固溶体-课件(6)教材

1、两种或两种以上的金属或金属与非金属两种或两种以上的金属或金属与非金属经冶炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。经冶炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。组元组元-组成合金的基本单元。组元可以是金属和非金属组成合金的基本单元。组元可以是金属和非金属, ,也可以是化合物也可以是化合物 合金中具有同一聚集状态合金中具有同一聚集状态, ,同一化学成分、同一化学成分、同一晶体晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部同一晶体晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。分。 v 中间相可以用分子式来大致表示其组成。中间相可以用分子式来大致表示其组成。 v合金相的性质由以下三个因素控制

2、合金相的性质由以下三个因素控制: : v（1 1）电负性或化学亲和力因素）电负性或化学亲和力因素 v（2 2）原子尺寸因素）原子尺寸因素 r=r=（r rA Ar rB B)/r)/rA A r r越大，越大，越易形成中间相。越易形成中间相。 r r越小，越易形成固溶体越小，越易形成固溶体 v（3 3）原子价因素）原子价因素( (电子浓度因素电子浓度因素):):合金中各组成元素的价合金中各组成元素的价电子数总和与原子总数的比值。电子数总和与原子总数的比值。 vC C越大，越易形成化合物；越大，越易形成化合物； C C越小，越易形成固溶体越小，越易形成固溶体 固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体点

3、阵中溶入其他固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它组元原子（溶质原子）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。保持着溶剂的晶体结构类型。 1.4.1 1.4.1 固溶体固溶体(1)(1)按溶质原子在点阵中所占位置分为按溶质原子在点阵中所占位置分为：置换固溶体置换固溶体(substitutional solid solution)(substitutional solid solution)：溶质原溶质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。金属和金属形成的固溶体金属和金属形成的固溶体都是置换式

4、的。如，都是置换式的。如，Cu-Zn系中的系中的和和固溶体都是置换式固溶体。固溶体都是置换式固溶体。 在金属氧化物中，主要发生在金属离子位置上的置换，如：在金属氧化物中，主要发生在金属离子位置上的置换，如：MgO-CaO，MgO-CoO，PbZrO3-PbTiO3，Al2O3-Cr2O3等。等。间隙固溶体间隙固溶体(interstitial solid solution) (interstitial solid solution) ：溶质原子溶质原子分布于溶剂晶格间隙中。分布于溶剂晶格间隙中。金属和非金属元素金属和非金属元素H H、B B、C C、N N等形成的固溶体都是间隙式的。如，在等形成

5、的固溶体都是间隙式的。如，在Fe-CFe-C系的系的固溶体中，碳原子就位于铁原子的固溶体中，碳原子就位于铁原子的BCCBCC点阵的八面体间隙点阵的八面体间隙中。中。固溶体的两种类型（置换和间隙）固溶体的两种类型（置换和间隙）(2)(2)按溶质原子在溶剂原子中溶解度分类：按溶质原子在溶剂原子中溶解度分类：有限固溶体：有限固溶体：在一定条件下在一定条件下, ,溶质原子在溶剂中的溶解量有一溶质原子在溶剂中的溶解量有一个上限个上限, ,超过这个限度就形成新相。超过这个限度就形成新相。 两种晶体结构不同或相互取代的离子半径差别较大，只能两种晶体结构不同或相互取代的离子半径差别较大，只能生成有限固溶体。如

6、生成有限固溶体。如MgO-CaO系统，虽然都是系统，虽然都是NaCl型结构，型结构，但阳离子半径相差较大，但阳离子半径相差较大，rMg2+=0.80埃，埃，rCa2+=1.00埃，取代只埃，取代只能到一定限度。能到一定限度。 无限固溶体：无限固溶体：溶质原子可以任意比例溶入溶剂晶格中形成的溶质原子可以任意比例溶入溶剂晶格中形成的固溶体固溶体。Cu-Ni 系、系、Cr-Mo 系、系、Mo-W系、系、Ti-Zr系等在室温下都能无限互溶，形成系等在室温下都能无限互溶，形成连续固溶体。连续固溶体。 MgO-CoO系统，系统，MgO、CoO同属同属NaCl型结构，型结构，rCo2+=0.80埃，埃，rM

