第二版序 严东生 1
第一章 二氧化硅的多型性 1
1.1 α石英 5
1.1 β石英 5
1.2.1 晶体结构 5
1.2.2 晶胞 7
1.2.3 晶体的结晶形貌 8
1.2.4 β石英的水热合成 10
1.2.5 β石英中的双晶 11
1.2.6 β石英的物理性质 11
1.3 鳞石英 12
1.3.1 α鳞石英结构 13
1.3.2 β鳞石英 15
1.3.3 γ鳞石英 15
1.4 方英石 20
1.4.1 α方英石结构 20
1.4.2 β方英石 23
1.4.3 人工合成方英石 25
1.5 重石英 26
1.6 柯石英 27
1.6.1 柯石英的晶体结构 28
1.6.2 柯石英的结晶形貌 29
1.6.3 柯石英的物理性质 30
1.6.4 人工合成柯石英 31
1.7 斯石英 31
1.7.1 斯石英的晶体结构 32
1.7.2 斯石英的物理性质 33
1.7.3 人工合成斯石英 34
参考文献 34
第二章 水晶的几何结晶学 35
2.1 水晶的结晶形貌 35
2.2 水晶的左、右形 39
2.3 水晶中的单形 41
2.4.2 水晶的面角 43
2.4.1 水晶的对称 43
2.4 水晶的对称与面角 43
2.5 水晶的坐标系 44
2.5.1 三方坐标系 45
2.5.2 六方坐标系 47
2.6 晶面符号与晶带符号 48
2.6.1 晶面符号 48
2.6.2 晶面与晶带(晶棱)的符号关系 50
参考文献 52
第三章 水晶结构 53
3.1 左、右旋结构 54
3.4 Si-O4四面体链状结构 56
3.3 褶叠螺旋环结构 56
3.2 共轭螺旋结构 56
3.5 Si-O4四面体在各族晶面上的显露 57
3.5.1 Si-O4四面体在c(0001)和m{10?0}面显露 57
3.5.2 Si-O4四面体在R{10?1)和r{?011}面上显露 58
3.5.3 Si-O4四面体在+x{??20},-x{11?0}面上的显露 59
3.6 晶胞参数 60
3.7 水晶的相变 61
参考文献 69
第四章 溶剂、温度、压力对水晶的溶解与生长的影响 70
4.1 溶剂对水晶的溶解与生长的影响 70
4.1.1 溶剂的种类 70
4.1.2 溶剂浓度与溶液中SiO2含量的关系 74
4.1.3 溶液中SiO2含量与晶体生长速率 76
4.1.4 溶剂浓度与晶体生长速率 77
4.2 温度、压力对石英溶解度的影响 80
4.3 溶液中的相态分析 84
4.4 物理、化学条件对结晶形貌的影响 87
4.4.1 温度对结晶形貌的影响 87
4.4.2 压力和溶液中SiO2过饱和度对高指数晶面发育的影响 88
4.4.3 液流对晶面发育的影响 88
4.4.4 杂质对大小菱面(R,r)发育的影响 90
参考文献 91
5.1.1 籽晶取向 92
5.1 影响水晶生长速率的各种因素 92
第五章 影响水晶生长速率和质量的各种因素 92
5.1.2 充填度 95
5.1.3 温度梯度 95
5.1.4 结晶温度 98
5.1.5 溶剂浓度 99
5.1.6 籽晶面积与水晶生长速率 99
5.1.7 挡板开孔率 100
5.2 与Z轴平行和斜交的裂纹 101
5.2.1 溶剂浓度 101
5.2.2 充填度 102
5.2.3 溶质(SiO2)的供应 102
5.3.1 沿三棱锥面和沟槽的开裂 105
5.3 晶体的开裂 105
5.3.2 沿边齿的开裂 106
5.3.3 沿籽晶的开裂 107
5.3.4 与包裹体有关的开裂 108
5.3.5 砸裂 109
5.4 影响水晶质量的一些因素 110
5.4.1 籽晶取向 110
5.4.2 籽晶质量 110
5.4.3 高压釜容积 111
5.4.4 温度波动 112
5.4.5 固体包裹体 112
参考文献 113
5.5 溶液中掺锂盐提高水晶的质量 113
第六章 水晶的结晶习性 114
6.1 水晶的表面结构 114
6.1.1 c(0001)面结构 115
6.1.2 大菱面R{10?1}表面结构 119
6.1.3 小菱面r{01?0}表面结构 120
6.1.4 柱面m1{10?0}，m2{1?00}表面结构 124
6.1.5 三方柱面+x{??20}和-x{11?0}面的表面结构 127
6.1.6 三方偏方面体 128
6.1.7 三方双锥s2{??22}和s2{??109}的表面结构 129
