第二章晶体的形成ppt课件

变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 晶体是具有格子构造的固体，它晶体是具有格子构造的固体，它的发生和成长，实质上是在一定的条的发生和成长，实质上是在一定的条件下组成物质的质点按照格子构造规件下组成物质的质点按照格子构造规律排列的过程。律排列的过程。晶体是具有格子构造的固体，它的发生和成长，实1变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分一、晶体生长的途径一、晶体生长的途径一、晶体生长的途径一、晶体生长的途径二、晶核的形成二、晶核的形成二、晶核的形成二、晶核的形成三、晶体的生长模型三、晶体的生长模型三、晶体的生长模型三、晶体的生长模型四、晶面的发育四、晶面的发育四、晶面的发育四、晶面的发育五、影响晶体生长的外部因素五、影响晶体生长的外部因素五、影响晶体生长的外部因素五、影响晶体生长的外部因素六、晶簇与几何淘汰律六、晶簇与几何淘汰律七、晶体的溶解与再生七、晶体的溶解与再生七、晶体的溶解与再生七、晶体的溶解与再生八、人工合成晶体八、人工合成晶体八、人工合成晶体八、人工合成晶体九、歪晶和面角守恒定律九、歪晶和面角守恒定律九、歪晶和面角守恒定律九、歪晶和面角守恒定律一、晶体生长的途径2变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1 1、由气相转变为固相、由气相转变为固相、由气相转变为固相、由气相转变为固相一、晶体生长的途径一、晶体生长的途径 晶体是在物相转变的情况下形成的，主要是由液相、气相晶体是在物相转变的情况下形成的，主要是由液相、气相和固相之间的相互转变形成晶体。和固相之间的相互转变形成晶体。某些气体处于过饱和蒸汽压或过冷却温度时，可直接转变某些气体处于过饱和蒸汽压或过冷却温度时，可直接转变某些气体处于过饱和蒸汽压或过冷却温度时，可直接转变某些气体处于过饱和蒸汽压或过冷却温度时，可直接转变成晶体。如火山口喷气凝华形成自然硫、碘或氯化钠晶体。雪成晶体。如火山口喷气凝华形成自然硫、碘或氯化钠晶体。雪成晶体。如火山口喷气凝华形成自然硫、碘或氯化钠晶体。雪成晶体。如火山口喷气凝华形成自然硫、碘或氯化钠晶体。雪花、雾松。花、雾松。花、雾松。花、雾松。1、由气相转变为固相一、晶体生长的途径 晶体是3变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2、由液相转变为固相、由液相转变为固相 液相有液相有熔体熔体和和液体液体两种形式。两种形式。（1）从）从熔体熔体中结晶：温度降低到熔点。中结晶：温度降低到熔点。录像：岩浆活动录像：岩浆活动（2）从溶液中结晶：条件是溶液达到）从溶液中结晶：条件是溶液达到过饱和过饱和 温度降低温度降低 水分蒸发：盐湖水分蒸发：盐湖 通过化学反应通过化学反应2、由液相转变为固相4变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3 3、由固相再结晶为固相、由固相再结晶为固相、由固相再结晶为固相、由固相再结晶为固相 固相物质有晶态非晶态两种。固相物质有晶态非晶态两种。固相物质有晶态非晶态两种。固相物质有晶态非晶态两种。（1）同质多相转变：）同质多相转变：某种晶体，在热力学条件改变时转变成另一种某种晶体，在热力学条件改变时转变成另一种在新条件下稳定的晶体。在新条件下稳定的晶体。-石英石英(高于高于573)-石英石英(低于低于573)（2）原矿物晶粒逐渐变大）原矿物晶粒逐渐变大石英细砂岩重结晶变为石英岩石英细砂岩重结晶变为石英岩灰岩重结晶变为大理岩灰岩重结晶变为大理岩3、由固相再结晶为固相 固相物质有晶态非晶态两种5变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（3）固熔体分解）固熔体分解在一定温度下固熔体可以分离成几种矿物，例如闪锌矿在一定温度下固熔体可以分离成几种矿物，例如闪锌矿ZnS和黄和黄铜矿铜矿CuFeS在高温条件下组成均一的固熔体，而在低温条件下分在高温条件下组成均一的固熔体，而在低温条件下分离成两种矿物。离成两种矿物。闪锌矿、黄铜矿固熔体溶离闪锌矿、黄铜矿固熔体溶离闪锌矿、黄铜矿固熔体溶离闪锌矿、黄铜矿固熔体溶离（3）固熔体分解在一定温度下固熔体可以分离成几种矿物，例如闪6变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（4）变晶）变晶 矿物在定向的压力方向上溶解，而在垂直压力的方向上再结矿物在定向的压力方向上溶解，而在垂直压力的方向上再结晶，形成一向或二向延长的变质矿物。晶，形成一向或二向延长的变质矿物。阳起石片岩阳起石片岩（4）变晶 矿物在定向的压力方向上溶解，而在7变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（5）固态非晶质结晶）固态非晶质结晶 火山喷发出的熔岩流快速冷却，固结为非晶质的火山玻璃，这种火山喷发出的熔岩流快速冷却，固结为非晶质的火山玻璃，这种火山玻璃经漫长地质作用后重结晶，转变为结晶质。