7、g2+=0.80埃，形成无限固溶体，分子式可写为埃，形成无限固溶体，分子式可写为MgxCo1-xO，x=01； PbTiO3与与PbZrO3也可形成无限固溶体，分子式写成：也可形成无限固溶体，分子式写成：Pb（ZrxTi1-x）O3，x=01。 v ：溶质原子在溶剂中任意分布：溶质原子在溶剂中任意分布, ,无规律性。无规律性。 v ：溶质原子按一定比例和有规：溶质原子按一定比例和有规律分布在溶剂晶格的点阵或间隙里。律分布在溶剂晶格的点阵或间隙里。 v ：以纯金属为基形成的固溶体。：以纯金属为基形成的固溶体。 v ：以化合物为基形成的固溶体。：以化合物为基形成的固溶体。 二、二、 固溶度固溶度

8、固溶度是指固溶体中溶质的最大含量，也固溶度是指固溶体中溶质的最大含量，也就是溶质在溶剂中的极限溶解度。它可以由实就是溶质在溶剂中的极限溶解度。它可以由实验测定，也可以由热力学原理进行计算。研究验测定，也可以由热力学原理进行计算。研究固溶体具有很大的实际意义，因为固溶度的大固溶体具有很大的实际意义，因为固溶度的大小及其随温度的变化关系到合金的性能和热处小及其随温度的变化关系到合金的性能和热处理行为。理行为。 （1 1）尺寸因素）尺寸因素 以以r r1 1和和r r2 2分别代表半径大和半径小的溶剂分别代表半径大和半径小的溶剂( (主晶相主晶相) )或或溶质溶质( (杂质杂质) )原子原子( (或

9、离子或离子) )的半径，的半径， 当当 时，溶质与溶剂之时，溶质与溶剂之间可以形成连续固溶体。间可以形成连续固溶体。 当当 时，溶质与溶剂之时，溶质与溶剂之间只能形成有限型固溶体，间只能形成有限型固溶体， 当当 时，溶质与溶剂之时，溶质与溶剂之间很难形成间很难形成 固溶体或不能形成固溶体或不能形成 固溶体，而容易形成固溶体，而容易形成中间相或化合物。因此中间相或化合物。因此rr愈大，则溶解度愈小。愈大，则溶解度愈小。 15. 0121rrrr%30%15121rrrr%30121rrrr三三. . 置换固溶体置换固溶体晶格畸变能：晶格畸变能：点阵畸变使晶体能量升高，这种升高的能量即点阵畸变使晶

10、体能量升高，这种升高的能量即为晶格畸变能。为晶格畸变能。难熔金属的固溶度小于难熔金属的固溶度小于易熔合金，为什么？易熔合金，为什么？23)(8ABABrrrGr(2)(2)晶体结构晶体结构 晶体结构相同是形成无限固溶体的必晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件。否则只能形成有限固溶体。要条件。否则只能形成有限固溶体。 NiO-MgO都具有面心立方结构，且都具有面心立方结构，且r41% 或或 r质质/r剂剂萤石萤石TiO2MgO 在面心立方结构中，例如在面心立方结构中，例如MgO中，氧八面体中，氧八面体间隙都已被间隙都已被Mg离子占满，只有氧四面体间隙是离子占满，只有氧四面体间隙是空的。在空的。

