第七章实际晶体的形貌和规则连生前面各章对晶体形态几何规律的讨论都是以理想晶体为对像的。所谓理想晶体，其外形应为面平棱直的凸几何多面体，同时，一个晶体上属于同一单形的各个晶面应该是同形等大的。但是实际晶体的生长条件往往是复杂变化的，致使晶体不能完全按理想形态发育。此外晶体在形成以后，还会继续受到外界各种因素的作用，从而加深了晶体非理想发育的程度。可以说，一切实际晶体都是非理想状态的，不同的只是它们偏离理想状态的程度大小而已。在实际晶体中，最常见的是所谓歪晶。其次，在某种特定环境下长成的晶体，以及在长成后又遭受某种变化的晶体，都会形成一定的特殊形态，并在晶面上留下一些细微的、形状规则的花纹，即晶面花纹。另外，同种晶体的不同个体或者不同种的晶体还会连生在一起，构成晶体的规则连生和不规则连生。在研究了晶体的理想形态以后，还需要对实际晶体的形态及连生规律进行讨论。第一节实际晶体的形态一、歪晶就晶体而言，它有自发地长成规则几何多面体外形的性质。然而在大多数条件下，由于受空间的限制以及其它诸多复杂条件的影响，结果便形成了不规则不理想的结晶多面体，使一个晶体上同一种单形的各个晶面不再保持相同形状和大小，形成歪晶。所以歪晶是指偏离本身理想形态的晶体。歪晶通常表现为同一单形的各个晶面不是同形等大，有时部分晶面甚至可能缺失，它们都是由非理想生长造成的（图7-1）。晶体的理想形态与实际形态尽管有明显差异，但是对于同种晶体而言，同一单形的所有晶面必然具有相同的花纹和物理性质，而且对应晶面间的夹角不变，体现晶体自身固有的对称性。可以通过晶体的测量和投影，恢复其理想形态和对称特征。二、骸晶晶体沿晶棱和角顶方向特别发育，晶面中心相对凹陷，晶体不呈凸多面体形态，而是成为某种形式的骨架，称为骸晶。骸晶主要呈漏斗状、树枝状、羽毛状等形态（图7-2）。雪花及玻璃窗上的冰花都是冰的骸晶。骸晶是晶体一种常见的特殊形态，在熔体的快速冷却或者是粘度过大的条件下，会导致溶质的供应不均匀，由于晶体94
94 第七章 实际晶体的形貌和规则连生 前面各章对晶体形态几何规律的讨论都是以理想晶体为对像的。所谓理想晶体， 其外形应为面平棱直的凸几何多面体，同时，一个晶体上属于同一单形的各个晶面 应该是同形等大的。但是实际晶体的生长条件往往是复杂变化的，致使晶体不能完 全按理想形态发育。此外晶体在形成以后，还会继续受到外界各种因素的作用，从 而加深了晶体非理想发育的程度。可以说，一切实际晶体都是非理想状态的，不同 的只是它们偏离理想状态的程度大小而已。 在实际晶体中，最常见的是所谓歪晶。其次，在某种特定环境下长成的晶体， 以及在长成后又遭受某种变化的晶体，都会形成一定的特殊形态，并在晶面上留下 一些细微的、形状规则的花纹，即晶面花纹。另外，同种晶体的不同个体或者不同 种的晶体还会连生在一起，构成晶体的规则连生和不规则连生。在研究了晶体的理 想形态以后，还需要对实际晶体的形态及连生规律进行讨论。 第一节 实际晶体的形态 一、歪晶 就晶体而言，它有自发地长成规则几何多面体外形的性质。然而在大多数条件 下，由于受空间的限制以及其它诸多复杂条件的影响，结果便形成了不规则不理想 的结晶多面体，使一个晶体上同一种单形的各个晶面不再保持相同形状和大小，形 成歪晶。 所以歪晶是指偏离本身理想形态的晶体。歪晶通常表现为同一单形的各个晶面 不是同形等大，有时部分晶面甚至可能缺失，它们都是由非理想生长造成的（图 7-1）。 晶体的理想形态与实际形态尽管有明显差异，但是对于同种晶体而言，同一单 形的所有晶面必然具有相同的花纹和物理性质，而且对应晶面间的夹角不变，体现 晶体自身固有的对称性。可以通过晶体的测量和投影，恢复其理想形态和对称特征。 二、骸晶 晶体沿晶棱和角顶方向特别发育，晶面中心相对凹陷，晶体不呈凸多面体形态， 而是成为某种形式的骨架，称为骸晶。骸晶主要呈漏斗状、树枝状、羽毛状等形态 （图 7-2）。雪花及玻璃窗上的冰花都是冰的骸晶。骸晶是晶体一种常见的特殊形态， 在熔体的快速冷却或者是粘度过大的条件下，会导致溶质的供应不均匀，由于晶体
