第4章晶体结构

1、第四章第四章 晶体结构晶体结构一、一、 晶体与非晶体晶体与非晶体1、晶体的定义、晶体的定义u物质的质点物质的质点(分子、原子或离子分子、原子或离子)在三维空间作有规律的周在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质叫晶体。期性重复排列所形成的物质叫晶体。u非晶体在整体上是无序的非晶体在整体上是无序的 ；近程有序；近程有序 。材料中原子的排列3、晶体的特征、晶体的特征u（1）周期性（不论沿晶体的哪个方向看去，总是相隔一）周期性（不论沿晶体的哪个方向看去，总是相隔一定的距离就出现相同的原子或原子集团。这个距离称为周定的距离就出现相同的原子或原子集团。这个距离称为周期期 ）液体和气体都是非晶体。）

2、液体和气体都是非晶体。u（2）有固定的凝固点和熔点）有固定的凝固点和熔点u（3）各向异性（沿着晶体的不同方向所测得的性能通常）各向异性（沿着晶体的不同方向所测得的性能通常是不同的是不同的 ：晶体的导电性、导热性、热膨胀性、弹性、强：晶体的导电性、导热性、热膨胀性、弹性、强度、光学性质度、光学性质 ）。）。4 4、晶体与非晶体的区别、晶体与非晶体的区别 a a 根本区别：质点是否在三维空间作有规根本区别：质点是否在三维空间作有规则的周期性重复排列。则的周期性重复排列。 b b 晶体具有确定的熔点晶体具有确定的熔点 纯金属缓慢加热到一定温度纯金属缓慢加热到一定温度, , 固态金属熔固态金属熔化成为

3、液态金属。熔化过程中温度不变。化成为液态金属。熔化过程中温度不变。熔化温度熔化温度( (T T0 0) )称为称为熔点熔点。晶体和非晶体的熔化曲线晶体和非晶体的熔化曲线 非晶体材料在非晶体材料在加热时加热时, , 固态转变固态转变为液态时为液态时, , 温度变温度变化。化。 c c 晶体具有各向异性晶体具有各向异性 在晶体中在晶体中, , 不同晶面和晶向上原子排列不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，它们之间的结合力的大的方式和密度不同，它们之间的结合力的大小也不相同，因而金属晶体不同方向上的性小也不相同，因而金属晶体不同方向上的性能不同。这种性质叫做晶体的能不同。这种性质叫做晶体的各向异

4、性各向异性。 单晶体铁单晶体铁( (只含一个晶粒只含一个晶粒) )的弹性模量，的弹性模量， 方向上为方向上为2.902.9010105 5 MPa, MPa, 方向上只有方向上只有1.351.3510105 5 MPaMPa。 单晶体铁在磁场中沿单晶体铁在磁场中沿方向磁化容方向磁化容易。制造变压器用的硅钢片的易。制造变压器用的硅钢片的方向应平方向应平行于导磁方向，以降低变压器的铁损。行于导磁方向，以降低变压器的铁损。 锌在盐酸中溶解时，晶面的溶解速度锌在盐酸中溶解时，晶面的溶解速度的次序从大到小是：的次序从大到小是： 各向异性：各向异性：晶体晶体在不同的方向上的力学、在不同的方向上的力学、物理

5、和化学等性能不一样。物理和化学等性能不一样。 各向同性：各向同性：非晶体非晶体在各个方向上性能完在各个方向上性能完全相同，这种性质叫非晶体的全相同，这种性质叫非晶体的各向同性各向同性。 实际使用的金属实际使用的金属, , 内部由许多晶粒组成，内部由许多晶粒组成，每个晶粒在空间分布的位向不同，在宏观上每个晶粒在空间分布的位向不同，在宏观上沿各个方向上的性能趋于相同，晶体的各向沿各个方向上的性能趋于相同，晶体的各向异性显示不出来。异性显示不出来。 5、晶体与非晶体的相互转化、晶体与非晶体的相互转化u玻璃经高温长时间加热后能形成晶态玻璃玻璃经高温长时间加热后能形成晶态玻璃u通常呈晶体的物质如果将它从