11、在TiO2中，有二分之一的八面体空隙是空中，有二分之一的八面体空隙是空的。在萤石结构中，氟离子作简单立方排列，而的。在萤石结构中，氟离子作简单立方排列，而正离子正离子Ca2+只占据了有立方体空隙的一半，在晶只占据了有立方体空隙的一半，在晶胞中有一个较大的间隙位置。在沸石之类的具有胞中有一个较大的间隙位置。在沸石之类的具有网状结构的硅酸盐结构中，间隙就更大，具有隧网状结构的硅酸盐结构中，间隙就更大，具有隧道型空隙。道型空隙。 因此，对于同样的外来杂质原子，因此，对于同样的外来杂质原子，五、形成固溶体后对晶体性质的影响五、形成固溶体后对晶体性质的影响 1 1、稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生、稳定

12、晶格，阻止某些晶型转变的发生 2 2、活化晶格、活化晶格 3 3、固溶强化、固溶强化 4 4、形成固溶体后对材料物理性质的影响、形成固溶体后对材料物理性质的影响1 1、稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生、稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生(1) PbTiO3是一种铁电体，纯是一种铁电体，纯PbTiO3烧结性能极烧结性能极差，居里点为差，居里点为490，发生相变时，晶格常数剧烈，发生相变时，晶格常数剧烈变化，在常温下发生开裂。变化，在常温下发生开裂。PbZrO3是一种反铁电是一种反铁电体，居里点为体，居里点为230。两者结构相同，。两者结构相同，Zr4+、Ti4+离子尺寸相差不多，能在常温生成连续固

13、溶体离子尺寸相差不多，能在常温生成连续固溶体Pb(ZrxTi1-x)O3，x=0.10.3。在斜方铁电体和四方。在斜方铁电体和四方铁电体的边界组成铁电体的边界组成Pb(Zr0.54Ti0.46)O3处，压电性能、处，压电性能、介电常数都达到最大值，烧结性能也很好，被命介电常数都达到最大值，烧结性能也很好，被命名为名为PZT陶瓷。陶瓷。(2)ZrO(2)ZrO2 2是一种高温耐火材料，熔点是一种高温耐火材料，熔点26802680，但，但发生相变时发生相变时伴随很大的体积收缩，这对高温结构材料是致命伴随很大的体积收缩，这对高温结构材料是致命的。若加入的。若加入CaOCaO，则和，则和ZrOZrO2

14、 2形成固溶体，无晶形成固溶体，无晶型转变，体积效应减少，使型转变，体积效应减少，使ZrOZrO2 2成为一种很好成为一种很好的高温结构材料。的高温结构材料。 四方单斜C12002 2、活化晶格、活化晶格 形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反于高能量的活化状态，有利于进行化学反应。如，应。如，Al2O3熔点高（熔点高（2050），不利于），不利于烧结，若加入烧结，若加入TiO2，可使烧结温度下降到，可使烧结温度下降到1600，这是因为，这是因为Al2O3 与与TiO2形成固溶形成固溶体，体，Ti4+置换置换Al3+后，后，

15、 带正电，为平衡带正电，为平衡电价，产生了正离子空位，加快扩散，有电价，产生了正离子空位，加快扩散，有利于烧结进行。利于烧结进行。3 3、固溶强化、固溶强化定义定义：固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而：固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而 塑性则较低，称为固溶强化。塑性则较低，称为固溶强化。固溶强化的特点和规律固溶强化的特点和规律：固溶强化的程度固溶强化的程度(或效或效果果)不仅取决与它的成分，还取决与固溶体的不仅取决与它的成分，还取决与固溶体的类型、结构特点、固溶度、组元原子半径差等类型、结构特点、固溶度、组元原子半径差等一系列因素。一系列因素。 1）间隙式溶质原子的强化效果一般要比置换）

16、间隙式溶质原子的强化效果一般要比置换式溶质原子更显著。式溶质原子更显著。 2）溶质和溶剂原子尺寸相差越大，固溶强化）溶质和溶剂原子尺寸相差越大，固溶强化越显著。越显著。 实际应用实际应用：铂、铑单独做热电偶材料使用，：铂、铑单独做热电偶材料使用，熔点为熔点为14501450，而将铂铑合金做其中的一，而将铂铑合金做其中的一根热电偶，铂做另一根热电偶，熔点为根热电偶，铂做另一根热电偶，熔点为17001700，若两根热电偶都用铂铑合金而只，若两根热电偶都用铂铑合金而只是铂铑比例不同，熔点达是铂铑比例不同，熔点达20002000以上。以上。4 4、形成固溶体后对材料物理性质的影响、形成固溶体后对材料物