火山玻璃经漫长地质作用后重结晶，转变为结晶质。（火山熔岩录像）（火山熔岩录像）（火山熔岩录像）（火山熔岩录像）（5）固态非晶质结晶 火山喷发出的熔岩流快速冷却8变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 三个阶段：三个阶段：三个阶段：三个阶段：介质达到过饱和、过冷却阶段；介质达到过饱和、过冷却阶段；介质达到过饱和、过冷却阶段；介质达到过饱和、过冷却阶段；成核阶段；成核阶段；成核阶段；成核阶段；晶晶晶晶体生长阶段。体生长阶段。体生长阶段。体生长阶段。晶体的形成首先是形成晶核，而后再逐渐长大。晶体的形成首先是形成晶核，而后再逐渐长大。晶体的形成首先是形成晶核，而后再逐渐长大。晶体的形成首先是形成晶核，而后再逐渐长大。介质达到过饱和、过冷却状态时，并不意味体系同时结晶。由于温介质达到过饱和、过冷却状态时，并不意味体系同时结晶。由于温介质达到过饱和、过冷却状态时，并不意味体系同时结晶。由于温介质达到过饱和、过冷却状态时，并不意味体系同时结晶。由于温度的局部变化、外部撞击，或者杂质粒子的影响，出现具备过饱和度、度的局部变化、外部撞击，或者杂质粒子的影响，出现具备过饱和度、度的局部变化、外部撞击，或者杂质粒子的影响，出现具备过饱和度、度的局部变化、外部撞击，或者杂质粒子的影响，出现具备过饱和度、过冷却度较高的区域，在这些区域首先出现达到临界值以上的过冷却度较高的区域，在这些区域首先出现达到临界值以上的过冷却度较高的区域，在这些区域首先出现达到临界值以上的过冷却度较高的区域，在这些区域首先出现达到临界值以上的微细结晶微细结晶微细结晶微细结晶粒子粒子粒子粒子(晶牙或晶核）晶牙或晶核）晶牙或晶核）晶牙或晶核），这种形成微细结晶粒子的作用称为，这种形成微细结晶粒子的作用称为，这种形成微细结晶粒子的作用称为，这种形成微细结晶粒子的作用称为成核作用成核作用成核作用成核作用。体系同时进入不稳定状态形成新相，体系同时进入不稳定状态形成新相，体系同时进入不稳定状态形成新相，体系同时进入不稳定状态形成新相，在体系内任何部位成核率是相在体系内任何部位成核率是相等的等的均匀成核作用均匀成核作用均匀成核作用均匀成核作用 局部先形成新相。局部先形成新相。局部先形成新相。局部先形成新相。在体系的某些部位（杂质、容器壁）的成核率高在体系的某些部位（杂质、容器壁）的成核率高于另一些部位。于另一些部位。不均匀成核作用不均匀成核作用不均匀成核作用不均匀成核作用 三个阶段：介质达到过饱和、过冷却阶段；成核9变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 均匀成核作用均匀成核作用均匀成核作用均匀成核作用各处的成核各处的成核各处的成核各处的成核几率相等，需要克服较大的位几率相等，需要克服较大的位几率相等，需要克服较大的位几率相等，需要克服较大的位垒。垒。垒。垒。非均匀成核作用，非均匀成核作用，非均匀成核作用，非均匀成核作用，因体系因体系因体系因体系中已经存在不均匀性，如悬浮中已经存在不均匀性，如悬浮中已经存在不均匀性，如悬浮中已经存在不均匀性，如悬浮杂质或容器壁凹凸不平，降低杂质或容器壁凹凸不平，降低杂质或容器壁凹凸不平，降低杂质或容器壁凹凸不平，降低了成核的位垒，在这些位置，了成核的位垒，在这些位置，了成核的位垒，在这些位置，了成核的位垒，在这些位置，过冷却度或饱和度很低都能成过冷却度或饱和度很低都能成过冷却度或饱和度很低都能成过冷却度或饱和度很低都能成核。核。核。核。成核速度：成核速度：成核速度：成核速度：是指体系单位是指体系单位是指体系单位是指体系单位时间单位体积成核的数目。时间单位体积成核的数目。时间单位体积成核的数目。时间单位体积成核的数目。与过冷却度和过饱和度以及体与过冷却度和过饱和度以及体与过冷却度和过饱和度以及体与过冷却度和过饱和度以及体系粘度的关系。系粘度的关系。系粘度的关系。系粘度的关系。均匀成核作用各处的成核几率相等，需要克服较大10变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分成核作用是一个相变过程，即在母液相中形成固相成核作用是一个相变过程，即在母液相中形成固相小晶芽，这一相变过程中体系自由能的变化为：小晶芽，这一相变过程中体系自由能的变化为：G=Gv+Gs 式中式中Gv为新相形成时体自由能的变化，且为新相形成时体自由能的变化，且Gv0,GS为新相形成时新相与旧相界面的表面能，且为新相形成时新相与旧相界面的表面能，且GS0。也就是说，晶核的形成，一方面由于体系从液也就是说，晶核的形成，一方面由于体系从液相转变为内能更小的晶体相而使体系自由能下降，相转变为内能更小的晶体相而使体系自由能下降，另一方面又由于增加了另一方面又由于增加了液液 -固界面固界面而使体系自由能而使体系自由能升高。