ch固體材料的結(jié)構(gòu)實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1ch固體材料的結(jié)構(gòu)實(shí)用22.1.2能級(jí)圖和原子的電子結(jié)構(gòu)2.1.3周期表與周期性2.1.4晶體中的原子結(jié)合化學(xué)鍵：化學(xué)上把原子間強(qiáng)烈的相互作用

金屬鍵共價(jià)鍵離子鍵分子鍵和氫鍵

化學(xué)鍵的

分類第1頁/共88頁3金屬鍵金屬原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是外層電子較少，當(dāng)金屬原子互相靠近產(chǎn)生相互作用時(shí)，各金屬原子都易失去最外層電子而成為正離子。這些脫離了每個(gè)原子的電子為相互結(jié)合的集體原子所共有。成為自由的公有化的電子云(或稱電子氣)而在整個(gè)金屬中運(yùn)動(dòng)，第2頁/共88頁4金屬鍵金屬鍵：金屬原子外層電子小，易失去——金屬正離子金屬原子相互靠近，外層價(jià)電子脫離——自由電子特點(diǎn)：電子共有化,沒有飽和性和方向性

。特性：(1)良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性；

(2)不透明，具有金屬光澤；

(3)具有較高的強(qiáng)度和良好的延展性；

(4)正的電阻溫度系數(shù)。第3頁/共88頁5第4頁/共88頁6共價(jià)鍵原子間不產(chǎn)生電子的轉(zhuǎn)移，借共用電子對(duì)產(chǎn)生的力結(jié)合，如金剛石，單質(zhì)硅，SiC

特點(diǎn)：

1.飽和性：電子必須由（8－N）個(gè)鄰近原子共有；

2.具有方向性：氧化硅四面體中硅氧鍵為109°3.脆性：外力作用，原子間發(fā)生相對(duì)位移，鍵將被破壞

4.絕緣性：金剛石的熔點(diǎn)高達(dá)3750℃

第5頁/共88頁7共價(jià)鍵的飽和性形成共價(jià)鍵的SiO2,藍(lán)色圓圈代表Si的價(jià)電子，紅色圓圈代表O的價(jià)電子第6頁/共88頁8由共價(jià)鍵方向性特點(diǎn)決定了的SiO2四面體晶體結(jié)構(gòu)每個(gè)共價(jià)鍵之間的夾角約為109°。第7頁/共88頁9圖2-11共價(jià)鍵材料在外力作用下可能發(fā)生鍵的破斷。第8頁/共88頁10離子鍵形成：

1.電負(fù)性相差較大的原子相互靠近，電負(fù)性小的失電子，電負(fù)性大的得電子，形成正負(fù)離子。

2.兩種離子靠靜電應(yīng)力結(jié)合在一起特點(diǎn)：無方向性，電荷分布是球?qū)ΨQ的。無飽和性，一個(gè)離子可同時(shí)和幾個(gè)離子結(jié)合熔點(diǎn)較高，脆性，導(dǎo)電性差CaF2第9頁/共88頁11Cl和Na離子在引力和斥力作用下，相互保持r0的距離，即F＝0，能量E為最?。ㄈ鐖D1）的位置。每一個(gè)Cl（或Na）離子與其近鄰的Na（或Cl）離子均保持這種最低的能量關(guān)系，從而，形成NaCl特有的晶體結(jié)構(gòu)，如圖2所示。圖1

Cl和Na離子保持r0的距離圖2NaCl晶體第10頁/共88頁12

分子鍵（范德瓦耳斯)

以若靜電吸引的方式使分子或原子團(tuán)連接在一起的。特點(diǎn)：除高分子外，鍵的結(jié)合不如化學(xué)鍵牢固，無飽和性，無方向性。氫鍵：分子間特殊作用力表達(dá)為：X—H—Y特點(diǎn)：具有飽和性和方向性，可存在于分子內(nèi)或分子間。氫鍵主要存在于高分子材料內(nèi)。

