《固体中的相结构》PPT课件

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1、第二章固体中的相结构2.1固溶体2.2金属间化合物2.3陶瓷晶体相2.4玻璃相2.5分子相虽然纯金属在工业上获得了一定的应用，但由于其性能的局限性，不能满足各种使用场合的要求。以强度为例，纯金属的强度一般都很低，如铁的拉伸强度约为200MN/m2，而铝还不到100MN/m2，显然都不适合用作结构材料；如何改变和提高金属材料的性能？实践证明，合金化是最主要的途径。因此，目前应用的金属材料绝大多数是合金。几个基本概念：合金：一种金属元素与另一种或几种其它元素（金属或非金属），通过熔炼或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质。与纯金属比，合金的力学性能高得多且种类多。组元：组成合金独立的、最

2、基本的单元。组元包括二元合金：由两个组元组成的合金。由给定组元可以配制成一系列成分不同的合金，这些合金组成一个合金系统，称为合金系，两个组元组成的为二元系，三个组元组成的为三元系，更多组元组成的称为多元系。合金的组成元素稳定化合物：固定的熔点和成分，不易分解。相：在任一给定的物质系统中，具有同一化学成分、同一原子聚集状态和性质，并与其它部分有明显界面分开的均匀组成部分。多数金属在液态各组成元素之间无限互溶，故液态只有单一的液相（L），固态物质可以是单相，也可以是多相。固体中的相从结构上可将其分为固溶体、化合物、陶瓷晶体相、玻璃相及分子相等5类。固态合金中有两类基本相——固溶体和化合物。2.1

3、固溶体2.1.2固溶体的分类（1）按溶质质点在溶剂晶格中的位置来划分：a、置换固溶体：溶质原子取代溶剂原子的位置，但整个结构仍然是溶剂的晶体结构。b、间隙固溶体：溶质原子位于溶剂原子的间隙位置中。形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过渡族元素。形成间隙固溶体的一般规律为r质/r剂<0.59。置换固溶体示意图间隙固溶体示意图（2）按溶质在溶剂中的溶解度分类a、有限固溶体：在一定的条件下，溶质在固溶体中存在一极限浓度，如超过此浓度则有其它相形成。b、无限固溶体：溶质可以任意比例溶入到溶剂中，最高可达100%。（只能是置换固溶体）形成无限固溶体的几个

4、必要条件：溶质和溶剂的原子尺寸差极小（在周期表中位置相邻）；溶质与溶剂的晶体结构类型相同；溶质和溶剂的负电性相近；只有一价元素或（在计算电子浓度时当作0价）过渡族金属元素，才有可能与一价金属元素（溶剂）形成无限固溶体。（3）根据各组元分布的规律性划分a、有序固溶体：溶质原子在固溶体中有规律的分布。（只能是置换固溶体）b、无序固溶体：溶质原子在固溶体中无规律的分布。当同类原子间的结合能小于异类原子间的结合能时，溶质原子会呈部分有序分布；此时若溶质原子达到一定的原子分数时，则会呈完全有序分布，即形成有序固溶体。可见有序固溶体有确定的化学成分，可用化学式表示。当有序固溶体加热至某一临界温度时，将转

5、变为无序固溶体；而缓慢冷却至这一温度时，又可转变为有序固溶体。这一转变过程称为有序化，临界转变温度称为有序化温度。2.1.3固溶体的性能(1)在形成间隙固溶体时，晶格常数总是随溶质原子的溶入而增大。(2)形成置换固溶体时，若溶质原子比溶剂原子大，则溶质原子周围晶格发生膨胀，平均晶格常数增大；反之，若溶质原子较小，则溶质原子周围晶格发生收缩，使固溶体的平均晶格常数减小。(3)间隙式溶质原子的强化效果—般要比置换式溶质原子更显著。(4)溶质原子溶入造成的晶格畸变使塑性变形抗力增加，位错移动困难，因而使固溶体的强度、硬度提高，塑性和韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。(5)固溶强化是提高金属材料机

6、械性能的重要途径之一。2.2.1正常价化合物金属与化学元素周期表中一些电负性较强的ⅣA、ⅤA、ⅥA族元素，按照化学上的原子价规律所形成的化合物，称为正常价化合物。它们的成分可以用分子式来表达，如Mg2Si、Mg2Sn、ZnS、ZnSe等。这些化合物的稳定性与组元间电负性差有关，电负性差越大，化合物越稳定，越趋于离子键结合。电负性差越小，化合物越不稳定，越趋于金属键结合。正常价化合物包括从离子键、共价键过渡到金属键为主的一系列化合物。正常价化合物通常具有较高的硬度和脆性。固溶度范围极小，在相图上为一条垂直线。表　一些正常价化合物及其晶体结构类型2.2.3间隙型化合物过渡族金属能与原子半径比较小

7、的非金属元素C、N、H、O、B等形成化合物，其特点是半径较大的过渡族元素的原子占据新晶格的结点位置，而半径较小的非金属元素的原子则有规律地嵌入晶格的空隙中。当金属（M）与非金属（X）的原子半径比值RX/RM＜0.59且电负性差较大时，化合物具有比较简单的晶体结构，称为间隙相（若RX/RM＜0.59且电负性差较小时，可形成间隙固溶体）；而当RX/RM＞0.59且电负性差较大时，形成具有复杂结构的化合物，称为复杂