6、液态快速冷却下来也可能得通常呈晶体的物质如果将它从液态快速冷却下来也可能得 到非晶态到非晶态u获得非晶态的金属和合金（采用特殊的制备方法获得非晶态的金属和合金（采用特殊的制备方法 ）思考题思考题u常见的金属基本上都是晶常见的金属基本上都是晶体体,但为什么不显示各向异但为什么不显示各向异性性?u多晶中各个晶粒往往取向多晶中各个晶粒往往取向不同，所以多个晶粒集合不同，所以多个晶粒集合在一起在任一方向上都显在一起在任一方向上都显示不出某一个晶向的特性示不出某一个晶向的特性来。来。 空间点阵空间点阵为了便于分析研究晶体中原子或分子的排列情况，为了便于分析研究晶体中原子或分子的排列情况，可把它们抽象为规

7、则排列于空间的无数个几何点，可把它们抽象为规则排列于空间的无数个几何点，这些几何点可以是原子或分子的中心，也可以是彼这些几何点可以是原子或分子的中心，也可以是彼此等同的原子群或分子群的中心，但各个点子的此等同的原子群或分子群的中心，但各个点子的周围环境必须相同，这种点子的空间排列称为周围环境必须相同，这种点子的空间排列称为空间点阵。其中的每一个点称为阵点或结点。空间点阵。其中的每一个点称为阵点或结点。晶格晶格将阵点用一系列平行直线连接起来，将阵点用一系列平行直线连接起来，构成一空间格架叫晶格。构成一空间格架叫晶格。晶胞晶胞从晶格中选取一个能完全反映晶格特征的从晶格中选取一个能完全反映晶格特征的

8、基本单元作为空间点阵的组成单元，这种基本单元作为空间点阵的组成单元，这种最小的几何单元称晶胞。最小的几何单元称晶胞。 晶格 晶胞晶胞大小和形状表示方法为：晶胞大小和形状表示方法为：l晶胞的棱边长度、（称为晶胞的棱边长度、（称为点阵常数、晶格常数点阵常数、晶格常数）l棱边的夹角为棱边的夹角为、（称为晶轴间夹角）。（称为晶轴间夹角）。选取晶胞的原则：选取晶胞的原则：l1 1、应反映出点阵的高度对称性、应反映出点阵的高度对称性l2 2、棱和角相等的数目最多、棱和角相等的数目最多l3 3、棱边夹角为直角时，直角数目最多、棱边夹角为直角时，直角数目最多l4 4、晶胞体积最小、晶胞体积最小晶胞晶胞三斜晶系

9、单斜晶系正交晶系四（正）晶系立方晶系六方晶系菱方晶系a ab bc c，9090a ab cb c，9090，=120=120a ab cb c，9090abcabc， 9090abcabc，9090abcabc， 90 90a ab bc c， 9090空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，它只能有由于各阵点的周围环境相同，它只能有1414种。种。晶体结构是指晶体中实际质点（原子、离子或晶体结构是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况，它

10、们能组成各种类型分子）的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，因此实际存在的晶体结构是无限的。的排列，因此实际存在的晶体结构是无限的。空间点阵空间点阵晶体结构注意：注意： 晶体结构差异很大，而空间点阵可能相同晶体结构差异很大，而空间点阵可能相同 晶体结构相似，而空间点阵可能不同。晶体结构相似，而空间点阵可能不同。图图 布拉菲点阵布拉菲点阵晶面晶面晶体结构中一系列原子所构成的平面。晶体结构中一系列原子所构成的平面。晶向晶向通过晶体中任意两个原子中心连成直线来通过晶体中任意两个原子中心连成直线来表示晶体结构的空间的各个方向。表示晶体结构的空间的各个方向。晶向指数晶向指数和和晶面指数晶面指数是分别

11、表示晶向和晶面的符号，是分别表示晶向和晶面的符号，国际上用国际上用iller指数指数来统一标定。来统一标定。 晶向指数的标定晶向指数的标定u(1)建立以晶轴建立以晶轴a，b，c为坐标轴的坐标系，各轴上的坐为坐标轴的坐标系，各轴上的坐标长度单位分别是晶胞边长标长度单位分别是晶胞边长a，b，c，坐标原点在待标晶向，坐标原点在待标晶向上；上；u(2)选取该晶向上原点以外的任一点选取该晶向上原点以外的任一点P(xa，yb，zc)；u(3)将将xa，yb，zc化成最小的简单整数比化成最小的简单整数比u，v，w，且，且u v w = xa yb zc；u(4)将将u，v，w三数置于方括号内就得到晶向指数三

