材料科学基础第2章固体中的相结构

1、第2章 固体中的相结构 本章内容 组 成结构类型形成规律性能特点各类相相的定义及分类定义：在任一给定的物质系统中，具有同一化学成分、同一原子聚集状态和性质的，且与其他部分有界面隔开的，均匀连续的组成部分。分类： 合金相 化合物 陶瓷晶体相 玻璃相 分子相固溶体2.1 固溶体定义：固态下一种组元（溶质）溶解在另一种组元（溶剂）中而形成的具有金属特性的新相。固溶度：溶质原子在溶剂中的最大含量（即极限固溶度）。保持溶剂的点阵结构！分类间隙固溶体置换固溶体置换固溶体间隙固溶体置换固溶体无限固溶体有限固溶体无序固溶体有序固溶体2.1.2 置换固溶体2.1.3 间隙固溶体2.1.4 有序固溶体若原子达到一

2、定的原子分数时，则会呈完全有序分布，形成有序固溶体，如CuAu和Cu3Au。有序化：当有序固溶体加热至某一临界温度时，将转变为无序固溶体，而在缓慢冷却至这一温度时，又转变为有序固溶体。2.1.5固溶体的点阵畸变2.1.6 固溶体的性能固溶强化：由于溶质原子的溶入而引起的强化效应，即强度、硬度提高，塑性和韧性有所下降。固溶强化是提高金属材料机械性能的重要途径之一。强化的影响因素：1、溶质和溶剂原子尺寸相差越大或固溶度越小，固溶强化越显著；2、有序强度无序强度。因为A-B键A-A键或B-B键。有序强化。3、间隙强化置换强化。间隙式溶质原子往往择优分布在位错线上，形成间隙原子“气团”，将位错牢牢钉住

3、，从而造成强化。而置换式溶质原子往往均匀分布，虽然由于溶质和溶剂原子尺寸不同，造成畸变，增加位错运动的阻力，但阻力较小，强化作用小。2.2 金属间化合物一、定义：金属与金属，金属与类金属之间形成的化合物。由于他们常处在相图的中间位置上，故又称中间相。中间相金属间化合物有序固溶体结构与各组元的结构不同结构与以纯金属为基的固溶体结构相同。新相的结构、性能与组成成分不同三。主要类型金属间化合金属间化合物物2.2.1 正常价化合物定义：符合原子价规则的化合物。在这种化合物中，正离子的价电子数正好能使负离子具有稳定的电子层结构，如MgS、MgSn。 电负性：SSnPb MgS：离子化合物 Mg2Sn：半

4、导体性质 Mg2Pb：金属性质2.2.2 电子化合物2.2.3 间隙化合物点：点：件：件： 当r/R0.59时，化合物的晶体结构很复杂，称为复杂间隙化合物，主要是铬、锰、铁、钴的碳化物以及铁的硼化物。2.2.4 金属化合物的特性 具有较高的硬度、熔点；但是塑性很差;（共价键、离子键） 可用作强化合金的第二相； 具有特殊的物理化学性能。2.3 陶瓷晶体相 陶瓷晶体相和金属结构上的相同点和不同点： 相同点：都具有晶体构造； 不同点：陶瓷结构中没有大量的自由电子，其 主要是以离子键和共价键为主的离子晶体（如 MgO、Al2O3等）或共价晶体（如SiC,Si3N4等）。 陶瓷结构的分类：氧化物结构 结

5、合键主要是离子键； 有确定的成分，可用准确分子式表示； 硅酸盐结构 具有典型的非金属性质。2.3.1 氧化物结构（离子化合物结构）2.3.1.1 AB型化合物的结构 具有NaCl型结构，如闪锌矿型（立方ZnS）结构，硫锌矿型（六方ZnS）结构。2.3.1.2 AB2型化合物的结构 如 CaF2（面心立方结构），如ThO2 ,UO2 等。2.3.1.3 A2B3型化合物的结构 如 -Al2O3 (氧化铝瓷中的主晶相，具有简单六方点阵），-Fe2O3 ，Cr2O3。2.3.1.4 ABO3型化合物的结构 如 CaTiO3（简单立方点阵） ：简单立方点阵2.3.1.5 AB2O4型化合物的结构 如

6、MgAl2O4（面心立方结构)。2.3.2 硅酸盐结构的特点及分类2.3.2.1 硅酸盐结构的特点SiO间距为0.160nmrSi+rO ,说明SiO间有离子键、共价键，四面体结构很牢固。2.3.2.2 硅酸盐结构分类 SiO4既可孤立存在，也可通过共顶点互相连接，此时会形成多重的四面体配位群。根据SiO4与相邻硅氧四面体共顶的情况，在空间排列形成五种常见的硅酸盐结构形式。1) 1) 岛状结构硅酸盐岛状结构硅酸盐2) 2) 群组状结构硅酸盐群组状结构硅酸盐3) 3) 链状结构硅酸盐链状结构硅酸盐4) 4) 层状结构硅酸盐层状结构硅酸盐5) 5) 架状结构硅酸盐架状结构硅酸盐2.4 玻璃相玻璃：从液态凝固下来的，结构与液态连续的非晶态固体。形成条件：黏度较大+冷却速度较快。金属玻璃：非晶态合金，当冷却速度达到1051010K/s时，可使一些很难得到非晶态结构的材料玻璃化，形成金属玻璃。玻璃的结构特点： 组