除液晶外，晶體一般是固體形態(tài)。其次，組成物質的原子、分子或離子具有規(guī)律、周期性的排列，這樣的物質就是晶體。但僅從外觀上，用肉眼很難區(qū)分晶體、非晶體與準晶體。那么，如何才能快速鑒定出它們呢一種最常用的技術是 x 光技術。用 x 光對固體進行結構分析，你很快就會發(fā)現，晶體和非晶體、準晶體是截 然不同的三類固體。7達達編 35-7v1.0 可編輯可修改晶體為了描述晶體的結構，把構成晶體的原子當成一個點，再用假想的線段將這些代表原子的各點連接起來，就繪成了所表示的格架式空間結構。這種用來描述原子在晶體中排

16、列的幾何空間格架，稱為晶格。由于晶體中原子的排列是有規(guī)律的，可以從晶格中拿出一個完全能夠表達晶格結構的最小單元，這個最小單元就叫作晶胞。許多取向相同的晶胞組成晶粒，由取向不同的晶粒組成的物體，叫做多晶體，而單晶體內所有的晶胞取向完全一致，常見的單 晶如單晶硅、單晶石英。大家最常見到的一般是多晶體。由于物質內部原子排列的明顯差異，導致了晶體與非晶體物理化學性質的巨大差異。例如，晶體有固定的熔點，當溫度高到某一溫度便立即熔化；而玻璃及其它非晶體則沒有固定 的熔點，從軟化到熔化是一個較大的溫度范圍。吃的鹽是氯化鈉的結晶，味精是谷氨酸鈉的結晶，冬天窗戶玻璃上的冰花和天上飄下的雪花，是水的結晶?？梢赃@樣

17、說：“熠熠閃光的不一定是晶體，樸實無華、不能閃光的未必就不是晶體”。廚房中常見的砂糖、堿是晶體，每個人身上的牙齒、骨骼是晶體，工業(yè)中的礦物巖石是晶體，日常見到的各種金屬及合金制品也屬晶體，就連地上的泥土砂石都是晶體。我們身邊的固體物質中，除了常被我們誤以為是晶體的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外，幾 乎都是非晶體。晶體離我們并不遙遠，它就在日常生活中。組成晶體的結構粒子（分子、原子、離子）在三維空間有規(guī)則地排列在一定的點上，這些點周期性地構成有一定幾何形狀的無限格子，叫做晶格。按照晶體的現代點陣理論，構成晶體結構的原子、分子或離子都能抽象為幾何學上的點。這些沒有大小、沒有質量、不可分辨的點在空間排

18、布形成的圖形叫做點陣，以此表示晶體中結構粒子的排布規(guī)律。構成點陣的點叫做陣點，陣點代表的化學內容叫做結構基元。因此，晶格也可以看成點陣上的點所構成的點群集合。對于一個確定的空間點陣，可以按選擇的向量將它劃分成很多平行六面體，每個平行六面體叫一個單位，并以對稱性高、體積小、含點陣點少的單位為其正當格子。晶格8達達編 35-8v1.0 可編輯可修改就是由這些格子周期性地無限延伸而成的?？臻g正當格子只有 7 種形狀（對應于 7 個晶系），14 種型式。它們是簡單立方、體心立方、面心立方；簡單三方；簡單六方；簡單四方、體心四方；簡單正交、底心正交、體心正交、面心正交；簡單單斜、底心單斜；簡單三斜格子等

19、。 晶格的強度由晶格能（或稱點）。晶體的分布非常廣泛，自然界的固體物質中，絕大多數是晶體。氣體、液體和非晶物質 在一定的合適條件下也可以轉變成晶體。晶體1、 自限性：晶體具有自發(fā)形成幾何多面體形態(tài)的性質，這種性質成為自限性。2、 均一性和異向性：因為晶體是具有格子構造的固體，同一晶體的各個部分質點分布是相同的，所以同一晶體的各個部分的性質是相同的，此即晶體的均一性；同一晶體格子中，在不同的方向上質點的排列一般是不相同的，晶體的性質也隨方向的不同而有所差異，此即 晶體的異向性。3、最小內能與穩(wěn)定性：晶體與同種物質的非晶體、液體、氣體比較，具有最小內能。晶體是具有格子構造的固體，其內部質點作規(guī)律排