升高。成核作用是一个相变过程，即在母液相中形成固相小晶芽，这一相变11变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分只有当只有当G 0时，成核过时，成核过程才能发生，因此，晶程才能发生，因此，晶核是否能形成，就在于核是否能形成，就在于Gv与与Gs的相对大小。的相对大小。体系自由能由升高到体系自由能由升高到降低的转变时所对应降低的转变时所对应的晶核半径值的晶核半径值 rc 称为称为临界半径临界半径。rcr只有当G 0时，成核过程才能发生，因此，晶核是否能形成，12变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 成核机理示意图成核机理示意图 rcr 成核机理示意图 rcr13变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分思考：怎么理解在晶核很小时表面能大于体自由能，思考：怎么理解在晶核很小时表面能大于体自由能，而当晶核长大后表面能小于体自由能？而当晶核长大后表面能小于体自由能？因此，成核过程有一个势垒：因此，成核过程有一个势垒：能越过这个势垒的就可以进行能越过这个势垒的就可以进行晶体生长了，否则不行。晶体生长了，否则不行。*思考：为什么在杂质、容器壁上容易成核？思考：为什么在杂质、容器壁上容易成核？为什么人工合成晶体要放籽晶？为什么人工合成晶体要放籽晶？思考：怎么理解在晶核很小时表面能大于体自由能，而当晶核长大后14变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 一旦晶核形成后，就形成了晶液界面，在界面上就要一旦晶核形成后，就形成了晶液界面，在界面上就要进行生长，即组成晶体的原子、离子要按照晶体结构的排列进行生长，即组成晶体的原子、离子要按照晶体结构的排列方式堆积起来形成晶体。方式堆积起来形成晶体。1层生长理论模型（科塞尔理论模型，层生长理论模型（科塞尔理论模型，1927）这一模型要讨论的关键问题是：质点在光滑的晶核表面这一模型要讨论的关键问题是：质点在光滑的晶核表面生长时，怎样寻找出最佳生长位置：晶核表面有平坦面、两生长时，怎样寻找出最佳生长位置：晶核表面有平坦面、两面凹角位、三面凹角位，每种位置周围分布数量不等质点，面凹角位、三面凹角位，每种位置周围分布数量不等质点，这些质点对即将进入该位置质点具有吸引作用。其中平坦面这些质点对即将进入该位置质点具有吸引作用。其中平坦面只有一个方向成键，两面凹角有两个方向成键，三面凹角有只有一个方向成键，两面凹角有两个方向成键，三面凹角有三个方向成键，见图：三个方向成键，见图：一旦晶核形成后，就形成了晶液界面，在界面上就要15变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分三面凹角位置三面凹角位置三面凹角位置三面凹角位置二面凹角位置二面凹角位置二面凹角位置二面凹角位置一面凹角位置一面凹角位置一面凹角位置一面凹角位置三面凹角位置二面凹角位置一面凹角位置16变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 因此，最佳生长位置是三面凹角位，其次是两面凹角位，最不容易因此，最佳生长位置是三面凹角位，其次是两面凹角位，最不容易生长的位置是平坦面。生长的位置是平坦面。这样，最理想的晶体生长方式就是这样，最理想的晶体生长方式就是:先在三面凹角上生长成一行，以先在三面凹角上生长成一行，以至于三面凹角消失，再在两面凹角处生长一个质点，以形成三面凹角，至于三面凹角消失，再在两面凹角处生长一个质点，以形成三面凹角，再生长一行，重复下去，一层一层往外生长再生长一行，重复下去，一层一层往外生长层生长理论。层生长理论。因此，最佳生长位置是三面凹角位，其次是两面凹角位，最17变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分三种可能位置上不同距离的质点数三种可能位置上不同距离的质点数位置位置距离距离a0 a0a0k三面凹角三面凹角364S二面凹角二面凹角264A一般位置一般位置144a0a0a0a0a0a0三种可能位置上不同距离的质点数位置距离a0 a0a0k三18变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分21层生长过程2119变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 但是，实际晶体生长不但是，实际晶体生长不可能达到这么理想的情况，可能达到这么理想的情况，也可能一层还没有完全长也可能一层还没有完全长满，另一层又开始生长了，满，另一层又开始生长了，这叫阶梯状生长，最后可这叫阶梯状生长，最后可在晶面上留下生长层纹或在晶面上留下生长层纹或生长阶梯。生长阶梯。