雪花是晶体吗

金相组织必懂几个定义

达编制

定义：

金相/金相组织

晶体

单晶体

多晶体

晶粒

晶胞

晶面

晶界

晶向

金属键

金相及金相组织定义

所谓“相”就是合金中具有同一化学成分、同一结构和同一原子聚集状态的均匀部分。不同

相之间有明显的界面分开。合金的性能一般都是由组成合金的各相本身的结构性能和各相的

组合情况决定的。合金中的相结构大致可分为固溶体和化合物两大基本类型。

所谓“金相”就是金属或合金的相结构。

金相是指金属或合金的内部结构，即金属或合金的化学成分以及各种成分在合金内部的

物理状态和化学状态。金相组织是反映金属金相的具体形态，如马氏体，奥氏体，铁素体，

珠光体等等。广义的金相组织是指两种或两种以上的物质在微观状态下的混合状态以及相互

作用状况。

金属材料的显微组织直接影响到机械零件的性能和使用寿命，金相分析是控制机械零件

内在质量的重要手段。在新材料，新工艺，新产品的研究开发中，在提高金属制品内在质量

的科研中，都离不开金相技术分析。

金相检验（或者说金相分析）是应用金相学方法检查金属材料的宏观和显微组织的工

作。

金相学：狭义的金属学，也就是研究合金相图，用肉眼观察，在放大镜和显微镜的帮助

下，研究金属和合金的组织和相变的学科。

金属学研究成分、组织结构及其变化，以及加工和热处理工艺等对金属、合金性能的

影响和它们之间相互关系的学科。

狭义的金相图片是将金属试样进行切割、镶嵌、磨光、抛光、腐蚀处理后,使金属显露出

它的晶粒、晶界、缺陷、夹杂等微观晶体结构，并在OM（光学显微镜）下进行显微摄像得

到的图片。它的放大倍数一般最高达到2000倍。

现在的很多金相也通过SEM（扫描电子显微镜）、TEM（透射电子显微镜）来直接获得。

他们主要用来观察材料的位错（能看到清晰的位错线），放大倍数一般为5000到30000倍。

更精密的仪器是STM（扫描隧道显微镜），它的放大倍数可以达到原子级别，也就是纳米级，

主要用来计算材料的晶粒度。（晶粒度即晶粒的平均尺寸。）

晶体

晶体即是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。

晶体有三个特征

(1)晶体有整齐规则的几何外形；

(2)晶体有固定的熔点，在熔化过程中，温度始终保持不变；

晶体

(3)晶体有各向异性的特点。

固态物质有晶体与非晶态物质(无定形固体)之分，而无定形固体不具有上述特点。

晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体，具有长程有序，并成周期性重复

排列。

非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体，具有近程有序，但不具有长

程有序。如玻璃。外形为无规则形状的固体。

合成铋单晶

晶体的共性

1、长程有序：晶体内部原子在至少在微米级范围内的规则排列。

2、均匀性：晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。

3、各向异性：晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。

4、对称性：晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。

5、自限性：晶体具有自发地形成封闭几何多面体的特性。

6、解理性：晶体具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。

7、最小内能：成型晶体内能最小。

8、晶面角守恒：属于同种晶体的两个对应晶面之间的夹角恒定不变。

晶体组成

组成晶体的结构微粒(分子、原子、离子)在空间有规则地排列在一定的点上，这些点群

有一定的几何形状，叫做晶格。排有结构粒子的那些点叫做晶格的结点。金刚石、石墨、食

盐的晶体模型，实际上是它们的晶格模型。

晶体按其结构粒子和作用力的不同可分为四类：离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属

晶体。固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类。

具有整齐规则的几何外形、固定熔点和各向异性的固态物质，是物质存在的一种基本形

式。固态物质是否为晶体，一般可由X射线衍射法予以鉴定。

晶体内部结构中的质点(原子、离子、分子)有规则地在三维空间呈周期性重复排列，组

成一定形式的晶格，外形上表现为一定形状的几何多面体。组成某种几何多面体的平面称为

晶面，由于生长的条件不同，晶体在外形上可能有些歪斜，但同种晶体晶面间夹角(晶面角)