的角顶和晶棱部位接受质点堆积的机会远比晶面中心大，使晶体沿角顶和晶棱生长速度特别快，结果便形成了骸晶。三、凸晶各晶面中心均相对凸起成曲面，晶棱则弯曲呈弧线的晶体称为凸晶（图7-3）。凸晶是晶体形成后又遭受溶蚀的结果。由于角顶及晶棱部位的质点的表面能比晶面中心大，接触溶剂的机会也比晶面中心多，所以溶解较快形成凸晶。c图7-1理想晶体形态及其歪晶a.八面体与八面体歪品：b.立方体和八面体聚形及其歪品c.菱形十二面体及其歪品图7-2漏斗状的石盐散晶图7-3金刚石的菱形十二面体凸晶95
95 的角顶和晶棱部位接受质点堆积的机会远比晶面中心大，使晶体沿角顶和晶棱生长 速度特别快，结果便形成了骸晶。 三、凸晶 各晶面中心均相对凸起成曲面，晶棱则弯曲呈弧线的晶体称为凸晶（图 7-3）。 凸晶是晶体形成后又遭受溶蚀的结果。由于角顶及晶棱部位的质点的表面能比晶面 中心大，接触溶剂的机会也比晶面中心多，所以溶解较快形成凸晶。 a b c 图 7-1 理想晶体形态及其歪晶 a.八面体与八面体歪晶；b.立方体和八面体聚形及其歪晶 c.菱形十二面体及其歪晶 图 7-2 漏斗状的石盐骸晶 图 7-3 金刚石的菱形十二面体凸晶 a a a o o o
四、弯晶指整体呈弯曲形态的晶体。弯晶有时可带有一定程度的扭曲。弯晶的成因有两种：一种是原生的即晶体在生长的过程中，由于某种还不十分清楚的原因，晶体不断伴随着有规律的破裂或者是内部结构中镶嵌块的偏斜堆积，结果造成晶体外形上的某种规则偏斜，形成弯晶。最常见的是白云石、菱铁矿的马鞍状的弯曲晶体（图7-4）。另一种是次生成因的弯晶，即晶体形成后因受应力的作用而变形的图7-4白云石菱面体的结果。马鞍状弯曲晶体第二节晶面花纹实际晶体在生长或溶蚀过程中，会在晶面上留下各种花纹。有的花纹用肉眼或低倍放大镜就能看到，有些极精细的晶面花纹为肉眼所不能看到。因此长期以来，人们认为大多数的晶体具有光滑的晶面。然而，本世纪40年代以来，随着高分辨率的电子显微镜、相衬显微镜、微分干涉显微镜和多光束干涉仪等先进光学仪器的出现，使晶体表面微观现象的观察达到了纳米级范围。特别是80年代初研制成功的扫描隧道显微镜，它具有原子级的分辨率，能见到晶体表面的原子台阶，展示出晶体表面的缺陷，可以获得非常精细的表面微形貌图象（图7-5）。图7-5金刚石在不同形成条件下，（111）（上）和（100）（下）面的表面微形貌96
96 四、弯晶 指整体呈弯曲形态的晶体。弯晶有时可带有一 定程度的扭曲。弯晶的成因有两种：一种是原生的， 即晶体在生长的过程中，由于某种还不十分清楚的 原因，晶体不断伴随着有规律的破裂或者是内部结 构中镶嵌块的偏斜堆积，结果造成晶体外形上的某 种规则偏斜，形成弯晶。最常见的是白云石、菱铁 矿的马鞍状的弯曲晶体（图 7-4）。另一种是次生成 因的弯晶，即晶体形成后因受应力的作用而变形的 图 7-4 白云石菱面体的 结果。 马鞍状弯曲晶体 第二节 晶面花纹 实际晶体在生长或溶蚀过程中，会在晶面上留下各种花纹。有的花纹用肉眼或 低倍放大镜就能看到，有些极精细的晶面花纹为肉眼所不能看到。因此长期以来， 人们认为大多数的晶体具有光滑的晶面。然而，本世纪 40 年代以来，随着高分辨率 的电子显微镜、相衬显微镜、微分干涉显微镜和多光束干涉仪等先进光学仪器的出 现，使晶体表面微观现象的观察达到了纳米级范围。特别是 80 年代初研制成功的扫 描隧道显微镜，它具有原子级的分辨率，能见到晶体表面的原子台阶，展示出晶体 表面的缺陷，可以获得非常精细的表面微形貌图象（图 7-5）。 图 7-5 金刚石在不同形成条件下，{111}（上）和{100}（下）面的表面微形貌
