晶体材料的结构

目录

第一章 晶体与晶体学

第一节 晶体学概述

一、引言

二、经典晶体学

三、近代晶体学

第二节 晶体与晶体材料

一、晶体的概念

二、液晶与非晶体

三、晶体的特征

四、晶体材料

第三节 晶体的基本对称性

一、对称操作

二、七种晶系

三、十四种布拉菲点阵

四、不同晶系的单胞

五、二维点阵

参考文献

第二章 晶体学点群

第一节 点群

一、点群与平移群的概念

二、点群的用途

三、点群的推导方法

第二节 属于每种晶系的晶体学点群

一、三斜晶系

二、单斜晶系

三 正交晶系

四、四方晶系

五、三方晶系

六、六方晶系

七、立方晶系

第三节 其他推导32种点群的方法

一、旋转群推导法

二、循环群推导法

第四节 劳厄群

一、中心对称定律

二、11种劳厄群

三 二维点群和二维劳厄群

附录

附录一 表达32种点群对称性的极射赤面投影图

附录二 常用点对称操作的操作矩阵

参考文献

第三章 空 间群

第一节 点式空间群

一、概述

二、推导点式空间群

第二节 非点式操作

一、螺旋操作

二、滑移操作

三 空间群的商群和点群

四、一般等效位置

第三节 各晶系空间群特征概要

一、三斜晶系

二、单斜晶系

三、正交晶系

四 四方晶系

五、三方晶系

六、六方晶系和立方晶系

七、二维空间群（平面群）

第四节 国际表简介

一、国际表题头

二、国际表概阅

三 识别空间群

附录 230种空间群的符号

参考文献

第四章 无机晶体结构分析

第一节 常见的无机晶体结构

一、单质晶体结构

二、AX型化合物

三、AX2型化合物

四、AX3型化合物

五、结构转变及概率占位

六、拓朴密堆型化合物

第二节 晶体X射线衍射分析简述

一 单晶四圆X射线衍射仪原理简介

二、X射线多晶衍射法识别晶系

三 单胞内的原子数

四、X射线多晶衍射谱的指数化

第三节 X射线衍射与晶体对称性

一、系统消光

二、反常散射破坏中心对称定律

三 物理性能判别非中心对称性

四、强度统计分布函数N（z）检验法

五 空间群的衍射群

第四节 电子密度函数

一、电子密度函数的推导

二、电子密度函数的性质和形式

三、原子占位分析

第五节 帕特森（Patterson）函数

一、函数定义

二、函数的物理意义

三、函数的基本特征

四、帕特森函数的对称性

第六节 常见无机晶体结构的测定

一、概 述

二、粉末衍射法获得的结构因子

三、模型分析法

四、帕特森函数法和电子密度函数法

五、实例分析

第七节 中子衍射结构分析

一、衍射用中子波

二、原子对中子的散射与吸收

三、结构分析特征

四、中子衍射试样

附录120种衍射群所对应的空间群及其消光规律

参考文献

第五章 晶体取向与多晶体织构

第一节 取向与织构

一、晶体取向

二、晶体学织构

三 多晶材料各向异性的利用

第二节 取向分布函数的数学原理

一 极密度分布函数

二、取向分布函数

三、完整极密度分布计算取向分布函数原理

第三节 织构的表达与定量分析

一、立方晶系的取向空间

二、取向分布函数的表达方法

三、织构的定量分析

四、六方晶系与四方晶系的取向空间

第四节 塑性变形晶体学与变形织构

一、位错滑移

二、机械孪生

三、晶体在塑性变形过程中的转动

四、多晶体冷变形织构

五、变形织构的理论计算

参考文献

内容简介

本书较为系统地阐述了晶体材料的各种对称性和常见晶体结构，尤其对无机晶体结

构及其表述方法作了较为细致的介绍；并针对当前金属材料发展的特色增加了先进金属材

料结构分析的内容：介绍和分析了金属间化合物材料以及一些新材料的结构，同时还论述

了晶体取向分析、定量计算以及理论模拟的方法等。本书的背景侧重于金属晶体材料。借

助本书，读者可从材料工程角度，对材料晶体学和晶体结构知识有较深入的了解和一定程

