陶瓷材料结构及性能分类新结构陶瓷材料科学基础.ppt

一、陶瓷材料的结构特点
陶瓷材料的显微组织由晶体相(1)、玻璃相(2)和气相(3)组成,而且各相的相对量变化很大,分布也不够均匀。
(一)、陶瓷晶体
晶相是陶瓷材料中主要的组成相,决定陶瓷材料物理化学性质的主要是晶相。
由于陶瓷材料中原子的键合方式主要是离子键,故多数陶瓷的晶体结构可以看成是由带电的离子而不是由原子组成。
由于陶瓷至少由两种元素组成,所以陶瓷的晶体结构通常要比纯金属的晶体结构复杂。
1、陶瓷晶体中正、负离子的堆积方式:
在离子(陶瓷)晶体中正、负离子的堆积方式取决于以下两个因素:
①正负离子的电荷大小:晶体必须保持电中性,(所有正离子的正电荷应等于所有负离子的负电荷)
②正负离子的相对大小:
由于正负离子的外层电子形成封闭的壳层,因此可将离子简化为具有一定半径的刚性球体。
在离子晶体中,一些原子失去最外层电子而变成正离子,另一些原子则得到最外层电子而成为负离子。因此,在离子晶体中,通常正离子小于负离子,即:
rc/rA <1
rc和rA分别代表正负离子的半径。

一些正负离子的半径,如表3-1所示
为了降低晶体的总能量,正、负离子趋于形成尽可能紧密的堆积.
即:一个正离子趋于有尽可能多的负离子为邻。一个正离子周围的最近邻负离子数称为配位数。
因此,一个最稳定的结构应当有尽可能大的配位数,而这个配位数又取决于正、负离子的半径之比。
图3-1
由图可知只有当rc/rA 等于或大于某一(最小)临界值后,某一给定的配位数结构才是稳定的。
这个临界值就是当正离子与它周围的负离子相切,而且这些负离子也彼此相切时,正、负离子直径的半径比。
表3-2
以上关于临界离子半径比值的概念完全是从几何角度考虑的,对于许多离子晶体很有效。
但也有例外情况,即配位数有时可大于离子半径比值所允许的数值。
这是由于以上中把离子看成刚性球体。
而实际上正离子周围的负离子可以通过变形使配位数增大,另外,化合物中具有方向性的共价键也会起类似的作用。(举例说明书)