《材料科学基础》课件第1章-材料的结构

物质(substance）气态（gasstate）液态（liquidstate）固态（solidstate）晶体（crystal）非晶体（amorphoussolid）第1章材料的结构1.2晶体学基础知识1.3材料的晶体结构1.1材料的结合方式1不同材料具有不同的性能，同一材料，经过不同的加工工艺后也会有不同的性能。◆结构的含义：

原子结构

原子间结合键

材料中原子的排列方式

晶体材料中的显微结构

原因：材料内部结构不同。第1章材料的结构2第1章材料的结构31.1材料的结合方式当两个或多个原子形成分子或固体时，它们是依靠什么样的结合力聚集在一起？这就是原子间的键合问题。结合键化学键（主价键）结合力强物理键（次价键）结合力较弱金属键离子键共价键范氏键（范德瓦尔键）氢键第1章材料的结构41.1.1化学键定义：组成物质的质点（原子、分子、离子）间的相互作用力。由于质点的相互作用力不同，形成了不同类型的化学键。

分类：◆一次键：是通过外层轨道电子的转移或共享，在相邻原子间形成的强键：共价键、离子键、金属键◆二次键：在原子和分子之间，由诱导或永久电偶极子相互作用而产生的一种键。分子键1.1材料的结合方式51.共价键两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。（1）形成元素周期表中的ⅣA、ⅤA、ⅥA族大多数元素或电负性不大的原子相互结合时，原子间不产生电子的转移，此时借共用电子对所产生的力结合，形成共价键。如：金刚石；单质硅，SiC，H2、O2、F2、碳-氢化合物等。1.1材料的结合方式1.1.1化学键6（2）特性方向性，饱和性，结合力很大。

ⅣA、ⅤA、ⅥA族元素得失电子都较困难，相邻原子间通过共用电子对来实现稳定的电子结构。共价键键合的基本特点是核外电子云达到最大的重叠，形成“共用电子对”，且配位数较小。有方向性和饱和性。

共价键结合的SiO2蓝色圆圈代表Si的价电子红色圆圈代表O的价电子由共价键方向性特点决定了SiO2为四面体晶体结构1.1材料的结合方式1.1.1化学键7（3）具有共价键物质的特性共价键的结合极为牢固，共价晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。共价形成的材料一般是绝缘体，其导电性能差。1.1材料的结合方式1.1.1化学键82.离子键当两种电负性相差大的原子(如碱金属元素与卤族元素的原子)相互靠近时，其中电负性小的原子失去电子，成为正离子，电负性大的原子获得电子成为负离子，两种离子靠静电引力结合在一起形成离子键。（1）形成正负离子依靠它们之间的静电引力结合在一起，称为离子键。如：NaCl、MgO等大多数盐类、碱类和金属氧化物。1.1材料的结合方式1.1.1化学键9Na与Cl形成离子键1.1材料的结合方式1.1.1化学键10◆常温下，电绝缘体；在高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，即呈现离子导电性。◆离子键没有方向性、无饱和性。

（2）离子键的特点1.1材料的结合方式1.1.1化学键11离子晶体的硬度高、强度大、热膨胀系数小，但脆性大。离子晶体具有很好的绝缘性。因不吸收可见光，典型的离子晶体是无色透明的。

（2）具有离子键物质的特性1.1材料的结合方式1.1.1化学键123.金属键由金属正离子和自由电子之间互相作用而结合称为金属键。（1）形成

金属原子结构的特点是外层电子少，原子容易失去其价电子而成为正离子。当金属原子相互结合时，金属原子的外层电子（价电子）就脱离原子，成为自由电子，为整个金属原子所共有。这些公有化的自由电子在正离子之间自由运动形成所谓电子气（或电子云）。这种由金属正离子与电子气之间相互作用而结合的方式称为金属键。1.1材料的结合方式1.1.1化学键13（2）金属键的特点金属键无方向性，金属键无饱和性，具有高对称性。金属键示意图（黄色代表金属原子，白色代表自由电子）金属键的基本特点是电子的共有化。每个原子有可能同更多的原子相结合，并趋于形成低能量的密堆结构。当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时，不至于使金属键破坏，这就使金属具有良好延展性。

1.1材料的结合方式1.1.1化学键14

良好的延展性

良好的导电性

具有正的电阻温度系数

导热性好

金属不透明、具有金属光泽（自由电子可吸收可见光的能量）（3）金属键型晶体的特征1.1材料的结合方式1.1.1化学键154.范德瓦尔键(范德华键）（分子键）（1）形成有些物质的分子具有极性，其中分子的一部分带有正电荷，而分子的另一部分带有负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间，以微弱静电引力相引，使之结合在一起称为范德华键（或分子键）。（2）特性结合力较弱（3）具有共价键物质的特性硬度低、沸点低，绝缘性。1.1材料的结合方式1.1.1化学键165.氢键

是一种特殊的分子间作用力。它是由氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子（Ｏ，Ｆ，Ｎ等）相结合而产生的具有比一般次价键大的键力，具有饱和性和方向性。

氢键在高分子材料中特别重要。1.1材料的结合方式1.1.1化学键17类型作用力来源键合强弱形成晶体的特点共价键相邻原子价电子各处于相反的自旋状态，原子核间的库仑引力最强有方向性键、低配位数、高熔点、高强度、高硬度、即使在熔态也不导电离子键原子得、失电子后形成负、正离子，正负离子间的库仑引力强无方向性键、高配位数、高熔点、高强度、高硬度、固态不导电、熔态离子导电金属键自由电子气与正离子实之间的库仑引力较强无方向性键、配位数高、塑性较好、有光泽、好的导热、导电性分子键原子间瞬时电偶极矩的感应作用最弱无方向性键、结构密堆、熔点低、绝缘1.1材料的结合方式1.1.1化学键181.1.2工程材料的键性实际上使用的工程材料，有的是单纯的一种键，更多的是几种键的结合。如果以四种键为顶点作一个四面体，就可以把材料的结合键范围示意地表示在这个四面体上，具体材料地键特性见图。1.1材料的结合方式19●金属材料：是以金属键结合为主的材料，具有好的导电、导热、延展性和金属光泽，是应用最广泛的工程材料。●陶瓷材料：是以共价键和离子键结合为主的材料，性能特点是熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大。●高分子材料：是以范德瓦尔键结合为主的材料，主要包括塑料、橡胶及合成纤维等，在机械、电气、纺织、汽车、飞机等许多工业中被广泛应用。■材料的键性不同，表现出不同的特性。1.1材料的结合方式1.1.2工程材料的键性20材料键的类型结合能kJ/mol熔点℃MgO离子键10002800NaCl离子键640800C共价键713>3500SiC共价键12302600Al金属键324660Cu金属键3391083Fe金属键4061538