12、数置于方括号内就得到晶向指数uvw。晶向指数的标定晶向指数的标定确定确定立方晶系晶向指数立方晶系晶向指数 的步骤如下：的步骤如下：1、设坐标系2、求坐标值3、化整数4、化为最小整数，列括号化为最小整数，列括号 负值则在指数上加一负号。负值则在指数上加一负号。 晶向指数的说明：晶向指数的说明：ua.指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。ub.负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。uc.晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同 的一组晶向，用的一组晶向

13、，用表示。数字相同，表示。数字相同， 但排列顺序不同或正负号不同的晶向属于但排列顺序不同或正负号不同的晶向属于 同一晶向族。同一晶向族。 晶面指数的标定晶面指数的标定u(1)建立一组以晶轴建立一组以晶轴a，b，c为坐标轴的坐标系。为坐标轴的坐标系。u(2)求出待标晶面在求出待标晶面在a，b，c轴上的截距轴上的截距xa，yb，zc。如。如该晶面与某轴平行，则截距为该晶面与某轴平行，则截距为。u(3)取截距的倒数取截距的倒数1/xa，1/yb，1/zc。u(4)将这些倒数化成最小的简单整数比将这些倒数化成最小的简单整数比h，k，l，使，使h k l= 1/xa 1/yb 1/zc。u(5)如有某一

14、数为负值，则将负号标注在该数字的上方，如有某一数为负值，则将负号标注在该数字的上方，将将h，k，l置于圆括号内，写成置于圆括号内，写成(hkl)，则，则(hkl)就是待标晶面就是待标晶面的晶面指数。的晶面指数。图 晶面指数的标定图 晶面指数的标定 晶面指数的说明：晶面指数的说明：u晶面指数所代表的不仅是某一晶面，而是代表着一组相晶面指数所代表的不仅是某一晶面，而是代表着一组相互平行的晶面互平行的晶面 ua.指数意义：代表一组平行的晶面；指数意义：代表一组平行的晶面；ub.0的意义：面与对应的轴平行；的意义：面与对应的轴平行；uc.平行晶面：指数相同，或数字相同但正负号相反；平行晶面：指数相同，

15、或数字相同但正负号相反；ud.晶面族：晶体中具有相同条件（原子排列和晶面间距晶面族：晶体中具有相同条件（原子排列和晶面间距完全相同），空间位向不同的各组晶面，用完全相同），空间位向不同的各组晶面，用hkl表示。表示。 ue.若晶面与晶向同面，则若晶面与晶向同面，则hu+kv+lw=0;uf.若晶面与晶向垂直，则若晶面与晶向垂直，则u=h, k=v, w=l。110 晶面族确定确定立方晶系晶面指数（立方晶系晶面指数（hklhkl）的步骤如下：的步骤如下：1、设坐标、设坐标2、求截距、求截距3、取倒数、取倒数4 4、将三个倒数化为互质的整数比，并加上圆、将三个倒数化为互质的整数比，并加上圆括号，即

16、表示该晶面的晶面指数，记为（括号，即表示该晶面的晶面指数，记为（hkl)hkl)原点设在待求晶面以外。原点设在待求晶面以外。求晶面在三个轴上的截距求晶面在三个轴上的截距。晶带晶带晶带定律所有平行或相交于同一直线的晶面所有平行或相交于同一直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴。构成一个晶带，此直线称为晶带轴。属此晶带的晶面称为晶带面。属此晶带的晶面称为晶带面。同一晶带上晶带轴同一晶带上晶带轴uvwuvw和晶带面和晶带面（hklhkl）之间存在以下关系：）之间存在以下关系：hu+kv+lw=0hu+kv+lw=0 通过晶带定理可以：通过晶带定理可以：1 1、求两不平行的晶面（、求两不平行的晶面（