6.2.1 天然水晶底面c(0001)的表面结构 130
6.2 人工水晶和天然水晶表面结构的比较 130
6.2.2 天然水晶大菱面R{10?1}和小菱面r{??01}的表面结构 131
6.2.3 天然水晶柱面m1{10?0}，m2{1?00}的表面结构 134
6.2.4 天然水晶三方双锥面s{11?1}的表面结构 135
6.3 三方偏方面体单形在各族晶面上的显露 136
6.4 各族晶面的发育 140
6.4.1 籽晶取向绕X轴转动时各族晶面的生长速率 140
6.4.2 籽晶取向绕Y轴转动时各族晶面的生长速率 141
6.4.3 各族晶面生长速率与生长周期、籽晶形状的关系 142
6.5 异型籽晶的生长 142
6.5.1 沿底面c{0001}切籽晶的造型实验 143
6.5.3 沿柱面m{10?0}切籽晶的造型实验 150
6.5.2 沿大菱面R{10?1}、小菱面r{1?01}切籽晶的造型实验 150
6.5.4 ？+x{??20}面切籽晶的造型实验 153
6.6 水晶生长机制的讨论 156
6.6.1 关于水晶生长各向异性的解释 161
6.6.2 六联环Si6O6(OH)12生长基元 164
6.6.3 五联分子Si5O4(OH)12生长基元 167
参考文献 171
第七章 三方偏方面体的结晶习性 173
7.1 自然界水晶中三方偏方面体的显露 173
7.2 三方偏方面体的正、负形 173
7.3 三方偏方面体显露与晶体形貌 174
7.4 溶液过饱和度对三方偏方面体单形发育的影响 176
7.5 温度、压力对三方偏方面体在c(0001)面上形态的影响 177
7.6 杂质对三方偏方面体形貌的影响 178
7.7 三方偏方面体单形的发育与晶体缺陷 179
7.8 三方偏方面体的结构 181
7.9 正、负三方偏方面体在柱面m{10?0}上的显露 183
参考文献 186
第八章 人工水晶中的缺陷 187
8.1 X射线貌相术 187
8.1.1 形貌相机简介 187
8.1.2 投影形貌术的实验方法 189
8.1.3 X射线形貌衬度与消光 189
8.1.4 柏氏矢量的测定 190
8.1.5 水晶中的位错观察 190
8.1.6 水晶的结晶习性与缺陷 194
8.1.7 缺陷的消光规律 207
8.2 腐蚀像 209
8.2.1 氢氟酸(HF)腐蚀像 209
8.2.2 碱溶液腐蚀像 213
8.3 激光干涉图和阴影图 216
8.3.1 c(0001)面上三方丘和三棱锥晶体中的缺陷 217
8.3.2 晶体中的生长层 219
8.3.3 籽晶上的蚀坑与缺陷 222
8.3.4 籽晶上的双晶 224
8.3.5 籽晶中的裂纹 226
8.3.6 包裹体 227
8.3.7 Y棒晶体中的干涉图和阴影图 228
8.4 缺陷形成机理与缺陷模型 229
8.4.1 缺陷与晶体结晶习性的关系 229
8.4.2 三方偏方面体的结晶方位与缺陷消光 231
8.4.3 缺陷模型 232
参考文献 240
第九章 水晶中的双晶 241
9.1 双晶的定义与种类 241
9.1.1 双晶的对称要素与双晶结合面 241
9.1.2 双晶的种类 242
9.2 水晶中的双晶 244
9.2.1 电学双晶 245
9.2.2 光学双晶 250
9.2.3 接触双晶 252
9.3 人工水晶-x(11?0)面上的光学双晶 253
9.3.1 -x面上双晶结晶形貌 255
9.3.2 -x面上光学双晶腐蚀像 258
9.3.3 -x面上双晶的形成与生长条件 259
9.3.4 双晶的形成机理 261
9.3.5 -x面双晶的抑制 263
9.4 双晶成核动力学探讨 264
9.4.1 双晶的形成机制 264
9.4.2 双晶成核动力学 265
9.4.3 形成生长双晶的结构条件 269
参考文献 271
第十章 水晶中的杂质 272
10.1 水晶中的杂质 272
10.2 杂质在晶体结构中的位置 274
10.3 杂质在水晶中的存在形式 276
10.3.1 C轴是Si-O4四面体的共轭螺旋孔道 276
10.3.2 X轴方向的褶叠螺旋环 278
10.3.3 Si-O4四面体链的弯曲度 279
10.3.4 Al3+杂质在柱面m{10？0}上的分布 281
10.4 Al3+，H+在水晶中的分布 282
10.4.1 Al3+代Si4+后，H+以补偿离子的形式存在 282
10.4.2 H+以OH-形式存在于气-液包裹体中 282