20、列。這種規(guī)律排列的質點是質點間的引力與 斥力達到平衡，使晶體的各個部分處于位能最低的結果。結晶結晶分兩種，一種是降溫結晶，另一種是蒸發(fā)結晶。降溫結晶：首先加熱溶液，蒸發(fā)溶劑成飽和溶液，此時降低熱飽和溶液的溫度，溶解度 隨溫度變化較大的溶質就會呈晶體析出，叫降溫結晶。9達達編 35-9v1.0 可編輯可修改蒸發(fā)結晶：蒸發(fā)溶劑，使溶液由不飽和變?yōu)轱柡?，繼續(xù)蒸發(fā)，過剩的溶質就會呈晶體析 出，叫蒸發(fā)結晶。常見的晶體有萘，海波，冰，各種金屬。晶體1、長程有序：晶體內部原子在至少在微米級范圍內的規(guī)則排列。 2、均勻性：晶體內部 各個部分的宏觀性質是相同的。3、 各向異性：晶體中不同的方向上具有不同的物理性

21、質。4、 對稱性：晶體的理想外形和晶體內部結構都具有特定的對稱性。5、 自限性：晶體具有自發(fā)地形成封閉幾何多面體的特性。6、 解理性：晶體具有沿某些確定方位的晶面劈裂的性質。7、 最小內能：成型晶體內能最小。8、 晶面角守恒：屬于同種晶體的兩個對應晶面之間的夾角恒定不變。組成晶體的結構微粒 (分子、原子、離子)在空間有規(guī)則地排列在一定的點上，這些點群有一定的幾何形狀，叫做晶格。排有結構粒子的那些點叫做晶格的結點。金剛石、石墨、食 鹽的晶體模型，實際上是它們的晶格模型。晶體10達達編 35-10v1.0 可編輯可修改晶體的一些性質取決于將分子聯結成固體的結合力。這些力通常涉及原子或分子的最外層的

22、電子（或稱價電子）的相互作用。如果結合力強，晶體有較高的熔點。如果它們稍弱一些，晶體將有較低的熔點，也可能較易彎曲和變形。如果它們很弱，晶體只能在很低溫度下 形成，此時分子可利用的能量不多。有四種主要的晶體鍵。離子晶體由正離子和負離子構成，靠不同電荷之間的引力結合在一起。氯化鈉是離子晶體的一例。共價晶體的原子或分子共享它們的價電子。鉆石、鍺和硅是重要的共價晶體。金屬的原子變?yōu)殡x子，被自由的價電子所包圍，它們能夠容易地從一個原子運動到另一個原子。當這些電子全在同一方向運動時，它們的運動稱為電流。分子晶體的分子完全不分享它們的電子。它們的結合是由于從分子的一端到另一端電場有微小的變動。因為這個結合

23、力很弱，這些晶體在很低的溫度下就熔化。典型的分子結晶如固態(tài)氧和冰。在離子，晶體中，電子從一個原子轉移到另一個原子。共價晶體的原子分享它們的價電子。金屬原子的一端有少量的負電荷，另一端有少量的正電荷。一個弱的電引力使分子就位。用來制作工業(yè)用的晶體的技術之一，是從熔液中生長。籽晶可用來促進單晶體的形成。在這個工序里，籽晶降落到裝有熔融物質的容器中。籽晶周圍的熔液冷卻，它的分子就依附在籽晶上。這些新的晶體分子承接籽晶的取向，形成了一個大的單晶體。藍寶石和紅寶石的基本成分是氧化鋁，它的熔點高，制成一個盛裝它的熔液的容器是困難的。人工合成藍寶石和紅寶石是用維爾納葉法（焰熔法）制成，即將氧化鋁粉和少量上色

24、用的鈦、鐵或鉻粉，通 過火焰下滴到籽晶上。火焰將粉熔解，然后在籽晶上重新結晶。生長人造鉆石需要高于 1600的溫度和 60000 倍大氣壓。人造鉆石砂粒小且黑，它們適宜工業(yè)應用。區(qū)域熔化過程用來純化半導體工業(yè)中的硅晶體。一個單晶體垂直懸掛在硅棒的頂端上。在兩者接觸處加熱，棒的頂端熔化，并在單晶體上重結晶，然后將加熱處慢慢地沿 棒下移。11達達編 35-11v1.0 可編輯可修改晶體晶體的對稱表現在晶體中相等的晶面，晶棱和角頂有規(guī)律的重復出現。這是由于它具有規(guī)律的格子構造。是其在三維空間周期性重復的體現。既晶體的對稱性不僅表現在外部形態(tài) 上，而且其內部構造也同樣也是對稱的。鎵, 一種很容易結成大

