材料科學(xué)基礎(chǔ)第2章固體中的相結(jié)構(gòu)

1、第2章 固體中的相結(jié)構(gòu) 本章內(nèi)容 組 成結(jié)構(gòu)類(lèi)型形成規(guī)律性能特點(diǎn)各類(lèi)相相的定義及分類(lèi)定義：在任一給定的物質(zhì)系統(tǒng)中，具有同一化學(xué)成分、同一原子聚集狀態(tài)和性質(zhì)的，且與其他部分有界面隔開(kāi)的，均勻連續(xù)的組成部分。分類(lèi)： 合金相 化合物 陶瓷晶體相 玻璃相 分子相固溶體2.1 固溶體定義：固態(tài)下一種組元（溶質(zhì)）溶解在另一種組元（溶劑）中而形成的具有金屬特性的新相。固溶度：溶質(zhì)原子在溶劑中的最大含量（即極限固溶度）。保持溶劑的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)！分類(lèi)間隙固溶體置換固溶體置換固溶體間隙固溶體置換固溶體無(wú)限固溶體有限固溶體無(wú)序固溶體有序固溶體2.1.2 置換固溶體2.1.3 間隙固溶體2.1.4 有序固溶體若原子達(dá)到一

2、定的原子分?jǐn)?shù)時(shí)，則會(huì)呈完全有序分布，形成有序固溶體，如CuAu和Cu3Au。有序化：當(dāng)有序固溶體加熱至某一臨界溫度時(shí)，將轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序固溶體，而在緩慢冷卻至這一溫度時(shí)，又轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w。2.1.5固溶體的點(diǎn)陣畸變2.1.6 固溶體的性能固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)原子的溶入而引起的強(qiáng)化效應(yīng)，即強(qiáng)度、硬度提高，塑性和韌性有所下降。固溶強(qiáng)化是提高金屬材料機(jī)械性能的重要途徑之一。強(qiáng)化的影響因素：1、溶質(zhì)和溶劑原子尺寸相差越大或固溶度越小，固溶強(qiáng)化越顯著；2、有序強(qiáng)度無(wú)序強(qiáng)度。因?yàn)锳-B鍵A-A鍵或B-B鍵。有序強(qiáng)化。3、間隙強(qiáng)化置換強(qiáng)化。間隙式溶質(zhì)原子往往擇優(yōu)分布在位錯(cuò)線上，形成間隙原子“氣團(tuán)”，將位錯(cuò)牢牢釘住

3、，從而造成強(qiáng)化。而置換式溶質(zhì)原子往往均勻分布，雖然由于溶質(zhì)和溶劑原子尺寸不同，造成畸變，增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，但阻力較小，強(qiáng)化作用小。2.2 金屬間化合物一、定義：金屬與金屬，金屬與類(lèi)金屬之間形成的化合物。由于他們常處在相圖的中間位置上，故又稱(chēng)中間相。中間相金屬間化合物有序固溶體結(jié)構(gòu)與各組元的結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)與以純金屬為基的固溶體結(jié)構(gòu)相同。新相的結(jié)構(gòu)、性能與組成成分不同三。主要類(lèi)型金屬間化合金屬間化合物物2.2.1 正常價(jià)化合物定義：符合原子價(jià)規(guī)則的化合物。在這種化合物中，正離子的價(jià)電子數(shù)正好能使負(fù)離子具有穩(wěn)定的電子層結(jié)構(gòu)，如MgS、MgSn。 電負(fù)性：SSnPb MgS：離子化合物 Mg2Sn：半

4、導(dǎo)體性質(zhì) Mg2Pb：金屬性質(zhì)2.2.2 電子化合物2.2.3 間隙化合物點(diǎn)：點(diǎn)：件：件： 當(dāng)r/R0.59時(shí)，化合物的晶體結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，稱(chēng)為復(fù)雜間隙化合物，主要是鉻、錳、鐵、鈷的碳化物以及鐵的硼化物。2.2.4 金屬化合物的特性 具有較高的硬度、熔點(diǎn)；但是塑性很差;（共價(jià)鍵、離子鍵） 可用作強(qiáng)化合金的第二相； 具有特殊的物理化學(xué)性能。2.3 陶瓷晶體相 陶瓷晶體相和金屬結(jié)構(gòu)上的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)： 相同點(diǎn)：都具有晶體構(gòu)造； 不同點(diǎn)：陶瓷結(jié)構(gòu)中沒(méi)有大量的自由電子，其 主要是以離子鍵和共價(jià)鍵為主的離子晶體（如 MgO、Al2O3等）或共價(jià)晶體（如SiC,Si3N4等）。 陶瓷結(jié)構(gòu)的分類(lèi)：氧化物結(jié)構(gòu) 結(jié)

5、合鍵主要是離子鍵； 有確定的成分，可用準(zhǔn)確分子式表示； 硅酸鹽結(jié)構(gòu) 具有典型的非金屬性質(zhì)。2.3.1 氧化物結(jié)構(gòu)（離子化合物結(jié)構(gòu)）2.3.1.1 AB型化合物的結(jié)構(gòu) 具有NaCl型結(jié)構(gòu)，如閃鋅礦型（立方ZnS）結(jié)構(gòu)，硫鋅礦型（六方ZnS）結(jié)構(gòu)。2.3.1.2 AB2型化合物的結(jié)構(gòu) 如 CaF2（面心立方結(jié)構(gòu)），如ThO2 ,UO2 等。2.3.1.3 A2B3型化合物的結(jié)構(gòu) 如 -Al2O3 (氧化鋁瓷中的主晶相，具有簡(jiǎn)單六方點(diǎn)陣），-Fe2O3 ，Cr2O3。2.3.1.4 ABO3型化合物的結(jié)構(gòu) 如 CaTiO3（簡(jiǎn)單立方點(diǎn)陣） ：簡(jiǎn)單立方點(diǎn)陣2.3.1.5 AB2O4型化合物的結(jié)構(gòu) 如

6、MgAl2O4（面心立方結(jié)構(gòu))。2.3.2 硅酸鹽結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及分類(lèi)2.3.2.1 硅酸鹽結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)SiO間距為0.160nmrSi+rO ,說(shuō)明SiO間有離子鍵、共價(jià)鍵，四面體結(jié)構(gòu)很牢固。2.3.2.2 硅酸鹽結(jié)構(gòu)分類(lèi) SiO4既可孤立存在，也可通過(guò)共頂點(diǎn)互相連接，此時(shí)會(huì)形成多重的四面體配位群。根據(jù)SiO4與相鄰硅氧四面體共頂?shù)那闆r，在空間排列形成五種常見(jiàn)的硅酸鹽結(jié)構(gòu)形式。1) 1) 島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽2) 2) 群組狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽群組狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽3) 3) 鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽4) 4) 層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽5) 5) 架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽2.4 玻璃相玻璃：從液態(tài)凝固下來(lái)的，結(jié)構(gòu)與液態(tài)連續(xù)的非晶態(tài)固體。形成條件：黏度較大+冷卻速度較快。金屬玻璃：非晶態(tài)合金，當(dāng)冷卻速度達(dá)到1051010K/s時(shí)，可使一些很難得到非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的材料玻璃化，形成金屬玻璃。玻璃的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 組