先进金属结构材料－金属间化合物

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1、先进金属结构材料——金属间化合物结构材料北京航空航天大学材料学院Schoolofmaterialsscienceandengineering,BUAA李树索82314488E-maillishs@buaa.edu.cn主要内容1.金属间化合物简介2.金属间化合物的基本结构3.存在问题及解决途径4.Ni-Al系金属间化合物5.Ti-Al系金属间化合物6.Fe-Al系金属间化合物7.难熔金属间化合物和硅化物8.金属间化合物制备工艺1.金属间化合物简介金属间化合物定义金属间化合物：金属间化合物是由两种或

2、两种以上或金属与类金属组成的具有整数化学计量比的化合物，由于其晶体的有序结构以及金属键与共价键共存，因而具有一系列独特的优异性能，如密度低、比刚度高；熔点高、高温强度好以及抗氧化性能优良等。类金属：H、B、N、S、P、C、Si分类：正常价化合物；电子化合物；间隙化合物；复杂化合物TiAl、Ti3Al，NiAl、Ni3Al，FeAl和Fe3Al是其中的典型代表。金属间化合物简介金属间化合物材料：一种新型金属材料。以前所有的金属材料，都是以相图端际固溶体为基体；而金属间化合物材料，则以中间部分的有序金

3、属间化合物为基体。金属间化合物高温材料：许多金属间化合物的屈服强度随温度升高而提高；密度低，比刚度高；铝化物、硅化物还具有良好的抗氧化性能等；其耐热性能介于高温合金和陶瓷材料之间，因此是一类很有前景的高温材料。室温脆性和高温强度低低密度高温结构金属间化合物材料：指比重小于8.0g/cm3、使用温度在600℃以上的一类高温结构材料。金属间化合物简介化合物熔点(℃)密度应用状况化合物熔点(℃)密度应用状况Nb5Si324807.16○NbCr216257.66△Mo5Si321808.20△Al3Nb

4、16074.52△Ti5Si321304.38△Ti3Al16004.20◎MoSi220306.31○ZrAl315824.12△Mo3Si20258.97△Co2Zr15608.23△Nb3Al1963*7.29△TiBe1215522.25△Nb2Al1940*6.80○Al3Ta15506.90△NbSi219305.66△FeAl15406.70◎V3Si19256.47△TiSi215004.04△Nb2Al18716.87△TiAl14603.90△NbBe171800*3.23△N

5、i3Al13977.41◎Ti5Ge31800*5.94△TiNi313827.80△Cr3Si17706.46△TiCo13406.60△Cr2Nb17207.68△CoSi213264.98△NbAl31680*4.52△GH416912608.24◎Ti3Sn1680*5.29△GH518813009.09◎NbBe121672*2.48△DD613428.90◎Fe2Zr16457.69△Fe3Al13205.60◎ZrBe131645*2.72△TiNi13126.00○NiAl1640

6、5.88○TiCr211525.89△高温结构材料发展的示意图2金属间化合物的基本结构和键合特征晶体结构分为两大类：fcc、bcc、hcp衍生结构复杂结构（拓扑密排相TCP、硅化物复杂结构）金属间化合物的基本结构L12亦称Cu3AuI超点阵L11亦称CuPt的菱方超结构L10或称CuAuI超结构fcc衍生结构bcc衍生结构hcp衍生结构DO3超结构B2，亦称黄铜超点阵DO19或Mg3Cd型超点阵金属间化合物晶体结构复杂结构基本结构L12(Cu3AuI超点阵)它相当于有四个简单立方点阵穿插形成的点阵

7、，而每一简单立方点阵只被一种原子占据。已在60多个合金系统中发现这种结构。典型的例子有：Ni3Al、Al3U、Co3V、FeNi3、FePd3。AuCu基本结构L11(CuPt的菱方超结构)有序化后，原面心立方的（111）面交替的被Cu及Pt原子所占据，晶体结构发生变形由立方变成菱方。CuPt是唯一的一个例子。基本结构L10（CuAuI超结构）原面心立方的（001）交替的分别被Cu与Au原子占据，它不再是立方点阵，而成为四方点阵。如：AgTi,TiAl,FePt等。CuAu基本结构B2（β黄铜超点

8、阵）有序结构可看成是分别由Cu及Zn组成的简单立方点阵穿插而成。典型的例子有：β-CuZn、β-AuCd、β-NiAl。基本结构DO3超结构：以Fe3Al为其代表。Al只占X之上，其余为Fe原子所占据。如果增加Al含量，Al原子将占据Y位置,直到FeAl成分，Al原子占满X和Y点阵位置，就成为B2结构。另外一个例子是Fe3Si。基本结构DO19或Mg3Cd型超点阵相当四个密堆六角亚点阵穿插组成。其中Cd占据一个亚点阵，Mg占据三个亚点阵。基本结构拓扑密排相（TCP相）(自学)TCP