阶梯状生长是属于层生阶梯状生长是属于层生长理论范畴的。长理论范畴的。黄铁矿表面的阶梯状生长层黄铁矿表面的阶梯状生长层 但是，实际晶体生长不可能达到这么理想的情况，也可能一20变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 晶体常生长成为晶体常生长成为面平面平棱直棱直的多面体形态的多面体形态 因环境等因素变化、因环境等因素变化、不同时刻生长成的晶体的不同时刻生长成的晶体的细微变化（生长环带）细微变化（生长环带）总之，层生长理论的中心思想是：晶体生长过程是晶面层总之，层生长理论的中心思想是：晶体生长过程是晶面层层外推的过程。层外推的过程。可以较好解释以下生长现象：可以较好解释以下生长现象：晶体常生长成为面平棱直的多面体形态 21变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分由于晶面是平行向外推移，所以同种矿物不同晶体上对应晶面的由于晶面是平行向外推移，所以同种矿物不同晶体上对应晶面的夹角恒等夹角恒等面角守恒定律面角守恒定律（链接）（链接）。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。顶点的锥状体称为生长锥或砂钟状构造。石英的环带生长结构石英的环带生长结构普通辉石的砂钟状结构普通辉石的砂钟状结构2224由于晶面是平行向外推移，所以同种矿物不同晶体上对应晶面的夹22变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 但是，层生长理论有一个缺陷：当将这一界面上的所有最佳生长位但是，层生长理论有一个缺陷：当将这一界面上的所有最佳生长位置都生长完后，如果晶体还要继续生长，就必须在这一平坦面上先生长置都生长完后，如果晶体还要继续生长，就必须在这一平坦面上先生长一个质点，由此来提供最佳生长位置。这个先生长在平坦面上的质点就一个质点，由此来提供最佳生长位置。这个先生长在平坦面上的质点就相当于一个二维核，形成这个二维核需要较大的过饱和度，但许多晶体相当于一个二维核，形成这个二维核需要较大的过饱和度，但许多晶体在过饱和度很低的条件下也能生长，为了解决这一理论模型与实验的差在过饱和度很低的条件下也能生长，为了解决这一理论模型与实验的差异，弗兰克异，弗兰克(Frank)于于1949年提出了螺旋位错生长机制。年提出了螺旋位错生长机制。但是，层生长理论有一个缺陷：当将这一界面上的23变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2螺旋生长理论模型（螺旋生长理论模型（BCF理论模型，理论模型，1949，弗朗克等，基于，弗朗克等，基于实际晶体结构中常见的位错现象）实际晶体结构中常见的位错现象）该模型认为晶面上存在该模型认为晶面上存在螺旋位错露头点可以作为螺旋位错露头点可以作为晶体生长的台阶源晶体生长的台阶源，可以对可以对平坦面的生长起着催化作用，平坦面的生长起着催化作用，这种台阶源永不消失，因此这种台阶源永不消失，因此不需要形成二维核，这样便不需要形成二维核，这样便成功地解释了晶体在很低过成功地解释了晶体在很低过饱和度下仍能生长这一实验饱和度下仍能生长这一实验现象现象。242螺旋生长理论模型（BCF理论模型，1949，弗朗克等，基24变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分SiC晶体表面的生长晶体表面的生长螺旋螺旋SiC晶体表面的生长螺旋25变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分螺旋生长过程螺旋生长过程螺旋生长过程螺旋生长过程螺旋生长过程26变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分这两个模型有什么联系与区别？这两个模型有什么联系与区别？联系：都是层层外推生长；联系：都是层层外推生长；区别：区别：生长新的一层的成核机理不同生长新的一层的成核机理不同。有什么现象可证明这两个生长模型？有什么现象可证明这两个生长模型？环状构造、砂钟构造、晶面的层状阶梯、螺旋纹环状构造、砂钟构造、晶面的层状阶梯、螺旋纹 石英的带状构造石英的带状构造普通辉石砂钟构造普通辉石砂钟构造SiC晶体表面的生长螺旋晶体表面的生长螺旋这两个模型有什么联系与区别？石英的带状构造普通辉石砂钟构造S27变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 在晶体生长过程中，不同晶面的相对在晶体生长过程中，不同晶面的相对生长速度如何？在晶体上哪些晶面发育被生长速度如何？在晶体上哪些晶面发育被保留下来呢？保留下来呢？四、晶面的发育 在晶体生长过程中，不同晶面的相28变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 1布拉维法则布拉维法则(law of Bravais)：晶晶体体上上的的实实际际晶晶面面往往往往平平行行于于格格子子构构造造中中面面网网密密度度大大的的面面网网。