17、h h1 1k k1 1l l1 1）和（）和（h h2 2k k2 2l l2 2）的晶带轴。）的晶带轴。 2 2、求两个不平行的晶向、求两个不平行的晶向uu1 1v v1 1w w1 1 和和uu2 2v v2 2w w2 2 所决定的晶面。所决定的晶面。3 3、判断某一晶向是否在某个晶面上。、判断某一晶向是否在某个晶面上。4 4、判断几个晶面是否属于同一晶带。、判断几个晶面是否属于同一晶带。晶面间距晶面间距相邻两个平行晶面之间的距离，相邻两个平行晶面之间的距离，用用d dhklhkl表示。表示。低指数的晶面间距较大，高指低指数的晶面间距较大，高指数的则较小。数的则较小。晶面间距最大的面总

18、是原子密排面。晶面间距最大的面总是原子密排面。晶面间距越小则晶面上的阵点就越稀疏。晶面间距越小则晶面上的阵点就越稀疏。 上述晶面间距的计算公式只适应上述晶面间距的计算公式只适应简单晶胞简单晶胞。复杂晶胞由。复杂晶胞由于中心型原子的存在而使晶面层数增加，应根据具体情况对于中心型原子的存在而使晶面层数增加，应根据具体情况对上述计算公式进行修正。上述计算公式进行修正。三、纯金属晶体结构 决定晶体结构类型的内在因素是原子（分子、离决定晶体结构类型的内在因素是原子（分子、离子）间结合键的类型以及键的强弱。金属晶体的结合子）间结合键的类型以及键的强弱。金属晶体的结合键是金属键，由于金属键没有方向性，使金属

19、内部的键是金属键，由于金属键没有方向性，使金属内部的原子趋向于紧密排列，构成高度对称性的简单晶体结原子趋向于紧密排列，构成高度对称性的简单晶体结构。构。金属在固态下一般都是晶体。决定晶体结构的内在因素是原子，离子，分子间键合的类型及键的强弱。金属晶体是以金属键结合，由于金属键具有无饱和性和无方向性的特点，从而使金属内部的原子趋于紧密排列，构成高度对称性的简单晶体结构：密排六方结构密排六方结构 A3 A3 或或 hcp hcp 六方晶系六方晶系体心立方结构体心立方结构 A2 A2 或或 bcc bcc 立方晶系立方晶系面心立方结构面心立方结构 A1 A1 或或 fcc fcc 立方晶系立方晶系配

20、位数和致密度配位数和致密度原子半径原子半径 R(R(原子的半径原子的半径)()(和点阵常数关系和点阵常数关系) )晶胞中原子数晶胞中原子数点阵参数点阵参数 ( (晶格常数和晶轴间夹角晶格常数和晶轴间夹角) )原子的堆垛方式原子的堆垛方式密排方向和密排面密排方向和密排面晶体结构中间隙晶体结构中间隙 ( (大小和数量大小和数量) )晶胞中原子的排列方式晶胞中原子的排列方式 ( (原子所处的位置原子所处的位置) )原子半径原子半径晶胞中相距最近的两个原子之晶胞中相距最近的两个原子之 间距离的一半称为原子半径间距离的一半称为原子半径( (r r原子原子) )。致密度致密度晶胞中原子占有的体积与该晶胞体

21、积之晶胞中原子占有的体积与该晶胞体积之 比称为致密度比称为致密度( (也称密排系数也称密排系数) )。 致密度越大，原子排列紧密程度越大。致密度越大，原子排列紧密程度越大。配位数配位数为晶格中与任一个原子相距最近且距离为晶格中与任一个原子相距最近且距离 相等的原子数目。相等的原子数目。 配位数越大，原子排列紧密程度就越大。配位数越大，原子排列紧密程度就越大。面心（面心（fccfcc、A1) A1) 体心（体心（bccbcc、A2) (A2) (密排六方（密排六方（hcphcp、 A3)A3)1 1、晶胞中原子排列：在立方体的八个顶角和六个面的面心各、晶胞中原子排列：在立方体的八个顶角和六个面的

22、面心各有一个原子。有一个原子。2 2、晶胞中原子数、晶胞中原子数: n=8: n=81/81/86 61/2=4 1/2=4 个个3 3、密排面和密排方向：、密排面和密排方向：111 111 4 4、点阵常数与原子半径的关系：、点阵常数与原子半径的关系：5 5、配位数与致密度、配位数与致密度 配位数配位数 CN=12CN=12 致密度致密度 k=0.74k=0.746 6、原子堆垛方式：、原子堆垛方式：ABCABCABCABC7 7、间隙：八面体间隙、四面体间隙、间隙：八面体间隙、四面体间隙Ra42 n=8n=81/81/86 61/2=4 1/2=4 个个密排面：111 密排方向：面心立方点