第11頁/共88頁13圖2-13由分子或原子團(tuán)的極化而形成的范得瓦爾鍵。在水中，氧得電子往往向遠(yuǎn)離氫的方向集中，形成的電荷差使水分子間呈現(xiàn)微弱結(jié)合。第12頁/共88頁14第13頁/共88頁15結(jié)合能晶體中原子間的相互作用：吸引力——長程力，源于異性電荷間的庫侖力排斥力同性電荷間的庫侖力泡利不相容原理引起的（短程力）第14頁/共88頁16不同類型結(jié)合鍵的特性結(jié)合鍵的多重性

a）金屬材料：主要是金屬鍵，還有其他鍵如：共價(jià)鍵、離子鍵

b）陶瓷材料：離子鍵，如Al2O3,MgO

共價(jià)鍵，如Si3N4,SiCc）高分子材料：長鏈分子內(nèi)部以共價(jià)鍵結(jié)合，鏈與鏈之間則為范德華力或氫鍵

d）復(fù)合材料：三種或三種以上離子鍵能最高，共價(jià)鍵能次之，金屬鍵能第三，范德瓦耳斯鍵最弱第15頁/共88頁17表2-5不同結(jié)合鍵能及其材料的特性

結(jié)合鍵種類鍵能（KJ/mol）熔點(diǎn)硬度導(dǎo)電性鍵的方向性離子鍵586—1047高高固態(tài)不導(dǎo)電無共價(jià)鍵63—712高高不導(dǎo)電有金屬鍵113—350有高有低有高有低良好無范德瓦爾鍵<42低低不導(dǎo)電有第16頁/共88頁182.2金屬及合金相的晶體結(jié)構(gòu)

金屬在固態(tài)下一般都是晶體。決定晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素是原子，離子，分子間鍵合的類型及鍵的強(qiáng)弱。金屬晶體是以金屬鍵結(jié)合，其晶體結(jié)構(gòu)比較簡單,常見的有:

面心立方點(diǎn)陣

A1或fcc立方晶系

體心立方點(diǎn)陣

A2或bcc立方晶系密排六方點(diǎn)陣

A3或hcp六方晶系第17頁/共88頁19描述晶胞從以下幾個(gè)方面：

晶胞中原子的排列方式(原子所處的位置)點(diǎn)陣參數(shù)(晶格常數(shù)和晶軸間夾角)晶胞中原子數(shù)原子半徑R(原子的半徑和點(diǎn)陣常數(shù)關(guān)系)配位數(shù)和致密度密排方向和密排面晶體結(jié)構(gòu)中間隙(大小和數(shù)量)原子的堆垛方式第18頁/共88頁20三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)剛球模型體心立方面心立方密排六方第19頁/共88頁21晶胞原子數(shù)246體心立方面心立方密排六方第20頁/共88頁22原子半徑與晶格常數(shù)體心立方面心立方密排六方第21頁/共88頁23配位數(shù)和致密度

配位數(shù)是指晶體結(jié)構(gòu)中與任一原子最近鄰并且等距離的原子數(shù)。

面心立方原子配位數(shù)晶體結(jié)構(gòu)體心立方面心立方密排六方N81212第22頁/共88頁24

致密度：原子排列的密集程度可以用剛球所占空間的體積百分?jǐn)?shù)來表示，稱為致密度。如以一個(gè)晶胞來計(jì)算，致密度K就等于晶胞中原子所占體積與晶胞體積之比，即N——晶胞中原子數(shù)v——一個(gè)原子（剛性小球）體積V——晶胞體積晶體結(jié)構(gòu)體心立方面心立方密排六方K0.680.740.74第23頁/共88頁25面心立方密排面

面心立方結(jié)構(gòu)(特征）密排面為（111）第24頁/共88頁26面心立方結(jié)構(gòu)的間隙間隙有兩種:四面體間隙和八面體間隙八面體間隙:位于晶胞體中心和每個(gè)棱邊的中點(diǎn)，由6個(gè)面心原子所圍成,大小rB=0.414R，rB為間隙半徑，R為原子半徑，間隙數(shù)量為4個(gè)。面心立方八面體間隙第25頁/共88頁27面心立方四面體間隙

四面體間隙:由一個(gè)頂點(diǎn)原子和三個(gè)面心原子圍成，其大?。簉B=0.225R，間隙數(shù)量為8個(gè)。面心立方四面體間隙第26頁/共88頁28第27頁/共88頁29面心立方晶體的ABCABC順序密堆結(jié)構(gòu)