是一定的，称为晶面角不变原理。

晶体按其内部结构可分为七大晶系和14种晶格类型。晶体都有一定的对称性，有32种

对称元素系，对应的对称动作群称做晶体系点群。按照内部质点间作用力性质不同，晶体可

分为离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体等四大典型晶体，如食盐、金刚石、干冰和

各种金属等。同一晶体也有单晶和多晶(或粉晶)的区别。在实际中还存在混合型晶体。

晶体

说到晶体，还得从结晶谈起。大家知道，所有物质都是由原子或分子构成的。众所周知，

物质有三种聚集形态：气体、液体和固体。但是，你知道根据其内部构造特点，固体又可分

为几类吗？研究表明，固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类。

几何形状

晶体通常呈现规则的几何形状，就像有人特意加工出来的一样。其内部原子的排列十分

规整严格，比士兵的方阵还要整齐得多。如果把晶体中任意一个原子沿某一方向平移一定距

离，必能找到一个同样的原子。而玻璃、珍珠、沥青、塑料等非晶体，内部原子的排列则是

杂乱无章的。准晶体是最近发现的一类新物质，其内部排列既不同于晶体，也不同于非晶体。

究竟什么样的物质才能算作晶体呢？首先，除液晶外，晶体一般是固体形态。其次，组

成物质的原子、分子或离子具有规律、周期性的排列，这样的物质就是晶体。

但仅从外观上，用肉眼很难区分晶体、非晶体与准晶体。那么，如何才能快速鉴定出它

们呢？一种最常用的技术是X光技术。用X光对固体进行结构分析，你很快就会发现，晶体

和非晶体、准晶体是截然不同的三类固体。

晶体结构

为了描述晶体的结构，我们把构成晶体的原子当成一个点，再用假想的线段将这些代表

原子的各点连接起来，就绘成了像图中所表示的格架式空间结构。这种用来描述原子在晶体

中排列的几何空间格架，称为晶格。由于晶体中原子的排列是有规律的，可以从晶格中拿出

一个完全能够表达晶格结构的最小单元，这个最小单元就叫作晶胞。许多取向相同的晶胞组

成晶粒，由取向不同的晶粒组成的物体，叫做多晶体，而单晶体内所有的晶胞取向完全一致，

常见的单晶如单晶硅、单晶石英。大家最常见到的一般是多晶体。

由于物质内部原子排列的明显差异，导致了晶体与非晶体物理化学性质的巨大差异。例

如，晶体有固定的熔点，当温度高到某一温度便立即熔化；而玻璃及其它非晶体则没有固定

的熔点，从软化到熔化是一个较大的温度范围。

我们吃的盐是氯化钠的结晶，味精是谷氨酸钠的结晶，冬天窗户玻璃上的冰花和天上飘

下的雪花，是水的结晶。我们可以这样说：“熠熠闪光的不一定是晶体，朴实无华、不能闪光

的未必就不是晶体”。不是吗？每家厨房中常见的砂糖、碱是晶体，每个人身上的牙齿、骨骼

是晶体，工业中的矿物岩石是晶体，日常见到的各种金属及合金制品也属晶体，就连地上的

泥土砂石都是晶体。我们身边的固体物质中，除了常被我们误以为是晶体的玻璃、松香、琥

珀、珍珠等之外，几乎都是晶体。晶体离我们并不遥远，它就在我们的日常生活中。

晶体

组成晶体的结构粒子（分子、原子、离子）在三维空间有规则地排列在一定的点上，这

些点周期性地构成有一定几何形状的无限格子，叫做晶格。按照晶体的现代点阵理论，构成

晶体结构的原子、分子或离子都能抽象为几何学上的点。这些没有大小、没有质量、不可分

辨的点在空间排布形成的图形叫做点阵，以此表示晶体中结构粒子的排布规律。构成点阵的

点叫做阵点，阵点代表的化学内容叫做结构基元。因此，晶格也可以看成点阵上的点所构成

的点群集合。对于一个确定的空间点阵，可以按选择的向量将它划分成很多平行六面体，每

个平行六面体叫一个单位，并以对称性高、体积小、含点阵点少的单位为其正当格子。晶格

就是由这些格子周期性地无限延伸而成的。空间正当格子只有7种形状（对应于7个晶系），

14种型式它们是简单立方、体心立方、面心立方；简单三方；简单六方；简单四方、体心四

方；简单正交、底心正交、体心正交、面心正交；简单单斜、底心单斜；简单三斜格子等。

晶格的强度由晶格能（或称点）。。

类别实例

1立方晶系钻石明矾金铁铅

2正方晶系锡金红石白钨石

3斜方晶系硫碘硝酸银

4单斜晶系硼砂蔗糖石膏

5三斜晶系硫酸铜硼酸

6三方（菱形）晶系砷水晶冰石墨

7六方晶系镁锌铍镉钙

晶体

晶体是原子、离子或分子按照一定的周期性在空间排列形成在结晶过程中形成具有一定

规则的几何外形的固体。晶体通常呈现规则的几何形状，就像有人特意加工出来的一样。其

内部原子的排列十分规整严格，比士兵的方阵还要整齐得多。如果把晶体中任意一个原子沿

某一方向平移一定距离，必能找到一个同样的原子。而玻璃、珍珠、沥青、塑料等非晶体，

内部原子的排列则是杂乱无章的。准晶体是最近发现的一类新物质，其内部排列既不同于晶

体，也不同于非晶体。

晶体按其结构粒子和作用力的不同可分为四类：离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属

晶体。固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类。具有整齐规则的几何外形、固定熔点和各

向异性的固态物质，是物质存在的一种基本形式。固态物质是否为晶体，一般可由X射线衍

射法予以鉴定。

晶体内部结构中的质点(原子、离子、分子)有规则地在三维空间呈周期性重复排列，组

成一定形式的晶格，外形上表现为一定形状的几何多面体。组成某种几何多面体的平面称为

晶面，由于生长的条件不同，晶体在外形上可能有些歪斜，但同种晶体晶面间夹角(晶面角)