25、塊單晶的金屬在晶體的外形以及其他宏觀表現中還反映了晶體結構的對稱性。晶體的理想外形或其結構都是對稱圖象。這類圖象都能經過不改變其中任何兩點間距離的操作後復原。這樣的操作稱為對稱操作,平移、旋轉、反映和倒反都是對稱操作。能使一個圖象復原的全部不等同操作，形 成一個對稱操作群。在晶體結構中空間點陣所代表的是與平移有關的對稱性，此外，還可以含有與旋轉、反映和倒反有關并能在宏觀上反映出來的對稱性，稱為宏觀對稱性，它在晶體結構中必須與空 間點陣共存，并互相制約。制約的結果有二:1 晶體結構中只能存在 1、2、3、4 和 6 次對稱軸，2 空間點陣只能有 14 種形式。n 次對稱軸的基本旋轉操作為旋轉 3

26、60/n，因此，晶體 能在外形和宏觀中反映出來的軸對稱性也只限于這些軸次。由于原子并不處于靜止狀態(tài)，存在著外來原子引起的點陣畸變以及一定的缺陷，基本結構雖然仍符合上述規(guī)則性，但絕不是如設想的那樣完整無缺，存在數目不同的各種形式的晶體缺陷。另外還必須指出，絕大多數工業(yè)用的金屬材料不是只由一個巨大的單晶所構成,而是由大量小塊晶體組成,即多晶體。在整塊材料內部，每個小晶體（或稱晶粒）整個由三維空間界面與它的近鄰隔開。這種界面稱晶粒間界，簡稱晶界。晶界厚度約為兩三個原子。12達達編 35-12v1.0 可編輯可修改晶體大多數天然晶體都是一個原子接一個原子或一個分子接一個分子來完成的但是jillianb

27、anfield 和同事們發(fā)現了一些晶體，它們是由含有成百上千個原子的“預制”納米晶體裝配而成。據一篇相關的研究評述，這種晶體的塊生長方式可能會對制造用于光學和電子設備(比如激光或硬盤 )的人工材料有用。水鐵石（ ferrihydrite）的天然的預制晶體是由細菌合成的，在被水淹了的礦的爛泥里能找到，水鐵石靠排列的納米晶體連接起來而生長。 這種生長晶體的方式引入特有的缺陷，可能會影響晶體在以后反應中的性質。晶體缺陷在二十世紀初葉，人們?yōu)榱颂接懳镔|的變化和性質產生的原因，紛紛從微觀角度來研究晶體內部結構，特別是 x 射線衍射的出現，揭示出晶體內部質點排列的規(guī)律性，認為內部質 點在三維空間呈有序的無

28、限周期重復性排列，即所謂空間點陣結構學說。前面講到的都是理想的晶體結構，實際上這種理想的晶體結構在真實的晶體中是不存在的，事實上，無論是自然界中存在的天然晶體，還是在實驗室（或工廠中）培養(yǎng)的人工晶體或是陶瓷和其它硅酸鹽制品中的晶相，都總是或多或少存在某些缺陷，因為：首先晶體在生長過程中，總是不可避免地受到外界環(huán)境中各種復雜因素不同程度影響，不可能按理想發(fā)育，即質點排列不嚴格服從空間格子規(guī)律，可能存在空位、間隙離子、位錯、鑲嵌結構等缺陷，外形可能不規(guī)則。另外，晶體形成后，還會受到外界各種因素作用如溫度、溶解、擠壓、扭 曲等等。晶體缺陷：各種偏離晶體結構中質點周期重復排列的因素，嚴格說，造成晶體點