第28頁/共88頁30面心立方原子堆垛順序

堆垛方式：ABCABC…或ACBACB…的順序堆垛具有面心結(jié)構(gòu)金屬:γ－Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag等。第29頁/共88頁31面心立方結(jié)構(gòu)(特征）

晶胞中原子排列：在立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的面心各有一個(gè)原子。點(diǎn)陣參數(shù):a=b=c；α=β=γ=90o晶胞中原子數(shù):n=8×1/8＋6×1/2=4個(gè)原子半徑R:原子半徑---兩個(gè)相互接觸的原子中心距離一半配位數(shù)與致密度配位數(shù)CN=12

致密度k=0.74第30頁/共88頁32體心立方結(jié)構(gòu)(特征）體心立方晶格密排面第31頁/共88頁33體心立方晶格（間隙及堆垛方式）

間隙:也是兩種，為八面體和四面體間隙，

八面體間隙位于晶胞六面體每個(gè)面的中心和每個(gè)棱的中心由一個(gè)面上四個(gè)角和相鄰兩個(gè)晶胞體心共6個(gè)原圍成，即數(shù)量為6。大小為rB=0.154R(在<100>)或rB=0.633R(在<110>)。第32頁/共88頁34體心立方的間隙

四面體間隙由兩個(gè)體心原子和兩個(gè)頂角原子所圍成大小rB=0.291R,有12個(gè)。第33頁/共88頁35體心立方晶格的ABAB密堆結(jié)構(gòu)

第34頁/共88頁36體心立方晶格原子堆垛順序

堆垛方式:ABABAB…的順序堆垛bcc結(jié)構(gòu)金屬:α－Fe、δ－Fe、Cr、Mo、W、V等第35頁/共88頁37體心立方晶格(特征）

原子排列:晶胞八個(gè)頂角和晶胞體心各有一個(gè)原子點(diǎn)陣參數(shù):a=b=c，α=β=γ=90o晶胞中原子數(shù):n=8×1/8＋1=2個(gè)原子半徑:配位數(shù)和致密度:

配位數(shù)：CN=8

致密度：k=0.68第36頁/共88頁38密排六方晶格原子位置

第37頁/共88頁39密排六方晶格晶胞原子數(shù)

第38頁/共88頁40密排六方晶格密排面

第39頁/共88頁41密排六方晶格原子配位數(shù)

第40頁/共88頁42密排六方晶格(間隙及堆垛方式）

間隙:較為復(fù)雜，如圖2.34

八面體間隙rB=0.414R有6個(gè)四面體間隙rB=0.225R有12個(gè)八面體間隙四面體間隙第41頁/共88頁43密排六方晶格原子堆垛順序

堆垛方式:ABABAB…順序堆垛hcp結(jié)構(gòu)金屬有:Mg、Zn、Be、Cd等第42頁/共88頁44密排六方晶格（特征）

原子排列:正六棱柱體12個(gè)頂角和上下底中心各有一個(gè)原子，正六棱柱體中心有三個(gè)原子點(diǎn)陣參數(shù):a1=a2=a3≠c，α=β=90o

，γ=120o晶胞中原子數(shù)：n=12×1/6＋2×1/2＋3=6個(gè)原子半徑:2R=aR=a/2配位數(shù)和致密度配位數(shù)：CN=12

致密度:K=0.74第43頁/共88頁45第44頁/共88頁46已知銅是面心立方結(jié)構(gòu)的金屬，其原子半徑為0.1278nm，摩爾質(zhì)量為63.54g/mol，求銅原子所占的體積密度。(課堂)第45頁/共88頁472.2.3

合金相的晶體結(jié)構(gòu)一基本概念純金屬的合金化：合金化后純金屬的性能得到大大的提高，合金化是提高純金屬性能的最主要的途徑。第46頁/共88頁482.2.3

