材料科学基础 第1章 材料中的晶体结构3_ppt课件

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1、1.4合金相结构合金是指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。组成合金的基本的独立的物质称为组元。相是指具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。合金根据元素的存在状态分为固溶体和中间相两大类。1.4.1固溶体固溶体是指以某一组元为溶剂，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，它保持着溶剂的晶体结构类型。根据溶剂原子在晶体结构中的位置可分为置换固溶体和间隙固溶体。根据溶质原子的溶解度可分为有限固溶体和无限固溶体。根据溶质原子的分布规律固溶体可分为无序固溶体和有序固溶体。

2、（1）置换固溶体置换固溶体是指溶剂原子占据晶体结构中溶质原子的位置而形成的固溶体。根据溶剂原子溶入的限度，置换固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体影响固溶度的因素有晶体结构、原子尺寸、化学亲和力和电价。1）晶体结构对固溶度的影响晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件，不同结构的组元只能形成有限固溶体。形成有限固溶体时，溶质元素与溶剂元素的结构类型相同，则溶解度通常也较不同时为大。2)原子尺寸对固溶度的影响当

3、r溶剂原子－r溶质原子

4、/r溶剂原子小于15%时，有利于形成溶解度较大的固溶体；此值越大，则溶解度越小。主要是因为此值越大，表明两种原子的半径相差越大，形成置换固溶体点阵

5、畸变增大，畸变能提高。（2）间隙固溶体间隙固溶体是指溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。影响间隙固溶体固溶度的因素包括溶质原子的大小和晶体结构中间隙的大小和形状。1)间隙固溶体中原子的尺寸形成间隙固溶体的溶质原子一般较小，当它与溶剂原子半径相差超过41%时，溶质原子容易进入溶剂原子的间隙而形成间隙固溶体。但溶质原子的尺寸仍大于间隙尺寸，因此会引起晶格畸变，因此，间隙固溶体都为有限固溶体，其固溶度较小。常见的间隙原子包括H、B、C、N、O等，其原子尺寸通常小于0.1nm0.046nm0.097nm0.077nm0.071nm0.060nm2)晶体中间隙的形状及对固溶度

6、的影响面心立方和密排六方的八面体间隙为0.414ra；四面体间隙为0.225ra。体心立方的八面体间隙半径在不同方向上差别较大，其中在<100>方向为0.154ra，在<110>方向为0.633ra；四面体间隙为0.291ra。在体心立方中<100>方向上的八面体间隙半径小于其它方向、其它晶型和方向上的间隙半径，因此原子进入此间隙相对困难。从而可解释为什么C在γ-Fe中的固溶度为2.11w%，而在α-Fe中的固溶度仅为0.218w%。(3)固溶体的微观不均匀性在固溶体中，宏观上溶质原子的分布都是均匀的；微观上溶质原子的分布可能的状态有完全无序、偏聚、部分有序等，在一定条件下

7、可为完全有序，完全有序的固溶体结构也称超结构。完全无序偏聚部分有序完全有序原子分布的有序度与其结合能的关系原子的结合能是指单位摩尔的单体原子结合成晶体时所释放的能量。溶质原子分布的有序程度主要取决于原子的结合能。EAB≈(EAA+EBB)/2无序分布；EAB>(EAA+EBB)/2偏聚分布；EAB<(EAA+EBB)/2部分有序或完全有序。（4）固溶体的性能特点1）固溶体的点阵常数①置换固溶体◇溶质原子大于溶剂原子，点阵常数增大◇溶质原子小于溶剂原子，点阵常数变小②间隙固溶体间隙固溶体的点阵常数总是大于对应纯物质的点阵常数，并且比置换固溶体要明显2）固溶体的强度和

8、硬度①固溶体的强度和硬度明显大于对应的纯熔剂组元晶体，称为固溶强化。②固溶强化效果与固溶体类型、原子尺寸、溶解度极限有关◇间隙固溶体强化效果比置换固溶体更明显◇溶质原子与溶剂原子半径相差愈大固溶强化效果愈明显◇溶解度极限越小，增加溶质含量增加效果愈明显。3）物理和化学性能①溶质含量增加，点阵畸变增大，电阻升高，电阻温度系数降低。精密电阻元件及电热体材料多为固溶体合金②硅融入α-Fe中可以提高铁的磁导率，因此硅含量为2-4%的硅钢是一种广泛应用的软磁材料。③改变电极电位，增加抗腐蚀性。α-Fe中加入铬含量达到12.5%，其电极电位由-0.6V上升到+0.2V，可有效抵抗

9、空气、水汽、稀硝酸等的侵蚀。成为不锈钢材料1.4.2中间相两组元A和B组成合金时，其合金晶体结构与A、B晶体结构均不同，此合金相即为中间相中间相可为化合物，也可为以化合物为基的固溶体(称二次固溶体)；其键型多为金属键与其它键型相混合的混合键，具有金属特性。其分子式不一定符合化学规律，如CuZn，Fe3C等。影响中间相的形成和其晶体结构的因素包括电负性、电子浓度和原子尺寸等。（1）正常价化合物正常价化合物指典型的金属元素与ⅣA、ⅤA、ⅥA族元素按照化合价规律形成的化合物。它们具有固定的原子比例，可用分子式表达。其晶体