为什么？为什么？面面网网密密度度大大面面网网间间距距大大对对生生长长质质点点吸吸引引力力小小生生长长速度慢。速度慢。生长速度慢生长速度慢在晶形上保留在晶形上保留 生长速度快生长速度快尖灭。尖灭。1布拉维法则(law of Bravais)：29变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分面网密度：面网密度：面网密度：面网密度：ABABCDCDBCBC；对质点的吸引力：；对质点的吸引力：；对质点的吸引力：；对质点的吸引力：BCBCCD CD ABAB面网密度最小的面网密度最小的面网密度最小的面网密度最小的BCBC面向外推移最快，面向外推移最快，面向外推移最快，面向外推移最快，DCDC次之，次之，次之，次之，ABAB最慢。最慢。最慢。最慢。BCBC面逐渐减小面逐渐减小面逐渐减小面逐渐减小至尖灭。至尖灭。至尖灭。至尖灭。晶体生长与面网密度有关，密度越大，生长越慢，密度越小，其面积逐晶体生长与面网密度有关，密度越大，生长越慢，密度越小，其面积逐晶体生长与面网密度有关，密度越大，生长越慢，密度越小，其面积逐晶体生长与面网密度有关，密度越大，生长越慢，密度越小，其面积逐渐减小以至尖灭。布拉维法则渐减小以至尖灭。布拉维法则渐减小以至尖灭。布拉维法则渐减小以至尖灭。布拉维法则晶体上的实际晶面往往平行于格子构晶体上的实际晶面往往平行于格子构晶体上的实际晶面往往平行于格子构晶体上的实际晶面往往平行于格子构造中面网密度大的面网造中面网密度大的面网造中面网密度大的面网造中面网密度大的面网 。面网密度：ABCDBC；对质点的吸引力：BCCD A30变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分此外，晶面是否被淹没还受到此外，晶面是否被淹没还受到面角面角的控制的控制实际晶体晶面发育的影响因素很多，比较复杂。实际晶体晶面发育的影响因素很多，比较复杂。此外，晶面是否被淹没还受到面角的控制实际晶体晶面发育的影响因31变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2居里居里-吴里夫原理（最小表面能原理）吴里夫原理（最小表面能原理）晶体上所有晶面的表面能之和最小的形态最稳定。晶体上所有晶面的表面能之和最小的形态最稳定。晶体中心到各晶面的距离与各晶面的比表面能成晶体中心到各晶面的距离与各晶面的比表面能成正比正比各晶面的生长速度与各晶面的比表面能成正比各晶面的生长速度与各晶面的比表面能成正比实际上与布拉维法则是一致的。实际上与布拉维法则是一致的。第二章晶体的形成ppt课件32变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3周期性键链（周期性键链（PBC）理论）理论(基于晶体结构几何特征和质点能量）基于晶体结构几何特征和质点能量）晶体结构中存在与晶体质点重复周期一致的强键链存在。晶体平行于键晶体结构中存在与晶体质点重复周期一致的强键链存在。晶体平行于键链生长，键力最强的方向生长最快。链生长，键力最强的方向生长最快。平行于强键链最多的面常成为平行于强键链最多的面常成为晶体的晶面。晶体的晶面。晶面分为三类：晶面分为三类：F面面(平坦面，平坦面，两个两个PBC)，晶形上易保留。，晶形上易保留。S面面(阶梯面，阶梯面，一个一个PBC),可保留或不保留。可保留或不保留。K面面(扭折面，扭折面，不含不含PBC),晶形上不易保留晶形上不易保留。*思思考考以以上上三三个个法法则则理理论论原原理理的的联联系系：面面网网密密度度大大表表面能小面能小PBC键链多键链多FFFSSSK3周期性键链（PBC）理论(基于晶体结构几何特征和质点33变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分FSKFSK34变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1、涡流和生长介质的流动方向：、涡流和生长介质的流动方向：由于晶体周围溶液中的溶质减由于晶体周围溶液中的溶质减少以及晶体生长释放出来的热量，少以及晶体生长释放出来的热量，晶体周围的溶液密度减小温度升高晶体周围的溶液密度减小温度升高，使晶体周围溶液上升，从而形成，使晶体周围溶液上升，从而形成涡流。涡流。涡流使晶体生长的物质供给不涡流使晶体生长的物质供给不均匀，因而造成晶体的形态特征不均匀，因而造成晶体的形态特征不同。同。生长介质流动方向对晶体生长生长介质流动方向对晶体生长的影响与此类似：面对介质来源方的影响与此类似：面对介质来源方向的晶面生长速度快而其相反方向向的晶面生长速度快而其相反方向生长较慢生长较慢(图图29)。