合金相的晶體結(jié)構(gòu)一基本概念合金——兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)冶煉、燒結(jié)或其他方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。組元——組成合金的最簡單、最基本而且能獨(dú)立存在的物質(zhì)。組元可以是金屬和非金屬,也可以是化合物相——合金中具有同一聚集狀態(tài),同一結(jié)構(gòu)，以及成分性質(zhì)完全相同的均勻組成部分。單相、兩相及多相合金。組織——在一定的外界條件下，一定成分的合金可能由不同成分，結(jié)構(gòu)和性能的合金相組成，這些相的總體稱為合金的組織。第47頁/共88頁49合金相的分類1.固溶體：是一種組元（溶質(zhì)）溶解在另一種組元中（溶劑，一般為金屬中）。固溶體特點(diǎn)：溶劑的點(diǎn)陣類型不變，溶質(zhì)原子或是代替部分溶劑原子（置換式固溶體），或是進(jìn)入溶劑組元的間隙（間隙式固溶體）固溶度：溶質(zhì)在溶劑中的最大含量（極限溶解度）2.化合物：由兩種或多種組元按一定比例（一定的成分）構(gòu)成一個(gè)新的點(diǎn)陣，即不是溶劑的點(diǎn)陣也不是溶質(zhì)的點(diǎn)陣。第48頁/共88頁50二固溶體溶劑和溶質(zhì)原子占據(jù)一個(gè)共同的布拉菲點(diǎn)陣，點(diǎn)陣類型和溶劑點(diǎn)陣類型相同；有一定的成分范圍，組元的含量可在一定范圍內(nèi)改變而不會(huì)導(dǎo)致固溶體點(diǎn)陣類型的改變；具有比較明顯的金屬性質(zhì)，固溶體的結(jié)合鍵主要是金屬鍵1）特征第49頁/共88頁512）固溶體分類(1)按溶質(zhì)原子在點(diǎn)陣中所占位置分為：

置換固溶體：溶質(zhì)原子置換了溶劑點(diǎn)陣中部分溶劑原子。

間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙中。

固溶體的兩種類型（置換和間隙）第50頁/共88頁52第51頁/共88頁53第52頁/共88頁54(2)按固溶體溶解度大?。?/p>

有限固溶體：在一定條件下,溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解量有一個(gè)上限,超過這個(gè)限度就形成新相。

無限固溶體：溶質(zhì)原子可以任意比例溶入溶劑晶格中形成的。如:Cu—NiAu—AgTi—Zr····，結(jié)構(gòu)相同

第53頁/共88頁55無限固溶體中，溶質(zhì)和溶劑元素可以以任何比例相互溶解。其合金成份可以從一個(gè)組元連續(xù)改變到另一個(gè)組元而不出現(xiàn)其它合金相，所以又稱為連續(xù)固溶體第54頁/共88頁56在有限固溶體中，溶質(zhì)原子在固溶體中的溶解度有一定限度，超過這個(gè)限度，就會(huì)有其它合金相(另一種固溶體或化合物)形成。它在相圖中的位置靠近兩端的純組元，因此也稱為端際固溶體。

置換式固溶體在一定條件下可能是無限固溶體，但間隙固溶體都是有限固溶體。第55頁/共88頁57(3)按溶質(zhì)原子在溶劑中的分布特點(diǎn)分類

無序固溶體：溶質(zhì)原子在溶劑中任意分布,無規(guī)律性。但近幾年的研究表明，只有在稀薄固溶體中或在高溫下，溶質(zhì)原子才有可能接近于完全無序分布。在一般情況下，溶質(zhì)原子的分布會(huì)偏離上述完全無序狀態(tài)，可能出現(xiàn)近程的有序分布或溶質(zhì)原子的近程偏聚有序固溶體：溶質(zhì)原子按一定比例和有規(guī)律分布在溶劑晶格的點(diǎn)陣或間隙里，長程有序。第56頁/共88頁58(4)按基體類型分類：

一次固溶體：以純金屬元素為溶劑形成的固溶體。

二次固溶體：以化合物為溶劑，組元元素之一為溶質(zhì)而形成的固溶體。第57頁/共88頁593）置換固溶體置換固溶體一般在金屬元素之間形成，對(duì)大多數(shù)元素而言常形成有限固溶體。除了少數(shù)原子半徑很小的非金屬元素之外，絕大多數(shù)金屬元素之間都能形成置換固溶體。例如Fe-Cr、Fe-Mn、Fe-V、Cu-Ni等。但對(duì)大多數(shù)元素而言，常常形成有限固溶體。在室溫下，Si在α-Fe中的溶解度≤15﹪，Al在α-Fe中溶解度≤35﹪。只有少部分金屬元素之間，可以形成無限固溶體，例如Cu-Ni、Fe-Cr等，即不同溶質(zhì)元素在不同溶劑中的固溶度大小是不相同的。