23、阵常数与原子半径的关系面心立方点阵常数与原子半径的关系Ra42 配位数为12致密度74.0VnvK面心立方结构中原子密排面的堆垛顺序面心立方结构中原子密排面的堆垛顺序位于晶胞体中心和每个棱边的中点，由位于晶胞体中心和每个棱边的中点，由 6 6 个面心原子所个面心原子所围成围成, ,大小大小r rB B=0.414R=0.414R，r rB B为间隙半径，为间隙半径，R R为原子半径。为原子半径。由一个顶点原子和三个面心原子围成，其大小：由一个顶点原子和三个面心原子围成，其大小：r rB B=0.225R=0.225R。aRaR43,341 1、晶胞中原子排列：在立方体的八个顶角和体心各有一个原

24、子。、晶胞中原子排列：在立方体的八个顶角和体心各有一个原子。2 2、晶胞中原子数、晶胞中原子数: n=8: n=81/81/81=2 1=2 个个3 3、密排面和密排方向：、密排面和密排方向：110 110 4 4、点阵常数与原子半径的关系：、点阵常数与原子半径的关系：5 5、配位数与致密度、配位数与致密度 配位数配位数 CN=8CN=8 致密度致密度 k=0.68k=0.686 6、间隙：八面体间隙、四面体间隙、间隙：八面体间隙、四面体间隙n=8n=81/81/81=2 1=2 个个密排面110 密排方向体心立方晶格中点阵常数和原子半径的关系体心立方晶格中点阵常数和原子半径的关系aRaR43

25、,34体心立方结构的配位数及致密度体心立方结构的配位数及致密度配位数为8致密度为0.68四面体间隙由两个体心原子和两个顶角原子所围成，四面体间隙由两个体心原子和两个顶角原子所围成，大小大小rB=0.291R,rB=0.291R,有有 12 12 个。个。1 1、晶胞中原子排列：正六棱柱体、晶胞中原子排列：正六棱柱体 12 12 个顶角和上下底中心各个顶角和上下底中心各 有一个原子，正六棱柱体中心有三个原子有一个原子，正六棱柱体中心有三个原子2 2、晶胞中原子数、晶胞中原子数: n=12: n=121/61/62 21/2 + 3 = 6 1/2 + 3 = 6 个个3 3、密排面和密排方向：、

26、密排面和密排方向：0001 0001 4 4、点阵常数与原子半径的关系：、点阵常数与原子半径的关系：a=2R (c/a=1.633)a=2R (c/a=1.633)5 5、配位数与致密度、配位数与致密度 配位数配位数 CN=12CN=12 致密度致密度 k=0.74k=0.746 6、原子堆垛方式：、原子堆垛方式：ABABABAB7 7、间隙：八面体间隙、四面体间隙、间隙：八面体间隙、四面体间隙2n=12n=121/61/62 21/2 + 3 = 6 1/2 + 3 = 6 个个密排面0001 密排方向2密排六方晶格中点阵常数和原子半径的关系密排六方晶格中点阵常数和原子半径的关系a = 2R

27、 (c/a=1.633)配位数为12致密度 74.0VnvK密排六方结构中原子密排面的堆垛顺序密排六方结构中原子密排面的堆垛顺序ABABABAB八面体间隙有八面体间隙有6 6个，当个，当c/a=1.633c/a=1.633时，时，r rB B=0.414=0.414r rA A四面体间隙有四面体间隙有1212个，当个，当c/a=1.633c/a=1.633时，时，r rB B=0.225=0.225r rA A0.74126密排六方密排六方0.74124面心立方面心立方0.6882体心立方体心立方致密度致密度配位数配位数原子数原子数原子半径原子半径ar43ar21ar42u分别画出面心立方晶格