表：物质的键能与熔融温度1.1材料的结合方式1.1.2工程材料的键性211.2晶体学基础1.2.1晶体与非晶体材料中原子的排列(a)无序排列(b，c)短程有序排列(d)长程有序排列第1章材料的结构22▲晶体——物质的质点（分子、原子或离子）在三维空间作有规则的、周期性的重复排列所形成的物质。■晶体具有长程有序排列结构，如金属材料▲非晶体——在整体上是无序的，但原子间也靠结合键结合在一起，具有短程有序排列结构的物质。1.2晶体学基础1.2.1晶体与非晶体23原子排列在决定固态材料的组织和性能中起着极重要的作用。金属、陶瓷和高分子的一系列特性都和其原子的排列密切相关。1.2晶体学基础1.2.1晶体与非晶体24一种物质是否以晶体或以非晶体形式出现，还需视外部环境条件和加工制备方法而定，晶态与非晶态往往是可以互相转化的。

◆晶体与非晶体区别：

(a)是否具有周期性、对称性；

(b)是否有确定的熔点；

(c)是否各向异性；

单晶体的各向异性1.2晶体学基础1.2.1晶体与非晶体25为了便于分析研究晶体中原子或分子的排列情况，可把它们抽象为规则排列于空间的无数个几何点，这些点子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，但各个点子的周围环境必须相同，这种点的空间排列称为空间点阵。1.空间点阵1.2.2空间点阵和晶胞将理想晶体抽象为无数相同的质点（原子等的中心），其在空间的排列称为空间点阵，简称点阵。◆阵点：点阵中的单个质点。

特征：每个阵点在空间分布必须具有完全相同的周围环境。1.2晶体学基础26将点阵用一系列平行的直线连接起来，构成的空间格架。2.晶格3.晶胞从晶格中选取一个能完全反映晶格特征的基本单元作为点阵的组成单元，这种最小的几何单元称晶胞。空间点阵晶胞1.2晶体学基础1.2.2空间点阵和晶胞271.2晶体学基础1.2.2空间点阵和晶胞28◆选取晶胞的原则：

①应反映出点阵的高度对称性；②棱和角相等的数目最多；③棱边夹角为直角时，直角数目最多；④晶胞体积最小。1.2晶体学基础1.2.2空间点阵和晶胞294.晶格（点阵）参数◆描述晶胞的六个参数：

晶格常数a、b、c

晶轴间角

、

、

图1.8晶胞、晶轴及点阵参数●简单晶胞（初级晶胞）：只有在平行六面体每个顶角上有一阵点。●复杂晶胞：除在顶角外，在体心、面心或底心上有阵点。1.2晶体学基础1.2.2空间点阵和晶胞305.七个晶系与十四种Bravis点阵根据6个点阵参数间的相互关系，可将全部空间点阵归属于7种类型，即7个晶系。按照"每个阵点的周围环境相同"的要求，布拉菲（BravaisA．）用数学方法推导出能够反映空间点阵全部特征的六面体只有14种，这14种空间点阵也称布拉菲点阵。七个晶系与十四种布拉菲点阵见表1.21.2晶体学基础1.2.2空间点阵和晶胞31P—不带心；C—底心；I—体心；F—面心32（一）三斜

a≠b≠c

≠β≠

≠90°⑴简单三斜（二）单斜

a≠b≠c

=

=90°≠

⑶底心单斜⑵简单单斜1.2晶体学基础1.2.2空间点阵和晶胞图1.8晶胞、晶轴及点阵参数33（三）正交

a≠b≠c

；

=β=γ=90°⑸底心正交⑷简单正交⑺面心正交⑹体心正交1.2晶体学基础1.2.2空间点阵和晶胞34（四）四方

a=b≠c

=β=γ=90°⑻简单四方⑼体心四方⑽简单菱方（五）菱方

a=b=c

=β=γ≠90°1.2晶体学基础1.2.2空间点阵和晶胞35⑾简单六方（六）六方

a=b≠c

=β=90°，γ=120°⑿简单立方⒀体心立方⒁面心立方（七）立方a=b=c；

=β=γ=90°1.2晶体学基础1.2.2空间点阵和晶胞366.空间点阵与晶体结构空间点阵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，它只能有14种。晶体结构晶体结构是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列结构，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。1.2晶体学基础1.2.2空间点阵和晶胞37

晶体结构差异很大，而空间点阵可能相同。

1.9

晶体结构相似，而空间点阵不同。1.2晶体学基础1.2.2空间点阵和晶胞381.晶体：物质的质点（分子、原子或离子）在三维空间呈规则的周期性重复排列的物质。2.空间点阵：把质点看成空间的几何点，点所形成的空间阵列。3.晶格：用假想的空间直线，把这些点连接起来，所构成的三维空间格架。4.晶胞：从晶格中取出具有代表性的最小几何单元。5.晶格参数：描述晶胞的六个参数a、b、c、、、小结

1.2晶体学基础1.2.2空间点阵和晶胞391.2.3晶向指数与晶面指数1.2晶体学基础晶向——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。晶面——晶体结构中有一系列原子所构成的平面。材料的许多性质和行为（如各种物理性质、力学行为、结晶、塑性变形、相变、X光和电子衍射特性等）都和晶面、晶向有密切的关系。晶向指数和晶面指数是分别表示晶向和晶面的符号，国际上用Ｍiller（密勒）指数来统一标定。401.晶向指数◆晶向指数的确定步骤如下：①以晶胞的某一阵点O为原点，过原点O的晶轴为坐标轴x,y,z,以晶胞点阵矢量的长度作为坐标轴的长度单位。②过原点O作一直线OP，使其平行于待定晶向。③在直线OP上选取距原点O最近的一个阵点P，确定P点的3个坐标值。④将这3个坐标值化为最小整数u，v，w，加以方括号，[uvw]即为待定晶向的晶向指数。1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数41