第58頁/共88頁603）置換固溶體固溶度大小的影響因素：

1.組元的晶體結(jié)構(gòu)

a）晶體結(jié)構(gòu)相同是形成無限固溶體的必要條件例如，Cu、Ni兩種元素皆為面心立方結(jié)構(gòu)，因而才有二者能形成無限固溶體。

b）形成有限固溶體時(shí)，溶質(zhì)與溶劑的晶體結(jié)構(gòu)相同，則固溶度較不同結(jié)構(gòu)時(shí)大，否則，反之。例如Ti、Mo、W、V、Cr等體心立方結(jié)構(gòu)的溶質(zhì)元素，在體心立方溶劑(例如α-Fe)中具有較大的固溶度，而在面心立方的溶劑(例如γ-Fe)中固溶度相對(duì)較小。具有面心立方結(jié)構(gòu)的溶質(zhì)元素Co、Ni、Cu等在γ-Fe中的溶解度又大于在α-Fe中溶解度。第59頁/共88頁613）置換固溶體固溶度大小的影響因素：2.原子尺寸因素是指形成固溶體的溶質(zhì)原子半徑與溶劑原子半徑的相對(duì)值大小，△R表示

⊿

R＝（RA－RB）/RA×100%RA、RB分別表示溶劑和溶質(zhì)原子的半徑?！鱎<14%-15%,有利于大量固溶，反之，固溶度非常有限。

如:鐵基合金中，△R<8%才能形成無限固溶體。銅基合金中，△R<10%才能形成無限固溶體。

第60頁/共88頁62經(jīng)驗(yàn)表明，⊿R越大，固溶度越小⊿R的大小限制了固溶體中的固溶度溶入同量溶質(zhì)原子時(shí)，⊿R越大，引起的晶格畸變?cè)酱?，畸變能越高，極限溶解度就越小。第61頁/共88頁633.化學(xué)親和力（電負(fù)性因素）如果它們之間電負(fù)差越大,兩者間親和力大,，則傾向于形成化合物而不利于形成固溶體；即使形成固溶體，固溶度亦很小。形成化合物穩(wěn)定性越高，則固溶體的固溶度越小。

例如Pb、Sn、Si分別與Mg形成固溶體時(shí)，Pb與Mg的電負(fù)性差最小，故形成的化合物Mg2Pb穩(wěn)定性低，Pb在Mg中的最大固溶度可達(dá)7.75﹪。而Si和Mg的電負(fù)性差較大，形成的Mg2Si穩(wěn)定性較高，Si只能在Mg中微量溶解。Sn與Mg電負(fù)性差大小居中，故Sn在Mg中最大固溶度為3.35﹪

第62頁/共88頁64

4.電子濃度因素

a）溶質(zhì)原子價(jià)位高，溶解度極限越小

第63頁/共88頁65

4.電子濃度因素電子濃度：固溶體中價(jià)電子數(shù)目e與原子數(shù)目a之比假設(shè)溶質(zhì)原子價(jià)為v，溶劑原子價(jià)為V，溶質(zhì)元素的原子百分?jǐn)?shù)為x，則該固溶體的電子濃度為:e/a＝[V(100－x)＋vx]/100電子濃度值大易形成化合物；電子濃度小易形成固溶體。第64頁/共88頁66

電子濃度因素對(duì)固溶度影響，還表現(xiàn)在相對(duì)價(jià)效應(yīng)上。即當(dāng)一價(jià)金屬Cu、Ag、Au與高價(jià)元素形成合金時(shí)，高價(jià)元素在低價(jià)元素中的溶解度極限，總是大于低價(jià)元素在高價(jià)元素中的溶解度極限。除此之外，固溶度還與溫度有密切關(guān)系。在大多數(shù)情況下溫度越高，固溶度越大。而對(duì)少數(shù)含有中間相的復(fù)雜合金系(例Cu-Zn)，則隨溫度升高，固溶度減小。

