第2講 創(chuàng)業(yè)與創(chuàng)業(yè)管理

1、氣態(tài)（gas state）氣態(tài)（gas state）物質(zhì)（substance）液態(tài)（liquid state）物質(zhì)（substance）液態(tài)（liquid state）晶體（crystal）晶體（crystal）固態(tài)（solid state）固態(tài)（solid state）非晶體（amorphous solid）非晶體（amorphous solid）金的AFM 照片l 1晶體學(xué)基礎(chǔ)l（Basis Fundamentals of crystallography） l晶體結(jié)構(gòu)的基本特征：原子（或分子、離子）在三維空間 呈周期性重復(fù)排列（periodic repeated array） ， 即存在長

2、程有序（long-range order）l性能上兩大特點(diǎn)： 固定的熔點(diǎn)（melting point）, 各向異性（anisotropy）一、晶體的空間點(diǎn)陣（Space lattice）1. 空間點(diǎn)陣的概念將晶體中原子或原子團(tuán)抽象為純幾何點(diǎn)（陣點(diǎn) lattice point），即可得到一個由無數(shù)幾何點(diǎn)在三維空間排列成規(guī)則的陣列空間點(diǎn)陣（space lattice）特征：每個陣點(diǎn)在空間分布必須具有完全相同的周圍環(huán)境(surrounding)2晶胞（Unite cells） 代表性的基本單元（最小平行六面體）small repeat entities選取晶胞的原則： )選取的平行六面體應(yīng)與宏觀晶體

3、具有同樣的對稱性；）平行六面體內(nèi)的棱和角相等的數(shù)目應(yīng)最多；）當(dāng)平行六面體的棱角存在直角時，直角的數(shù)目應(yīng)最多；）在滿足上條件，晶胞應(yīng)具有最小的體積。 lattice parameterlattice parametera,b,ca,b,c棱邊長（點(diǎn)陣常數(shù)）棱邊長（點(diǎn)陣常數(shù)）描述晶胞描述晶胞, , 晶軸間的夾角, , 晶軸間的夾角uvwuvw陣點(diǎn) r= ua+vb+ wc陣點(diǎn) r= ua+vb+ wca體積V(bc)體積V(bc)簡單晶胞（初級晶胞）：只有在平行六面體每個頂角上有一陣點(diǎn)復(fù)雜晶胞： 除在頂角外，在體心、面心或底心上有陣點(diǎn) 或用點(diǎn)陣矢量a,b,c或用點(diǎn)陣矢量a,b,c 3.晶系與布拉菲

4、點(diǎn)陣（Crystal System and Bravais Lattice） 七個晶系，14個布拉菲點(diǎn)陣晶系布拉菲點(diǎn)陣晶系布拉菲點(diǎn)陣三斜Triclinicabc ，單斜 Monoclinicabc， =90正交abc，=90 簡單三斜簡單單斜底心單斜簡單正交底心正交體心正交面心正交六方 Hexagonala1=a2a3c，=90 ， =120菱方 Rhombohedrala=b=c, =90 四方（正方）Tetragonala=bc, =90 立方 Cubica=b=c， =90 簡單六方簡單菱方簡單四方體心四方簡單立方體心立方面心立方底心單斜簡單三斜簡單單斜底心正交簡單正交面心正交體心正交簡

5、單菱方簡單六方簡單四方體心四方簡單立方體心立方面心立方4. 4. 晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣 二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)（Miller Indices of Crystallographic Direction and Planes）1陣點(diǎn)坐標(biāo)晶向族：具有等同性能的晶向歸并而成； （x1,y1,z1）,(x2,y2,z2)二點(diǎn)連線的晶向指數(shù)：x2-x1,y2-y1,z2-z1 *指數(shù)看特征，正負(fù)看走向 求法：1） 確定坐標(biāo)系2） 過坐標(biāo)原點(diǎn)，作直線與待求晶向平行；3） 在該直線上任取一點(diǎn)，并確定該點(diǎn)的坐標(biāo)（x，y，z）4） 將此值化成最小整數(shù)u，v，w并加以方括號u v w即是。（代表一