例：

1）求AB晶向指数。定坐标如图，作OP∥AB，求P点坐标为1，1，0AB晶向指数为[110]。

2）求OB晶向指数。求B点坐标为1，1，1OB晶向指数为[111]。[110][111]1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数42◆如某一数为负值，则将负号标注在该数字上方。

P（1，0，-1）P′（1，-1，0）1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数43图1.10中标出的各晶向及其指数就是用以上方法得出的。注意：不过所取坐标原点的晶相指数的确定！1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数441.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数◆晶向指数还有如下规律：（1）某一晶向指数代表一组在空间相互平行且方向一致的所有晶向。（2）若晶向所指的方向相反，则晶向数字相同符号相反。（3）有些晶向在空间位向不同，但晶向原子排列相同，这些晶向可归为一个晶向族，用〈ｕｖｗ〉表示。如〈111〉晶向族包括：[111]、[111]、[111]、[111]、[111]、[111]、[111]、[111]；

〈100〉晶向族包括[100]、[010]、[001]、[100]、[010]、[001]。（4）同一晶向族中晶向上原子排列因位对称关系而等同。452.晶面指数

◆晶面指数(hkl)确定步骤：1、建立坐标系2、求截距3、取截距的倒数4、将三个倒数化为互质的整数比，并加上圆括号，记为（hkl)，即表示该晶面的晶面指数，出现负号标注在数字上方。坐标原点设在待求晶面以外。求晶面在三个轴上的截距。如晶面与轴平行，截距取无穷大。1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数46例：确定图示的晶面指数。解：待标晶面在a，b，c轴上的截距分别为a/2,2b/3,c/2。取倒数后为2,3/2,2。化成互质整数为4,3,4三个数。于是该面的密勒指数为（434）。1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数47解：定坐标如图

ABCD面ABE面截距：1，1，∞1，1，1/2倒数：1，1，01，1，2指数：（110）（112）（110）（112）例：确定图示的ABCD面和ABE面晶面指数。1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数48■立方系常用晶面指数1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数49

几点说明：◆一个晶面指数代表着相互平行的所有晶面；◆若晶体中两晶面相互平行，则晶面指数的数字相同，或数字相同而正负号相反；◆晶面族{uvw}：晶体中原子排列相同，晶面间距相同，但空间的位向不同的一组晶面。如{100}包括（100）、（010）、（001）。◆在立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面互相垂直。如：[111]⊥（111）、[110]⊥（110）、[100]⊥（100）。1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数50在晶体中，有些晶面原子排列情况相同，面间距也相等，只是空间位向不同，属于同一晶面族用{hkl}

表示。原子排列情况相同，只是空间位向不同的所有晶向，属于同一晶向族用<uvw>表示。3.晶面族与晶向族

■在立方系中，有三个典型的晶面族，分别为：

{100}:

{110}:{111}:共3个等价面。共6个等价面。共4个等价面。1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数51{110}晶面族1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数52从以上各例可以看出，立方晶系的等价晶面具有“类似的指数”，即指数的数字相同，只是符号（正负号）和排列次序不同。只要根据两个（或多个）晶面的指数，就能判断它们是否为等价晶面。另一方面，给出一个晶面族符号{hkl}，也很容易写出它所包括的全部等价晶面。

对于非立方晶系，由于对称性改变，晶面族所包括的晶面数目就不一样。例如正交晶系，晶面(100)，(010)和(001)并不是等同晶面，不能以{100}族来包括。1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数53与晶面族类似，晶体中因对称关系而等同的各组晶向可归并为一个晶向族，用<uvw>表示。仿照上例，同学们可以写出在立方晶系中的<100>，<110>，<111>等晶向族所包括的等价晶向。以后，在讨论晶体的性质(或行为)时，若遇到晶面族或晶向族符号，那就表示该性质（或行为）对于该晶面族中的任一晶面或该晶向族中的任一晶向都同样成立，因而没有必要区分具体的晶面或晶向。另外，在立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面必定是相垂直的，即[uvw]⊥(hkl)。

若晶面与晶向垂直，则u=h,k=v,w=l;

若晶面与晶向同面，则hu+kv+lw=0。1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数54已知图形，会求指数；已知指数，会画图形。如：已知（123）晶面和[123]晶向，画其图形。小结(123)[123]1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数554.六方系晶面及晶向指数标定六方晶系的晶向指数和晶面指数同样可以应用上述方法标定，这时取a1，a2，c为晶轴，而a1轴与a2轴的夹角为120°，c

轴与a1，a2轴相垂直。这种方法标定的晶面指数和晶向指数，不能完全显示六方晶系的对称性。为了更好地表达其对称性，根据六方晶系的对称特点，六方晶系采用a1，a2，a3及c

四个晶轴，a1，a2，a3之间的夹角均为120°，这样，其晶面指数就以(hkil）四个指数来表示。（密勒-布拉维指数）

ca2a1a31.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数56根据几何学可知，三维空间独立的坐标轴最多不超过三个。(hkil）四个指数前三个指数中只有两个是独立的，它们之间存在以下关系：i＝－(h+k)

。

采用4轴坐标时，晶向指数的确定原则仍同前述，晶向指数可用[uvtw]来表示，这里u+v=-t。◆六方晶系晶面指数确定

①按三轴坐标系先确定晶面指数（hkl）②四轴晶面指数（hkil），其中i=-（h+k）（0001）如右图，确定A、B面的晶面指数？1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数（1121）57◆

六方晶系晶向指数确定

①

按三轴坐标系先确定晶向指数[UVW]

②

四轴晶向指数[uvtw]

其中[100]→[2110][010]→[1210][110]→[1120]1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数58

六方晶系按两种晶轴系所得的晶面指数和晶向指数可相互转换。三指数系统四指数系统（hkl）（hkil）

[UVW][uvtw]

1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数59■六方系常用晶面与晶向:1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数605.晶带晶带：由与某一晶向直线平行及所有相交于该晶向直线（线接触而非点接触）的所有晶面构成的集合。该直线称为该晶体带轴。晶带定理：在立方晶系中，若晶面（hkl）的晶带轴是[uvw]，则必有

hu+kv+lw=0反之亦然。即凡满足此关系的晶面都属于以[uvw]为晶带轴的晶带。1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数61■