29、陣結構 周期勢場畸變的一切因素。如晶體中進入了一些雜質。這些雜質也會占據一定的位置，這樣破壞了原質點排列的周期性，在二十世紀中期，發(fā)現晶體中缺陷的存在，它嚴重影響晶體性質，有些是決定性的，13達達編 35-13v1.0 可編輯可修改如半導體導電性質，幾乎完全是由外來雜質原子和缺陷存在決定的，許多離子晶體的顏色、發(fā)光等。另外，固體的強度，陶瓷、耐火材料的燒結和固相反應等等均與缺陷有關，晶體缺 陷是近三、四年國內外科學研究十分注意的一個內容。根據缺陷的作用范圍把真實晶體缺陷分四類：點缺陷：在三維尺寸均很小，只在某些位置發(fā)生，只影響鄰近幾個原子。線缺陷：在二維尺寸小，在另一維尺寸大，可被電鏡觀察到。

30、面缺陷：在一維尺寸小，在另二維尺寸大，可被光學顯微鏡觀察到。體缺陷：在三維尺寸較大，如鑲嵌塊，沉淀相，空洞，氣泡等。幾點缺陷按形成的原因不同分三類：1 熱缺陷（晶格位置缺陷）在晶體點陣的正常格點位出現空位，不該有質點的位置出現了質點（間隙質點）。 2 組成缺陷外來質點（雜質）取代正常質點位置或進入正常結點的間隙位置。3 電荷缺陷晶體中某些質點個別電子處于激發(fā)狀態(tài)，有的離開原來質點，形成自由電子，在原來電 子軌道上留下了電子空穴。1. 缺陷符號及缺陷反應方程式缺陷符號 以二元化合物 mx 為例1） 晶格空位：正常結點位沒有質點，vm，vx2） 間隙離子：除正常結點位置外的位置出現了質點，mi ，

31、xx3） 錯位離子：m 排列在 x 位置，或 x 排列在 m 位置上，若處在正常結點位置上，則 mm， xx4） 取代離子：外來雜質 l 進入晶體中，若取代 m，則 lm，若取代 x，則 lx，若占據間 隙位，則 li。5） 自由電子 e（代表存在一個負電荷），表示有效電荷。14達達編 35-14v1.0 可編輯可修改6） 電子空穴 h (代表存在一個正電荷)， 表示有效正電荷如：從 nacl 晶體中取走一個 na+，留下一個空位 造成電價不平衡，多出負一價 。相當于取 走 na 原子加一個負有效負電荷，e 失去自由電子，剩下位置為電子空穴 h7） 復合缺陷同時出現正負離子空位時，形成復合缺陷

32、，雙空位。vm+vx（vm- vx）缺陷反應方程式必須遵守三個原則1） 位置平衡反應前后位置數不變（相對物質位置而言）2） 質點平衡反應前后質量不變（相對加入物質而言）3） 電價平衡反應前后呈電中性例：將 cacl2 引入 kcl 中：將 cao 引入 zro2 中注意：只從缺陷反應方程看，只要符合三個平衡就是對的，但實際上往往只有一種是對 的，這要知道其它條件才能確定哪個缺陷反應是正確的。確定（1）式密度增加，要根據具體實驗和計算。2. 熱缺陷（晶格位置缺陷)只要晶體的溫度高于絕對零度，原子就要吸收熱能而運動，但由于固體質點是牢固結合在一起的，或者說晶體中每一個質點的運動必然受到周圍質點結合

33、力的限制而只能以質點的平衡位置為中心作微小運動，振動的幅度隨溫度升高而增大，溫度越高，平均熱能越大，而相應一定溫度的熱能是指原子的平均動能，當某些質點大于平均動能就要離開平衡位置，在原來的位置上留下一個空位而形成缺陷，實際上在任何溫度下總有少數質點擺脫周圍離子的 束縛而離開原來的平衡位置，這種由于熱運動而產生的點缺陷熱缺陷。熱缺陷兩種基本形式：a -弗侖克爾缺陷,b -肖特基缺陷15達達編 35-15v1.0 可編輯可修改(1) 弗侖克爾缺陷具有足夠大能量的原子（離子）離開平衡位置后，擠入晶格間隙中，形成間隙原子離子）， 在原來位置上留下空位。特點：空位與間隙粒子成對出現，數量相等，晶體體積不