17、理性质的影响 固溶体的电学、热学、磁学等物理性固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。固溶体的强度与硬度往往高线性关系。固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而塑性则较低。于各组元，而塑性则较低。 。一般认为热力学上平衡状态的无序固溶体溶质一般认为热力学上平衡状态的无序固溶体溶质原子分布在宏观上是均匀的原子分布在宏观上是均匀的, ,在微观上是不均在微观上是不均匀的。匀的。 v 溶质原子的分布主要取决于溶质原子的分布主要取决于同类原子间的结合能和异类同类原子间的结合能和异类原子结合能的相对大小，原子结合能的相对大小，（1）如果）如

18、果A组元的结合能组元的结合能及及B组元及组元及A、B组元间的结组元间的结合能近似相等，则溶质原子合能近似相等，则溶质原子呈无序分布；（呈无序分布；（2）如果同）如果同类原子之间的结合能大于异类原子之间的结合能大于异类原子之间的结合能，则溶类原子之间的结合能，则溶质原子呈偏聚状态；（质原子呈偏聚状态；（3）当异类原子之间的结合能大当异类原子之间的结合能大于同类原子间的结合能时，于同类原子间的结合能时，溶质就会呈部分有序排列，溶质就会呈部分有序排列，（4）如果溶质原子浓度达）如果溶质原子浓度达到一定原子分数时呈完全有到一定原子分数时呈完全有序排列。序排列。 固溶体中溶质原子分布示意图超结构（超结构

19、（super structure/latticesuper structure/lattice） 在一定条件下在一定条件下, ,溶质原子和溶剂原子在整个晶体中按一定溶质原子和溶剂原子在整个晶体中按一定的顺序排列起来的顺序排列起来, ,有序固溶体中溶质原子和溶剂原子之比是固有序固溶体中溶质原子和溶剂原子之比是固定的定的, ,可以用化学分子式来表示可以用化学分子式来表示, ,因此把有序固溶体结构称为因此把有序固溶体结构称为超点阵。例如：在超点阵。例如：在CuCuAuAu合金中合金中,Cu,Cu：AuAu原子比是原子比是1 1：1 1或或3 3：1 1时从液态缓冷条件下可形成有序的超点阵结构时从液态

20、缓冷条件下可形成有序的超点阵结构, ,用用CuAuCuAu或或CuCu3 3AuAu来表示。来表示。 有序化条件：异类原子之间的相互吸引大于同类原子间有序化条件：异类原子之间的相互吸引大于同类原子间 v v有序化影响因素：成分和温度。有序化影响因素：成分和温度。v有序化温度：有序固溶体在某一温度以上可转变为无序固溶体，重新冷却到该温度以下又转变为有序固溶体，转变温度称为有序化温度。v成分：特殊成分才能完全有序，如CuCu：AuAu原子原子比是比是1 1：1 1或或3 3：1 1时从液态缓冷条件下可形成有时从液态缓冷条件下可形成有序的超点阵结构序的超点阵结构, ,用用CuAuCuAu或或CuCu

21、3 3AuAu来表示。来表示。 有序固溶体的性能：如强度硬度上升，塑性明有序固溶体的性能：如强度硬度上升，塑性明显下降。电阻降低。显下降。电阻降低。 CuAuCuAu或或CuCu3 3AuAu电阻率接近电阻率接近纯组元（纯组元（p144p144） 磁性质磁性质:Ni:Ni3 3MnMn无序时为顺磁，有序时为铁磁，无序时为顺磁，有序时为铁磁，饱和磁矩比镍大。饱和磁矩比镍大。 （一）、固溶体组成的确定（一）、固溶体组成的确定 （二）、固溶体类型的大略估计（二）、固溶体类型的大略估计 （三）、固溶体类型的实验判别（三）、固溶体类型的实验判别 七、固溶体的研究方法七、固溶体的研究方法（一）、固溶体组成