晶面花纹主要包括晶面条纹，生长层、螺旋纹、生长丘和蚀像等。一、晶面条纹在许多晶体的晶面上可以见到一系列平行或交叉的条纹，称为晶面条纹。根据成因不同，晶面条纹又可以分为聚形纹、生长纹、双晶纹和解理纹等。1.聚形纹：聚形纹是两种单形交替生长留下的痕迹。由于聚合在同一晶体上的不同单形交替重复出现，其交界线所构成的条纹称为聚形纹。例如黄铁矿（FeS2）晶体，属于m3对称型，常结晶成立方体a(100)、八面体o(111)、五角十二面体e(hk0)单形或它们的聚形。在立方体及五角十二面体晶面上可以见到三组互相垂直的条纹，用肉眼或放大镜仔细观察，可以发现它们皇阶梯状，这是立方体a（100）和五角十二面体e（hk0！两种晶面交替出现的结果（图7-6）。又如石英（三方晶系，对称型32）晶体的六方柱面上常有横纹，它是由六方柱m1010)、菱面体r(10i1)、z(01il)相互交替生长的结果（图7-7a）。电气石（三方晶系，对称型3m）晶体的柱面常有细窄的纵纹，这是由两个取向稍有不同的三方柱晶面交替出现的结果（图7-7b），由于从一种晶面过渡到另一种晶面只有微小倾斜，使电气石垂直C轴的横切面呈球面三角形。ma图7-6黄铁矿的晶面条纹图7-7石英（a）和电气石（b）的晶面条纹2.生长纹：是指晶面上一系列平行的堆叠层。是由晶面平行向外推移所形成的如地形等高线一样的花纹。生长层的厚度差别很大，有些较厚，肉眼就可以看见生长层所构成的阶梯，有些则非常薄，甚至只有单个分子层的厚度，用扫描电子显微镜才能观察到，如果用相衬显微镜则能够精确测出每一个生长层的厚度。3.双晶纹：双晶结合面与晶面相交，交线所构成的条纹即为双晶纹。常见的为聚片双晶纹，它表现为一组平行的条纹。图7-8所示为方解石晶体的聚片双晶纹。4解理纹：解理面与晶面相交，交界处即形成解理纹，见于具有极完全解理的晶体如白云母柱面上。二、晶面螺纹螺旋纹是由于晶体的螺旋状生长而在晶面上留下的螺旋状线纹。不同的晶体，螺旋生长层的形状、大小、螺纹间距及厚度都有所不同，常见的有圆形螺旋纹、多97
97 晶面花纹主要包括晶面条纹，生长层、螺旋纹、生长丘和蚀像等。 一、晶面条纹 在许多晶体的晶面上可以见到一系列平行或交叉的条纹，称为晶面条纹。根据 成因不同，晶面条纹又可以分为聚形纹、生长纹、双晶纹和解理纹等。 ⒈ 聚形纹：聚形纹是两种单形交替生长留下的痕迹。由于聚合在同一晶体上的 不同单形交替重复出现，其交界线所构成的条纹称为聚形纹。例如黄铁矿（FeS2） 晶体，属于 m3 对称型，常结晶成立方体 a{100}、八面体 o{111}、五角十二面体 e{hk0} 单形或它们的聚形。在立方体及五角十二面体晶面上可以见到三组互相垂直的条纹， 用肉眼或放大镜仔细观察，可以发现它们呈阶梯状，这是立方体 a{100}和五角十二 面体 e{hk0}两种晶面交替出现的结果（图 7-6）。又如石英（三方晶系，对称型 32） 晶体的六方柱面上常有横纹，它是由六方柱 m{10ī0}、菱面体 r{10ī1}、z{01ī1}相互 交替生长的结果（图 7-7a）。电气石（三方晶系，对称型 3m）晶体的柱面常有细窄 的纵纹，这是由两个取向稍有不同的三方柱晶面交替出现的结果（图 7-7b），由于从 一种晶面过渡到另一种晶面只有微小倾斜，使电气石垂直 C 轴的横切面呈球面三角 形。 