是一定的，称为晶面角不变原理。

晶体按其内部结构可分为七大晶系和14种晶格类型。晶体都有一定的对称性，有32种

对称元素系，对应的对称动作群称做晶体系点群。按照内部质点间作用力性质不同，晶体可

分为离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体等四大典型晶体，如食盐、金刚石、干冰和

各种金属等。同一晶体也有单晶和多晶(或粉晶)的区别。在实际中还存在混合型晶体。

说到晶体，还得从结晶谈起。大家知道，所有物质都是由原子或分子构成的。众所周知，

物质有三种聚集形态：气体、液体和固体。研究表明，固体可分为晶体、非晶体和准晶体三

大类。

究竟什么样的物质才能算作晶体呢？首先，除液晶外，晶体一般是固体形态。其次，组

成物质的原子、分子或离子具有规律、周期性的排列，这样的物质就是晶体。但仅从外观上，

用肉眼很难区分晶体、非晶体与准晶体。那么，如何才能快速鉴定出它们呢？一种最常用的

技术是X光技术。用X光对固体进行结构分析，你很快就会发现，晶体和非晶体、准晶体是

截然不同的三类固体。

晶体

为了描述晶体的结构，把构成晶体的原子当成一个点，再用假想的线段将这些代表原子

的各点连接起来，就绘成了所表示的格架式空间结构。这种用来描述原子在晶体中排列的几

何空间格架，称为晶格。由于晶体中原子的排列是有规律的，可以从晶格中拿出一个完全能

够表达晶格结构的最小单元，这个最小单元就叫作晶胞。许多取向相同的晶胞组成晶粒，由

取向不同的晶粒组成的物体，叫做多晶体，而单晶体内所有的晶胞取向完全一致，常见的单

晶如单晶硅、单晶石英。大家最常见到的一般是多晶体。

由于物质内部原子排列的明显差异，导致了晶体与非晶体物理化学性质的巨大差异。例

如，晶体有固定的熔点，当温度高到某一温度便立即熔化；而玻璃及其它非晶体则没有固定

的熔点，从软化到熔化是一个较大的温度范围。

吃的盐是氯化钠的结晶，味精是谷氨酸钠的结晶，冬天窗户玻璃上的冰花和天上飘下的

雪花，是水的结晶。可以这样说：“熠熠闪光的不一定是晶体，朴实无华、不能闪光的未必就

不是晶体”。厨房中常见的砂糖、碱是晶体，每个人身上的牙齿、骨骼是晶体，工业中的矿物

岩石是晶体，日常见到的各种金属及合金制品也属晶体，就连地上的泥土砂石都是晶体。我

们身边的固体物质中，除了常被我们误以为是晶体的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外，几乎

都是非晶体。晶体离我们并不遥远，它就在日常生活中。

组成晶体的结构粒子（分子、原子、离子）在三维空间有规则地排列在一定的点上，这

些点周期性地构成有一定几何形状的无限格子，叫做晶格。按照晶体的现代点阵理论，构成

晶体结构的原子、分子或离子都能抽象为几何学上的点。这些没有大小、没有质量、不可分

辨的点在空间排布形成的图形叫做点阵，以此表示晶体中结构粒子的排布规律。构成点阵的

点叫做阵点，阵点代表的化学内容叫做结构基元。因此，晶格也可以看成点阵上的点所构成

的点群集合。对于一个确定的空间点阵，可以按选择的向量将它划分成很多平行六面体，每

个平行六面体叫一个单位，并以对称性高、体积小、含点阵点少的单位为其正当格子。晶格

就是由这些格子周期性地无限延伸而成的。空间正当格子只有7种形状（对应于7个晶系），

14种型式。它们是简单立方、体心立方、面心立方；简单三方；简单六方；简单四方、体心

四方；简单正交、底心正交、体心正交、面心正交；简单单斜、底心单斜；简单三斜格子等。

晶格的强度由晶格能（或称点）。

晶体的分布非常广泛，自然界的固体物质中，绝大多数是晶体。气体、液体和非晶物质

在一定的合适条件下也可以转变成晶体。

晶体

1、自限性：晶体具有自发形成几何多面体形态的性质，这种性质成为自限性。

2、均一性和异向性：因为晶体是具有格子构造的固体，同一晶体的各个部分质点分布是

相同的，所以同一晶体的各个部分的性质是相同的，此即晶体的均一性；同一晶体格子中，

在不同的方向上质点的排列一般是不相同的，晶体的性质也随方向的不同而有所差异，此即

晶体的异向性。

3、最小内能与稳定性：晶体与同种物质的非晶体、液体、气体比较，具有最小内能。晶

体是具有格子构造的固体，其内部质点作规律排列。这种规律排列的质点是质点间的引力与

斥力达到平衡，使晶体的各个部分处于位能最低的结果。

结晶

结晶分两种，一种是降温结晶，另一种是蒸发结晶。

降温结晶：首先加热溶液，蒸发溶剂成饱和溶液，此时降低热饱和溶液的温度，溶解度

随温度变化较大的溶质就会呈晶体析出，叫降温结晶。

蒸发结晶：蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析

出，叫蒸发结晶。

常见的晶体有萘，海波，冰，各种金属。

晶体

1、长程有序：晶体内部原子在至少在微米级范围内的规则排列。2、均匀性：晶体内部

各个部分的宏观性质是相同的。

3、各向异性：晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。

4、对称性：晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。

5、自限性：晶体具有自发地形成封闭几何多面体的特性。

6、解理性：晶体具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。

7、最小内能：成型晶体内能最小。

8、晶面角守恒：属于同种晶体的两个对应晶面之间的夹角恒定不变。

组成晶体的结构微粒(分子、原子、离子)在空间有规则地排列在一定的点上，这些点群

有一定的几何形状，叫做晶格。排有结构粒子的那些点叫做晶格的结点。金刚石、石墨、食

盐的晶体模型，实际上是它们的晶格模型。

晶体

晶体的一些性质取决于将分子联结成固体的结合力。这些力通常涉及原子或分子的最外

层的电子（或称价电子）的相互作用。如果结合力强，晶体有较高的熔点。如果它们稍弱一

些，晶体将有较低的熔点，也可能较易弯曲和变形。如果它们很弱，晶体只能在很低温度下

形成，此时分子可利用的能量不多。

有四种主要的晶体键。离子晶体由正离子和负离子构成，靠不同电荷之间的引力结合在

一起。氯化钠是离子晶体的一例。共价晶体的原子或分子共享它们的价电子。钻石、锗和硅

是重要的共价晶体。金属的原子变为离子，被自由的价电子所包围，它们能够容易地从一个

原子运动到另一个原子。当这些电子全在同一方向运动时，它们的运动称为电流。分子晶体

的分子完全不分享它们的电子。它们的结合是由于从分子的一端到另一端电场有微小的变动。

因为这个结合力很弱，这些晶体在很低的温度下就熔化。典型的分子结晶如固态氧和冰。

在离子，晶体中，电子从一个原子转移到另一个原子。共价晶体的原子分享它们的价电

子。金属原子的一端有少量的负电荷，另一端有少量的正电荷。一个弱的电引力使分子就位。

用来制作工业用的晶体的技术之一，是从熔液中生长。籽晶可用来促进单晶体的形成。

在这个工序里，籽晶降落到装有熔融物质的容器中。籽晶周围的熔液冷却，它的分子就依附

在籽晶上。这些新的晶体分子承接籽晶的取向，形成了一个大的单晶体。蓝宝石和红宝石的

基本成分是氧化铝，它的熔点高，制成一个盛装它的熔液的容器是困难的。人工合成蓝宝石

和红宝石是用维尔纳叶法（焰熔法）制成，即将氧化铝粉和少量上色用的钛、铁或铬粉，通

过火焰下滴到籽晶上。火焰将粉熔解，然后在籽晶上重新结晶。

生长人造钻石需要高于1600℃的温度和60000倍大气压。人造钻石砂粒小且黑，它们适

宜工业应用。区域熔化过程用来纯化半导体工业中的硅晶体。一个单晶体垂直悬挂在硅棒的

顶端上。在两者接触处加热，棒的顶端熔化，并在单晶体上重结晶，然后将加热处慢慢地沿

棒下移。

晶体

晶体的对称表现在晶体中相等的晶面，晶棱和角顶有规律的重复出现。这是由于它具有

规律的格子构造。是其在三维空间周期性重复的体现。既晶体的对称性不仅表现在外部形态

上，而且其内部构造也同样也是对称的。

镓,一种很容易结成大块单晶的金属

在晶体的外形以及其他宏观表现中还反映了晶体结构的对称性。晶体的理想外形或其结构都

是对称图象。这类图象都能经过不改变其中任何两点间距离的操作後复原。这样的操作称为

对称操作,平移、旋转、反映和倒反都是对称操作。能使一个图象复原的全部不等同操作，形

成一个对称操作群。

在晶体结构中空间点阵所代表的是与平移有关的对称性，此外，还可以含有与旋转、反

映和倒反有关并能在宏观上反映出来的对称性，称为宏观对称性，它在晶体结构中必须与空

间点阵共存，并互相制约。制约的结果有二:

①晶体结构中只能存在1、2、3、4和6次对称轴，

②空间点阵只能有14种形式。n次对称轴的基本旋转操作为旋转360°/n，因此，晶体能

在外形和宏观中反映出来的轴对称性也只限于这些轴次。

由于原子并不处于静止状态，存在着外来原子引起的点阵畸变以及一定的缺陷，基本结

构虽然仍符合上述规则性，但绝不是如设想的那样完整无缺，存在数目不同的各种形式的晶

体缺陷。另外还必须指出，绝大多数工业用的金属材料不是只由一个巨大的单晶所构成,而是

由大量小块晶体组成,即多晶体。在整块材料内部，每个小晶体（或称晶粒）整个由三维空间

界面与它的近邻隔开。这种界面称晶粒间界，简称晶界。晶界厚度约为两三个原子。

晶体

大多数天然晶体都是一个原子接一个原子或一个分子接一个分子来完成的但是

JillianBanfield和同事们发现了一些晶体，它们是由含有成百上千个原子的“预制”纳米晶体装

配而成。据一篇相关的研究评述，这种晶体的块生长方式可能会对制造用于光学和电子设备

(比如激光或硬盘)的人工材料有用。水铁石（ferrihydrite）的天然的预制晶体是由细菌合成的，

在被水淹了的矿的烂泥里能找到，水铁石靠排列的纳米晶体连接起来而生长。这种生长晶体

的方式引入特有的缺陷，可能会影响晶体在以后反应中的性质。

晶体缺陷

在二十世纪初叶，人们为了探讨物质的变化和性质产生的原因，纷纷从微观角度来研究

晶体内部结构，特别是X射线衍射的出现，揭示出晶体内部质点排列的规律性，认为内部质

点在三维空间呈有序的无限周期重复性排列，即所谓空间点阵结构学说。

前面讲到的都是理想的晶体结构，实际上这种理想的晶体结构在真实的晶体中是不存在

的，事实上，无论是自然界中存在的天然晶体，还是在实验室（或工厂中）培养的人工晶体

或是陶瓷和其它硅酸盐制品中的晶相，都总是或多或少存在某些缺陷，因为：首先晶体在生

长过程中，总是不可避免地受到外界环境中各种复杂因素不同程度影响，不可能按理想发育，

即质点排列不严格服从空间格子规律，可能存在空位、间隙离子、位错、镶嵌结构等缺陷，

外形可能不规则。另外，晶体形成后，还会受到外界各种因素作用如温度、溶解、挤压、扭

曲等等。

晶体缺陷：各种偏离晶体结构中质点周期重复排列的因素，严格说，造成晶体点阵结构

周期势场畸变的一切因素。

如晶体中进入了一些杂质。这些杂质也会占据一定的位置，这样破坏了原质点排列的周

期性，在二十世纪中期，发现晶体中缺陷的存在，它严重影响晶体性质，有些是决定性的，

如半导体导电性质，几乎完全是由外来杂质原子和缺陷存在决定的，许多离子晶体的颜色、

发光等。另外，固体的强度，陶瓷、耐火材料的烧结和固相反应等等均与缺陷有关，晶体缺

陷是近三、四年国内外科学研究十分注意的一个内容。

根据缺陷的作用范围把真实晶体缺陷分四类：

点缺陷：在三维尺寸均很小，只在某些位置发生，只影响邻近几个原子。

线缺陷：在二维尺寸小，在另一维尺寸大，可被电镜观察到。

面缺陷：在一维尺寸小，在另二维尺寸大，可被光学显微镜观察到。

体缺陷：在三维尺寸较大，如镶嵌块，沉淀相，空洞，气泡等。

几点缺陷

按形成的原因不同分三类：

1热缺陷（晶格位置缺陷）

在晶体点阵的正常格点位出现空位，不该有质点的位置出现了质点（间隙质点）。

2组成缺陷

外来质点（杂质）取代正常质点位置或进入正常结点的间隙位置。

3电荷缺陷

晶体中某些质点个别电子处于激发状态，有的离开原来质点，形成自由电子，在原来电

子轨道上留下了电子空穴。

1.缺陷符号及缺陷反应方程式

缺陷符号以二元化合物MX为例

1）晶格空位：正常结点位没有质点，VM，VX

2）间隙离子：除正常结点位置外的位置出现了质点，Mi，Xx

3）错位离子：M排列在X位置，或X排列在M位置上，若处在正常结点位置上，则

MM，XX

4）取代离子：外来杂质L进入晶体中，若取代M，则LM，若取代X，则LX，若占据

间隙位，则Li。

5）自由电子e’（代表存在一个负电荷），，表示有效电荷。

6）电子空穴h•(代表存在一个正电荷)，•表示有效正电荷

如：

从NaCl晶体中取走一个Na+，留下一个空位造成电价不平衡，多出负一价。相当于取

走Na原子加一个负有效负电荷，e失去→自由电子，剩下位置为电子空穴h•

7）复合缺陷

同时出现正负离子空位时，形成复合缺陷，双空位。

VM+VX→（VM-VX）

缺陷反应方程式

必须遵守三个原则

1）位置平衡——反应前后位置数不变（相对物质位置而言）

2）质点平衡——反应前后质量不变（相对加入物质而言）

3）电价平衡——反应前后呈电中性

例：将CaCl2引入KCl中：

将CaO引入ZrO2中

注意：只从缺陷反应方程看，只要符合三个平衡就是对的，但实际上往往只有一种是对

的，这要知道其它条件才能确定哪个缺陷反应是正确的。

确定（1）式密度增加，要根据具体实验和计算。

2.热缺陷（晶格位置缺陷)

只要晶体的温度高于绝对零度，原子就要吸收热能而运动，但由于固体质点是牢固结合

在一起的，或者说晶体中每一个质点的运动必然受到周围质点结合力的限制而只能以质点的

平衡位置为中心作微小运动，振动的幅度随温度升高而增大，温度越高，平均热能越大，而

相应一定温度的热能是指原子的平均动能，当某些质点大于平均动能就要离开平衡位置，在

原来的位置上留下一个空位而形成缺陷，实际上在任何温度下总有少数质点摆脱周围离子的

束缚而离开原来的平衡位置，这种由于热运动而产生的点缺陷——热缺陷。

热缺陷两种基本形式：

a-弗仑克尔缺陷,

b-肖特基缺陷

(1)弗仑克尔缺陷

具有足够大能量的原子（离子）离开平衡位置后，挤入晶格间隙中，形成间隙原子离子），

在原来位置上留下空位。

特点：空位与间隙粒子成对出现，数量相等，晶体体积不发生变化。

在晶体中弗仑克尔缺陷的数目多少与晶体结构有很大关系，格点位质点要进入间隙位，

间隙必须要足够大，如萤石（CaF2）型结构的物质空隙较大，易形成，而NaCl型结构不易

形成。总的来说，离子晶体，共价晶体形成该缺陷困难。

(2)肖特基缺陷

表面层原子获得较大能量，离开原来格点位跑到表面外新的格点位，原来位置形成空位

这样晶格深处的原子就依次填入，结果表面上的空位逐渐转移到内部去。

特点：体积增大，对离子晶体、正负离子空位成对出现，数量相等。结构致密易形成肖

特基缺陷。

晶体热缺陷的存在对晶体性质及一系列物理化学过程，导电、扩散、固相反应、烧结等

产生重要影响，适当提高温度，可提高缺陷浓度，有利于扩散，烧结作用，外加少量填加剂

也可提高热缺陷浓度，有些过程需要最大限度避免缺陷产生,如单晶生产，要非常快冷却。

3.组成缺陷

主要是一种杂质缺陷，在原晶体结构中进入了杂质原子，它与固有原子性质不同，破坏

了原子排列的周期性，杂质原子在晶体中占据两种位置（1）填隙位（2）格点位

4.电荷缺陷(Chargedefect)