22、的确定（一）、固溶体组成的确定1、点阵常数与成分的关系、点阵常数与成分的关系Vegard定律定律Vegard定律定律：当两种同晶型的盐当两种同晶型的盐(如如KCl-KBr) 形形成连续固溶体时，固溶体的点阵常数与成分成成连续固溶体时，固溶体的点阵常数与成分成直线关系。也就是说，点阵常数正比于任一组直线关系。也就是说，点阵常数正比于任一组元元(任一种盐任一种盐)的浓度。的浓度。实际应用实际应用：当两种同晶型的盐：当两种同晶型的盐( (如如KCl-KBr)KCl-KBr)形成形成连续固溶体时，固溶体的点阵常数与成分成直连续固溶体时，固溶体的点阵常数与成分成直线关系。线关系。 对大多数金属固溶体来说

23、，Vegard定律并不成立。实际情况有三种： (i) (i) 实际点阵常数大于实际点阵常数大于按按VegardVegard定律计算出的定律计算出的点阵常数，如图曲线点阵常数，如图曲线MCNMCN所示。所示。 (ii) (ii) 实际点阵常数大于实际点阵常数大于按按VegardVegard定律算出的点定律算出的点阵常数，如图曲线阵常数，如图曲线MDNMDN所所示。示。 (iii)(iii)完全符合完全符合VegardVegard定定律的固溶体很少，它们律的固溶体很少，它们都是由都是由MoMo，W W，TaTa，NbNb等等金属相互形成的固溶体金属相互形成的固溶体。 偏聚有序2、物理性能和成分的关

24、系、物理性能和成分的关系 固溶体的电学、热学、磁学等物理性质随成分固溶体的电学、热学、磁学等物理性质随成分而连续变化。而连续变化。 实际应用实际应用：通过测定固溶体的密度、折光率：通过测定固溶体的密度、折光率等性质的改变，确定固溶体的形成和各组成间的等性质的改变，确定固溶体的形成和各组成间的相对含量。如钠长石与钙长石形成的连续固溶体相对含量。如钠长石与钙长石形成的连续固溶体中，随着钠长石向钙长石的过渡，其密度及折光中，随着钠长石向钙长石的过渡，其密度及折光率均递增。通过测定未知组成固溶体的性质进行率均递增。通过测定未知组成固溶体的性质进行对照，反推该固溶体的组成。对照，反推该固溶体的组成。 （

25、二）、固溶体类型的大略估计（二）、固溶体类型的大略估计 1.1.在金属氧化物中，具有氯化钠结构的晶体，在金属氧化物中，具有氯化钠结构的晶体，只有四面体间隙是空的，不大可能生成填隙式只有四面体间隙是空的，不大可能生成填隙式固溶体固溶体, ,例如例如MOMO，NaClNaCl、GaOGaO、SrOSrO、CoOCoO、FeOFeO、KClKCl等都不会生成间隙式固溶体。等都不会生成间隙式固溶体。 2.2.具有空的氧八面体间隙的金红石结构，或具具有空的氧八面体间隙的金红石结构，或具有更大空隙的萤石型结构，金属离子能填入。有更大空隙的萤石型结构，金属离子能填入。例如例如CaFCaF2 2，Zr0Zr0

26、2 2，UOUO2 2等，有可能生成填隙式固等，有可能生成填隙式固溶体。溶体。（三）、固溶体类型的实验判别（三）、固溶体类型的实验判别 通过通过XRDXRD或电子衍射确定固溶体的点阵类型和点阵常或电子衍射确定固溶体的点阵类型和点阵常数，由此即可推出一个晶胞内的原子数数，由此即可推出一个晶胞内的原子数N N和晶胞体积和晶胞体积V V，再根据该固溶体的平均原子量再根据该固溶体的平均原子量A A及阿弗加德罗常数及阿弗加德罗常数N NA A即可即可算出固溶体的理论密度算出固溶体的理论密度d dc c: :AcVNANd_若若dcde,则为缺位式固溶体（即有的点阵结点上没有则为缺位式固溶体（即有的点阵结

