重點與難點：
重點：常見的晶體結構型別，晶向指數與晶面指數的標定方法。
難點：晶向指數與晶面指數的標定。
內容提要：
在所有固溶體中，原子是由鍵結合在一起。這些鍵提供了固體的強度和有關電和熱的性質。例如，強鍵導致高熔點、高彈性係數、較短的原子間距及較低的熱膨脹係數。
由於原子間的結合鍵不同，將材料分為金屬、聚合物和陶瓷3類。
在結晶固體中，材料的許多效能都與其內部原子排列有關。因此，必須了解晶體的特徵及其描述方法。根據參考軸間夾角和陣點的週期性，可將晶體分為7種晶系，14種晶胞。
本章重點介紹了在晶體結構中，最常見的麵心立方結構（fcc）、體心立方結構（bcc）、密排六方結構（hcp）、金剛石型結構及氯化鈉型結構。務必熟悉晶向、晶面的概念及其表示方法（指數），因為這些指數被用來建立晶體結構和材料性質及行為間的關係。在工程實際中得到廣泛應用的是合金。
合金是由金屬和其它一種或多種元素通過化學鍵合而成的材料。它與純金屬不同，在一定的外界條件下，具有一定成分的合金其內部不同區域稱為相。合金的組織就是由不同的相組成。
在其它工程材料中也有類似情形。儘管各種材料的組織有多種多樣，但構成這些組織的相卻僅有數種。本章的重點就是介紹這些相的結構型別、形成規律及效能特點，以便認識組織，進而控制和改進材料的效能。
學習時應抓住典型例子，以便掌握重要相的結構中原子排列特點、異類原子間結合的基本規律。
按照結構特點，可以把固體中的相大致分為五類。
固溶體及金屬化合物這兩類相是金屬材料中的主要組成相。它們是由金屬元素與金屬元素、金屬元素與非金屬元素間相互作用而形成。固溶體的特點是保持了溶劑組元的點陣型別不變。
根據溶質原子的分布，固溶體可分為置換固溶體及間隙固溶體。一般來說，固溶體都有一定的成分範圍。化合物則既不是溶劑的點陣，也不是溶質的點陣，而是構成了乙個新的點陣。
雖然化合物通常可以用乙個化學式（如axby）表示，但有許多化合物，特別是金屬與金屬間形成的化合物往往或多或少由一定的成分範圍。
材料的成分不同其效能也不同。對同一成分的材料也可通過改變內部結構和組織狀態的方法，改變其效能，這促進了人們對材料內部結構的研究。組成材料的原子的結構決定了原子的結合方式，按結合方式可將固體材料分為金屬、陶瓷和聚合物。
根據其原子排列情況，又可將材料分為晶體與非品體兩大類。本章首先介紹材料的晶體結構。
基本要求：
1. 認識材料的3大類別：金屬、聚合物和陶瓷及其分類的基礎。
2. 建立原子結構的特徵，了解影響原子大小的各種因素。
3. 建立單位晶胞的概念，以便用來想像原子的排列；在不同晶向和鏡面上所存在的長程規則性;在一維、二維和三維空間的堆積密度。
4. 熟悉常見晶體中原子的規則排列形式，特別是bcc，fcc以及hcp。我們看到的麵心立方結構，除fcc金屬結構外，還有nacl結構和金剛石立方體結構。
5. 掌握晶向、晶面指數的標定方法。一般由原點至離原點最近乙個結點（u,v,w）的連線來定其指數。
如此放像機定為[u,v,w]。u,v,w之值必須使互質。晶面指數微晶面和三軸相交的3個截距係數的倒數，約掉分數和公因數之後所得到的最小整數值。
若給出具體的晶向、鏡面時會標註「指數」時，會在三維空間圖上畫出其位置。
6. 理解hume-rothery規則，能用事例說明影響固溶度（摩爾分數）的因素（原子尺寸、電負性、電子濃度及晶體結構）。
7. 熟悉下列概念和術語：
金屬學、材料科學基礎； 晶體、非晶體；結合能、結合鍵、鍵能；離子鍵、共價鍵、金屬鍵、分子鍵、氫鍵；金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、複合材料；晶體結構、晶格、晶胞、晶系、布拉菲點陣；晶格常數、晶胞原子數、配位數、致密度；晶面、晶向、晶面指數、晶向指數、晶面族、晶向族；各向異性、各向同性；原子堆積、同素異構轉變;陶瓷、離子晶體、共價晶體。