从物理学中固体的能带理论来看，非金属固体具有价带，禁带和导带，当在OR时，导

带全部完善，价带全部被电子填满，由于热能作用或其它能量传递过程，价带中电子得到一

能量Eg，而被激发入导带，这时在导带中存在一个电子，在价带留一孔穴，孔穴也可以导电，

这样虽末破坏原子排列的周期性，在由于孔穴和电子分别带有正负电荷，在它们附近形成一

个附加电场，引起周期势场畸变，造成晶体不完整性称电荷缺陷。

例：纯半导体禁带较宽，价电带电子很难越过禁带进入导带，导电率很低，为改善导电

性，可采用掺加杂质的办法，如在半导体硅中掺入P和B，掺入一个P，则与周围Si原子形

成四对共价键，并导出一个电子，叫施主型杂质，这个多余电子处于半束缚状态，只须填加

很少能量，就能跃迁到导带中，它的能量状态是在禁带上部靠近导带下部的一个附加能级上，

叫施主能级，叫n型半导体。当掺入一个B，少一个电子，不得不向其它Si原子夺取一个电

子补充，这就在Si原子中造成空穴，叫受主型杂质，这个空穴也仅增加一点能量就能把价带

中电子吸过来，它的能量状态在禁带下部靠近价带顶部一个附加能级，叫受主能级，叫P型

半导体，自由电子，空穴都是晶体一种缺

点缺陷在实践中有重要意义：烧成烧结，固相反应，扩散，对半导体，电绝缘用陶瓷有

重要意义，使晶体着色等。

编辑本段线缺陷

实际晶体在结晶时，受到杂质，温度变化或振动产生的应力作用或晶体由于受到打击，

切割等机械应力作用，使晶体内部质点排列变形，原子行列间相互滑移，不再符合理想晶体

的有序排列，形成线状缺陷。

位错直观定义：晶体中已滑移面与未滑移面的边界线。

这种线缺陷又称位错，注意：位错不是一条几何线，而是一个有一定宽度的管道，位错

区域质点排列严重畸变，有时造成晶体面网发生错动。对晶体强度有很大影响。

位错主要有两种：刃型位错和螺型位错。

刃型位错

其形式可以设想为：在一完整晶体，沿BCEF晶面横切一刀，从BC→AD，将ABCD面

上半部分，作用以压力δ，使之产生滑移，距离（柏氏矢量晶格常数或数倍）滑移面BCEF，

滑移区ABCD，未滑移区ADEF，AD为已滑移区交界线—位错线。

正面看简图：如上图

滑移上部多出半个原子面，就象刀刃一样（劈木材）称刃型位错。

特点：滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有多余半片原子面。

螺型位错

其形成可设想为：在一完整晶体，沿ABCD晶面横切一刀，在ABCD面上部分沿X方

向施一力δ，使其生产滑移，滑移区ABCD未滑移区ADEF，交界线AD（位错线）

特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺施状，称螺型位错。

刃型位错与螺型位错区别

a-正常面网,

b-刃型位错,

c-螺型位错

主要从各自特点区别

刃型：滑移方向与位错线垂直，多半个原子面，位错线可为曲线。

螺型：滑移方向与位错线平行，呈螺旋状，位错线直线。

由于位错的存在对晶体的生长，杂质在晶体中的扩散，晶体内镶嵌结构的形成及晶体的

高温蠕变性等一系列性质和过程都有重要影响。

晶体位错的研究方法：通常用光学显微镜，X光衍射电子衍射和电子显微镜等技术进行

直接观察和间接测定。

位错具有以下基本性质：

(1)位错是晶体中原子排列的线缺陷，不是几何意义的线，是有一定尺度的管道。

(2)形变滑移是位错运动的结果，并不是说位错是由形变产生的，因为一块生长很完事的

晶体中，本身就存在很多位错。

(3)位错线可以终止在晶体的表面（或多晶体的晶界上），但不能终止在一个完事的晶体

内部。

(4)在位错线附近有很大应力集中，附近原子能量较高，易运动。

晶体

面缺陷

涉及较大范围（二维方向）、晶界、晶面、堆垛层错。

晶面

由于晶体表面处的离子或原子具有不饱和键，有很大反应活性，表面结构出现不对称性，

使点阵受到很大弯曲变形，因而能量比内部能量高，是一种缺陷。

晶界

晶粒之间交界面，晶粒间取向不同出现晶粒间界，在晶粒界面上的排列是一种过渡状态

与两晶粒都不相同。

1）小角度晶界（镶嵌块）

尺寸在10-6-10-8m的小晶块，彼此间以几秒到的微小（）角度倾斜相交，形成镶嵌结

构，有人认为是棱位错，由于晶粒以微小角度相交，可以认为合并在一起，在晶界面是形成

了一系列刃型位错。

2）大角度晶界，各晶面取向互不相同，交角较大，在多晶体中，晶体可能出现大角度晶

界。在这种晶界中，顶点排列接近无序状态，晶界处是缺陷位置，所以能量较高，可吸附外

来质点。晶界是原子或离子扩散的快速通道，也是空位消除的地方，这种特殊作用对固相反

应，烧结起重要作用，对陶瓷、耐火材料等多晶材料性能如蠕变、强度等力学性能和极化、

损耗等介电性能影响较大。

堆垛层错

离子堆垛过程中发生了层次错动，出现堆垛层错，如面心立方堆积形式为

ABCABCA……→ABCACBABC中间的B层和C层发生了层次错动，出现缺陷（一般了解）

非化学计量化合物

定义：化合物中各元素的原子数之比不是简单的整数而出现了分数，如

Fe1-xO,Cu2-xO,Co1-xO等。

编辑本段可偏离化合式的化合物

在基础化学中学到的化合物的分子式都是符合定比定律的，即元素的原子数之比为简单

整数比，如FeO，Fe/O=1/1，TiO2,Ti/O=1/2等，现在认为这种严格按化学计量形成的化合物

是一种特殊情况，而普遍存在着所谓非化学计量化合物。

非化学计量化合物缺陷有四种类型

(1)阳离子过剩，形成阴离子空位

TiO2，ZrO2会产生这种缺陷，分子式为TiO2-x,ZrO2-x,从化学计量观念，正负离子比为

1：2，由于揣氧不足，在晶体中存在氧空位，而变为非化学计量化合物。从化学观念看，缺

氧TiO2可以看作是四价钛和三价钛氧化物的固体溶液，即Ti2O3在TiO2中的固溶体，或从

电中性考虑，Ti由四价→三价，原因：Ti4+获得一个电子→Ti3+，所获得的电了是由于氧不

足脱离.正常TiO2晶格结点放出的，在电场作用下，这一电子可以一个钛离子位置迁移到另