34、發(fā)生變化。在晶體中弗侖克爾缺陷的數目多少與晶體結構有很大關系，格點位質點要進入間隙位，間隙必須要足夠大，如螢石（caf2）型結構的物質空隙較大，易形成，而 nacl 型結構不易形 成。總的來說，離子晶體，共價晶體形成該缺陷困難。(2) 肖特基缺陷表面層原子獲得較大能量，離開原來格點位跑到表面外新的格點位，原來位置形成空位 這樣晶格深處的原子就依次填入，結果表面上的空位逐漸轉移到內部去。特點：體積增大，對離子晶體、正負離子空位成對出現，數量相等。結構致密易形成肖 特基缺陷。晶體熱缺陷的存在對晶體性質及一系列物理化學過程，導電、擴散、固相反應、燒結等產生重要影響，適當提高溫度，可提高缺陷濃度，有利

35、于擴散，燒結作用，外加少量填加劑也可提高熱缺陷濃度，有些過程需要最大限度避免缺陷產生, 如單晶生產，要非常快冷卻。 3. 組成缺陷主要是一種雜質缺陷，在原晶體結構中進入了雜質原子，它與固有原子性質不同，破壞 了原子排列的周期性，雜質原子在晶體中占據兩種位置（1）填隙位（2）格點位4. 電荷缺陷 (charge defect)從物理學中固體的能帶理論來看，非金屬固體具有價帶，禁帶和導帶，當在or 時，導帶全部完善，價帶全部被電子填滿，由于熱能作用或其它能量傳遞過程 ，價帶中電子得到一能量 eg，而被激發(fā)入導帶，這時在導帶中存在一個電子，在價帶留一孔穴，孔穴也可以導電，這樣雖末破壞原子排列的周期性

36、，在由于孔穴和電子分別帶有正負電荷，在它們附近形成一 個附加電場，引起周期勢場畸變，造成晶體不完整性稱電荷缺陷。例：純半導體禁帶較寬，價電帶電子很難越過禁帶進入導帶，導電率很低，為改善導電性，可采用摻加雜質的辦法，如在半導體硅中摻入 p 和 b，摻入一個 p，則與周圍 si 原子形成四對共價鍵，并導出一個電子，叫施主型雜質，這個多余電子處于半束縛狀態(tài)，只須填加16達達編 35-16v1.0 可編輯可修改很少能量，就能躍遷到導帶中，它的能量狀態(tài)是在禁帶上部靠近導帶下部的一個附加能級上，叫施主能級，叫 n 型半導體。當摻入一個 b，少一個電子，不得不向其它 si 原子奪取一個電子補充，這就在 si

37、 原子中造成空穴，叫受主型雜質，這個空穴也僅增加一點能量就能把價帶中電子吸過來，它的能量狀態(tài)在禁帶下部靠近價帶頂部一個附加能級，叫受主能級，叫 p 型 半導體，自由電子，空穴都是晶體一種缺點缺陷在實踐中有重要意義：燒成燒結，固相反應，擴散，對半導體，電絕緣用陶瓷有 重要意義，使晶體著色等。編輯本段線缺陷實際晶體在結晶時，受到雜質，溫度變化或振動產生的應力作用或晶體由于受到打擊，切割等機械應力作用，使晶體內部質點排列變形，原子行列間相互滑移，不再符合理想晶體 的有序排列，形成線狀缺陷。位錯直觀定義：晶體中已滑移面與未滑移面的邊界線。這種線缺陷又稱位錯，注意：位錯不是一條幾何線，而是一個有一定寬度

38、的管道，位錯 區(qū)域質點排列嚴重畸變，有時造成晶體面網發(fā)生錯動。對晶體強度有很大影響。位錯主要有兩種：刃型位錯和螺型位錯。刃型位錯其形式可以設想為：在一完整晶體，沿 bcef 晶面橫切一刀，從 bcad，將 abcd 面上半部分，作用以壓力 ，使之產生滑移，距離 （柏氏矢量晶格常數或數倍）滑移面 bcef，滑 移區(qū) abcd，未滑移區(qū) adef，ad 為已滑移區(qū)交界線位錯線。正面看簡圖：如上圖滑移上部多出半個原子面，就象刀刃一樣（劈木材）稱刃型位錯。特點：滑移方向與位錯線垂直，符號，有多余半片原子面。螺型位錯其形成可設想為：在一完整晶體，沿 abcd 晶面橫切一刀，在 abcd 面上部分沿 x