五、影响晶体生长的外部因素1、涡流和生长介质的流动方向：35变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第二章晶体的形成ppt课件36变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2、温度：、温度：不同温度条件下，同种物质的晶体，其不同晶面的相对生长不同温度条件下，同种物质的晶体，其不同晶面的相对生长速度不同。速度不同。2、温度：不同温度条件下，同种物质的晶体，其不同晶面的相对生37变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3、杂质和酸碱度：、杂质和酸碱度：杂质可改变晶体不同面网的表面能，其相对生长速杂质可改变晶体不同面网的表面能，其相对生长速度变化影响其形态。例如，在纯净水中石盐常结晶出立方体晶形，而度变化影响其形态。例如，在纯净水中石盐常结晶出立方体晶形，而在溶液中有少量硼酸存在时则出现立方体和八面体聚形。在溶液中有少量硼酸存在时则出现立方体和八面体聚形。晶体不同方向面网的性质可以有明显差异，有的适合在碱性条件晶体不同方向面网的性质可以有明显差异，有的适合在碱性条件下生长而有的适合在酸性条件下生长，故溶液的酸碱度也能影响晶体下生长而有的适合在酸性条件下生长，故溶液的酸碱度也能影响晶体的形态。的形态。4、黏度：、黏度：黏度越大，将防碍涡流产生，影响溶质供给。黏度越大，将防碍涡流产生，影响溶质供给。在黏度较在黏度较大的情况下，溶液中质点的供给主要以扩散的方式进行。在这种情大的情况下，溶液中质点的供给主要以扩散的方式进行。在这种情况下，晶体上容易接受溶质的棱、角部分生长较快，而晶面的中心况下，晶体上容易接受溶质的棱、角部分生长较快，而晶面的中心部分生长较慢，甚至不生长。常形成骸晶。部分生长较慢，甚至不生长。常形成骸晶。3、杂质和酸碱度：杂质可改变晶体不同面网的表面能，其相对生长38变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5、结晶速度：结晶速度越快，则、结晶速度：结晶速度越快，则形成的结晶中心越多，在围绕多形成的结晶中心越多，在围绕多个结晶中心生长的情况下，晶体个结晶中心生长的情况下，晶体不易长大，因此形成的晶体多为不易长大，因此形成的晶体多为细粒状。细粒状。反之，结晶速度越慢，体系反之，结晶速度越慢，体系中结晶中心的数量越少，越有利中结晶中心的数量越少，越有利于晶体的长大，晶体多呈粗粒状。于晶体的长大，晶体多呈粗粒状。例如：岩浆在地下深处缓慢例如：岩浆在地下深处缓慢结晶时，形成的矿物晶体粗大，结晶时，形成的矿物晶体粗大，如伟晶岩中的石英、长石矿物晶如伟晶岩中的石英、长石矿物晶体等；同样的岩浆在地表快速结体等；同样的岩浆在地表快速结晶时，则形成细粒矿物晶体，如晶时，则形成细粒矿物晶体，如流纹岩中的石英、长石晶体等。流纹岩中的石英、长石晶体等。5、结晶速度：结晶速度越快，则形成的结晶中心越多，在围绕多个39变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 6 6生长顺序与生长空间生长顺序与生长空间 晶体生长的空间对晶体的生长形态影响较大，早晶体生长的空间对晶体的生长形态影响较大，早期析出的晶体，具有较多的自由生长空间，晶形完整，期析出的晶体，具有较多的自由生长空间，晶形完整，自形程度较高；后期析出的晶体，只能在已形成的晶自形程度较高；后期析出的晶体，只能在已形成的晶体残留的空间中生长，因此其晶形一般不完整，常呈体残留的空间中生长，因此其晶形一般不完整，常呈半自形晶或他形晶。半自形晶或他形晶。7 7应力作用应力作用 对于在固相中形成的晶体形态而言，外部应力的对于在固相中形成的晶体形态而言，外部应力的作用十分重要：一般垂直于压应力轴的晶面较大；在作用十分重要：一般垂直于压应力轴的晶面较大；在剪切应力作用下形成的晶体可呈不对称椭球状或丝状。剪切应力作用下形成的晶体可呈不对称椭球状或丝状。这对应力作用方向这对应力作用方向的判别有重要意义。的判别有重要意义。6生长顺序与生长空间40变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分六、六、晶簇与几何淘汰律晶簇与几何淘汰律 晶簇是指丛生于岩石空洞或裂隙中某一基底之上，另一端朝向自由空间并具有完好晶形的单晶体群。六、晶簇与几何淘汰律 晶簇是指丛生于岩石空洞或裂隙中41变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第二章晶体的形成ppt课件42变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分晶体生长的几何淘汰律晶体生长的几何淘汰律与结晶基底的取向不同，最后长大的是垂直结晶基底的晶体与结晶基底的取向不同，最后长大的是垂直结晶基底的晶体晶体生长的几何淘汰律43变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第二章晶体的形成ppt课件44变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分晶体形成以后，由于环境的改变，处于不饱和状态时，将被溶解。