一个钛离子位置，并非固定在某一钛离子上，从而形成电子电导，具有这种缺陷的材料称n

型半导体。这种非化学计量化合物缺陷方程可写成：例：在还原气氛下TiO2→TiO2-x

也可看成部分O由晶格逸出变成气体

可见：这种非化学计量化合物的形成多是由变价正离子构成的氧化物，由高价变为低价，

形成负离子空位，还有ThO2，CeO2等，与气氛有关。

阳离子过剩

形成间隙阳离子

如ZnO、CdO→Zn1+xo,Cd1+xO，过剩的金属离子进入间隙位，为保持电中性，等价电

子被束缚在间隙位的金属离子周围。例：ZnO在锌蒸气中加热，颜色逐渐加深变化。

负电子过剩

形成间隙负离子。

目前吸发现有UO2+X，可以看作U3O8在UO2中的固溶体，当负离子过剩进入间隙位

置时，结构中必须出现两个电子空穴，以平衡整体电中性，相应正离子电价升高，电子空穴

在电场作用下产生运动，这种材料称P型半导体。

负离子过剩形成正离子空位

由于存在正离子空位，为保持电中性，在正离子空位周围捕获电子空位，因此其也是P

型半导体，如Cu2O、FeO即是。例：FeO在氧气下形成这种缺陷，实际上是Fe2O3在FeO

中形成的固溶体（高价取代低价），即2个Fe3+取代3个Fe2+，同时在晶格中形成个正离子

空位，在氧气条件下，氧气进入FeO晶格结构中，变为氧离子，必须从铁离子获得两个电子，

使Fe2+→Fe3+，并形成VFe。

可见，非化学计量化合物缺陷的形成主要受气氛影响，也与温度有关，严格说，世界上

所有化合物都是非化学计量的，只是程度不同而已。

编辑本段晶体熔沸点的比较

不同晶体类型的熔沸点高低规律

一般为：原子晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔沸点有的很高（如钨），有的很低

（如汞）。

同种类型晶体的熔沸点高低规律

一下详见本身词条

（1）同属金属晶体

（2）同属原子晶体

（3）同属离子晶体

（4）同属分子晶体

编辑本段结晶

结晶分两种，一种是降温结晶，另一种是蒸发结晶。降温结晶：首先加热溶液，蒸发溶

剂成饱和溶液，此时降低热饱和溶液的温度，溶解度随温度变化较大的溶质就会呈晶体析出，

叫降温结晶。

蒸发结晶：蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析

出，叫蒸发结晶。

常见的晶体有萘，海波，冰，各种金属。

编辑本段区别

固态物质分为晶体和非晶体。从宏观上看，晶体都有自己独特的、呈对称性的形状，如

食盐呈立方体；冰呈六角棱柱体；明矾呈八面体等。而非晶体的外形则是不规则的。晶体在

不同的方向上有不同的物理性质，如机械强度、导热性、热膨胀、导电性等，称为各向异性。

而非晶体的物理性质却表现为各向同性。晶体有固定的熔化温度—熔点（或凝固点），而非晶

体则是随温度的升高逐渐由硬变软，而熔化。

晶体和非晶体所以含有不同的物理性质，主要是由于它的微观结构不同。组成晶体的微

粒──原子是对称排列的，形成很规则的几何空间点阵。空间点阵排列成不同的形状，就在宏

观上呈现为晶体不同的独特几何形状。组成点阵的各个原子之间，都相互作用着，它们的作

用主要是静电力。对每一个原子来说，其他原子对它作用的总效果，使它们都处在势能最低

的状态，因此很稳定，宏观上就表现为形状固定，且不易改变。晶体内部原子有规则的排列，

引起了晶体各向不同的物理性质。例如原子的规则排列可以使晶体内部出现若干个晶面，立

方体的食盐就有三组与其边面平行的平面。如果外力沿平行晶面的方向作用，则晶体就很容

易滑动（变形），这种变形还不易恢复，称为晶体的范性。从这里可以看出沿晶面的方向，其

弹性限度小，只要稍加力，就超出了其弹性限度，使其不能复原；而沿其他方向则弹性限度

很大，能承受较大的压力、拉力而仍满足虎克定律。当晶体吸收热量时，由于不同方向原子

排列疏密不同，间距不同，吸收的热量多少也不同，于是表现为有不同的传热系数和膨胀系

数。

非晶体的内部组成是原子无规则的均匀排列，没有一个方向比另一个方向特殊，如同液

体内的分子排列一样，形不成空间点阵，故表现为各向同性。

当晶体从外界吸收热量时，其内部分子、原子的平均动能增大，温度也开始升高，但并

不破坏其空间点阵，仍保持有规则排列。继续吸热达到一定的温度──熔点时，其分子、原子

运动的剧烈程度可以破坏其有规则的排列，空间点阵也开始解体，于是晶体开始变成液体。

在晶体从固体向液体的转化过程中，吸收的热量用来一部分一部分地破坏晶体的空间点阵，

所以固液混合物的温度并不升高。当晶体完全熔化后，随着从外界吸收热量，温度又开始升

高。而非晶体由于分子、原子的排列不规则，吸收热量后不需要破坏其空间点阵，只用来提

高平均动能，所以当从外界吸收热量时，便由硬变软，最后变成液体。玻璃、松香、沥青和

橡胶就是常见的非晶体。

多数的固体晶体属于多晶体（也叫复晶体），它是由单晶体组成的。这种组成方式是无规

则的，每个单晶体的取向不同。虽然每个单晶体仍保持原来的特性，但多晶体除有固定的熔

点外，其他宏观物理特性就不再存在。这是因为组成多晶体的单晶体仍保持着分子、原子有

规则的排列，温度达不到熔解温度时不会破坏其空间点阵，故仍存在熔解温度。而其他方面

的宏观性质，则因为多晶体是由大量单晶体无规则排列成的，单晶体各方向上的特性平均后，

没有一个方向比另一个方向上更占优势，故成为各向同性。各种金属就属于多晶体。它们没

有固定的独特形状，表现为各向同性。

单晶体

固态物质分为晶体和非晶体。晶体分为单晶体[1]，多晶体。

单晶体是指样品中所含分子(原子或离子)在三维空间中呈规则、周期排列的一种固体状

态。化学药物中的原料药(一般由单一成分组成)在合适的溶剂系统中经重结晶可得到适合X

射线衍射使用的单晶样品,其大小约为05mm左右。例如:雪花、食盐小颗粒等。单晶体是半导

体科学技术上的重要材料。

晶体（crystal)：晶体有三个特征(1)晶体有一定的几何外形；(2)晶体有固定的熔点；(3)