推论：①已知某晶带中任意两个晶面（h1k1l1）和（h2k2l2）,则可通过下式求出该晶带的晶带轴[uvw]

u=k1l2-k2l1

v=l1h2-l2h1w=h1k2-h2k1②已知某晶面同属于两个晶带[u1v1w1]和[u2v2w2]，可通过下式求出该晶面的晶面指数（hkl）

h=v1w2-v2w1k=w1u2-w2u1l=u1v2-u2v11.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数62例如：（110）与（111）其交线为?[110]作图说明：1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数63◆通过晶带定理可以：

①求两不平行的晶面（h1k1l1）和（h2k2l2）的晶带轴。

②求两个不平行的晶向[u1v1w1]和[u2v2w2]所决定的晶面。

③判断某一晶向是否在某个晶面上。

④判断几个晶面是否属于同一晶带。6．晶面间距晶面间距：晶面指数为（hkl）的晶面相邻两个晶面之间距离，用dhkl表示。1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数64

晶面族不同，其晶面间距也不同。通常低指数晶面的面间距较大，高指数晶面的面间距较小；原子密集程度越大，面间距越大。可用数学方法求出晶面间距：对复杂点阵(体心立方，面心立方等)，要考虑晶面层数的增加。体心立方(001)面之间还有一同类的晶面（002），因此间距减半。1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数651.2.4晶体的极射赤面投影（自学）1.2晶体学基础1.2.3晶向指数与晶面指数661.3材料的晶体结构

材料的晶体结构类型主要取决于结合键的类型及强弱。金属键无方向性，因此金属大多趋于紧密、高对称性的简单排列。共价键与离子键材料为适应键、离子尺寸差别和价引起的限制，往往具有较复杂的结构。1.3.1典型金属的晶体结构已发现的化学元素有105种，其中83种是金属元素。工业上使用的金属也有三四十种，除少数具有复杂的晶体结构外，大多数具有比较简单的、高对称性的晶体结构。最常见的金属的晶体结构有体心立方(bcc)、面心立方(fcc)结构和密排六方(hcp)结构。第1章材料的结构67◆体心立方（body-centeredcubic，bcc）如：

-Fe、-Ti、Cr、W、Mo、V、Nb

等三十余种。1.3.1典型金属的晶体结构68◆面心立方：

(facecenteredcubiclattice，fcc)如：

-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag等二十余种。1.3.1典型金属的晶体结构69◆密排六方晶格：

(hexagonalclosepacked，hcp)如：

Mg、

-Ti、

C（石墨）、Zn、Be等。1.3.1典型金属的晶体结构701.晶胞原子数（n）晶胞中的原子数（n），是指由晶胞自己所独有的原子数量。根据图1.18-1.19，可以得出：

体心立方

n=8×1/8+1=2

面心立方

n=8×1/8+6×1/2=4

密排六方

n=12×1/6+2×1/2+3=61.3.1典型金属的晶体结构712.原子半径

目前尚不能从理论上精确计算出原子半径。在研究晶体结构时，假设相同的原子是等径刚球，最密排方向上原子彼此相切，两球心距离之半便是原子半径。■体心立方晶格密排面及密排方向密排面{110}密排方向<111>1.3.1典型金属的晶体结构72■面心立方密排面及密排方向密排面：{111}密排方向：<110>1.3.1典型金属的晶体结构2.原子半径73■密排六方晶格密排面及密排方向密排面{0001}密排方向<1120>1.3.1典型金属的晶体结构2.原子半径74体心立方面心立方密排六方1.3.1典型金属的晶体结构2.原子半径753.配位数与致密度通常用配位数和致密度，定量表示晶胞中原子排列紧密程度。◆

致密度（K）：晶胞中原子所占的体积分数，式中，n为晶胞原子数，v原子体积，V晶胞体积。1.3.1典型金属的晶体结构◆

配位数（coordinationnumber，CN）：晶体结构中任一原子周围最近且等距离的原子数。76体心立方配位数为8;

致密度:面心立方配位数为12;

致密度:1.3.1典型金属的晶体结构3.配位数与致密度77◆密排六方配位数为12;

致密度:1.3.1典型金属的晶体结构3.配位数与致密度780.74126密排六方0.74124面心立方0.6882体心立方致密度配位数原子数原子半径小结1.3.1典型金属的晶体结构3.配位数与致密度79◆体心立方原子位置：立方体的八个顶角和体心。

体心立方晶格中密排面为{110}，密排方向为<111>80◆面心立方原子位置：立方体的八个顶角和每个侧面中心。

在面心立方晶格中密排面为{111}，密排方向为<110>81◆密堆六方原子位置:12个顶角、上下底心和体内3处。

在密堆六方晶格中密排面为{0001}，密排方向为<1120>。824.晶体中原子的堆垛方式

面心立方和密排六方结构的致密度均为0.74，是纯金属中最密集的结构。面心立方与密排六方虽然晶体结构不同，但配位数与致密度却相同，为搞清其原因，必须研究晶体中原子的堆垛方式。面心立方与密排六方的最密排面原子排列情况完全相同，但堆垛方式不一样。1.3.1典型金属的晶体结构83AAAAAAAAAAAAAAAAAAA

fcc与hcp的最密排面{111}与{0001}原子排列情况完全相同，记为A层，如下图所示。A层原子排列出现▼、▲两种凹坑。

第二层原子排列也相同，如出现在第一层原子形成的▼凹坑处，记为B层。■面心立方与密排六方堆垛的差异▼▲B1.3.1典型金属的晶体结构4.晶体中原子的堆垛方式84B层原子排同样形成▼、▲两种凹坑。如果第三层原子排列在B层原子的▲凹坑位置，则形成fcc晶体结构；第三层原子位置与第一层A层原子不重合记为C层，因此fcc结构的原子堆垛顺序为ABCABC……。AAAAAAAAAAAAAAAAAAABC如果第三层原子排列在B层原子的▼凹坑位置，则形成hcp晶体结构；第三层原子位置与第一层A层原子重合，仍记为A层，因此hcp结构的原子堆垛顺序为ABAB……（如下页示意图）。1.3.1典型金属的晶体结构4.晶体中原子的堆垛方式85显然，这种堆垛顺序的差别不影响原子排列的紧密程度，故两者都是最紧密排列。AAAAAAAAAAAAAAAAAAABCAAAAAAAAAAAAAAAAAAABAABAB……ABCABC……1.3.1典型金属的晶体结构4.晶体中原子的堆垛方式86

