離子晶體結構

???陶瓷材料屬于無機非金屬材料，是由金屬與非金屬元素通過離子鍵或兼有離子健和共價鍵的方式結合起來的。陶瓷的晶體結構大多屬離子晶體。

2.4.1 離子晶體的結構規(guī)則

1.負離子配位多面體規(guī)則
???在離子晶體中，正離子的周圍形成一個負離子配位多面體，正負離子間的平衡距離取決于離子半徑之和，而正離子的配位數則取決于正負離子的半徑比。這是鮑林第一規(guī)則。將離子晶體結構視為由負離子配位多面體按一定方式連接而成，正離子則處于負離子多面體的中央，故配位多面體才是離子晶體的真正結構基元。
???離子晶體中，正離子的配位數通常為4和6，但也有少數為3，8，12。
??2.電價規(guī)則
???在一個穩(wěn)定的離子晶體結構中，每個負離子的電價Z-等于或接近等于與之相鄰接的各正離子靜電強度S 的總和。這就是鮑林第二規(guī)則，也稱電價規(guī)則。
??3.負離子多面體共用頂、棱和面的規(guī)則
???鮑林第三規(guī)則指出："在一配位結構中，共用棱特別是共用面的存在，會降低這個結構的穩(wěn)定性。對于電價高，配位數低的正離子來說，這個效應尤為顯著。"
??4.不同種類正離子配位多面體間連接規(guī)則
???鮑林第四規(guī)則認為："在含有一種以上正負離子的離子晶體中，一些電價較高，配位數較低的正離子配位多面體之間，有盡量互不結合的趨勢。"
??5.節(jié)約規(guī)則
???鮑林第五規(guī)則指出："在同一晶體中，同種正離子與同種負離子的結合方式應最大限度地趨于一致。"因為在一個均勻的結構中，不同形狀的配位多面體很難有效堆積在一起。

2.4.2 典型的離子晶體結構
???離子晶體按其化學組成分為二元化合物和多元化合物。其中二元化合物中介紹AB 型，AB2 型和A2B3型化合物；多元化合物中主要有ABO3型和AB2O4 型。
??1.AB型化合物結構
??a.CsCl型結構:CsCl型結構是離子晶體結構中最簡單的一種，屬六方晶系簡單立方點陣，Pm3m空間群。CS⁺和Cl^-半徑之比為0.169nm/0.181nm＝0.933，Cl^-離子構成正六面體，Cs⁺在其中心，Cs⁺和Cl^-的配位數均為8，多面體共面連接，一個晶胞內含Cs⁺和Cl^-各一個，如圖2.32所示。

??b.NaCl型結構:自然界有幾百種化合物都屬于NaCl型結構，有氧化物MgO，CaO，SrO，BaO，CdO，MnO，FeO，CoO，NiO；氮化物里TiN，LaN，ScN，CrN，ZrN；碳化物TiC，VC，ScC等；所有的堿金屬硫化物和鹵化物（CsCl，CsBr，Csl除外）也都具有這種結構。
??c.立方ZnS型結構:立方ZnS結構類型又稱閃鋅礦型(β- ZnS)，屬于立方晶系，面心立方點陣，F43m空間群，如圖2.34所示。
??d.六方ZnS型結構

:六方 ZnS型又叫纖鋅礦型，屬六方晶系，P63mc空間群。

2.AB2型化合物結構
??a.CaF2(螢石)型結構:CaF2屬立方晶系，面心立方點陣，Fm3m空間群，其結構如圖所示，正負離子數比為1:2。
??b.TiO2(金剛石)型結構:金紅石是TiO2的一種穩(wěn)定型結構，屬四方晶系，p*4/m*n*m空間群，其結構如圖所示。
??c.β-方石英(方晶石)型結構:方晶石為SO2高溫時的同素異構體屬立方晶系，其晶體結構如圖。

3.A₂B₃型化合物結構:剛玉為天然a-Al₂O₃單晶體，呈紅色的稱紅寶石（含鉻），呈藍色的稱藍寶石（含鈦）。其結構屬三方晶石，R3C空間群。剛玉性質極硬，莫氏硬度9，不易破碎，熔點2050度，這與結構中Al－O鍵的結合強度密切相關。屬于剛玉型結構的化合物還有Cr₂O₃，a－Fe₂O₃，a－Ga₂O₃等。
???以α-Al₂O₃為代表的剛玉型結構，是 A2B3型的典型結構。

4.ABO₃型化合物結構
??a.CaTiQ₃（鈣鈦礦）型結構:鈣鈦礦又稱灰鈦石，系以 CaTiO₃為主要成分的天然礦物，理想情況下為立方晶系，在低溫時轉變?yōu)樾狈骄怠D2.40為理想鈣鈦礦型結構的立方晶胞。Ca²⁺和O^2-構成fcc結構。
??b.方解石（CaCO₃）型結構:方解石（CaCO₃）型結構方解石屬三方晶系，R3C空間群，其結構如圖所示

5.AB₂O₄型化合物結構
???AB₂O₄型化合物中最重要的化合物是尖晶石（MgAl₂O₄）。

MgAl₂O₄結構如圖所示，屬立方晶系，面心立方點陣，Fd3m空間群?？砂堰@種結構看成是由8個立方亞晶胞所組成。

2.4.3 硅酸鹽的晶體結構
???硅酸鹽晶體是構成地殼的主要礦物，它們也是制造水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料的主要原料。硅酸鹽的成分復雜，結構形式多種多樣。但硅酸鹽的結構主要由三部分組成，一部分是由硅和氧按不同比例組成的各種負離子團，稱為硅氧骨干，這是硅酸鹽的基本結構單元，另外兩部分為硅氧骨于以外的正離子和負離子。