39、方向施 一力 ，使其生產滑移 ，滑移區(qū) abcd 未滑移區(qū) adef，交界線 ad（位錯線）特點：滑移方向與位錯線平行，與位錯線垂直的面不是平面，呈螺施狀，稱螺型位錯。 刃型位錯與螺型位錯區(qū)別17達達編 35-17v1.0 可編輯可修改a -正常面網,b -刃型位錯,c -螺型位錯主要從各自特點區(qū)別刃型：滑移方向與位錯線垂直，多半個原子面，位錯線可為曲線。螺型：滑移方向與位錯線平行，呈螺旋狀，位錯線直線。由于位錯的存在對晶體的生長，雜質在晶體中的擴散，晶體內鑲嵌結構的形成及晶體的 高溫蠕變性等一系列性質和過程都有重要影響。晶體位錯的研究方法：通常用光學顯微鏡， x 光衍射電子衍射和電子顯微鏡等

40、技術進行 直接觀察和間接測定。位錯具有以下基本性質：(1) 位錯是晶體中原子排列的線缺陷，不是幾何意義的線，是有一定尺度的管道。(2) 形變滑移是位錯運動的結果，并不是說位錯是由形變產生的，因為一塊生長很完事的 晶體中，本身就存在很多位錯。(3) 位錯線可以終止在晶體的表面（或多晶體的晶界上），但不能終止在一個完事的晶體 內部。(4) 在位錯線附近有很大應力集中，附近原子能量較高，易運動。晶體面缺陷涉及較大范圍（二維方向）、晶界、晶面、堆垛層錯。晶面由于晶體表面處的離子或原子具有不飽和鍵，有很大反應活性，表面結構出現不對稱性，18達達編 35-18v1.0 可編輯可修改使點陣受到很大彎曲變形，

41、因而能量比內部能量高，是一種缺陷。晶界晶粒之間交界面，晶粒間取向不同出現晶粒間界，在晶粒界面上的排列是一種過渡狀態(tài) 與兩晶粒都不相同。1）小角度晶界（鑲嵌塊）尺寸在 10-6-10-8m 的小晶塊，彼此間以幾秒到 的微?。?）角度傾斜相交，形成鑲嵌結構，有人認為是棱位錯，由于晶粒以微小角度相交，可以認為合并在一起，在晶界面是形成 了一系列刃型位錯。2）大角度晶界，各晶面取向互不相同，交角較大，在多晶體中，晶體可能出現大角度晶界。在這種晶界中，頂點排列接近無序狀態(tài)，晶界處是缺陷位置，所以能量較高，可吸附外來質點。晶界是原子或離子擴散的快速通道，也是空位消除的地方，這種特殊作用對固相反應，燒結起重

42、要作用，對陶瓷、耐火材料等多晶材料性能如蠕變、強度等力學性能和極化、 損耗等介電性能影響較大。堆垛層錯離 子 堆 垛 過 程 中 發(fā) 生 了 層 次 錯 動 ， 出 現 堆 垛 層 錯 ， 如 面 心 立 方 堆 積 形 式 為 abcabcaabcacbabc 中間的 b 層和 c 層發(fā)生了層次錯動，出現缺陷（一般了解）非化學計量化合物定 義 ： 化 合 物 中 各 元 素 的 原 子 數 之 比 不 是 簡 單 的 整 數 而 出 現 了 分 數 ， 如 fe1-xo,cu2-xo,co1-xo 等。編輯本段可偏離化合式的化合物在基礎化學中學到的化合物的分子式都是符合定比定律的，即元素的原

43、子數之比為簡單整數比，如 feo，fe/o=1/1，tio2, ti/o=1/2 等，現在認為這種嚴格按化學計量形成的化合 物是一種特殊情況，而普遍存在著所謂非化學計量化合物。非化學計量化合物缺陷有四種類型(1) 陽離子過剩，形成陰離子空位tio2，zro2 會產生這種缺陷，分子式為 tio2-x, zro2-x,從化學計量觀念，正負離子比為 1：2，由于揣氧不足，在晶體中存在氧空位，而變?yōu)榉腔瘜W計量化合物。從化學觀念看，19達達編 35-19v1.0 可編輯可修改缺氧 tio2 可以看作是四價鈦和三價鈦氧化物的固體溶液，即 ti2o3 在 tio2 中的固溶體，或從電中性考慮，ti 由四價三