第65頁/共88頁67間隙固溶體當(dāng)一些原子半徑比較小的非金屬元素作為溶質(zhì)溶入金屬或化合物的溶劑中時(shí)，這些小的溶質(zhì)原子不占有溶劑晶格的結(jié)點(diǎn)位置，而存在于間隙位置，形成間隙固溶體。間隙固溶體示意圖1第66頁/共88頁684）間隙固溶體

間隙固溶體的的溶質(zhì)原子是一些原子半徑小于0.1nm的非金屬元素（如C、N、O、、H、B）。其形成條件是△r>41%或r質(zhì)/r劑<0.59間隙固溶體只能是有限固溶體,一般溶解度較小。如：碳原子在α－Fe（最大Wt=0.0218%）和γ－Fe（最大Wt=2.11%）中形成的間隙固溶體為有限固溶體。C、N與鐵形成的間隙固溶體是鋼中的主要合金相第67頁/共88頁695）固溶體的微觀不均勻性

固溶體中溶質(zhì)原子的分布并不是完全無序的。一般認(rèn)為熱力學(xué)上平衡狀態(tài)的無序固溶體溶質(zhì)原子分布在宏觀上是均勻的,在微觀上是不均勻的。在一定條件下,溶質(zhì)原子和溶劑原子在整個(gè)晶體中按一定的順序排列起來,形成有序固溶體。有序固溶體中溶質(zhì)原子和溶劑原子之比是固定的,可以用化學(xué)分子式來表示,因此把有序固溶體結(jié)構(gòu)稱為超點(diǎn)陣。例如：在Cu－Al合金中,Cu：Al原子比是1：1或3：1時(shí)從液態(tài)緩冷條件下可形成有序的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),用CuAl或Cu3Al來表示。第68頁/共88頁70完全無序偏聚短程有序1.溶劑原子的分布完全隨機(jī)，完全無序2.若同類原子結(jié)合力較強(qiáng)，會(huì)產(chǎn)生溶質(zhì)原子的偏聚3.若異類原子的結(jié)合力較強(qiáng)，則溶質(zhì)原子趨于以異類原子為鄰的短程有序分布第69頁/共88頁71短程有序度假設(shè)A,B二組元形成固溶體，A原子的百分?jǐn)?shù)為XA，PA為A原子在B原子周圍出現(xiàn)的概率，則短程有序度定義為

ai=1-PA/XAPA=XA，完全無序

PA<XA，出現(xiàn)溶質(zhì)原子的偏聚

PA>XA,短程有序第70頁/共88頁72間隙固溶體中的點(diǎn)陣畸變

第71頁/共88頁736）固溶體的性質(zhì)

(1)固溶體的點(diǎn)陣畸變

點(diǎn)陣常數(shù)改變

置換固溶體：r質(zhì)>r劑，a增大；

r質(zhì)<r劑，a減小。間隙固溶體：點(diǎn)陣常數(shù)始終隨溶質(zhì)原子溶入而增大。第72頁/共88頁74(2)固溶強(qiáng)化：強(qiáng)度和硬度往往高于各組元，而塑性則較低間隙式溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效果一般要比置換式溶質(zhì)原子更顯著。溶質(zhì)和溶劑原子尺寸相差越大或固溶度極限越小，固溶強(qiáng)化越顯著，則單位濃度溶質(zhì)原子所引起的強(qiáng)化效果越大。但是也有些置換式固溶體的強(qiáng)化效果非常顯著，并能保持到高溫。第73頁/共88頁75(3)物理化學(xué)性能改變固溶體的電學(xué)，熱學(xué)，磁學(xué)等物理性質(zhì)也隨成分而連續(xù)變化。第74頁/共88頁76三化合物

化合物：由兩種或多種組元按一定比例（一定的成分）構(gòu)成一個(gè)新的點(diǎn)陣，即不是溶劑的點(diǎn)陣也不是溶質(zhì)的點(diǎn)陣。特點(diǎn)：在二元相圖中的位置總是在兩個(gè)端際固溶體之間的中間部分，所以稱為中間相。