度的知识更新；同时还可以对晶体材料的对称性、常见结构，尤其是金属晶体结构及其表

述方法有较为系统的了解：熟悉简单晶体结构测量的基本原则，初步掌握晶体材料各向异

性的表述方法、生成理论及其实际应用；为在材料科学与工程领域进行新工艺的开发和新

材料的研究奠定良好的基础。

本书可作为材料专业本科生、硕士研究生的专业基础教材，以及材料专业博士研究

生的专业参考书，也可作为材料专业科研人员、高等院校教师或冶金企业工程技术人员的

参考资料。

《现代晶体学》卷2论述晶体的结构，它是《现代晶体学》卷1的续集.卷1论述晶体的对称性、晶体几何和研究晶体原子结构和实际结构的方法，本卷论述晶体点阵的原子结构和电子结构概念、晶体点阵动力学和实际晶体的微结构.晶体结构是在一定热力学条件下，在晶体形成和生长的过程中发展起来的.《现代晶体学》卷3将处理这些问题.《现代晶体学》卷4将阐明已形成的晶体如何决定着晶体的物理性质.

本卷第1章详细介绍的基础知识包括：晶体原子结构的理论、原子间化学键的理论、晶体化学的基本概念、晶体结构形成和点阵能的几何原理与对称性原理.

第2章叙述元素、无机化合物和有机化合物、金属和合金的晶体结构的主要类型.大多数晶体学书籍实际上忽略了聚合物、液晶和生物晶体、生物大分子的结构，本书则对它们进行了认真的介绍.以上两章由伐因斯坦执笔.

第3章叙述晶体点阵的电子理论和能带结构的基础知识.

第4章涉及晶格动力学和相变.讨论的问题主要是：晶体中原子的振动，晶体的热容量和热传导，以及晶体热力学特性、对称性和相变的关系.第3章和第4章由弗里特金执笔.其中的4.8节由E.B.Loginov编写.这两章是晶体学和固体物理之间的桥梁，它们为晶体的许多物理性质的处理提供了微观的方案.

最后，第5章不再把晶体结构看做由原子组成的具有严格周期性的系统，而是看做存在各种缺陷的实际结构.这一章对晶体缺陷的主要类型进行了分类和分析，重点介绍位错理论.这些知识有助于我们理解卷3涉及的实际晶体结构的形成机制.同时，它们还为阅读论述晶体物理性质的卷4打下了基础，因为许多物理性质，特别是力学性质与实际结构密切相关.第5章由英丹博姆执笔.

作者对为本书的编写提供过帮助的L.A.Feigin， A.M.Mikhailov， V.V.Udalova， G.H.Tishchenko， I.I.Man， E.M.Volonkova以及其他许多同事表示感谢.

B·K·伐因斯坦V·M·弗里特金V·L·英丹博姆

1982年4月于莫斯科

译者的话

第二版序

序

第三版前言

第二版前言

前言

第一章　晶体原子结构的形成原理

第二章　晶体结构的主要类型

第三章　晶体的能带结构

第四章　点阵动力学和相变

第五章　实际晶体的结构

第六章　结构晶体学的新进展

参考文献

结构特征：空间立体网状结构（如金刚石、晶体硅、二氧化硅等）。

原子晶体的结构特点：

①由原子直接构成晶体，所有原子间只靠共价键连接成一个整体。

②由基本结构单元向空间伸展形成空间网状结构。

③破坏共价键需要较高的能量。

在原子晶体的晶格结点上排列着中性原子，原子间以坚强的共价键相结合，如单质硅（Si）、金刚石（C）、二氧化硅（SiO₂）、碳化硅（SiC）金刚砂、金刚石（C）和氮化硼BN（立方）等。以典型原子晶体二氧化硅晶体（SiO₂方石英）为例，每一个硅原子位于正四面体的中心，氧原子位于正四面体的顶点，每一个氧原子和两硅原子相连。如果这种连接向整个空间延伸，就形成了三维网状结构的巨型“分子”。

图片“比较金刚石和石英的晶体和晶胞”为金刚石面心立方晶胞。金刚砂（SiC）的结构与金刚石相似，只是C骨架结构中有将与C相连的4个C原子换为Si，再以Si为中心形成顶角为C的正四面体，形成C－Si交替的空间骨架。石英（SiO₂）结构中Si和O以共价键相结合，每一个Si原子周围有4个O原子排列成以Si为中心的正四面体，许许多多的Si－O四面体通过O原子相互联接而形成巨大分子。图片“比较金刚石和石英的晶体和晶胞”（b´）为面心立方晶胞。