28、和体心立方晶格分别画出面心立方晶格和体心立方晶格100, 110, 100, 110, 111111晶面上原子排列示意图。晶面上原子排列示意图。思考题思考题 多晶型性多晶型性指某些金属在不同温度和压力下具有不同的晶体结构。指某些金属在不同温度和压力下具有不同的晶体结构。 多晶型性转变多晶型性转变指金属在外部条件指金属在外部条件 ( (如如 T T 和和 P) P) 改变时，其内部改变时，其内部从一种晶体结构向另一种晶体结构的转变从一种晶体结构向另一种晶体结构的转变, ,又称同素异构转变。又称同素异构转变。例如纯铁例如纯铁: :)(bccFe)(bccFe)(fccFe1394C912 C具有多

29、晶型性的金属还有具有多晶型性的金属还有MnMn、TiTi、SnSn、ZrZr等。等。 概述概述合金合金：两种或两种以上的金属或金属与非金属 经熔炼或其它方法制成的具有金属特性的物质。组元组元：组成合金的基本的独立的物质， 组元可以是纯金属、非金属元素、或化合物。相相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构 和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。单相合金：由一种相组成的合金。多相合金：由几种不同的相组成的合金。 固溶体固溶体中间相中间相固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶人其他固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶人其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，组元原子（溶质原子）

30、所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。它保持着溶剂的晶体结构类型。两组元两组元ABAB组成合金时，除了可形成以组成合金时，除了可形成以A A为基或以为基或以B B为基的固溶为基的固溶体，还可能形成晶体结构与体，还可能形成晶体结构与A A、B B两组元均不相同的新相。由两组元均不相同的新相。由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常称为中间于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常称为中间相。中间相可以是化合物，也可以是以化合物为基的固溶体。相。中间相可以是化合物，也可以是以化合物为基的固溶体。固溶体固溶体固溶体 合金组元通过溶解形成一种成合金组元通过溶解形成一种成分和性

31、能均匀的、且结构与组元之一相分和性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相。同的固相。溶剂溶剂 与固溶体晶格相同的组元与固溶体晶格相同的组元溶质溶质 其他另一组元（含量较少）其他另一组元（含量较少） 固溶体用固溶体用、等符号表示。等符号表示。A A、B B组元组成的固溶体也可表示为组元组成的固溶体也可表示为A(B), A(B), 其中其中A A为为溶剂溶剂, B, B为溶质。为溶质。 例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶体一般用体一般用表示表示, , 亦可表示为亦可表示为Cu(Zn)Cu(Zn)。 1. 1. 固溶体的分类固溶体的分类 （1 1）按溶质原子在溶剂晶格

32、中的位置分）按溶质原子在溶剂晶格中的位置分 置换固溶体置换固溶体: :溶质原子代换了溶剂晶格某些溶质原子代换了溶剂晶格某些结点上的原子结点上的原子; ; 间隙固溶体间隙固溶体溶质原子进入溶剂晶格的间隙溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。之中。置换固溶体置换固溶体 间隙固溶体间隙固溶体 （2 2）按溶质原子在溶剂中的溶解度分）按溶质原子在溶剂中的溶解度分 有限固溶体、无限固溶体有限固溶体、无限固溶体两种。两种。 固溶体中溶质的含量即为固溶体的固溶体中溶质的含量即为固溶体的浓度浓度，用，用质量分数或摩尔分数表示。质量分数或摩尔分数表示。 在一定温度和压力条件下，溶质在固溶体中在一定温度和压力条件下，溶

33、质在固溶体中的的极限浓度极限浓度即为溶质在固溶体中的即为溶质在固溶体中的溶解度溶解度。 有限固溶体有限固溶体 超过溶解度有其它相形成。超过溶解度有其它相形成。 无限固溶体无限固溶体 溶质可以任意比例溶入，即溶质可以任意比例溶入，即溶质溶解度可达溶质溶解度可达100%100%。 （3 3）按溶质原子在固溶体中分布是否规律分）按溶质原子在固溶体中分布是否规律分 无序固溶体：无序固溶体：溶质原子无规则分布溶质原子无规则分布 有序固溶体：有序固溶体：溶质原子规则分布溶质原子规则分布无序固溶体无序固溶体有序固溶体有序固溶体有序化转变：有序化转变：在一定条件下，一些合金的无序在一定条件下，一些合金的无序固