FCC的密排面为（111）其堆垛方式是ABCABC…1.3.1典型金属的晶体结构4.晶体中原子的堆垛方式87123456

HCP的密排面为（0001）其堆垛方式是ABAB…1.3.1典型金属的晶体结构4.晶体中原子的堆垛方式88ABAABCA1.3.1典型金属的晶体结构4.晶体中原子的堆垛方式89

体心立方晶体结构的堆垛顺序:

（a）非紧密堆积层

（b）紧密堆积层1.3.1典型金属的晶体结构4.晶体中原子的堆垛方式905.晶体结构中的间隙原子以刚性球堆砌时，球与球之间存在许多间隙。金属的三种典型晶体结构的间隙，如图1.25-图1.27所示。

原子排列后存在间隙，即为晶体结构的间隙。

八面体间隙位于晶胞中每个面的中心和每个棱的中心。

四面体间隙由两个体心原子和两个顶角原子所围成。（1）体心立方晶格间隙1.3.1典型金属的晶体结构91■

四面体间隙的数目:■

四面体间隙半径:体心立方晶格四面体间隙的棱边长度不全相等，为不对称的间隙。间隙半径为顶点原子至间隙中心的距离减去原子半径，原子中心到间隙中心的距离皆为

，所以间隙半径为：

体心立方四面体间隙1.3.1典型金属的晶体结构5.晶体结构中的间隙92体心立方八面体间隙■

八面体间隙的数目:●●1.3.1典型金属的晶体结构5.晶体结构中的间隙93■

八面体间隙半径:

体心立方八面体间隙间隙半径为顶点原子至间隙中心的距离减去原子半径，原子中心到间隙中心的距离皆为a/2，所以间隙半径为：在＜001＞晶向族。1.3.1典型金属的晶体结构5.晶体结构中的间隙94（2）面心立方晶格间隙

四面体间隙由一个顶点原子和三个面心原子围成。

八面体间隙位于晶胞体中心和每个棱边的中点，由6个面心原子所围成。1.3.1典型金属的晶体结构5.晶体结构中的间隙95■四面体间隙的数目：■四面体间隙半径面心立方晶格四面体间隙属于正四面体间隙，间隙半径为顶点原子至间隙中心的距离减去原子半径，原子中心到间隙中心的距离皆为，所以间隙半径为：面心立方四面体间隙1.3.1典型金属的晶体结构5.晶体结构中的间隙96■八面体间隙的数目■八面体间隙半径：

面心立方八面体间隙面心立方晶格八面体间隙属于正八面体间隙，间隙半径为顶点原子至间隙中心的距离减去原子半径，原子中心到间隙中心的距离皆为a/2，原子半径为，所以间隙半径为：1.3.1典型金属的晶体结构5.晶体结构中的间隙97图1.27密排六方结构的间隙（3）密排六方晶格间隙1.3.1典型金属的晶体结构5.晶体结构中的间隙密排六方晶格间隙的八面体和四面体的形状与面心立方结构完全相似，大小一致。只是间隙中心在晶胞中的位置不同。98相邻3原子与邻面1原子之间。■四面体间隙■四面体间隙的数目：3×22当c/a=1.633时，rB/rA=0.2251.3.1典型金属的晶体结构5.晶体结构中的间隙991.3.1典型金属的晶体结构5.晶体结构中的间隙100■八面体间隙八面体间隙位于相邻的两个{0001}之间。图示八面体中心坐标为2/3,1/3,3/4。胞内间隙6个。

rB/rA=0.4141.3.1典型金属的晶体结构5.晶体结构中的间隙101hcp6126正八面体正四面体0.4140.22512fcc448正八面体正四面体0.4140.22512晶体结构bcc原子数间隙类型晶胞内间隙数间隙数与原子数比原子半径

rA间隙半径

rBrB

/rA2126扁八面体四面体0.1550.29136三种典型金属结构中的间隙

1.3.1典型金属的晶体结构5.晶体结构中的间隙102按计算晶胞原子数的方法计算出晶胞包含的间隙数目，得出晶胞原子数与间隙数之比。通过几何方法，可算出各种间隙的间隙半径rB，得出间隙半径与原子半径rA之比rB/rA

，用以表示间隙的大小。

晶胞原子数与间隙数之比,以及rB/rA

之比的计算结果见表1.3由表1.3可知面心立方八面体间隙比体心立方中间隙半径较大的四面体间隙半径还大，因此面心立方结构的γ-Fe的溶碳量大大超过体心立结构的

-Fe。1.3.1典型金属的晶体结构5.晶体结构中的间隙103

fcc和hcp都是密排结构，而bcc则是比较“开放”的结构，因为它的间隙较多。因此，碳、氮、氢、氧、硼等原子半径较小的元素（即间隙原子）在bcc金属中的扩散速率往往比在fcc及hcp金属中高得多。

fcc和hcp金属中的八面体间隙大于四面体间隙，故这些金属中的间隙原子往往位于八面体间隙中。

fcc和hcp中的八面体间隙远大于bcc中的八面体或四面体间隙，因而间隙原子在fcc和hcp中的固解度往往比在bcc中大得多。■几点说明:1.3.1典型金属的晶体结构5.晶体结构中的间隙104

在bcc晶体中，四面体间隙大于八面体间隙，因而间隙原子应占据四面体间隙位置。但另一方面，由于bcc的八面体间隙是不对称的，即使上述间隙原子占据八面体间隙位置，也只引起距间隙中心为的两个原子显著地偏离平衡位置。因此，在有些bcc金属中，间隙原子占据四面体间隙位置（如碳在钼中），在另一些bcc晶体中，间隙原子占据八面体间隙位置（如碳在-铁中）。

fcc和hcp晶体中的八面体间隙大小彼此相等，四面体间隙大小也相等，其原因在于这两种晶体的原子堆垛方式非常相像。1.3.1典型金属的晶体结构5.晶体结构中的间隙105

6.多晶型性（1）概念：某些固态金属在不同的温度和压力下具有不同的晶体结构转变产物为同素异构体

（2）实例：

T<912℃bcc

-Fe纯铁

912℃<T<1394℃fcc

-FeT>1394℃bccδ-Fe（3）特点：①同素异构转变；②转变过程中有体积突变。（4）意义：

热处理的工艺基础—通过改变结构而改变性能。1.3.1典型金属的晶体结构106

7.结合力与结合能固体中原子是依据结合键力结合起来的。结合力是怎样产生的呢?下面以最简单的双原子模型来说明。不论是何种类型的结合键，固体原子间总存在两种力，一是吸引力，来源于异类电荷间的静电吸引；二是同种电荷之间的排斥力。●结合力1.3.1典型金属的晶体结构107包括：正离子与周围自由电子之间的吸引力；正离子与正离子以及电子与电子之间的排斥力。如图所示。吸引力与排斥力的代数和就是结合力。