6、組互相平行，方向一致的晶向）2.晶向指數(shù)（Orientation index）opxaybzc34 122！3424！ 組，如1 2 3晶面族h k l中的晶面數(shù)：a）h k l三個數(shù)不等，且都0，則此晶面族中有 b）h k l有兩個數(shù)字相等 且都0，則有， 如1 1 2c) h k l三個數(shù)相等，則有，d）h k l 有一個為0，應(yīng)除以2，則有 有二個為0，應(yīng)除以22，則有 3!441113! 組，如3!4122組，如1 2 023!432!2 組，如1 0 0求法：求法：1 1） 在所求晶面外取晶胞的某一頂點(diǎn)為原點(diǎn)在所求晶面外取晶胞的某一頂點(diǎn)為原點(diǎn)o o，三棱邊為三坐標(biāo)軸，三棱邊為三坐標(biāo)軸

7、x x，y y，z z2 2） 以棱邊長以棱邊長a a為單位，量出待定晶面在三個坐標(biāo)軸上的截距；為單位，量出待定晶面在三個坐標(biāo)軸上的截距；3 3） 取截距之倒數(shù)，并化為最小整數(shù)取截距之倒數(shù)，并化為最小整數(shù)h h，k k，l l并加以圓括號（并加以圓括號（h k lh k l）即是。）即是。 3.晶面指數(shù)（Indices of Crystallographic Plane）4.六方晶系指數(shù)（Indices of hexagonal crystal system orhexagonal indices） 三坐標(biāo)系 四軸坐標(biāo)系a1，a2，c a1，a2，a3，c120 120 120 （h k i

8、l ) i= -( h+k ) u v t w t= -( u+v )指三指數(shù)系統(tǒng) 四數(shù)系統(tǒng)三指數(shù)系統(tǒng) 四數(shù)系統(tǒng)threethreeindex system fourindex systemindex system fourindex system（h k l） （ h k i l） i- （hk）（h k l） （ h k i l） i- （hk）U V W u v t wU V W u v t wU = u-t, V = v-t, W = w U = u-t, V = v-t, W = w 1111u =2U- V, v =2V -U, t = -(u+v), w = Wu =2U- V,

9、 v =2V -U, t = -(u+v), w = W33335.晶帶（Crystal zone） 所有相交于某一晶向直線或平行于此直線的晶面構(gòu)成一個 “晶帶”（crystal zone） 此直線稱為晶帶軸（crystal zone axis），所有的這些晶面都稱為共帶面。 晶帶軸u v w與該晶帶的晶面（h k l）之間存在以下關(guān)系 hu kv lw0 晶帶定律 凡滿足此關(guān)系的晶面都屬于以u v w為晶帶軸的晶帶111111222222333333uvwuvwuvwuvw 0，則三個晶軸同在一個晶面上0，則三個晶軸同在一個晶面上uvwuvw111111222222333333hklhklh

10、klhkl 0，則三個晶軸同屬一個晶帶0，則三個晶軸同屬一個晶帶hklhkl則三個晶面同屬一個晶帶則三個晶面同屬一個晶帶 6晶面間距（Interplanar crystal spacing）兩相鄰近平行晶面間的垂直距離晶面間距，用dhkl表示從原點(diǎn)作（h k l）晶面的法線，則法線被最近的（h k l）面所交截的距離即是 hkl2adhkl22立方晶系 hkl21dhklabc22直角坐標(biāo)系（ ） （ ） （ ）hkl21d4 hhkkl3ac222六方晶系 （）（ ）1 12 23 3面心立方結(jié)構(gòu)（A） face-centred cubic lattice面心立方結(jié)構(gòu)（A） face-cen

11、tred cubic lattice常見金屬晶體結(jié)構(gòu) 體心立方結(jié)構(gòu)（A ） body-centred cubic lat常見金屬晶體結(jié)構(gòu) 體心立方結(jié)構(gòu)（A ） body-centred cubic lattice tice 密排立方結(jié)構(gòu)（A ） hexagonal close-packed lattice密排立方結(jié)構(gòu)（A ） hexagonal close-packed lattice2 2 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)（Crystal Structure of Metals） 體心立方點(diǎn)陣面心立方點(diǎn)陣密排六方點(diǎn)陣表2.5三種典型金屬結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特點(diǎn) 晶胞中的原子數(shù)（Number of ato