10.5.1 生长速率对杂质进入晶体的影响 283
10.4.3 H+以OH-态形式存在于晶体生长层中 283
10.5 生长物理、化学条件对杂质进入晶体的影响 283
10.5.2 溶液的性质对杂质进入晶体的影响 284
10.5.3 籽晶取向对杂质进入晶体的影响 285
10.5.4 压力对杂质进入晶体的影响 285
10.6 杂质对水晶结晶习性的影响 287
10.6.1 杂质对c(0001)表面结构的影响 288
10.6.2 杂质对-x{11？0}，x{？？20}表面结构的影响 288
10.6.3 杂质对菱面族R{10？1}和r{？011}表面结构的影响 289
13.5 水晶的缺陷与品质 292
10.6.4 杂质对Y棒晶体形貌的影响 292
10.7 水晶中杂质对红外吸收的影响 294
10.8 电解实验 298
10.8.1 H+替换碱金属离子的电解实验 298
10.9 水晶中Al3+杂质对晶体结构的影响 300
参考文献 303
第十一章 人工彩色水晶 304
11.1 人工生长烟色水晶 306
11.1.1 色心型烟色水晶的形成机理 306
11.1.2 人工烟色水晶的生长 311
11.1.3 烟色水晶的X射线形貌 312
11.1.4 烟色水晶腐蚀像 320
11.1.5 烟色水晶的激光阴影图 326
11.1.6 烟色水晶的红外吸收谱 328
11.1.7 烟色水晶的热释光效应 335
11.2.1 着色离子在晶体中的存在状态 340
11.1.8 烟色水晶的热稳定性 340
11.2 离子型烟色水晶 340
11.2.2 c(0001)面结构 341
11.3 紫色水晶生长 343
11.2.3 离子型烟色水晶的生长 343
11.3.1 掺Fe化合物种类 344
11.3.2 紫色水晶生长籽晶取向 345
11.3.3 紫色水晶生长 345
11.4 黄色水晶生长 348
11.5 离子型彩色水晶生长 350
参考文献 351
12.1 射线对石英谐振器性能的影响 353
第十二章 抗辐射人工水晶 353
12.2 自然界中的射线 354
12.2.2 天然辐射带 354
12.2.3 地球内部放射性物质的影响 354
12.2.1 太阳宇宙线和宇宙射线 354
12.2.4 核武器爆炸的辐射 355
12.2.5 辐射线对石英器件性能的影响 355
12.3 抗辐射高纯水晶生长的物理、化学条件 358
12.3.1 营养料 358
12.3.2 高压釜加内衬套 360
12.3.3 生长过程中温度的稳定性 360
12.3.4 籽晶的质量和取向 361
12.3.5 压力、生长速率对晶体质量的影响 362
12.4.1 电清洗技术 363
12.4 水晶的电清洗 363
12.4.2 电清洗与水晶质量 366
参考文献 368
第十三章 水晶的质量检查与测试 370
13.1 水晶的结晶光学 370
13.2 用光干涉法测试水晶的均匀性 373
13.2.1 试样制备 374
13.2.2 测试原理和光路图 374
13.2.3 样品测试 376
13.3 准直光照射阴影图 382
13.4.1 水晶在红外波段的吸收光谱 384
13.4 红外吸收测试 384
13.4.2 据红外波段吸收测算水晶的Q值 387
13.6 水晶中包裹体的形成与检测 397
13.6.1 包裹体的种类 398
13.6.2 包裹体的检测方法 400
参考文献 400
第十四章 水晶的物理性能 402
14.1 水晶的光学性能 402
14.1.1 透过率 402
14.1.2 旋光性 405
14.2 水晶的热学性质 412
14.2.1 热膨胀 412
14.2.2 温度对结晶形态的影响 413
14.2.3 导热性 415
14.2.4 似热电现象 415
14.3 水晶的弹性 416
14.4 水晶的导电性与介电性 417
14.4.1 水晶的导电性 417
14.4.2 水晶的介电性 418
14.5 水晶的压电性 419
14.6 温度对水晶物理性能的影响 421
14.7 水晶谐振器的频率、温度特性 423
14.7.1 频率-温度曲线 425
14.7.2 频率-温度系数 425
14.7.3 频率-温度系数与温度和切角的关系 425
14.8 水晶表面波器件特性 425
14.9 水晶在声学中的应用 430
14.9.1 声体波器件 430
