材料科学基础 4-1材料的相结构

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1、第一节材料的相结构在一种金属元素中,有目的地加入一种或几种金属或非金属元素,通过冶金或粉末冶金的方法,所制成的具有金属特性的物质称为合金。合金的性质决定于它的成分、工艺及其显微组织,而成分和工艺在很多情况下,也是通过对显微组织的影响而影响性能的,因此研究合金的显微组织及其形成机制和变化规律是极其重要的。返回本章下页相是合金中具有同一聚集状态,同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。根据相的结构特点可以归纳为两大类:固溶体及中间相。一、固溶体以合金中某一组元作为溶剂,其它组元为溶质,所形成的与溶剂有相同晶体结构、晶格常数稍有变化的固相,称

2、为固溶体。固溶体分为:(1)置换固溶体置换固溶体中溶质与溶剂可以有限互溶也可以无限互溶,其溶解度与以下几个因素有关:<1>尺寸因素溶质原子半径与溶剂原子半径之差越大,一个溶质原子引起的点阵畸变能就越大,溶质原子能溶入溶剂中的数量就越少,固溶体的溶解度就越小。相反就越大。返回下页<2>晶体结构因素组元间晶体结构相同时,固溶度一般都较大,而且有可能形成无限固溶体。若不同只能形成有限固溶体。<3>电负性差因素两元素间电负性差越小,越易形成固溶体,而且形成的固溶体的溶解度越大;随两元素间电负性差增大,固溶度减小,当溶质与溶剂的电负性差很大时,往往形成比较

3、稳定的金属化合物。<4>电子浓度因素电子浓度的定义是合金中各组成元素的价电子数总和与原子总数的比值,记作e/a。电子浓度有一极限,超过这一极限,固溶体就不稳定,会形成新相。二、间隙固溶体返回下页只有原子半径接近于溶剂晶格某些间隙半径的溶质原子,才有可能进入溶剂晶格的间隙中而形成间隙固溶体。无论是置换固溶体还是间隙固溶体,均能引起固溶体的硬度、强度升高。对置换式固溶体,溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大,溶质原子的浓度越高,其强化效果就越大。这种由于溶质原子的固溶而引起的强化效应,称为固溶强化。精彩动画固溶体类型与金属为基的固溶体一样,这些无机非金属

4、化合物也可以以置换或间隙的方式溶入一些元素而形成固溶体,有时甚至可以形成无限固溶体。下页上页三、陶瓷材料中的固溶方式四、固溶体中溶质原子的偏聚与有序通常认为,溶质原子在固溶体中的分布是随机的、均匀无序的。事实上,完全无序的固溶体是不存在的,总是在一定程度上偏离完全无序状态,即存在着分部的微观不均匀性。溶质原子在溶剂晶格中的分部状态,主要取决于固溶体中同类原子结合能与异类原子结合能的相对大小。精采动画下页上页返回下页固溶体中溶质原子分部示意图二、中间相两组元间的相对尺寸差、电子浓度及电负性差都有一溶限,当溶质原子的加入量超过此溶限时便会形成一种新相

5、,这种新相称为中间相。1、正常价化合物:两组元间电负性差起主要作用而形成的化合物,它符合化合的原子价规律。有较高的硬度,脆性很大。如Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb、MgS、MnS等。上页下页2、电子化合物:它们的形成主要是电子浓度起主导作用。也与尺寸因素及组元的电负性差有一定关系。溶点及硬度较高,脆性大。3、尺寸因素化合物:这类中间相的形成主要受组元的相对尺寸所控制。尺寸差别越大,造成的晶格畸变就越大,畸变能也就越高。返回上页返回本节返回本章

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1、第一节材料的相结构在一种金属元素中,有目的地加入一种或几种金属或非金属元素,通过冶金或粉末冶金的方法,所制成的具有金属特性的物质称为合金。合金的性质决定于它的成分、工艺及其显微组织,而成分和工艺在很多情况下,也是通过对显微组织的影响而影响性能的,因此研究合金的显微组织及其形成机制和变化规律是极其重要的。返回本章下页相是合金中具有同一聚集状态,同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。根据相的结构特点可以归纳为两大类:固溶体及中间相。一、固溶体以合金中某一组元作为溶剂,其它组元为溶质,所形成的与溶剂有相同晶体结构、晶格常数稍有变化的固相,称

2、为固溶体。固溶体分为:(1)置换固溶体置换固溶体中溶质与溶剂可以有限互溶也可以无限互溶,其溶解度与以下几个因素有关:<1>尺寸因素溶质原子半径与溶剂原子半径之差越大,一个溶质原子引起的点阵畸变能就越大,溶质原子能溶入溶剂中的数量就越少,固溶体的溶解度就越小。相反就越大。返回下页<2>晶体结构因素组元间晶体结构相同时,固溶度一般都较大,而且有可能形成无限固溶体。若不同只能形成有限固溶体。<3>电负性差因素两元素间电负性差越小,越易形成固溶体,而且形成的固溶体的溶解度越大;随两元素间电负性差增大,固溶度减小,当溶质与溶剂的电负性差很大时,往往形成比较

3、稳定的金属化合物。<4>电子浓度因素电子浓度的定义是合金中各组成元素的价电子数总和与原子总数的比值,记作e/a。电子浓度有一极限,超过这一极限,固溶体就不稳定,会形成新相。二、间隙固溶体返回下页只有原子半径接近于溶剂晶格某些间隙半径的溶质原子,才有可能进入溶剂晶格的间隙中而形成间隙固溶体。无论是置换固溶体还是间隙固溶体,均能引起固溶体的硬度、强度升高。对置换式固溶体,溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大,溶质原子的浓度越高,其强化效果就越大。这种由于溶质原子的固溶而引起的强化效应,称为固溶强化。精彩动画固溶体类型与金属为基的固溶体一样,这些无机非金属

4、化合物也可以以置换或间隙的方式溶入一些元素而形成固溶体,有时甚至可以形成无限固溶体。下页上页三、陶瓷材料中的固溶方式四、固溶体中溶质原子的偏聚与有序通常认为,溶质原子在固溶体中的分布是随机的、均匀无序的。事实上,完全无序的固溶体是不存在的,总是在一定程度上偏离完全无序状态,即存在着分部的微观不均匀性。溶质原子在溶剂晶格中的分部状态,主要取决于固溶体中同类原子结合能与异类原子结合能的相对大小。精采动画下页上页返回下页固溶体中溶质原子分部示意图二、中间相两组元间的相对尺寸差、电子浓度及电负性差都有一溶限,当溶质原子的加入量超过此溶限时便会形成一种新相

5、,这种新相称为中间相。1、正常价化合物:两组元间电负性差起主要作用而形成的化合物,它符合化合的原子价规律。有较高的硬度,脆性很大。如Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb、MgS、MnS等。上页下页2、电子化合物:它们的形成主要是电子浓度起主导作用。也与尺寸因素及组元的电负性差有一定关系。溶点及硬度较高,脆性大。3、尺寸因素化合物:这类中间相的形成主要受组元的相对尺寸所控制。尺寸差别越大,造成的晶格畸变就越大,畸变能也就越高。返回上页返回本节返回本章

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