a 图 7-6 黄铁矿的晶面条纹 图 7-7 石英（a）和电气石(b) 的晶面条纹 ⒉ 生长纹：是指晶面上一系列平行的堆叠层。是由晶面平行向外推移所形成的 如地形等高线一样的花纹。生长层的厚度差别很大，有些较厚，肉眼就可以看见生 长层所构成的阶梯，有些则非常薄，甚至只有单个分子层的厚度，用扫描电子显微 镜才能观察到，如果用相衬显微镜则能够精确测出每一个生长层的厚度。 ⒊ 双晶纹：双晶结合面与晶面相交，交线所构成的条纹即为双晶纹。常见的为 聚片双晶纹，它表现为一组平行的条纹。图 7-8 所示为方解石晶体的聚片双晶纹。 ⒋ 解理纹：解理面与晶面相交，交界处即形成解理纹，见于具有极完全解理的 晶体如白云母柱面上。 二、晶面螺纹 螺旋纹是由于晶体的螺旋状生长而在晶面上留下的螺旋状线纹。不同的晶体， 螺旋生长层的形状、大小、螺纹间距及厚度都有所不同，常见的有圆形螺旋纹、多
角形螺旋纹及偏心螺旋纹等，如图7-9所示。图7-8方解石的聚片双晶纹。图7-9sic晶体（0001）晶面上的显微螺纹三、生长丘在晶面上常可见具有规则外形、微微高出晶面的小丘，由于它们是在晶体生长过程中形成的，所以称为生长丘。生长丘在同一晶面上具有相同的外形。这可能是原子或离子沿晶面局部的晶格缺陷堆积生长而成（图7-10）。四、蚀像晶体形成以后，如果遭受溶蚀，除了角顶、晶棱处溶蚀较快之外，往往还会在晶面上沿面人网内的某些薄弱部位首先溶解成一些带有斜坡的凹坑，这些受到溶蚀而在晶面上形成的凹坑（溶蚀坑）称为蚀像。它受晶面内质点排列方式的控制，故具有一定的形状和取向。同一晶体不同单形的晶面上，蚀像的形状和方向不同，而同一单形的各个晶面上的蚀像的形状和取向图7-10石英晶面上的生长锥相同（图2-19）。第三节晶体的规则连生无论是天然矿物晶体还是人工制备的晶体，以单个晶体存在的情况是不多的，一般总是许多晶体连生在一起产出。连生基本上可分为规则连生和不规则连生两大类，在规则连生中又包括同种晶体的规则连生一平行连晶和双晶，以及异种晶体间的规则连生一定向附生。晶体的规则连生有其内部结构的根源，并在外形上有一定的儿何关系：尤其是双晶，对手某些晶体的鉴定及利用都具有重要的实际意义。至于晶体的不规则连生，就构成一般矿物集合体。本节将介绍晶体的规则连生。98
98 角形螺旋纹及偏心螺旋纹等，如图 7-9 所示。 图 7-8 方解石的聚片双晶纹。 图 7-9 sic 晶体（0001）晶面上的显微螺纹 三、生长丘 在晶面上常可见具有规则外形、微微高出晶面的小丘，由于它们是在晶体生长 过程中形成的，所以称为生长丘。 生长丘在同一晶面上具有相同的外形。这可能是原子或离子沿晶面局部的晶格 缺陷堆积生长而成（图 7-10）。 四、蚀像 晶体形成以后，如果遭受溶蚀，除了角顶、 晶棱处溶蚀较快之外，往往还会在晶面上沿面 网内的某些薄弱部位首先溶解成一些带有斜坡 的凹坑，这些受到溶蚀而在晶面上形成的凹坑 （溶蚀坑）称为蚀像。它受晶面内质点排列方 式的控制，故具有一定的形状和取向。同一晶 体不同单形的晶面上，蚀像的形状和方向不同， 而同一单形的各个晶面上的蚀像的形状和取向 图 7-10 石英晶面上的生长锥 相同（图 2-19）。 第三节 晶体的规则连生 无论是天然矿物晶体还是人工制备的晶体，以单个晶体存在的情况是不多的， 一般总是许多晶体连生在一起产出。连生基本上可分为规则连生和不规则连生两大 类，在规则连生中又包括同种晶体的规则连生—平行连晶和双晶，以及异种晶体间 的规则连生—定向附生。晶体的规则连生有其内部结构的根源，并在外形上有一定 的几何关系；尤其是双晶，对于某些晶体的鉴定及利用都具有重要的实际意义。至 于晶体的不规则连生，就构成一般矿物集合体。本节将介绍晶体的规则连生