1.1材料的結合方式
1．1．1化學鍵
組成物質整體的質點(原子、分子或離子)間相互作用力叫化學鍵。由於質點相互作用時，其吸引和排斥情況的不同，形成了不同型別的化學控，主要有共價健、離子鍵和金屬鏈。
1．共價鍵
原子之間不產生電子的轉移，此時借共用電子對所產生的力結合，形成共價鍵。金剛石、單質矽、sic等屬於共價鍵。共價鍵具有方向性，故共價鍵材料是脆性的。具有很好的絕緣性。
2．離子鍵
大部分鹽類、鹼類和金屬氧化物在固態下是不能導電的．熔融時可以導電。這類化合物為離子化合物。當兩種電負性相差大的原子(如鹼金屬元素與鹵族元素的原子)相互靠近時，其中電負性小的原子失去電子，成為正離子，電負性大的原子獲得電子成為負離子，兩種離子靠靜電引力結合在一起形成離子鍵。
在nacl晶體中，離子型晶體中，正、負離子間有很強的電的吸引力，所以有較高熔點，故離子鎂材料是脆性的。故固態時導電性很差。
3．金屬鍵
金屬原子的結構特點是外層電子少，容易失去。當金屬原子相互靠近時，其外層的價電子脫離原子成為自由電子．為整個金屬所共有，它們在整個金屬內部運動，形成電子氣。這種由金屬正離子和自由電子之間互相作用而結合稱為金屬鍵。
金屬鍵無方向性和飽和性，故金屬有良好的延展性，良好的導電性。因此金屬具有正的電阻溫度係數，更好的導熱性，金屬不透明，具有金屬光澤。
4．范德瓦爾鍵
許多物質其分子具有永久極性 。分子的一部分往往帶正電荷，而另一部分往往帶負電荷，乙個分子的正電荷部位和另一分子的負電荷部位間，以微弱靜電力相吸引，使之結合在一起，稱為范德瓦爾鍵也叫分子鍵。
1.2.1工程材料的鍵性
金屬材料的結合主要是金屬鍵，陶瓷材料的結合鍵主要是離子鍵與共價鍵。高分子材料的鏈狀分子間的結合是范德瓦爾鍵，而鏈內是共價鍵。
1.2 晶體學基礎
1.2.1晶體與非晶體
原子排列可分為三個等級，即無序排列，短程有序和長程有序。
物質的質點（分子、原子或離子）在三維空間作有規律的週期性重複排列所形成的物質叫晶體。非晶體在整體上是無序的。
晶體與非晶體中原子排列方式不同，導致效能上出現較大差異。晶體具有一定的熔點，非晶體則沒有。晶體的某些物理效能和力學效能在不同的方向上具有不同的數值成為各項異性。
1.2.2空間點陣
便於研究晶體中原於、分子或離子的排列情況，近似地將晶體看成是無錯排的理想晶體，忽略其物質性，抽象為規則排列於空間的無數幾何點。這些點代表原子(分子或離子)的中心，也可是彼此等同的原子群或分子群的中心，各點的周圍環境相同。這種點的空間排列稱為空間點陣，簡稱點陣，從點陣中取出乙個仍能保持點陣特徵的最基本單元叫晶胞。
將陣點用一系列平行直線連線起來，構成一空間格架叫晶格。
晶胞選取應滿足下列條件：
(1) 晶胞幾何形狀充分反映點陣對稱性。
(2) 平行六面體內相等的稜和角數目最多。
(3) 當稜間呈直角時，直角數目應最多。
(4) 滿足上述條件，晶胞體積應最小。
(5) 晶胞的尺寸和形狀可用點陣引數來描述，它包括晶胞的各邊長度和各邊之間的夾角。
根據以上原則，可將晶體劃分為7個晶系。用數學分析法證明晶體的空間點陣只有14種，故這14種空間點陣叫做布拉菲點陣，分屬7個晶系， 空間點陣雖然只可能有14種，但晶體結構則是無限多的。
1．2．3晶向指數與晶面指數
常常涉及到晶體中某些原子在空間排列的方向（晶向）；和某些原子構成的空間平面(晶面)．為區分不同的晶向和晶面，需採用乙個統一的標號來標定它們，這種標號叫晶向指數與晶面指數。
1．晶向指數和標定
(1)以晶格中某結點為原點，取點陣常數為三座標軸的單位長度，建立右旋座標系，定出欲求晶向上任意兩個點的座標。
(2)「末」點座標減去「始」點座標，得到沿該座標系備軸方向移動的點陣引數的數目。
(3)將這三個值化成一組互質整數，加上乙個方括號即為所求的晶向指數[u v w]，如有某一數為負值，則將負號標註在該數字上方。