12、ms in unit cell） 28fcNNiN=N點(diǎn)陣常數(shù)（lattice parameter）a，c原子半徑（atomic radius） R配位數(shù)（coordination number） N 致密度（Efficiency of space filling） 343nRnvKVV軸比（axial ratio） c/a 堆垛（Stacking）密排結(jié)構(gòu)（close-packed crystal structure）最密排面(close-packed plane of atoms)fcc 1 1 1 ABCABCABChcp0 0 0 1 ABABABAB間隙（Interstice）四、八

13、面體間隙fcc，hcp 間隙為正多面體，且八面體和四面體間隙相互獨(dú)立bcc 間隙不是正多面體，四面體間隙包含于八面體間隙之中 溶質(zhì)溶質(zhì)多面體分散不對稱點(diǎn)陣畸變多面體分散不對稱點(diǎn)陣畸變tetrahedraloctahedralinterstice 上述公式僅適用于簡單晶胞,對于復(fù)雜晶胞則要考慮附加面的影響 fcc 當(dāng)（hkl）不為全奇、偶數(shù)時，有附加面： hkl2adhkl221，如1 0 0,1 1 02 hkl21d4 hhkkl3ac2221 ，如0 0 0面2（）（ ）h2k3nn0 1 2 3 當(dāng) （ ， ，），l=奇數(shù)，有附加面：通常低指數(shù)的晶面間距較大，而高指數(shù)的晶面間距則較小bc

14、c 當(dāng)hkl奇數(shù)時，有附加面： 如1 0 0,1 1 1六方晶系 立方晶系：如如0 0 0 10 0 0 1面面 1 1 合金合金 （1 1）合金：兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬）合金：兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬經(jīng)一定方法合成的具有金屬特性的物質(zhì)。經(jīng)一定方法合成的具有金屬特性的物質(zhì)。 （2 2）組元：組成合金最基本的獨(dú)立的物質(zhì)。（如一元、）組元：組成合金最基本的獨(dú)立的物質(zhì)。（如一元、二元、三元合金二元、三元合金，可以是元素，也可以是化合物。，可以是元素，也可以是化合物。 （3 3）合金系：給定元素以不同的比例而合成的一系列）合金系：給定元素以不同的比例而合成的一系列不同成分合金

15、的總稱。如不同成分合金的總稱。如Fe-CFe-C，F(xiàn)e-CrFe-Cr等。等。3 3 合金與相合金與相2 2 相相 （1 1）相：材料中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一的組成部分。）相：材料中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一的組成部分。（如單相、兩相、多相合金。）（如單相、兩相、多相合金。） （2 2）相的分類）相的分類 固溶體：晶體結(jié)構(gòu)與其某一組元相同的相。溶劑固溶體：晶體結(jié)構(gòu)與其某一組元相同的相。溶劑- -溶質(zhì)。溶質(zhì)。 中間相（金屬化合物）：組成原子有固定比例，其結(jié)構(gòu)中間相（金屬化合物）：組成原子有固定比例，其結(jié)構(gòu)與組成組元均不相同的相。與組成組元均不相同的相。 按溶質(zhì)原子位置不同，可分為置換固溶體和間隙

16、固溶體。按溶質(zhì)原子位置不同，可分為置換固溶體和間隙固溶體。 按固溶度不同，可分為有限固溶體和無限固溶體。按固溶度不同，可分為有限固溶體和無限固溶體。按溶質(zhì)原子分布不同，可分為無序固溶體和有序固溶體。按溶質(zhì)原子分布不同，可分為無序固溶體和有序固溶體。 1 1 置換固溶體置換固溶體（1 1）置換固溶體：溶質(zhì)原子位于晶格點(diǎn)陣位置的固溶）置換固溶體：溶質(zhì)原子位于晶格點(diǎn)陣位置的固溶 體。體。（2 2）影響置換固溶體溶解度的因素）影響置換固溶體溶解度的因素 a a 原子尺寸因素原子尺寸因素 原子尺寸差越小原子尺寸差越小, ,越易形成置換固溶體越易形成置換固溶體, ,且溶解度越大。且溶解度越大。 r=(r=