从图中可知：

当d=d0时，吸引力=排斥力，结合力=0，d0即相当于原子的平衡位置；这一距离、相当于原子的平衡距离，或称原子间距。

当d＜d0时，排斥力＞吸引力，原子之间相互排斥，使Ｂ原子回到d0位置；

当d＞d0时，吸引力＞排斥力，原子之间相互吸引，使Ｂ原子回到d0位置；1.3.1典型金属的晶体结构

7.结合力与结合能108●结合能

结合能：吸引能与排斥能的代数和，如图。

从图中可知；当d=d0时，其结合能最低，故任何对平衡位置的偏离，都使原子的势能增加，从而使之恢复到平衡位置。表明征该距离下体系处于稳定状态。

EAB：原子间的结合能或键能。原子间最大结合力不在平衡位置，而在dc位置，此最大结合力对应着金属的理论抗拉强度。1.3.1典型金属的晶体结构

7.结合力与结合能109能量曲线可解释如下：当两个原子无限远时，原子间不发生作用，作用能可视为零。当距离在吸引力作用下靠近时，体系的位能逐渐下降、到达平衡距离时，位能最低。当原子距离进一步接近，就必须克服反向排斥力，使作用能重新升高。通常把平街距离下的作用能定义为原子的结合能EAB（E0）。推广出固态金属中的原子趋于规则排列的原因。1.3.1典型金属的晶体结构

7.结合力与结合能1101.3.2共价晶体的晶体结构1.3材料的晶体结构元素周期表中ⅣA，ⅤA，ⅥA族元素、许多无机非金属材料和聚合物都是共价键结合。共价晶体的共同特点是配位数等于8－N，N是族数或原子的价电子数。这是因为，为使外壳层填满必须形成8-N个共价键。◆特点： 配位数低（8-N），致密度低。■共价键类型有：

金刚石结构层状结构链状结构111

Si、Ge

、

Sn和C具有金刚石结构，配位数为4。金刚石结构属面心立方点阵，每阵点上有2个原子，每晶胞8个原子，如图1.28(a)，8个原子坐标（Z轴）如图1.28(b)。1.3.2共价晶体的晶体结构1121.3.2共价晶体的晶体结构113As，Sb，Bi为第VA族元素，具有菱形的层状结构，配位数为3，如图1.29。层内共价结合，层间带有金属键。因此这几种亚金属兼有金属与非金属的特性。1.3.2共价晶体的晶体结构114

Se，Te为VIA族元素，呈螺旋分布的链状结构，配位数为2。链本身为共价结合，链与链间为范德瓦尔键，如图1.30所示。

图1.30Te（碲）的晶体结构螺旋链结构示意图1.3.2共价晶体的晶体结构115①

金刚石晶体结构■实例C：ⅣA族，配位数4，共价晶体

点阵类型：面心立方点阵，C原子占据面心立方阵点位置和1/2的四面体间隙，晶胞原子数8。

键型：每个C原子与周围四个C碳原子形成共价键。

形成：自然界形成＋实验室合成

性质：金刚石是硬度最大的矿物，具有极好的导电性和半导体的性能。

与金刚石结构相同的有：硅、锗、灰锡、合成的立方氮化硼等1.3.2共价晶体的晶体结构116②石墨结构C：ⅣA族，配位数3，共价晶体

点阵类型：六方点阵，C原子组成层状排列。①层内C原子成六方环状排列，每个C原子与三个相邻的C原子形成共价键；②层与层之间由范德瓦尔斯键（分子键）结合。晶胞原子数8

。

性质：硬度低，熔点高，导电性好。石墨与金刚石属同素异构体。1.3.2共价晶体的晶体结构1171.3.3离子晶体的晶体结构1.3材料的晶体结构离子键化合物是通过离子键结合而成的，因此典型的离子化合物应该是强正电性元素（如金属）和强负电性元素（如O、S、卤族元素等）形成的化合物，如NaCl、CaO、ZnS等。离子键化合物的晶体结构必须确保电中性，而又能使不同尺寸的离子有效堆积在一起。离子半径比的大小，决定了配位数的多少，并显著影响着晶体结构。以离子键结合的晶体称为离子晶体。元素周期表中ⅠA、ⅡA族元素与ⅥA、ⅦA族元素组成的化合物大多数为离子晶体。118

在离子晶体中正、负离子间的平均距离为r0，等于球状正离子的半径r＋与球状负离子的半径r－之和。通常正离子因失去电子而离子半径较小，负离子因获得电子而半径较大。同一离子随价态、配位数不同，离子半径将发生变化。表1.4给出部分离子半径。1.3.3离子晶体的晶体结构119

离子晶体的配位数主要决定于正、负离子的半径比

r+/r－。表1.5给出了离子半径比与配位数的关系。1.3.3离子晶体的晶体结构120

典型离子化合物大都是重要的陶瓷材料，它的晶体结构主要有以下几种类型：AB型、AB2型、A2B3型、ABO3型及AB2O4型。

AB型主要有NaCl型结构、CsCl型结构、闪锌矿结构和纤锌矿结构；

AB2型主要有萤石(CaF2)型结构、金红石型结构；

A2B3型典型的为刚玉(α-Al2O3)；

ABO3型化合物的例子为钙钛矿型结构的化合物；

AB2O4型化合物中最重要的一种结构就是尖晶石结构。1.3.3离子晶体的晶体结构121图1.31给出了典型的离子晶体的晶体结构。（a）CsCl型结构：属简单立方点阵，包括CsCl

、CsBr。（b）NaCl型结构：属面心立方点阵，包NaCl、KCl、MgO和CaO等。

（c）闪锌矿结构：属面心立方点阵。包括ZnS，BeO，SiC[属金刚石结构--共价键]等。1.3.3离子晶体的晶体结构122

（d）荧石结构，即CaF2结构：属面心立方点阵。正离子配位数为8，负离子配位数为4。分子式为AX2，如CaF2，ZrO2，CeO2。若金属与非金属互换，则叫反荧石结构，如Li2O，Na2O，K2O等。