27、点上没有原子）原子） 中间相是合金组元间发生相互作用而形成的一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, ,它可以是它可以是化合物化合物, ,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( (二次固溶体二次固溶体),),一般可以一般可以用化学分子式来表示用化学分子式来表示, ,但不一定符合化合价规律。但不一定符合化合价规律。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。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。它们都具有金属特性。中间相如：钢中中间相如：钢中FeFe3 3C C、铝铜合金中、铝铜合金中CuAlCuAl、黄铜中、

28、黄铜中CuZnCuZn、半导体中、半导体中GaAsGaAs、形状记忆合金中、形状记忆合金中NiTiNiTi和和CuZnCuZn、核反应堆材料中、核反应堆材料中ZrZr3 3AlAl、储氢、储氢能源材料中能源材料中LaNiLaNi5 5等。等。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合物( (间隙相、间隙化合物、间隙相、间隙化合物、TCPTCP相相) ) 。正常价化合物（正常价化合物（valence compoundvalence compound）是一些金属与电负性是一些金属与电负性较强的较强的、族的一些元素按照化学上

29、的原子价规律所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、成分固定不变，成分可用化学式表示比、成分固定不变，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。正常价化合物的晶体结构通常对应于同类分子式的离子化正常价化合物的晶体结构通常对应于同类分子式的离子化合物结构。合物结构。例如例如:A:A2 2B B型型 MgMg2 2Pb MgPb Mg2 2Sn MgSn Mg2 2Ge MgGe Mg2 2Si Si ABAB型型 MgS MnS Fe

30、S NaClMgS MnS FeS NaCl型：型：Mg(Ca,Sr Ba)SeMg(Ca,Sr Ba)SeABAB2 2：AuAlAuAl2.2. 正常价化合物的键型与元素间电负性的关系：正常价化合物的键型与元素间电负性的关系：差值较大具差值较大具有离子键和共价键的特征；差值较小具有金属键的特征有离子键和共价键的特征；差值较小具有金属键的特征(Mg(Mg2 2Pb) Pb) 。 正常价化合物在常温时有很高的硬度和脆性正常价化合物在常温时有很高的硬度和脆性。在工业合金。在工业合金中中, ,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。如称为强化相。如AlAlMg

31、MgSiSi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会引起钢会引起钢的脆性。的脆性。电子价化合物（电子价化合物（electron compoundelectron compound）是由）是由BB族（族（CuCu、AuAu、AgAg）或过渡族金属（或过渡族金属（FeFe、CoCo、NiNi）与）与BB、BB、BB族元素形成的金属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价规律、电子浓度是决化合物。电子价化合物的特点是不遵循原子价规律、电子浓度是决定其晶体结构的主要因素。电子浓度相同定其晶体结构的主要因素。电子浓度相同, ,

32、相的晶体结构类型相同。相的晶体结构类型相同。 v 电子浓度电子浓度 = = （化合物元素价电子总数（化合物元素价电子总数 / / 化合物原子数）化合物原子数）v 注注: :计算时过渡族元素时价电子数视为计算时过渡族元素时价电子数视为0 0。 v 电子浓度、相、结构对应关系如下：电子浓度、相、结构对应关系如下： v C C电子电子=7/4=7/4（即（即21/1221/12） CuZnCuZn3 3 密排六方结构密排六方结构 v C C电子电子=21/13 Cu=21/13 Cu5 5ZnZn8 8 复杂立方结构复杂立方结构 v C C电子电子=3/2=3/2（即（即21/1421/14） Cu

