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)類型形成規(guī)律性能特點(diǎn)各類相相的定義及分類定義：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的，均勻連續(xù)的組成部分。分類： 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限固溶體有限固溶體無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：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（簡單立方點(diǎn)陣） ：簡單立方點(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2.3.2.1 硅酸鹽結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)SiO間距為0.160nmrSi+rO ,說明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 SiO4既可孤立存在，也可通過共頂點(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