(e)纤锌矿结构：负离子占密排六方的结点位置，正离子占四面体间隙的1/2，如ZnS、ZnO等。离子晶体中，一般以离子半径较大的负离子堆积成骨架，可以是面心立方，密排六方，间单立方等，正离子按自身的大小位于相应的负离子的空隙中。其配位数由半径比决定。

1.3.3离子晶体的晶体结构1231.3.4合金（中）相（的晶体）结构1.3材料的晶体结构虽然纯金属在工业上获得了一定的应用，但由于纯金属的性能有一定的局限性，特别是强度等重要性能指标往往不能满足要求，因此它的应用范围也受到了限制。实际使用的金属材料绝大部分是合金，合金化后纯金属的性能得到大大的提高，合金化是提高纯金属性能的最主要的途径。◆合金：由两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其他方法组合而成，并具有金属特性的物质。

如黄铜是Cu、Zn合金，钢、铸铁是Fe、C合金。

124表工业纯Fe、Al、Cu合金化前后σb的变化1.3.4合金相结构125◆组元：组成合金的最基本的独立物质，一般是组成合金的元素，也可以是稳定化合物（有固定的熔点，熔点以下不分解）。组元间由于物理的和化学的相互作用，可形成各种“相”。◆相：合金中具有同一聚集状态，成分和性能均一，并以界面互相分开的组成部分。合金包括单相合金、两相合金和多相合金。合金中有多种相结构，但可将其分为两大类：固溶体和化合物。◆组织：在显微镜下所看到的相的分布形态。

Mg-32Al合金的显微组织1.3.4合金相结构1261.固溶体1.3.4合金相结构◆定义指溶质组元溶于溶剂晶格中，并保持溶剂组元晶格类型而形成的均匀固体。固溶体的成分可在一定范围内连续变化．随异类原子的溶入，将引起溶剂晶格常数的改变及晶格畸变，使合金性能发生变化。通常把随溶质原子的增加，而使固溶体强度、硬度升高，韧性、塑性下降的现象叫固溶强化。127◆固溶体的分类●按溶质原子在点阵中所占位置分为：置换固溶体：溶质原子置换溶剂点阵中部分溶剂原子。间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙中。置换固溶体间隙固溶体1.3.4合金相结构1.固溶体128●按溶质原子在溶剂原子中溶解度分类：有限固溶体：在一定条件下,溶质原子在溶剂中的溶解量有一个上限,超过这个限度就形成新相（——析出强化）。无限固溶体：溶质原子以任意比例溶入溶剂晶格中形成的固溶体。●按溶质原子在溶剂中的分布特点分类：无序固溶体：溶质原子在溶剂中任意分布,无规律性。有序固溶体：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。●按基体类型分类：一次固溶体：以纯金属为基形成的固溶体。二次固溶体：以化合物为基形成的固溶体。1.3.4合金相结构1.固溶体129◆固溶体的三个基本特征①保持着原溶剂的晶体结构

形成固溶体后点阵类型和溶剂的点阵类型相同。②有一定的成分范围

组元的含量可在一定范围内改变而不会导致固溶体点阵类型的改变。某组元在固溶体中的最大含量（或溶解度极限）便称为该组元在该固溶体中的固溶度。由于固溶体的成分范围是可变的，而且有一个溶解度极限，故通常固溶体不能用一个化学式来表示。③具有比较明显的金属性质

例如，具有一定的导电和导热性和一定的塑性等等。这表明，固溶体中的结合键主要是金属键。1.3.4合金相结构1.固溶体1301.3.4合金相结构1.固溶体（1）置换固溶体形成置换固溶体时，溶质原子置换了溶剂点阵中的一些溶剂原子。许多元素之间能形成置换固溶体，但溶解度（固溶度）差异甚大。形成无限固溶体时，两组元原子连续置换示意图如图1.32。131绝大多数金属元素之间都能形成置换固溶体，但是只有少部分金属元素之间，可以形成无限固溶体，即不同溶质元素在不同溶剂中的固溶度大小是不相同的。固溶度的大小，主要受以下一些因素的影响：①组元的晶体结构类型②原子尺寸因素③电负性因素（化学亲和力）④电子浓度因素1.3.4合金相结构1.固溶体132◆置换固溶体固溶度的影响因素：

①组元的晶体结构类型晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件。溶质与溶剂晶格相同则固溶度较大，反之较小。②原子尺寸因素原子半径相对差△

=(rA-rB)/rA对固溶体的固溶度起重要影响。△>15%时，固溶度小；△<15%时，尺寸因素成为次要因素，固溶度由其他因素确定[著名的15%定律]。

[例如Fe基固溶体，△<8%且其它因素也较好地满足条件时，才能形成无限固溶体；Cu基合金△≤15%。]1.3.4合金相结构1.固溶体133置换固溶体大小溶质原子引起的点阵畸变

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。1.3.4合金相结构1.固溶体134135元素的原子直径（虚线表示与铁的原子直径相差15%的上下限）

1.3.4合金相结构1.固溶体136元素原子在化合物中将电子引向自己一方的能力，称为电负性。电负性相差越大，化学亲合力越强，易于形成化合物且也越稳定。电负性相差越小，越易形成固溶体，所形成的固溶体的固溶度也越大。③电负性因素（化学亲和力）

可由化合物稳定性，大致判定固溶度的大小。Mg2Pb熔点550℃，稳定性低，故铅在镁中的固溶度最大；Mg2Si熔点1102℃，稳定性高，硅在镁中固溶度很小；Mg2Sn熔点778℃，稳定性居中，固溶度也居中。电负性大小看其在周期表中的位置：同一周期的元素，电负性随原子序数↑而↑；同一族的元素，电负性随原子序数↑而↓。所以，元素在周期表中相距越远，电负性相差↑，越不利于形成固溶体，固溶度↓。1.3.4合金相结构1.固溶体1371.3.4合金相结构1.固溶体138④电子浓度因素在研究铜、银、金与大于一价的一些元素形成合金时发现，在尺寸因素有利时，溶质原子的价越高，固溶度越小。若以电子浓度表示固溶度，其规律几乎一致，如图1.34。电子浓度定义为合金中价电子数目与原子数目的比值。1.3.4合金相结构1.固溶体139对CuZn3