33、Zn CuZn （尺寸差较大）体心立方结构（尺寸差较大）体心立方结构 v （尺寸差较小）密排六方结构（尺寸差较小）密排六方结构 vMnMn（电负性差较大）（电负性差较大） 复杂立方或密排六方结构复杂立方或密排六方结构 p145p145v 结合键：结合键：金属键，可以用化学式表示，但成分金属键，可以用化学式表示，但成分可在一定范围变化，因此也可看作是以化合物可在一定范围变化，因此也可看作是以化合物为基的固溶体。如为基的固溶体。如:Cu-Zn, :Cu-Zn, 相的最大相的最大固溶体固溶体范范围围3655%Zn, 相相575770%Zn, 相相787886%Zn. 电子价化合物具有金属特性电子价化

34、合物具有金属特性, ,具有高熔点、高硬具有高熔点、高硬度但塑性低度但塑性低, ,与固溶体适当搭配使合金得到强化与固溶体适当搭配使合金得到强化, ,作为非作为非FeFe合金中重要组成相合金中重要组成相。尺寸因素有关的化合物（尺寸因素有关的化合物（sizesizefactor compoundfactor compound）类型与类型与组成元素的原子尺寸相关。比较复杂。组成元素的原子尺寸相关。比较复杂。 v(1) (1) 间隙相和间隙化合物间隙相和间隙化合物 间隙相和间隙化合物是由过渡间隙相和间隙化合物是由过渡族金属与原子半径很小的非金属元素（族金属与原子半径很小的非金属元素（C C、H H、N

35、N、B B等）组成等）组成的。的。 v rx/rm0.59rx/rm0.59rx/rm0.59时形成复杂结构的间隙化合物时形成复杂结构的间隙化合物 在在H H、N N、C C、B B等非金属元素中等非金属元素中, ,由于由于H H和和N N的原子半径很的原子半径很小小, ,与所有过渡族金属都满足与所有过渡族金属都满足rx/rm0.59,rx/rm0.59rB/rm0.59较大较大, , rB/rm0.59rB/rm0.59，硼化物均为间隙化合物；而碳原子半径处于中，硼化物均为间隙化合物；而碳原子半径处于中间间, ,某些碳化物为间隙相某些碳化物为间隙相, ,某些为间隙化合物。某些为间隙化合物。

36、va、间隙相 间隙相的晶格类型比较简单且与组元的结构不间隙相的晶格类型比较简单且与组元的结构不同。在间隙相晶格中金属原子占据正常位置同。在间隙相晶格中金属原子占据正常位置, ,非金属原子占据非金属原子占据间隙位置间隙位置, ,有如下规律：有如下规律： rx/rm0.414rx/rm0.414rx/rm0.414时进入八面体间隙时进入八面体间隙 v间隙相可以看作是以化合物为基的固溶体，间隙相可以看作是以化合物为基的固溶体，如如FeFe4 4N(N:N(N:1921) )结构相同的两种化合物可以形成无限互溶，如结构相同的两种化合物可以形成无限互溶，如ZrC-TiC ZrC-TiC v键型键型为金属

37、键和共价键的混合。为金属键和共价键的混合。v化学式：化学式：M4XM4X（fccfcc） M2X(hcp) MX(fcc) MX2(fcc,bcc,M2X(hcp) MX(fcc) MX2(fcc,bcc,简单立方简单立方) )。间隙相的化学式与晶格类型有一定的对应关系。间隙相的化学式与晶格类型有一定的对应关系。表表5-45-4（P118P118） v间隙相具有间隙相具有金属特性金属特性如有金属光泽、良好的导电性、极高的如有金属光泽、良好的导电性、极高的硬度和熔点硬度和熔点, ,是合金工具钢、硬质合金和高温金属陶瓷材料的是合金工具钢、硬质合金和高温金属陶瓷材料的重要组成相。某些化合物具有超导性