2．晶面指數的標定
(1)建立如前所述的參考座標系，但原點應位於待定晶面之外，以避免出現零截距。
(2)找出待定晶面在三軸的截距，如果該晶面與某軸平行，則截距為無窮大。
(3)取截距的倒數，將其化為一組互質的整數，加圓括號．得到晶面指數(h k l)
3．晶面族與晶向族
在晶體中有些晶面原子排列情況相同，面間距也相等，只是空間位向不同，屬於同一晶面族用｛h k l｝表示。 晶向族用〈u v w〉表示，代表原子排列相同，空間位向不同的所有晶相。
4．六方系晶面及晶向指數標定
座標系使用了四軸，四軸制中，晶面指數的標定同前，採用四抽座標，晶向指數用[u v t w]表示，其中t= -(u+v)。原子排列相同的晶向為同一晶向族。六方系按兩種晶軸系所得的晶相指數可相互轉換如下。
5.晶帶
相交於某一晶向直線或平行於此直線的晶面構成乙個晶帶，此直線稱晶帶軸。立方係某晶面（h k l）以［u v w］為晶帶軸必有hu+ kv+lw =0兩個不平行的晶面（h1k1l1）,（h2k2l2）的晶帶軸［u v w］可如下求得
6.晶面間距
對於不同的晶面族｛hkl｝其晶面間距也不同。晶面間距，見公式（1-6）。此公式用於複雜點陣（如體心立方， 麵心立方等）時要考慮晶面曾數的增加。
1．3材料的晶體結構
金屬鍵具有無方向性特點，金屬大多趨於緊密，高對稱性的簡單排列。共價鍵與離子鍵材料為適應鍵、離子尺寸差別和價引起的種種限制，往往具有較複雜的結構。
1．3．1典型金屬的晶體結構
最常見的金屬的晶體結構有體心立方、麵心立方和密排立方。
1．晶胞中原子數
晶體由大量晶胞堆砌而成，故處於晶胞頂角或周面上的原子就不會為乙個晶胞所獨，只有晶胞內的原子才為晶胞所獨有。
假設相同的原子是等徑鋼球，最密排方向上原於彼此相切，兩球心距離之半便是原子半徑。
2．配位數與致密度
晶體中原子排列的緊密程度是反映晶體結構特徵的乙個重要因素。為了定量地表示原子排列的緊密程度，通常應用配位數和致密度這兩個引數。配位數是指晶體結構中，與任一原於最近鄰並且等距離的原子數。
體心立方對面心立方結構致密度為，的密排六方結構(g／1．633)配位數也是12，致密度也是0.74。
3．晶體中原子的堆垛方式
麵心立方與密排六方雖然晶體結構不同，但配位數與致密度卻相同，為搞清其原因，必須研究晶體中原子的堆垛方式。
麵心立方與密排六方的密排｛111｝與（0001）原子排列情況完全相同，密排六方結構可看成由（0001）面沿[001]方向逐層堆垛而成，即按abab……順序堆垛即為密排六方結構。
第8章原子結構
一 單選題 1 下列說法中符合泡裡原理的是 a 在同一原子中，不可能有四個量子數完全相同的電子 b 在原子中，具有一組相同量子數的電子不能多於兩子 c 原子處於穩定的基態時，其電子盡先佔據最低的能級 d 在同一電子亞層上各個軌道上的電子分布應盡先佔據不同的軌道，且自旋平行。2 在下列氧原子的電子排布...
原子結構與化學鍵
一 原子結構 1 幾個量的關係 質量數 a 質子數 z 中子數 n 原子的近似相對原子質量 質子數 核電荷數 原子序數 原子的核外電子數 離子電荷數 質子數 核外電子數 2 同位素 1 要點 同 質子數相同，異 中子數不同，微粒 原子 核素 2 特點 同位素的化學性質幾乎完全相同 自然界中穩定同位素...
19 原子和原子結構
一 典型例題 例1 氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠的軌道的過程中 a 原子要吸收光子，電子的動能增大，原子的電勢能增大 b 原子要放出光子，電子的動能減小，原子的電勢能減小 c 原子要吸收光子，電子的動能增大，原子的電勢能減小 d 原子要吸收光子，電子的動能減小，原子的電勢能增大 解...