晶体有各向异性的特点。

单晶体是原子排列规律相同，晶格位相一致的晶体。例如：单晶硅。

多晶体是由很多具有相同排列方式但位向不一致的很多小晶粒组成的则称为多晶体。例

如：常用的金属。

单晶体具有晶体的三个特征。

多晶体具有前两项特征，但具有各向同性的特点。

晶体生长

晶体是在物相转变的情况下形成的。物相有三种，即气相、液相和固相。只有晶体才是

真正的固体。由气相、液相转变成固相时形成晶体，固相之间也可以直接产生转变。

晶体生成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大。一般认为晶体从液相或气相中的

生长有三个阶段：①介质达到过饱和、过冷却阶段；②成核阶段；②生长阶段。

在某种介质体系中，过饱和、过冷却状态的出现，并不意味着整个体系的同时结晶。体

系内各处首先出现瞬时的微细结晶粒子。这时由于温度或浓度的局部变化，外部撞击，或一

些杂质粒子的影响，都会导致体系中出现局部过饱和度、过冷却度较高的区域，使结晶粒子

的大小达到临界值以上。这种形成结晶微粒子的作用称之为成核作用。

介质体系内的质点同时进入不稳定状态形成新相，称为均匀成核作用。

在体系内的某些局部小区首先形成新相的核，称为不均匀成核作用。

均匀成核是指在一个体系内，各处的成核几宰相等，这要克服相当大的表面能位垒，即

需要相当大的过冷却度才能成核。

非均匀成核过程是由于体系中已经存在某种不均匀性，例如悬浮的杂质微粒，容器壁上

凹凸不平等，它们都有效地降低了表面能成核时的位垒，优先在这些具有不均匀性的地点形

成晶核。因之在过冷却度很小时亦能局部地成核。

在单位时间内，单位体积中所形成的核的数目称成核速度。它决定于物质的过饱和度或

过冷却度。过饱和度和过冷却度越高，成核速度越大。成核速度还与介质的粘度有关，轮度

大会阻碍物质的扩散，降低成核速度.晶核形成后，将进一步成长。下面介绍关于晶体生长

的两种主要的理论。

一、层生长理论

科塞尔(Kosl，1927)首先提出，后经斯特兰斯基(Stranski)加以发展的晶体的层生长理论

亦称为科塞尔—斯特兰斯基理论。

它是论述在晶核的光滑表面上生长一层原子面时，质点在界面上进入晶格"座位"的最佳

位置是具有三面凹入角的位置(图I-2-1中k)。质点在此位置上与晶核结合成键放出的能量最

大。因为每一个来自环境相的新质点在环境相与新相界面的晶格上就位时，最可能结合的位

置是能量上最有利的位置，即结合成键时应该是成键数目最多，释放出能量最大的位置。图

I一2—1示质点在生长中的晶体表面上所可能有的各种生长位置：

k为曲折面，具有三面凹人角，是最有利的生长位置；其次是S阶梯面，具有二面凹入

角的位置；最不利的生长位置是A。由此可以得出如下的结论即晶体在理想情况下生长时，

先长一条行列，然后长相邻的行列。在长满一层面网后，再开始长第二层面网。晶面(最外的

面网)是平行向外推移而生长的。这就是晶体的层生长理论，用它可以解释如下的一些生长现

象。

1)晶体常生长成为面平、棱直的多面体形态。

2)在晶体生长的过程中，环境可能有所变化，不同时刻生成的晶体在物性(如颜色)和成分

等方面可能有细微的变化，因而在晶体的断面上常常可以看到带状构造(图I-2-2)。它表明晶

面是平行向外推移生长的。

3)由于晶面是向外平行推移生长的，所以同种矿物不同晶体上对应晶面间的夹角不变。

4)晶体由小长大，许多晶面向外平行移动的轨迹形成以晶体中心为顶点的锥状体称为生

长锥或砂钟状构造(图I-2-3、I-2-4、I-2-5)。在薄片中常常能看到。

然而晶体生长的实际情况要比简单层生长理论复杂得多。往往一次沉淀在一个晶面上的

物质层的厚度可达几万或几十万个分子层。同时亦不一定是一层一层地顺序堆积，而是一层

尚未长完，又有一个新层开始生长。这样继续生长下去的结果，使晶体表面不平坦，成为阶

梯状称为晶面阶梯(图I-2-5)。科塞尔理论虽然有其正确的方面，但实际晶体生长过程并非完

全按照二维层生长的机制进行的。因为当晶体的一层面网生长完成之后，再在其上开始生长

第二层面网时有很大的困难，其原因是已长好的面网对溶液中质点的引力较小，不易克服质

点的热振动使质点就位。因此，在过饱和度或过冷却度较低的情况下，晶的生长就需要用其

它的生长机制加以解释。

在晶体生长过程中，不同晶面的相对生长速度如何，在晶体上哪些晶面发育，下面介绍

有关这方面的几种主要理论。

一、布拉维法则

早在1855年，法国结晶学家布拉维(A．Bravis)从晶体具有空间格子构造的几何概念出发，

论述了实际晶面与空间格子构造中面网之间的关系，即实际晶体的晶面常常平行网面结点密

度最大的面网，这就是布拉维法则。

布拉维的这一结论系根据晶体上不同晶面的相对生长速度与网面上结点的密度成反比的

推论引导而出的。所谓晶面生长速度是指单位时间内晶面在其垂直方向上增长的厚度。如图

I一2—9所示，晶面AB的网面上结点的密度最大，网面间距也最大，网面对外来质点的引

力小，生长速度慢，晶面横向扩展，最终保留在晶体上；CD晶面次之；BC晶面的网面上结

点密度最小，网面间距也就小，网面对外来质点引力大，生长速度最快，横向逐渐缩小以致

晶面最终消失；因此，实际晶体上的晶面常是网面上结点密度较大的面。

总体看来，布拉维法则阐明了晶面发育的基本规律。但由于当时晶体中质点的具体排列

尚属未知，布拉维所依据的仅是由抽象的结点所组成的空间格子，而非真实的晶体结构。因

此，在某些情况下可能会与实际情况产生一些偏离。1937年美国结晶学家唐内—哈克(Donnay

－Harker)进一步考虑了晶体构造中周期性平移(体现为空间格子)以外的其他对称要素(如螺旋

轴、滑移面)对某些方向面网上结点密度的影响，从而扩大了布拉维法则的适用范围。

布拉维法则的另一不足之处是，只考虑了晶体的本身，而忽略了生长晶体的介质条件。

由液相变为固相由气相变为固相由固相再结晶为固相

晶体是在物相转变的情况下形成的。物相有三种，即气相、液相和固相。只有晶体才是

真正的固体。由气相、液相转变成固相时形成晶体，固相之间也可以直接产生转变。

由液相变为固相

(1)从熔体中结晶当温度低于熔点时，晶体开始析出，也就是说，只有当熔体过冷却时

晶体才能发生。如水在温度低于零摄氏度时结晶成冰；金属熔体冷却到熔点以下结晶成金属

晶体。

(2)从溶液中结晶当溶液达到过饱和时，才能析出晶体。其方式有：

1)温度降低，如岩浆期后的热液越远离岩浆源则温度将渐次降低，各种矿物晶体陆续析

出；2)水分蒸发，如天然盐湖卤水蒸发，3)通过化学反应，生成难溶物质。

决定晶体生长的形态，内因是基本的，而生成时所处的外界环境对晶体形态的影响也很

大。同一种晶体在不同的条件生长时，晶体形态是可能有所差别的。现就影响晶体生长的几

种主要的外部因素分述如下。

涡流温度杂质粘度结晶速度

影响晶体生长的外部因素还有很多，如晶体析出的先后次序也影响晶体形态，先析出者

有较多自由空间，晶形完整，成自形晶；较后生长的则形成半自形晶或他形晶。同一种矿物

的天然晶体于不同的地质条件下形成时，在形态上、物理性质上部可能显示不同的特征，这

些特征标志着晶体的生长环境，称为标型特征。

1．晶体的溶解

把晶体置于不饱和溶液中晶体就开始镕解。由于角顶和棱与溶剂接触的机会多，所以这

些地方溶解得快些，因而晶体可溶成近似球状。如明矾的八面体溶解后成近于球形的八面体

(图I一2—14)。

晶面溶解时，将首先在一些薄弱地方溶解出小凹坑，称为蚀像。经在镜下观察，这些蚀

象是由各种次生小晶面组成。图I一2—15表示方解石与白云石(b)晶体上的蚀像。不同网面

密度的晶面溶解时，网面密度大的晶面先溶解，因为网面密度大的晶面团面间距大，容易破

坏。

2．晶体的再生

破坏了的和溶解了的晶体处于合适的环境又可恢复多面体形态，称为晶体的再生(图I一

2—16)，如班岩中石英颗粒的再生(图I一2—17)。

溶解和再生不是简单的相反的现象。晶体溶解时，溶解速度是随方向逐渐变化的，因而

晶体溶解可形成近于球形；晶体再生时，生长速度随方向的改变而突变，因之晶体又可以恢

复成几何多面体形态。

晶体在自然界的生长往往不是直线型进行的，溶解和再生在自然界常交替出现，使晶体

表面呈复杂的形态。如在晶体上生成一些窄小的晶面，或者在晶面上生成一些特殊的突起和

花纹。

人工合成晶体

对天然矿物晶体生长的研究有助于了解矿物、岩石、地质体的形成及发展历史，并为矿

