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1、材料科学基础2010.9第二章固体中的相结构主要内容固溶体金属间化合物陶瓷晶体相玻璃相分子相7/17/20212第二章固体中的相结构第二章固体中的相结构组元：组成材料最基本、独立的物质。组元可以是纯元素(金属或非金属)也可以是化合物；材料可以是单组元的，也可由多组元组成。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隔开的均匀组成部分。分类：固溶体、中间相(金属间化合物)。7/17/20213第二章固体中的相结构§2.1固溶体—什么是固熔体?固溶体:固态下一种组元(溶质)溶解在另一种组元(溶剂)中形成的新相.固溶度:溶质原子在溶剂中的最大含量(极限溶解度
2、,摩尔分数).特点:固溶体具有溶剂组元的点阵类型,晶格常数稍有变化.晶格与固溶体相同的组元为溶剂;其他组元为溶质.7/17/20214第二章固体中的相结构§2.1固溶体—什么是固熔体?固溶体的分类:按溶质原子位置不同,可分为:置换固溶体、间隙固溶体置换固溶体间隙固溶体按固溶度不同,可分为:有限固溶体、无限固溶体按溶质原子分布不同,可分为:无序固溶体、有序固溶体7/17/20215第二章固体中的相结构§2.1固溶体—置换固溶体置换固溶体：溶质原子位于晶格点阵位置的固溶体。有限置换固溶体无限置换固溶体摩尔分数x大于50%的组元为溶剂,小于50%的组元为溶质.无限置换
3、固溶体中两组元素原子置换示意图7/17/20216第二章固体中的相结构§2.1固溶体—置换固溶体元素晶体结构电负性-Fe-FeV体心立方1.631.4100Cr体心立方1.6612.8100Mn面心立方(-Mn)1.55100～3Co面心立方1.8810076Ni面心立方1.91100～10置换固溶体的溶解度(表2-1):部分合金元素在铁中的溶解度(质量分数)7/17/20217第二章固体中的相结构§2.1固溶体—置换固溶体原子尺寸因素原子尺寸差越小，越易形成置换固溶体，且溶解度越大。△r=(rA-rB)/rA,当△r<15%时，有利于大量互溶。影响置换固
4、溶体溶解度的因素:7/17/20218第二章固体中的相结构§2.1固溶体—置换固溶体晶体结构因素结构相同，溶解度大，有可能形成无限固溶体;电负性因素电负性:从其他原子夺取电子而成为负离子的能力;电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大;电子浓度因素电子浓度:合金中两组元价电子总数(e)与其原子总数之比;电子浓度e/a越大，溶解度越小。e/a有一极限值，超过该值后固溶体不稳定,形成新相.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1.48.7/17/20219第二章固体中的相结构§2.1固溶体—间隙固溶体组成：原子半径较小(小于0.1n
5、m)的非金属元素溶入金属晶体的间隙。影响因素：原子半径和溶剂结构。溶解度：一般都很小,只能形成有限固溶体.如:C在-Fe中的最大溶解度2.11%;在-Fe中的最大溶解度仅为0.0218%.间隙固溶体:溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。7/17/202110第二章固体中的相结构§2.1固溶体—有序固溶体分布状态取决于同类原子和异类原子间结合力的相对大小:偏聚:同类原子间结合能大于异类原子间结合能;有序:同类原子间结合能小于异类原子间结合能.完全无序:基本不存在微观不均匀偏聚:A-A原子间结合能大于A-B原子间结合能部分有序:有序分布在短距离小范围内存
6、在—短程有序完全有序:全部达到有序分布状态—长程有序,原子达到一定原子分数有序固溶体:溶质原子呈完全有序分布的固溶体.7/17/202111第二章固体中的相结构§2.1固溶体—有序固溶体有序化:有序固溶体有确定的化学成分Cu-Au合金:有序化温度:有序化临界转变温度.有序固溶体无序固溶体加热冷却7/17/202112第二章固体中的相结构§2.1固溶体—固溶体的性能点阵常数改变产生固溶强化现象:固溶体的强度和硬度高于纯组元,塑性则较低.固溶强化:由于溶质原子的溶入而引起的强化效应.特点及规律:间隙固溶体的强化效果高于置换固溶体，前者产生柯氏气团,后者主要靠有序强化
7、.溶质和溶剂原子尺寸相差越大,固溶强化越显著;固溶度越小,固溶强化效果越强.物理、化学性能改变7/17/202113第二章固体中的相结构§2.2金属间化合物金属间化合物:由金属与金属或金属与类金属元素之间形成的化合物,也称为中间相.分类：正常价化合物—符合原子价规则的化合物.电子化合物(电子相)—电子浓度起主要作用,不符合原子价规则.间隙化合物—尺寸因素起主要作用.主要影响因素:电负性、电子浓度、原子尺寸7/17/202114第二章固体中的相结构§2.2金属间化合物—正常价化合物形成:金属元素+ⅤA,ⅥA,VIIA族元素构成,电负性差起主要作用,对AmBn有:m
8、ec=n(8-eA).键