34、溶体可转变为有序固溶体。固溶体可转变为有序固溶体。2. 2. 影响置换固溶体溶解度的因素影响置换固溶体溶解度的因素电负性原子尺寸晶体结构原子价相同可形成无限固溶体，不同则只能形成有限固溶体原子半径差小于15%，可形成溶解度较大的固溶体；原子半径差大于15%时，半径差越大，溶解度越低；原因：点阵畸变随原子半径差增大而增加。溶剂和溶质之间的化学亲和力越大，越容易形成化合物；电负性相近的元素间可能有较大的固溶度当原子尺寸因素较为有利时，在某些以一价金属为基的固溶体中，溶质的原子价越高，其固溶度越小。 3. 3. 固溶体的性能固溶体的性能 固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。固溶体随着溶质原子的溶入

35、晶格发生畸变。 晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。度。通过形成固溶体使金属强度和硬通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为度提高的现象称为固溶强化固溶强化。 固溶强化是金属强化的一种重要形式。固溶强化是金属强化的一种重要形式。 在溶质含量适当时，可显著提高材料的强在溶质含量适当时，可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降低。度和硬度，而塑性和韧性没有明显降低。 如：如： 纯铜的纯铜的b b为为220 MPa, 220 MPa, 硬度为硬度为40 HB,

36、 40 HB, 断面收缩率断面收缩率为为70%70%。 当加入当加入1%1%的镍形成单相固溶体后的镍形成单相固溶体后, , 强强度升高到度升高到390 MPa, 390 MPa, 硬度升高到硬度升高到70 HB, 70 HB, 而断而断面收缩率仍有面收缩率仍有50%50%。 固溶体综合机械性能很好固溶体综合机械性能很好, , 常作为结构常作为结构合金的基体相。合金的基体相。 固溶体与纯金属相比固溶体与纯金属相比, , 物理性能有较大物理性能有较大的变化的变化, , 如电阻率上升如电阻率上升, , 导电率下降导电率下降, , 磁矫磁矫顽力增大。顽力增大。v中间相是合金组元间发生相互作用而形成的一

37、种新相中间相是合金组元间发生相互作用而形成的一种新相, ,它它可以是化合物可以是化合物, ,也可以是以化合物为基的固溶体也可以是以化合物为基的固溶体( (二次固溶二次固溶体体),),一般可以用化学分子式来表示一般可以用化学分子式来表示, ,但不一定符合化合价但不一定符合化合价规律。规律。v中间相中原子的结合方式为金属键与其它结合键相混合的中间相中原子的结合方式为金属键与其它结合键相混合的方式。它们都具有金属特性。方式。它们都具有金属特性。v中间相分类：正常价化合物、电子化合物、原子尺寸有关中间相分类：正常价化合物、电子化合物、原子尺寸有关化的化合物化的化合物( (间隙相、间隙化合物间隙相、间隙

38、化合物) )、超结构。、超结构。是一些金属与电负性较强的是一些金属与电负性较强的AA、AA、AA族的一些元素按照化学上的原子价规律所形成的化合物。族的一些元素按照化学上的原子价规律所形成的化合物。其特点是符合化合物规律。具有严格的化合比、成分固其特点是符合化合物规律。具有严格的化合比、成分固定不变，成分可用化学式表示定不变，成分可用化学式表示, ,一般为一般为ABAB型、型、ABAB2 2型或型或A A2 2B B型、型、A A3 3B B2 2型。型。例如。例如:A:A2 2B B型型 MgMg2 2Pb MgPb Mg2 2Sn MgSn Mg2 2Ge Ge MgMg2 2Si ABSi AB型型 MgS MnS FeSMgS MnS FeS。在工业合。在工业合金中金中, ,能起到提高材料强度和硬度的作用能起到提高材料强度和硬度的作用, ,称为强化相。称为强化相。如如AlAlMgMgSiSi合金中合金中MgMg2 2SiSi；但有时也是有害相；但有时也是有害相, ,如钢中如钢中FeSFeS会引起钢的脆性。会引起钢的脆性。 是由是由BB族（族（CuCu、AuAu、AgAg）或过）或过 渡族金属（渡族金属（FeFe、CoCo、NiNi）与）与BB、AA、AA族元素形成的金属化合物。电子价化合物的特族元素形成的金属化合物。电子价化合物的特点是不遵循原子