晶体形成以后，由于环境的改变，处于不饱和状态时，将被溶解。晶体形成以后，由于环境的改变，处于不饱和状态时，将被溶解。晶体形成以后，由于环境的改变，处于不饱和状态时，将被溶解。1 1、晶体的溶解、晶体的溶解、晶体的溶解、晶体的溶解 把晶体置于不饱和溶液中晶体就开始溶解，由于角顶和晶棱和溶液把晶体置于不饱和溶液中晶体就开始溶解，由于角顶和晶棱和溶液把晶体置于不饱和溶液中晶体就开始溶解，由于角顶和晶棱和溶液把晶体置于不饱和溶液中晶体就开始溶解，由于角顶和晶棱和溶液接触机会多，因而这些位置溶解快些。结果见图。接触机会多，因而这些位置溶解快些。结果见图。接触机会多，因而这些位置溶解快些。结果见图。接触机会多，因而这些位置溶解快些。结果见图。蚀像：蚀像：蚀像：蚀像：晶体溶解时在一些薄弱的地方溶解出的一些小坑。蚀像是由各种次生晶体溶解时在一些薄弱的地方溶解出的一些小坑。蚀像是由各种次生晶体溶解时在一些薄弱的地方溶解出的一些小坑。蚀像是由各种次生晶体溶解时在一些薄弱的地方溶解出的一些小坑。蚀像是由各种次生小晶面组成。面网密度大的晶面先溶解。小晶面组成。面网密度大的晶面先溶解。小晶面组成。面网密度大的晶面先溶解。小晶面组成。面网密度大的晶面先溶解。七、晶体的溶解与再生晶体形成以后，由于环境的改变，处于不饱和45变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2 2、晶体的再生、晶体的再生、晶体的再生、晶体的再生 被破坏和溶解了的晶体处于合适的环境又可恢复多面体被破坏和溶解了的晶体处于合适的环境又可恢复多面体被破坏和溶解了的晶体处于合适的环境又可恢复多面体被破坏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。晶体溶解速度随方向变化，溶解可形态，称为晶体的再生。晶体溶解速度随方向变化，溶解可形态，称为晶体的再生。晶体溶解速度随方向变化，溶解可形态，称为晶体的再生。晶体溶解速度随方向变化，溶解可形成近于球形；再生时生长速度随方向的改变而突变，恢复形成近于球形；再生时生长速度随方向的改变而突变，恢复形成近于球形；再生时生长速度随方向的改变而突变，恢复形成近于球形；再生时生长速度随方向的改变而突变，恢复多面体形态。多面体形态。多面体形态。多面体形态。溶解和再生常常是交替进行的。溶解和再生常常是交替进行的。溶解和再生常常是交替进行的。溶解和再生常常是交替进行的。2、晶体的再生46变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分水热法水热法高温高压生长（高压釜）：高温高压生长（高压釜）：晶体原料溶在高温高晶体原料溶在高温高压水溶液（溶剂）中；压水溶液（溶剂）中；提拉法提拉法高温常压生长：没有高温常压生长：没有溶剂，也没有助熔剂溶剂，也没有助熔剂；焰熔法焰熔法-高温常压下生长：高温常压下生长：没有溶剂，但有助熔剂没有溶剂，但有助熔剂（晶体原料熔在另外一种成分的物质中，但无水）。（晶体原料熔在另外一种成分的物质中，但无水）。低温溶液生长低温溶液生长-低温常压水溶液生长：低温常压水溶液生长：即常见的从溶液即常见的从溶液中结晶出来；中结晶出来；总之，是设计出一些方法让晶体生长得完好。每个晶体总之，是设计出一些方法让晶体生长得完好。每个晶体所适合的方法不同。所适合的方法不同。水热法高温高压生长（高压釜）：晶体原料溶在高温高压水溶液（47变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第二章晶体的形成ppt课件48变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第二章晶体的形成ppt课件49变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分九、歪晶和面角守恒定律九、歪晶和面角守恒定律1、歪晶：由于晶体在生长过程中不可避免地要受到外界环境、歪晶：由于晶体在生长过程中不可避免地要受到外界环境因素的影响，致使在同一晶体的不同个体上，本应该出现的一因素的影响，致使在同一晶体的不同个体上，本应该出现的一些晶面却没有出现，有时即便是不同个体的对应晶面数目相同，些晶面却没有出现，有时即便是不同个体的对应晶面数目相同，但这些对应晶面的形状和大小也完全不同。这种在外界环境因但这些对应晶面的形状和大小也完全不同。这种在外界环境因素影响下形成的偏离理想形态的晶体称为歪晶素影响下形成的偏离理想形态的晶体称为歪晶(图图215)。