14.9.2 声表面波器件 430
14.9.3 声传播介质 431
参考文献 432
第十五章 水晶的切割定向 433
15.1 水晶片切型与符号 433
15.1.1 晶片在直角坐标系中的方位 437
15.1.2 晶片定向参考面的选择 441
15.2 水晶定向 446
15.2.1 手标本定向 446
15.2.2 星芒图定向 448
15.2.3 X射线定向 448
参考文献 456
第十六章 人工水晶生长工艺 457
16.1 水晶生长工艺流程 457
16.2 溶剂的配制 457
16.3 充填度与营养料 458
16.3.1 充填度 458
16.3.2 熔炼石英(营养料) 459
16.4 籽晶 464
16.4.1 籽晶取向 464
16.4.2 籽晶片尺寸 465
16.4.3 籽晶切型、晶体生长尺寸与应用 465
16.4.4 籽晶切割 469
16.4.5 籽晶厚度与平整度 470
16.4.6 籽晶的打孔与清洗 470
16.4.7 籽晶面积的计算 471
16.5 挡板与籽晶架 471
16.5.1 挡板 471
16.5.2 籽晶架与支撑架 473
16.7.1 高压釜部件的配合 474
16.6 高压釜和籽晶架的清洗 474
16.7 高压釜的安装 474
16.7.2 装釜预紧力 475
16.8 高压釜的温度控制 475
16.8.1 控制高压釜的升温速率 475
16.8.2 控制温度梯度 475
16.8.3 生长过程中的温度控制 476
16.9 停炉 476
16.9.1 在套螺处加润滑油 476
16.9.2 提出高压釜 476
16.10 开釜 477
16.11 高压釜设备的部件检查与维护 477
参考文献 478
第十七章 人工水晶生长设备 479
17.1 高压釜的几种结构形式 479
17.2 高压釜材料的选择 481
17.3 高压釜的密封环结构与材料的选择 484
17.3.1 法兰式和螺纹式高压釜密封环的结构形式 484
17.3.2 卡箍式高压釜密封环 485
17.4 高压釜强度计算 486
17.5 承压螺套 487
17.6 拔塞盘 488
17.7 防爆装置 488
17.8.1 测压系统 490
17.8 测压与内测温设备 490
17.8.2 内测温系统 491
17.8.3 高压釜内测温与外测温的比较 492
17.9 加温，测温，保温与控温 493
17.9.1 加温与保温 493
17.9.2 测温 495
17.9.3 控温 495
参考文献 496
第十八章 天然水晶矿床形成机制的探讨 497
18.1 天然水晶矿床形成的物理、化学条件 497
18.1.1 温度、压力与水晶成矿作用 497
18.1.2 气相对SiO2的溶解和输运 498
18.2 水晶的结晶习性与成矿条件的关系 500
18.2.1 温度、压力对晶面发育的影响 500
18.2.2 液流对晶面发育的影响 501
18.2.3 三方偏方面体发育的物理、化学条件 502
18.3 天然水晶中的包裹体 504
18.4 水晶矿床实例 506
18.4.1 石英脉的产状和结构 507
18.4.2 晶洞 507
18.4.3 水晶的形态特征 508
18.4.4 包裹体 509
18.5.1 水晶晶洞的形成 511
18.5 讨论 511
18.5.2 水晶的结晶形貌与成矿温度、压力之间的关系 513
参考文献 514
第十九章 晶体的结晶习性与生长机制 515
19.1 晶体中负离子配位多面体的方位与结晶形貌 518
19.1.1 AB2型氧化物晶体 518
19.1.2 A2B3型氧化物晶体 520
19.1.3 硅酸盐矿物 524
19.2 极性晶体的结构与结晶形貌 538
19.3 晶体的结晶习性与晶体生长基元 543
19.4 在热液条件下的电泳实验及晶体的生长基元 549
19.4.1 电泳实验 553
19.4.2 讨论 557
19.5 用负离子配位多面体生长基元理论制备纳米晶体材料 563
19.5.1 水热法制备ZrO2粉体 564
19.5.2 水热法制备α-Al2O3粉体 566
19.5.3 水热法制备BaTiO3粉体 569
19.6 水热法生长晶体的前景 570
参考文献 572
附录Ⅰ 水晶角表 573
附录Ⅱ 水晶的物理参数 580
附录Ⅲ 水晶各族晶面X射线衍射角 585
附录Ⅳ 水晶器件部分切型参数 594
后记 596