材料的电导性能课件.ppt

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1、第5章材料的电导性能2009.032.有序固溶体合金的导电特性在若干合金体系的固溶体中存在有序-无序转变。固溶体的有序化对合金的电阻率有显著的影响。1914年H．C．库尔纳科夫等人研究在高温形成连续固溶体的Cu-Au合金时注意到成分相当于Cu3Au和CuAu的合金经高温淬火及退火处理电阻变化很大．退火后的电阻只有原来淬火态的1／2或1／3。当时无法确定合金中这种转变的性质。Cu3Au合金有序化对电阻率的影响Cu-Ag合金的电阻率曲线a.淬火态；b.退火态X射线结构分析指出，对于退火的Cu3Au和CuAu合金，除了代表具有面心立方点阵无序固溶体的X射线谱外，还出现另外一些线谱，称为超结构线

2、谱。假设成分为Cu3Au和CuAu的合金在退火时晶体点阵中的原子进行了有序排列就可以解释超结构线谱。由四个简单点阵组成的面心立方点阵。面心点阵可以认为是由四个互相交错的简单立方点阵组成的。在成分相当于分子式Cu3Au的无序固溶体中，Au原子平均地分配给四个简单点阵，使每个简单点阵合有25％金原子。在理想有序状态四个简单点阵中有一个(例如点阵1)全部由Au原子组成，其他三个简单点阵由Cu原子组成。当成分为CuAu的合金呈有序状态时，Au原子占有点阵1、2，而Cu原子形成点阵3、4，使整个点阵具有层状结构。当固溶体有序化后，一方面，异类原子使点阵的周期场遭到破坏而使电阻率增大，而固溶体的有序

3、化则有利于改善离子电场的规整性，从而减少电子的散射；另一方面，有序化使组元之间化学作用加强，导致传导电子数目减少。在这两种相反作用的共同影响下，电场对称性增加使电阻率下降起着主导作用，所以有序化表现是电阻率降低。斯米尔诺夫根据合金的成分及远程有序度，从理论上计算了有序合金的残余电阻率，假定：完全有序合金在0K和纯金属一样不具有电阻，只有当原子的有序排列遭到破坏时才有电阻。式中ρr为0K时合金的电阻率；A为与组元性质有关的系数；c为合金中第一组元的相对原子浓度；ν为第一类结点（第一组元占据）的相对浓度；对于c<ν,q=c/ν，而对于c≥ν,q=1,q值表示第一类结点被相应原子占据的可能性，

4、即被第一组元原子占据的可能性；η=(p-c)/(q-c)；p为被自己原子即第一组元原子占据的第一类结点的相对数目。有序化不仅存在于以组元为基的一级固溶体中，具有与组元不同空间点阵的中间相也可能存在有序化。3.不均匀固溶体合金的导电特性某些含有过渡族金属的合金，虽是单相固溶体结构，但由于存在特殊相变及特殊结构，其电阻出现反常变化：电阻-温度曲线呈S形或部分S形冷加工可使合金的电祖率降低，而退火使电阻率升高高温淬火处理后再经低温回火，室温电阻上升“K状态”固溶体内组元原子在晶体中分布不均匀，存在原子偏集区，形成不均匀固溶体状态5.1.4金属化合物、中间相及多相合金导电性1.金属化合物若组元间

5、的电负性相差较大，原子间的键合具有离子键的性质，则在许多情况下，均形成金属化合物。金属化合物的电导率比较小，一般情况下，它比形成化合物的组元的电导率要小得多。原子间结合类型发生变化有时组成化合物后，合金变成半导体材料金属化合物的电导率与其组元之间电离势之差有关，此差值减小则电导率增大2.中间相电子化合物，电阻值随温度升高而增大，在熔化时电阻值下降间隙相主要是指过渡族金属与氢氮碳硼组成的化合物处于金属原子点阵的间隙位置，绝大部分属于金属型正电阻温度系数与固溶体温度系数有相同的数量级原因：具有金属性的结合，并且非金属给出部分价电子到传导电子中去3.多相合金合金的导电性有组成相的导电性决定受到

6、晶粒大小、晶界状态及组织结构等因素的影响若一种相的尺寸与电子平均自由程为相同数量级时，对电子产生最大的散射作用以上因素可忽略时，合金的电阻可从各相电阻相加得到合金的电导率基体型组织合金对统计型组织合金当元素形成金属间化合物时。合分性能(包括电学性能)变化最为激烈，这是由于存在金属键的同时还存在部分离子键和共价键，使结合性质激烈变化。此外，晶体结构的变化也起着重要的作用。已知的金属只有几十种，而它们形成了几千种二元、三元以及更复杂的金属化合物，且新发现化合物的数量还在不断增加。由于金属间化合物可以看成是一种新的物质，研究各种因素对其比电阻的影响引起了颇大的兴趣。化合物在许多金属系统中往往在

7、原始组元的一定浓度区形成。化合物的晶体结构不同于组元及其固溶体的结构。在二元系中常遇到一系列中间相，它们有的在相图的液相线和固相线上有显露的极大值，有的则按包晶反应形成。H．C．库尔纳科夫比较了单相区内不同金属相的“成分—性能”曲线发现，在曲线上有的相出现了特殊的点，库尔纳科夫称之为奇异点，而有的相物理性能却随成分均匀地改变。为此他把中间相划分为道尔顿体和别尔多利体两大类，前者以“成分—性能”图上存在奇异点为特征；后者则不存在奇异点