44、價，原因：ti4+獲得一個電子ti3+，所獲得的電了是由于氧不足脫離. 正常 tio2 晶格結點放出的，在電場作用下，這一電子可以一個鈦離子位置遷移到另一個鈦離子位置，并非固定在某一鈦離子上，從而形成電子電導，具有這種缺陷的材料稱 n 型半導體。這種非化學計量化合物缺陷方程可寫成：例：在還原氣氛下 tio2tio2-x也可看成部分 o 由晶格逸出變成氣體可見：這種非化學計量化合物的形成多是由變價正離子構成的氧化物，由高價變?yōu)榈蛢r， 形成負離子空位，還有 tho2，ceo2 等，與氣氛有關。陽離子過剩形成間隙陽離子如 zno、cdozn1+xo,cd1+xo，過剩的金屬離子進入間隙位，為保持電中

45、性，等價電子 被束縛在間隙位的金屬離子周圍。例：zno 在鋅蒸氣中加熱，顏色逐漸加深變化。負電子過剩形成間隙負離子。目前吸發(fā)現有 uo2+x，可以看作 u3o8 在 uo2 中的固溶體，當負離子過剩進入間隙位置時，結構中必須出現兩個電子空穴，以平衡整體電中性，相應正離子電價升高，電子空穴在電場 作用下產生運動，這種材料稱 p 型半導體。負離子過剩形成正離子空位由于存在正離子空位，為保持電中性，在正離子空位周圍捕獲電子空位，因此其也是 p型半導體，如 cu2o、feo 即是。例：feo 在氧氣下形成這種缺陷，實際上是 fe2o3 在 feo 中形成的固溶體（高價取代低價），即 2 個 fe3+取

46、代 3 個 fe2+，同時在晶格中形成個正離子空位，在氧氣條件下，氧氣進入 feo 晶格結構中，變?yōu)檠蹼x子，必須從鐵離子獲得兩個電子， 使 fe2+fe3+，并形成 vfe。可見，非化學計量化合物缺陷的形成主要受氣氛影響，也與溫度有關，嚴格說，世界上 所有化合物都是非化學計量的，只是程度不同而已。編輯本段晶體熔沸點的比較不同晶體類型的熔沸點高低規(guī)律20達達編 35-20v1.0 可編輯可修改一般為：原子晶體離子晶體分子晶體。金屬晶體的熔沸點有的很高（如鎢），有的很低 （如汞）。同種類型晶體的熔沸點高低規(guī)律一下詳見本身詞條（1） 同屬金屬晶體（2） 同屬原子晶體（3） 同屬離子晶體（4） 同屬分

47、子晶體編輯本段結晶結晶分兩種，一種是降溫結晶，另一種是蒸發(fā)結晶。 降溫結晶：首先加熱溶液，蒸發(fā)溶劑成飽和溶液，此時降低熱飽和溶液的溫度，溶解度隨溫度變化較大的溶質就會呈晶體析出， 叫降溫結晶。蒸發(fā)結晶：蒸發(fā)溶劑，使溶液由不飽和變?yōu)轱柡?，繼續(xù)蒸發(fā)，過剩的溶質就會呈晶體析 出，叫蒸發(fā)結晶。常見的晶體有萘，海波，冰，各種金屬。編輯本段區(qū)別固態(tài)物質分為晶體和非晶體。從宏觀上看，晶體都有自己獨特的、呈對稱性的形狀，如食鹽呈立方體；冰呈六角棱柱體；明礬呈八面體等。而非晶體的外形則是不規(guī)則的。晶體在不同的方向上有不同的物理性質，如機械強度、導熱性、熱膨脹、導電性等，稱為各向異性。而非晶體的物理性質卻表現為各

48、向同性。晶體有固定的熔化溫度熔點（或凝固點），而非晶 體則是隨溫度的升高逐漸由硬變軟，而熔化。晶體和非晶體所以含有不同的物理性質，主要是由于它的微觀結構不同。組成晶體的微粒原子是對稱排列的，形成很規(guī)則的幾何空間點陣。空間點陣排列成不同的形狀，就在宏觀上呈現為晶體不同的獨特幾何形狀。組成點陣的各個原子之間，都相互作用著，它們的作用主要是靜電力。對每一個原子來說，其他原子對它作用的總效果，使它們都處在勢能最低的狀態(tài)，因此很穩(wěn)定，宏觀上就表現為形狀固定，且不易改變。晶體內部原子有規(guī)則的排列，引起了晶體各向不同的物理性質。例如原子的規(guī)則排列可以使晶體內部出現若干個晶面，21達達編 35-21v1.0