物资源的开发和利用提供一些有益的启发性资料。人工合成品体则不仅可以模拟和解释天然

矿物的形成条件，更重要的是能够提供现代科学校术所急需的晶体材料。

近年来人工合成晶体实验技术迅速发展，成功地合成了大量重要的晶体材料，如激光材

料、半导体材料、磁性材料、人造宝石以及其它多种现代科技所要求的具有特种功能的晶体

材料。当前人工合成晶体已成为工业主要文柱的材料科学的一个重要组成部分。

人工合成晶体的主要途径是从溶液中培养和在高温高压下通过同质多像的转变来制备

(如用石墨制备金刚石)等。具体方法很多，下面简要介绍几种最常用的方法。

(1)水热法这是一种在高温高压下从过饱和热水溶液中培养晶体的方法。用这种方法可

以合成水晶、刚玉(红宝石、蓝宝石)、绿柱石(祖母绿、海蓝宝石)、石榴子石及其它多种硅酸

盐和钨酸盐等上百种晶体。

晶体的培养是在高压釜(图I一2—18)内进行的。高压釜由耐高温高压和耐酸碱的特种钢

材制成。上部为结晶区，悬挂有籽晶；下部为溶解区，放置培养晶体的原料，釜内填装溶剂

介质。由于结晶区与溶解区之间有温度差(如培养水晶，结晶区为330-350℃，溶解区为

360-380℃)而产生对流，将高温的饱和溶液带至低温的结晶区形成过饱和析出溶质使籽晶生

长。温度降低并已析出了部分溶质的溶液又流向下部，溶解培养料，如此循环往复，使籽晶

得以连续不断地长大。

(2)提拉法这是一种直接从熔体中拉出单晶的方法。其设备如图I一2—19所示。熔体置

柑塌中，籽晶固定于可以旋转和升降的提拉杆上。降低提拉杆，将籽晶插入熔体，调节温度

使籽晶生长。提升提拉杆，使晶体一面生长，一面被慢慢地拉出来。这是从熔体中生长晶体

常用的方法。用此法可以拉出多种晶体，如单晶硅、白钨矿、钇铝榴石和均匀透明的红宝石

等。

(3)焰熔法这是一种用氢氧火焰熔化粉料并使之结晶的方法。图I-2-20为此法的示意图。

小锤1敲打装有粉料的料筒2，粉料受振动经筛网3而落下，氧经入口4进入将粉料下送，5

是氢的入口，氢和氧在喷口6处混合燃烧，粉料经火焰的高温而熔化并落于结晶杆7上，控

制杆端的温度，使落于杆端的熔层逐渐结晶。为使晶体生长有一定长度，可使结晶杆逐渐下

移。用这种方法成功地合成了如红宝石、蓝宝石、尖晶石、金红石、钛酸锶、钇铝榴石等多

种晶体。

多晶体

多晶指的是多种晶形共存，单晶指只有一种晶形。由于氧化铁的相间转化比较容易，但

又不完全，所以大部分氧化铁都是多种晶形共存的，如四氧化三铁，α-Fe2O3,γ-Fe2O3等。此

为多晶铁，单晶铁则是纯净物，如只有α-Fe2O3。

从液态转变为固态的过程首先要成核，然后生长，这个过程叫晶粒的成核长大。晶粒内

分子、原子都是有规则地排列的，所以一个晶粒就是单晶。

多个晶粒，每个晶粒的大小和形状不同,而且取向也是凌乱的,没有明显的外形,也不表现各

向异性,是多晶。

英文晶粒用Grain表示，注意与Particle是有区别的。

简单的说：

多晶指的是多种晶形共存，单晶指只有一种晶形。

单晶体-晶体内部的晶格方位完全一致.多晶体—许多晶粒组成

晶粒

晶粒定义:多晶体材料内以晶界分开的晶体学位向相同的晶体。

crystalgrain[晶粒]

结晶物质在生长过程中，由于受到外界空间的限制，未能发育成具有规则形态的晶体，

而只是结晶成颗粒状，称晶粒。

有时候晶粒一词也用来泛指岩石中晶质矿物的颗粒。此时又可根据其晶形发育程度分为：

自形——具有该种矿物比较完整的应有的晶形特征；半自形——仅具有该种矿物应有晶形的

大致轮廊；他形——因受周围晶粒的限制而生长成任意的不规则状。

打个比方：军训的时候如果每个班都站着朝一个方向那就是单晶，一个班一个班方向不

同那就是多晶。把每个人可以看成是一个晶胞。班的空隙叫晶界。

晶胞

晶胞定义：能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面

体单元。其中既能够保持晶体结构的对称性而体积又最小者特称“单位晶胞”，但亦常简称晶

胞。其具体形状大小由它的三组棱长a、b、c及棱间交角α、β、γ（合称为”晶胞参数”）来表

征，与空间格子中的单位平行六面体相对应。

面心立方晶胞

晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。晶胞并置起来，则得到晶体。晶胞的代表性

体现在以下两个方面：一是代表晶体的化学组成；二是代表晶体的对称性，即与晶体具有相

同的对称元素（对称轴、对称面和对称中心）。

一般情况下，晶胞都是平行六面体。整块晶体可以看成是无数晶胞无隙并置而成的。

请注意：

无隙——相邻晶体之间没有任何间隙

并置——所有晶胞都是平行排列的取向相同

布拉维晶格在二维平面上有五种类型，两晶轴a1、a2，夹角。

晶胞

斜晶格：任意的晶轴a1、a2，只有在旋转π或2π，才能保持不变。正方形晶格、六角形晶格、

矩形晶格、有心矩形晶格，但在矩形晶格正中间上有一晶格点，固有两种绘法。

晶胞

布拉维晶格在三维平面上有七大晶系，14种晶格分别为三斜晶系、单斜晶系、正交晶系、

四方晶系、立方晶系、三方晶系、六角晶系。依照简单、体心、面心及底心，总共有14种晶

格。

晶胞

晶胞是描述晶体微观结构的基本单元，但不一定是最小单元。晶胞有素晶胞和复晶胞之

分。素晶胞，符号P，是晶体微观空间中的最小单位，不可能再小。素晶胞中的原子集合相

当于晶体微观空间中的原子作周期性平移的最小集合，叫做结构基元。

复晶胞是素晶胞的多倍体，有以下三种：

分体心晶胞（2倍体），符号为I

面心晶胞（4倍体），符号为F

底心晶胞（2倍体）

晶面

在晶体学中，通过晶体中原子中心的平面叫作晶面[1]（Faces)。

晶体在自发生长过程中可发育出由不同取向的平面所组成的多面体外形，这些多面体外

形中的平面称为晶面（crystalface）。晶面基本上是光滑平整的平面；但仔细观察时，常可见

微有凹凸而表现出具规则形状的各种晶面花纹。晶面实质上就是晶格的最外层面网。[2]

一种晶面表示方法，叫Miller方法。就是用晶面（或者平面点阵）在三个晶轴上的截数

的倒数的互质整数比来标记。

晶体结构

晶体结构

晶体结构

特定取向的晶面必定与晶体中对应的一组互相平行的平面点阵相平行。可以规定一套整

数hkl来反映某特定晶面及其相应平面点阵组的取向，这一套整数称为晶面指标。晶面（或

平面点阵组）指标的严格定义是晶面在三个晶轴上的倒易截数之比。设a、b、c为晶体的一

套基向量，晶面在a轴、b轴、c轴上所截长度分别为ra、sb、tc，则r、s、t为晶面在三个晶

轴上的截数，而1/r、1/s、1/t为倒易截数。将晶面在三个晶轴上倒易截数之比化为一组互质

整数，即1/r∶1/s∶1/t=h∶k∶l，则这一套互质整数即为晶面指标，用（hkl）符号来表示。

晶体

晶界

晶界定义：将任何两个晶体学位向不同的晶粒隔开的内界面。

grainboundary晶界是结构相同而取向不同晶体之间的界面。在晶界面上，原子排列从一

个取向过渡到另一个取向，故晶界处原子排列处于过渡状态。晶粒与晶粒之间的接触界面叫

做晶界。

晶向

晶体的一个基本特点是具有方向性，沿晶格的不同方向晶体性质不同。布拉格点阵的格

点可以看成分列在一系列相互平行的直线系上，这些直线系称为晶列。同一个格点可以形成

方向不同的晶列，每一个晶列定义了一个方向，称为晶向。

简单的说，晶向就是通过晶体中原子中心的不同方向的原子列。

设想在晶格中任取一点O作为原点，并以基失a、b、c为轴建立坐标系，于是在此通过

原点的晶列上，沿晶向方向任一格点A的位失为

αa+βb+γc

则晶向就用α、β、γ来表示，写成[αβγ]。标志晶向的这组数成为晶向指数。

由于晶体具有对称性，有对称性联系着的那些晶向可以方向不同，但它们的周期却相同，

因而是等效的，这些等效晶向的全体可用尖括号<αβγ>来表示。如[100]、[010]、[001]及其

相反晶向就可以用<100>表示。

金属键

金属键（metallicbond）是化学键的一种，主要在金属中存在。由自由电子及排列成晶格

状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。由于电子的自由运动，金属键没有固定的方向，

因而是非极性键。金属键有金属的很多特性。例如一般金属的熔点、沸点随金属键的强度而

升高。其强弱通常与金属离子半径成逆相关，与金属内部自由电子密度成正相关（便可粗略

看成与原子外围电子数成正相关）。