17、(r rA A-r-rB B)/r)/rA A 當(dāng)當(dāng)r15%r15%時，有利于大量互溶。時，有利于大量互溶。 b b 晶體結(jié)構(gòu)因素晶體結(jié)構(gòu)因素 結(jié)構(gòu)相同，溶解度大，有可能形成無限固溶體。結(jié)構(gòu)相同，溶解度大，有可能形成無限固溶體。 c c 電負(fù)性因素電負(fù)性因素 電負(fù)性差越小，越易形成固溶體，溶解度越大。電負(fù)性差越小，越易形成固溶體，溶解度越大。 d d 電子濃度因素電子濃度因素 電子濃度電子濃度e/ae/a越大，溶解度越小。越大，溶解度越小。e/ae/a有一極限值，與有一極限值，與溶劑晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。一價面心立方金屬為溶劑晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。一價面心立方金屬為1.361.36，一價體心，一價體心立方金屬

18、為立方金屬為1.481.48。 （上述四個因素并非相互獨(dú)立，其統(tǒng)一的理論的是金屬（上述四個因素并非相互獨(dú)立，其統(tǒng)一的理論的是金屬與合金的電子理論。）與合金的電子理論。） 2 2 間隙固溶體間隙固溶體 （1 1）組成：原子半徑較?。ㄐ∮冢┙M成：原子半徑較?。ㄐ∮?.10.1nm)nm)的非金屬元的非金屬元素溶入金屬晶體的間隙。素溶入金屬晶體的間隙。 （2 2）影響因素：原子半徑和溶劑結(jié)構(gòu)。）影響因素：原子半徑和溶劑結(jié)構(gòu)。 （3 3）溶解度：一般都很小，只能形成有限固溶體。）溶解度：一般都很小，只能形成有限固溶體。 3 3 固溶體的結(jié)構(gòu)固溶體的結(jié)構(gòu)（1 1）晶格畸變。）晶格畸變。（2 2）偏聚與有

19、序：取決于同類原子和異類原子間結(jié)合力）偏聚與有序：取決于同類原子和異類原子間結(jié)合力 的相對大小。的相對大小。 完全無序、偏聚、部分有序、完全有序完全無序、偏聚、部分有序、完全有序。4 4 固溶體的性質(zhì)固溶體的性質(zhì) (1(1）點(diǎn)陣常數(shù)改變）點(diǎn)陣常數(shù)改變 （2 2）產(chǎn)生固溶強(qiáng)化）產(chǎn)生固溶強(qiáng)化 現(xiàn)象：固溶體的強(qiáng)度和現(xiàn)象：固溶體的強(qiáng)度和 硬度高于純組元，硬度高于純組元， 塑性則較低。塑性則較低。 概念：固溶強(qiáng)化由于溶質(zhì)概念：固溶強(qiáng)化由于溶質(zhì) 原子的溶入而引起的原子的溶入而引起的 強(qiáng)化效應(yīng)。強(qiáng)化效應(yīng)。 間隙固溶體的強(qiáng)化效間隙固溶體的強(qiáng)化效 果高于置換固溶體。果高于置換固溶體。 如產(chǎn)生柯氏氣團(tuán)或如產(chǎn)生柯氏

20、氣團(tuán)或 有序強(qiáng)化。有序強(qiáng)化。 （3 3）物理、化學(xué)性能改變）物理、化學(xué)性能改變 中間相是由金屬與金屬，或金屬與類金屬元素之間形中間相是由金屬與金屬，或金屬與類金屬元素之間形成的化合物，也稱為金屬間化合物。成的化合物，也稱為金屬間化合物。 包括：正常價化合物、電子化合物（電子相）、間隙包括：正常價化合物、電子化合物（電子相）、間隙化合物化合物 。 1 1 正常價化合物正常價化合物 （1 1）形成：電負(fù)性差起主要作用，符合原子價規(guī)則。）形成：電負(fù)性差起主要作用，符合原子價規(guī)則。 （2 2）鍵型：隨電負(fù)性差的減小，分別形成離子鍵、共價鍵、）鍵型：隨電負(fù)性差的減小，分別形成離子鍵、共價鍵、金屬鍵。金屬鍵。 （3 3）組成：）組成：ABAB或或ABAB2 2。如如MnSMnS, Mg, Mg2 2Si.Si. 2 2 電子化合物（電子相）電子化合物（電子相） （1 1）形成：電子濃度起主要作用，不符合原子價規(guī)則。）形成：電子濃度起主要作用，不符合原子價規(guī)則。 （2 2）