材料的组成、结构、性能

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1、1Chapter2CompositionStructureandPropertyofMaterials材料的组成、结构与性能Chapter2Structureandpropertyofmaterials2化学组成组织结构材料性能材料应用合成与加工Relationship32.1材料的组成2.1.1材料组元的结合形式2.1.2材料的化学组成JJCatalog2.14组元组成材料最基本、独立的物质2.1概述2.1.1材料组元的结合形式2.1.1.1基本概念相材料中具有同一化学成分并且结构相同的均匀部分组织材料内部的微观形貌2.1.1.1Concepts5Relationofcom

2、ponent，phaseandtexturephaseatom组织是材料性能的决定性因素Relationofcomponent，phaseandtextureFigure2-1chemicalelementchemicalsubstancemoleculecomponenttexturesimplextexturemultipletexture62.1.1.2Solidsolution溶液2.1.1.2Solidsolution（1）定义7(1)DefinitionSolvent溶剂Solute溶质一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶

3、格类型的固态晶体。固溶体8(2)Characteristic②有一定的成分范围solidsolubility①溶质和溶剂原子占据一个共同的晶体点阵，点阵类型和溶剂的点阵类型相同。③具有比较明显的金属性质（2）基本特征结合键主要是金属键9(3)Classification按溶质原子在点阵中的位置SubstitutionalsolidsolutionInterstitialsolidsolution（3）分类按各组元原子分布的规律性DisorderedsolidsolutionOrderedsolidsolution按固溶度FinitesolidsolutionInfinites

4、olidsolution10A、置换型A、置换型固溶体——由溶质原子代替一部分溶剂原子而占据着溶剂晶格某些结点位置所组成。11Periodictable结构Ni:1s22s22p63s23p63d84s2Cu:1s22s22p63s23p63d94s2半径Ni：0.1246nmCu：0.1278nm12IonicsolidsolutionMgO的结构中Mg2+离子被Fe2+离子所取代。条件：1.半径相近2.电荷数相同Ca2+能取代Mg2+吗？Li+能取代Mg2+吗？Ionicsolidsolution13形成置换固溶体的影响因素形成置换固溶体的影响因素1.原子或离子尺寸的影响

5、Hume-Rothery经验规则2.晶体结构类型的影响3.离子类型和键性4.电价因素14Hume-Rothery经验规则以r1和r2分别代表半径大和半径小的溶剂(主晶相)或溶质(杂质)原子(或离子)的半径，当时，溶质与溶剂之间可以形成连续固溶体；当时，溶质与溶剂之间只能形成有限型固溶体；当时，溶质与溶剂之间很难形成固溶体或不能形成固溶体，而容易形成中间相或化合物。因此Δr愈大，则溶解度愈小。原子或离子尺寸的影响Hume-Rothery经验规则这是形成连续固溶体的必要条件，而不是充分必要条件。15晶体结构类型的影响晶体结构类型的影响若溶质与溶剂晶体结构类型相同，能形成连续固溶体

6、，这也是形成连续固溶体的必要条件，而不是充分必要条件。NiO-MgO都具有面心立方结构，且Δr<15%，可形成连续固溶体；MgO-CaO两两结构不同，只能形成有限型固溶体或不形成固溶体。16离子类型和键性离子类型和键性化学键性质相近，即取代前后离子周围离子间键性相近，容易形成固溶体。17电价因素电价因素形成固溶体时，离子间可以等价置换也可以不等价置换。在硅酸盐晶体中，常发生复合离子的等价置换，如Na++Si4+=Ca2++Al3+，使钙长石Ca[Al2Si2O6]和钠长石Na[AlSi3O8]能形成连续固溶体。又如，Ca2+=2Na+，Ba2+=2K+常出现在沸石矿物中。18

7、注意事项以上几个影响因素，并不是同时起作用，在某些条件下，有的因素会起主要因素，有的会不起主要作用。r(Si4+)=0.26埃，r(Al3+)=0.39埃，相差达45%以上，电价又不同，但Si—O、Al—O键性接近，键长亦接近，仍能形成固溶体，在铝硅酸盐中，常见Al3+置换Si4+形成置换固溶体的现象。19B、填隙型固溶体——在溶剂的晶格间隙内有溶质的原子填入（溶入）形成的固溶体。原子半径：H:0.046nmB:0.097nmC:0.077nmN:0.071nmB、填隙型20形成填隙型固溶体的条件形成填