九、歪晶和面角守恒定律1、歪晶：由于晶体在生长过程中不可避免50变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2、面角守恒定律、面角守恒定律面角守恒定律：面角守恒定律：同种物质的所有晶体，其对应晶面的夹角恒同种物质的所有晶体，其对应晶面的夹角恒等（等（16691669年丹麦学者斯丹诺）。年丹麦学者斯丹诺）。（晶体外形受到格子构造的制约，服从于一定的结晶学规律晶体的多面（晶体外形受到格子构造的制约，服从于一定的结晶学规律晶体的多面体形态是格子构造在外形上的直接反映，晶面、晶棱、角顶分别和格子构体形态是格子构造在外形上的直接反映，晶面、晶棱、角顶分别和格子构造中的面网、行列、结点对应。）造中的面网、行列、结点对应。）晶面夹角与面角是两个不同的概念，所谓面角晶面夹角与面角是两个不同的概念，所谓面角是指晶面法线之间的夹角，其数值等于相应晶面之间实际夹是指晶面法线之间的夹角，其数值等于相应晶面之间实际夹角的补角。角的补角。实际夹角守恒，面角自然也守恒。在几何结晶学中，通实际夹角守恒，面角自然也守恒。在几何结晶学中，通常习惯用面角而不是用晶面的实际夹角来表示晶面之间的关常习惯用面角而不是用晶面的实际夹角来表示晶面之间的关系。系。注注意意2、面角守恒定律面角守恒定律：同种物质的所有晶体，其对应晶面51变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 面角守恒定律是结晶学发展史上的一个面角守恒定律是结晶学发展史上的一个重要发现，它重要发现，它为研究复杂多样的晶体形态，为研究复杂多样的晶体形态，提供了理论基础。提供了理论基础。以此定律为依据，通过对以此定律为依据，通过对不同形态的晶体进行晶面的测量，不同形态的晶体进行晶面的测量，将测量结将测量结果按照一定的方法投影果按照一定的方法投影在平面上，便能绘制在平面上，便能绘制出理想的晶体形态图，依此探讨其固有的对出理想的晶体形态图，依此探讨其固有的对称性，从而称性，从而为几何结晶学的一系列规律的研为几何结晶学的一系列规律的研究奠定了基础。究奠定了基础。同时，它也为我们通过晶体的测量来研同时，它也为我们通过晶体的测量来研究鉴定晶体的种别提供了可能。究鉴定晶体的种别提供了可能。面角守恒定律是结晶学发展史上的一个重要发现，52变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第二章第二章 晶体生长模型与面角守恒定律晶体生长模型与面角守恒定律本章重点：本章重点：1 1、晶体生长的三种途径。、晶体生长的三种途径。2 2、层生长模型；螺旋生长模型；布拉维法、层生长模型；螺旋生长模型；布拉维法则；周期键链理论。则；周期键链理论。3 3、影响晶体生长的外部因素；几何淘汰律；、影响晶体生长的外部因素；几何淘汰律；面角守恒定律。面角守恒定律。第二章 晶体生长模型与面角守恒定律本章重点：53变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分面角守恒定律面角守恒定律 面角守恒定律：同种物质的所有晶体，其对应晶面的夹角恒等（面角守恒定律：同种物质的所有晶体，其对应晶面的夹角恒等（面角守恒定律：同种物质的所有晶体，其对应晶面的夹角恒等（面角守恒定律：同种物质的所有晶体，其对应晶面的夹角恒等（16691669年丹年丹年丹年丹麦学者斯丹诺）。麦学者斯丹诺）。麦学者斯丹诺）。麦学者斯丹诺）。因为同种晶体具有相同的格子构造，晶体中对应晶面就是格子构造中对应因为同种晶体具有相同的格子构造，晶体中对应晶面就是格子构造中对应的面网，晶体生长是面网各自向外平行生长、推移，所以不论晶体大小，其对的面网，晶体生长是面网各自向外平行生长、推移，所以不论晶体大小，其对应晶面之间的夹角恒等。应晶面之间的夹角恒等。但是，但是，应当指出，同种晶体之间，如果它们的化学成分有某种差异的话，应当指出，同种晶体之间，如果它们的化学成分有某种差异的话，它们的格子构造也会有微小的变化或者不同面网相对生长速度会发生变化它们的格子构造也会有微小的变化或者不同面网相对生长速度会发生变化(萤石萤石的立方体和八面体晶形）；此外，同种物质的晶体，在不同的温度、压力条件的立方体和八面体晶形）；此外，同种物质的晶体，在不同的温度、压力条件条件下测量同一面角时，也会有微小的变化，因此，条件下测量同一面角时，也会有微小的变化，因此，严格的讲，面角守恒定律严格的讲，面角守恒定律是指：在相同的温度、压力下，在化学组成和内部结构均相同的晶体之间，其是指：在相同的温度、压力下，在化学组成和内部结构均相同的晶体之间，其对应晶面的夹角恒等。对应晶面的夹角恒等。面角守恒是相对的，因为差异微小，可以忽略不计。面角守恒是相对的，因为差异微小，可以忽略不计。面角：晶面法线之间的夹角。面角：晶面法线之间的夹角。返回返回面角守恒定律 面角守恒定律：同种54变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分晶面是否被淹没还受到面角的控制晶面是否被淹没还受到面角的控制返回返回晶面是否被淹没还受到面角的控制返回55