38、，如重要组成相。某些化合物具有超导性，如NbCNbC0.30.3N N0.70.7。 b.间隙化合物 间隙化合物的晶体结构比较复杂。间隙化合物的晶体结构比较复杂。其表达式有如下类型：其表达式有如下类型：M M3 3C(C(正交晶系正交晶系) )、M M7 7C C3 3（简（简单六方）、单六方）、M M2323C C6 6（复杂立方）、（复杂立方）、M M6 6C C。间隙化合。间隙化合物中金属元素物中金属元素M M常被其它金属元素所代替形成化常被其它金属元素所代替形成化合物为基的固溶体（二次固溶体）。合物为基的固溶体（二次固溶体）。 如合金渗碳体如合金渗碳体(Fe,Mn(Fe,Mn）3 3C

39、, C, (Fe,Cr(Fe,Cr）3 3C,C,；合金；合金碳化物（碳化物（Cr,FeCr,Fe）7 7C C3 3. . 过渡金属过渡金属硼化物和磷化物可通过快冷而成为可通过快冷而成为非晶态，其力学和电学性能类似于钢。其力学和电学性能类似于钢。 硼原子半径硼原子半径rB/rm0.59rB/rm0.59较大较大, rB/rm0.59, rB/rm0.59，硼化，硼化物均为间隙化合物；而碳原子半径处于中间物均为间隙化合物；而碳原子半径处于中间, ,某某些碳化物为间隙相些碳化物为间隙相, ,某些为间隙化合物。某些为间隙化合物。 v间隙化合物的熔点、硬度较高，也是强化相。间隙化合物的熔点、硬度较高

40、，也是强化相。 （2 2）TCPTCP相：相： 分类：分类： Lavs相和相和相相 ： 拓朴密堆结构：拓朴密堆结构：组元间原子尺寸之差处于间隙化合物和电组元间原子尺寸之差处于间隙化合物和电子化合物之间时，借大小原子的配合形成存在四面体空子化合物之间时，借大小原子的配合形成存在四面体空隙的密排结构，配位数可达成隙的密排结构，配位数可达成12，14，15，16，这种结，这种结构称为拓朴密堆结构。构称为拓朴密堆结构。 拓朴密排相：拓朴密排相：合金中由两种大小不同的原子所构成的具有合金中由两种大小不同的原子所构成的具有高致密度和向配位数的中间相。高致密度和向配位数的中间相。Lavs相相 : AB2型型

41、 其中其中A原子半径大，原子半径大，B原子半径小，原子半径小，ra/rB=1.225。Lavs相晶体结构类型：相晶体结构类型：MgCu2,MgZn2,MgNi2. Lavs相是镁合金中重要的强化相，在其它合金系中也相是镁合金中重要的强化相，在其它合金系中也出现出现Lavs相，由于其常以针状分布在固溶体基体上，因相，由于其常以针状分布在固溶体基体上，因此当其数量较多时会降低合金和性能，如此当其数量较多时会降低合金和性能，如MoFe2是马氏体是马氏体时效钢的强化相时效钢的强化相,TCPTCP相（相（topologically topologically close-packed phaseclos

42、e-packed phase）的特点：的特点：由配位数为由配位数为1212、1414、1515、1616的配位多面体堆的配位多面体堆垛而成；垛而成；呈层状结构。呈层状结构。密排密排: :最邻近的同类原最邻近的同类原子是相接触的子是相接触的, ,但异类原但异类原子是并接触子是并接触, , ra/rB=1.225. .MgCu2,型结构：型结构：立方晶系，立方晶系，Mg位置与金刚石结构相同，位置与金刚石结构相同，Cu处于四面体顶点上。处于四面体顶点上。 MgZn2,MgNi2属于六方晶系属于六方晶系.LavasLavas相中相中B B原子分布和四面体堆垛方式原子分布和四面体堆垛方式a)MgCu2; b) MgZn2 ; c) MgNi2MgCu2,MgZn2,MgNi2结构结构共同之处：较小的共同之处：