中間相是合金組元間發(fā)生相互作用而形成的一種新相,它可以是化合物,也可以是以化合物為基的固溶體(二次固溶體),一般可以用化學(xué)分子式來表示,但不一定符合化合價(jià)規(guī)律。第75頁/共88頁772.中間相大多是由不同金屬或金屬與亞金屬組成的化合物，故又稱為金屬化合物3.結(jié)合鍵主要有金屬鍵，離子鍵或共價(jià)鍵，一般具有金屬性4.可以用化學(xué)分子式表示5.不同于組元的晶體結(jié)構(gòu)，組元各占據(jù)一定的點(diǎn)陣位置，呈有序排列6.性能不同于各組元的性能，一般是硬而脆的7.中間相的形成也受原子尺寸，電負(fù)性等影響第76頁/共88頁781）中間相

中間相如：鋼中Fe3C、鋁銅合金中CuAl、黃銅中CuZn、半導(dǎo)體中GaAs、形狀記憶合金中NiTi和CuZn、核反應(yīng)堆材料中Zr3Al、儲(chǔ)氫能源材料中LaNi5等。中間相分類：正常價(jià)化合物——服從原子價(jià)規(guī)律電子化合物——電子濃度起控制作用間隙相、間隙化合物、TCP相、超結(jié)構(gòu)——原子尺寸有關(guān)化第77頁/共88頁792）正常價(jià)化合物

正常價(jià)化合物是一些金屬與電負(fù)性較強(qiáng)的ⅥA、ⅤA、ⅣA族的一些元素按照化學(xué)上的原子價(jià)規(guī)律所形成的化合物。其特點(diǎn)是符合化合物規(guī)律。具有嚴(yán)格的化合比、成分固定不變，成分可用化學(xué)式表示,一般為AB型、AB2型或A2B型、A3B2型。

正常價(jià)化合物的晶體結(jié)構(gòu)通常對(duì)應(yīng)于同類分子式的離子化合物結(jié)構(gòu)。例如:A2B型Mg2PbMg2SnMg2GeMg2SiAB型MgSMnSFeS正常價(jià)化合物在常溫時(shí)有很高的硬度和脆性。在工業(yè)合金中,能起到提高材料強(qiáng)度和硬度的作用,稱為強(qiáng)化相。如Al－Mg－Si合金中Mg2Si；但有時(shí)也是有害相,如鋼中FeS會(huì)引起鋼的脆性。第78頁/共88頁803）電子價(jià)化合物

是由ⅠB族（Cu、Au、Ag）或過渡族金屬（Fe、Co、Ni）與ⅡB、ⅢA、ⅣA族元素形成的金屬化合物。特點(diǎn)：不遵循原子價(jià)規(guī)律、電子濃度是決定其晶體結(jié)構(gòu)的主要因素。電子濃度相同,相的晶體結(jié)構(gòu)類型相同。電子濃度：固溶體中價(jià)電子數(shù)目e與原子數(shù)目a之比

e/a=（化合物元素價(jià)電子總數(shù)/化合物原子數(shù)）注:計(jì)算時(shí)過渡族元素時(shí)價(jià)電子數(shù)視為0。

第79頁/共88頁81電子濃度、相、結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：e/a=7/4（即21/12）ε密排六方結(jié)構(gòu)e/a=21/13γ復(fù)雜立方結(jié)構(gòu)e/a=3/2（即21/14）β體心立方結(jié)構(gòu)

β－Mn復(fù)雜立方或密排六方結(jié)構(gòu)

電子價(jià)化合物大都以金屬鍵結(jié)合，具有金屬特性,具有高熔點(diǎn)、高硬度但塑性低,與固溶體適當(dāng)搭配使合金得到強(qiáng)化,作為非Fe合金中重要組成相。第80頁/共88頁824）.原子尺寸因素有關(guān)的化合物

間隙相和間隙化合物

是由過渡族金屬與原子半徑很小的非金屬元素（C、H、N、B等）組成的。

rx/rm<0.59且電負(fù)性相差較大——簡單結(jié)構(gòu)的間隙相

rx/rm<0.59,電負(fù)性相差較小——間隙固溶體

rx/r