49、可編輯可修改立方體的食鹽就有三組與其邊面平行的平面。如果外力沿平行晶面的方向作用，則晶體就很容易滑動（變形），這種變形還不易恢復，稱為晶體的范性。從這里可以看出沿晶面的方向，其彈性限度小，只要稍加力，就超出了其彈性限度，使其不能復原；而沿其他方向則彈性限度很大，能承受較大的壓力、拉力而仍滿足虎克定律。當晶體吸收熱量時，由于不同方向原子排列疏密不同，間距不同，吸收的熱量多少也不同，于是表現為有不同的傳熱系數和膨脹 系數。非晶體的內部組成是原子無規(guī)則的均勻排列，沒有一個方向比另一個方向特殊，如同液 體內的分子排列一樣，形不成空間點陣，故表現為各向同性。當晶體從外界吸收熱量時，其內部分子、原子的平均

50、動能增大，溫度也開始升高，但并不破壞其空間點陣，仍保持有規(guī)則排列。繼續(xù)吸熱達到一定的溫度熔點時，其分子、原子運動的劇烈程度可以破壞其有規(guī)則的排列，空間點陣也開始解體，于是晶體開始變成液體。在晶體從固體向液體的轉化過程中，吸收的熱量用來一部分一部分地破壞晶體的空間點陣，所以固液混合物的溫度并不升高。當晶體完全熔化后，隨著從外界吸收熱量，溫度又開始升高。而非晶體由于分子、原子的排列不規(guī)則，吸收熱量后不需要破壞其空間點陣，只用來提高平均動能，所以當從外界吸收熱量時，便由硬變軟，最后變成液體。玻璃、松香、瀝青和 橡膠就是常見的非晶體。多數的固體晶體屬于多晶體（也叫復晶體），它是由單晶體組成的。這種組成

51、方式是無規(guī)則的，每個單晶體的取向不同。雖然每個單晶體仍保持原來的特性，但多晶體除有固定的熔點外，其他宏觀物理特性就不再存在。這是因為組成多晶體的單晶體仍保持著分子、原子有規(guī)則的排列，溫度達不到熔解溫度時不會破壞其空間點陣，故仍存在熔解溫度。而其他方面的宏觀性質，則因為多晶體是由大量單晶體無規(guī)則排列成的，單晶體各方向上的特性平均后，沒有一個方向比另一個方向上更占優(yōu)勢，故成為各向同性。各種金屬就屬于多晶體。它們沒 有固定的獨特形狀，表現為各向同性。單晶體固態(tài)物質分為晶體和非晶體。晶體分為單晶體1，多晶體。22達達編 35-22v1.0 可編輯可修改單晶體是指樣品中所含分子 (原子或離子 )在三維空

52、間中呈規(guī)則、周期排列的一種固體狀態(tài)?；瘜W藥物中的原料藥 (一般由單一成分組成)在合適的溶劑系統中經重結晶可得到適合 x射線衍射使用的單晶樣品,其大小約為 05mm 左右。例如:雪花、食鹽小顆粒等。單晶體是半導 體科學技術上的重要材料。晶體（crystal)：晶體有三個特征 (1)晶體有一定的幾何外形； (2)晶體有固定的熔點； (3)晶體有各向異性的特點。單晶體是原子排列規(guī)律相同，晶格位相一致的晶體。例如：單晶硅。多晶體是由很多具有相同排列方式但位向不一致的很多小晶粒組成的則稱為多晶體。例 如：常用的金屬。單晶體具有晶體的三個特征。多晶體具有前兩項特征，但具有各向同性的特點。晶體生長晶體是在物相轉變的情況下形成的。物相有三種，即氣相、液相和固相。只有晶體才是真正的固體。由氣相、液相轉變成固相時形成晶體，固相之間也可以直接產生轉變。晶體生成的一般過程是先生成晶核，而后再逐漸長大。一般認為晶體從液相或氣相中的 生長有三個階段：介質達到過飽和、過冷卻階段；成核階段；生長階段。在某種介質體系中，過飽和、過冷卻狀態(tài)的出現，并不意味著整個體系的同時結晶。體系內各處首先出現瞬時的微細結晶粒子。這時由于溫度或濃度的局部變化，外部撞擊