，C电=(1+2×3)/(1+3)=7/4=1.75[Zn为基体，hcp结构]。固溶体中的电子浓度有其极限值。与溶剂晶体结构有关。一价面心立方金属为1.36，一价体心立方金属为1.48，一价密排六方金属为1.75。超过此值时，固溶体就不稳定而要形成另外的相。

锌在铜中的溶入量为36%时达到极限电子浓度1.36，超过36%时将出现新相。（Cu为基体，fcc）除此之外，固溶度还与温度有密切关系。在大多数情况下温度越高，固溶度越大。而对少数含有中间相的复杂合金系(例Cu-Zn)，则随温度升高，固溶度减小。1.3.4合金相结构1.固溶体140

原子半径小于0.1nm

（1nm=10Å）的H、O、N、C、B等元素，因受尺寸因素的影响，不能与过渡族金属元素形成置换固溶，但可于溶剂晶格中的某些间隙位置，形成间隙固溶体。间隙半径一般较小，原子溶入将使晶胞胀大，造成点阵畸变，故固溶度受到限制。（2）间隙固溶体——溶质原子分布于溶剂晶格间隙中。元素HBCNO原子半径（Å）0.460.970.770.710.601.3.4合金相结构1.固溶体141例如，fcc的

-Fe在1147℃时八面体间隙半径为0.0535nm，而碳原子半径为0.077nm，碳原子的溶入量仅为9at.%(2.11wt.%)。间隙固溶体的固溶度，与溶剂的间隙形状等因素有关。bcc的

-Fe致密度低于

-Fe，但由于

-Fe两种间隙的半径均小于

-Fe的正八面体间隙，最大溶碳量仅为0.095at.%(0.0218wt.%)。此外，C在

-Fe中更容易占据间隙半径较小、但对称性较好的扁八面体间隙，如图1.35。1.3.4合金相结构1.固溶体142溶质原子存在于间隙位置上引起点阵畸变较大，所以它们不可能填满全部间隙，而且一般固溶度都很小。固溶度大小除与溶质原子半径大小有关以外，还与溶剂元素的晶格类型有关，因为它决定了间隙的大小。

●在钢、铁材料中，碳原子如果能够填满

-Fe的八面体间隙，则γ-Fe的最大溶碳量为18%（质量），而实际上只有2.11%（质量），why？●为什么碳在

-Fe中的溶碳量小于

-Fe中的溶碳量？思考：间隙固溶体中的点阵畸变1.3.4合金相结构1.固溶体143（3）固溶体的微观不均匀性固溶体溶质原子分布情况如图1.36，可分为无序分布、偏聚分布、短程有序分布。溶质原子的分布通常会偏离完全无序状态，呈现微观的不均匀性。若同类原子结合力较强，会产生溶质原子的偏聚；若异类原子结合力较强，则溶质原子趋于以异类原子为邻的短程有序分布。

1.3.4合金相结构1.固溶体144某些合金，例如Cu-Au、Cu-Zn，当其成分接近一定原子比时，较高温度时为短程有序；缓冷到某一温度以下，会转变为完全有序状态，称为有序固溶体，这一转变过程称为固溶体的有序化。有序固溶体又称超结构或超点阵。超结构的类型较多，主要形成于面心立方、密排六方或体心立方结构的固溶体中。

图1.37给出了50%Cu+50%Au合金晶体结构。(a)为无序固溶体；(b)为CuAuI型超结构。CuAuI为四方点阵，c/a=0.93，在385℃以下形成。1.3.4合金相结构1.固溶体145在385～410℃之间，形成CuAuⅡ型超结构，如图1.38。这是一个长周期的结构，相当于10个CuAuI晶胞沿b方向并列在一起，但经过5个小晶胞后，(001)面上原子类别发生变化，即Cu、Au原子对调，在长周期的一半产生了一个界面，称反相畴界（反向有序畴界），相当于点阵沿着(010)晶面作(a+c)/2的位移。1.3.4合金相结构1.固溶体146

固溶体有序化时，许多性能发生突变，如强度、硬度升高，电阻率急剧降低，这与点阵畸变和反相畴界的存在增加了塑变阻力，以及形成超结构时伴随电子结构的变化有关。1.3.4合金相结构1.固溶体（4）固溶体性能特点

固溶体的点阵畸变。

固溶体的强度和硬度往往高于各组元，而塑性则较低，这种现象就称为固溶强化。

间隙式溶质原子的强化效果—般要比置换式溶质原子更显著。

溶质和溶剂原子尺寸相差越大或固溶度极限越小，固溶强化越显著，则单位浓度溶质原子所引起的强化效果越大。

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—般都不是线性关系。

固溶体的电阻率是随溶质浓度的增加而增加的，而且在某—中间浓度时电阻率最大。147

2.中间相1.3.4合金相结构中间相是合金组元间发生相互作用而形成的一种新相，它可以是化合物，也可以是以化合物为基的固溶体(二次固溶体)，一般可以用化学分子式来表示，但不一定符合化合价规律。构成合金的各组元间除相互溶解形成固溶体外，还可发生化学相互作用，形成晶体结构不同于组元元素的新相。它们在二元相图上所处的位置总是在两个端际固溶体之间的中间部位，所以将它们统称为中间相。148中间相大多数是由不同的金属或金属与亚金属组成的化合物，故这类中间相又称为金属间化合物。中间相具有不同于各组成元素的晶体结构，组元原子各占据一定的点阵位置，呈有序排列。中间相的性能明显不同于各组元的性能，一般是硬而脆的。通常具有高熔点、高硬度，常作合金中的强化相。中间相是许多合金中重要的第二相，其种类、数量、大小、形状和分布决定了合金的显微组织和性能。中间相的形成也受原子尺寸、电子浓度、电负性等因素的影响。许多中间相是在原子尺寸有利的条件下形成的，常称为几何因素决定的金属间化合物；而另一些中间相如电子化合物则决定于电子浓度。1.3.4合金相结构

2.中间相149

金属间化合物由于原子键合和晶体结构的多样性，使得这种化合物具有许多特殊的物理、化学性能，已日益受到人们的重视，不少金属间化合物特别是超结构已作为新的功能材料和耐热材料正在被开发应用。

具有与组元不同的晶体结构；

在晶格中，组元各占据一定位置，有序排列；

通常有一定的成分范围；

结合键含有离子