《材料科学基础教学资料》第三章材料的相结构及相图_材料科学基础.docVIP

第三章 材料的相结构及相图 1.1置换固溶体 当溶质原子溶入溶剂中形成固 溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体就称为置换固溶体。 金属元素彼此之间一般都能形成置换固 溶体，但溶解度视不同元素而异，有些能无限溶解，有的只能有限溶解。影响溶解度的因素很多，主要取决于以下几个因素： （1）晶体结构 晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件。只有当组元A和B的结构类型相同时，B原子才有可能连续不断地置换A原子，如图3-1所示。 (2) 原子尺寸因素 (3) 化学亲和力 (电负性因素) (4)原子价 合金中的电 子浓度可按下式计算： (3-1) 式中 A--分别为溶剂； B--溶质的原子价； x--为溶质的原子数分数(％)。 图3-2 元素的电负性(虚线表示铁的电负性数值) 1.1.2间隙固溶体 溶质原子分布于溶剂晶格间隙 而形成的固溶体称为间隙固溶体。 在间隙固溶体中，由于溶质原 子一般都比晶格间隙的尺寸大，所以当它们溶人后，都会引起溶剂点阵畸变，点阵常数变大，畸变能升高。因此，间隙固溶体都是有限固溶体，而且溶解度很小。 1.1.3固溶体的微观不均匀性 为了了解固溶体的微观不均匀 性，可引用短程序参数。短程序参数α定义为 1.1.4固溶体的性质 （1）点阵常数改变 （2）产生固溶强化 （3）物理和化学性能的变化 1.2 中间相 1.2.1正常价化合物 1.2.2电子化合物 1.2.3原子尺寸因素有关的化合物 （1）间隙相和间隙化合物 (2) 拓扑密堆相 1.2.4超结构(有序固溶体) 金属间化合物由于原子键合和 晶体结构的多样性，使得这种化合物具有许多特殊的物理、化学性能，已日益受到人们的重视，不少金属间化合物特别是超结构已作为新的功能材料和耐热材料正在 被开发应用。 第二节 二元系相图 2.1 固溶体的类型 置换固溶体示意图 间隙固溶体示意图 缺位固溶体示意图 2.2 杠杆规则 杠杆规则示意图 2.3 二元系相图的热力学性质 2.3.1由吉布斯自由能曲线作公切线的方法绘制相图 液态和固态的吉布斯自由能曲 线规定纯液态NiO作为NiO的标准态，纯固态MgO作为MgO的标准态，则形成1mol固态理想溶液时，体系的吉布斯自由能为 1mol液态理想溶液 时，体系的吉布斯自由能为 把 各个温度下不同的xNiO、xMgO值代入上列两式中，就可得到各个温度下液相和固相的吉布斯自由能曲线。如图3-21便是2600K时液相和固相 吉布斯自由能随组成的变化曲线。 2.3.2计算平衡相活度的方法绘制相图 以Zn—Sn二元系为例。Zn—Sn系为简单共晶 型二元系，所以在该相图的固液二相平衡区中，固相为纯锌或者纯锡。在恒温下，如将各相Zn的化学势选定为，则锌在两相的活度应该相 等，即 2.3.3计算平衡相组成的方法绘制相图 该法需求得平衡相组成直接与 热数据发生联系的函数式，这样，便可应用可查的热数据，计算平衡相组成，并绘出相图。 2. 4 二元系相图的吉布斯自由能 [1] 无最高点或最低点的完全互溶型二元系 [2] 具有最高点的完全互溶型二元系 [3] 具有最低点的完全互溶型二元系 [4] 共溶型二元系 [5] 转熔型二元系 [6] 生成稳定化合物的二元系 [7] 生成不稳定化合物的二元系 2. 5 共晶型二元系: 在二元体系中，如果固态的两个组元完全互 不相溶，并且组成一个共晶系统，则这个相系便称为共晶型二元系。 2.6 同晶型二元系(完全互溶型二元系):固态时和液态时两个组元都能以任何比例 互相溶解的相系，称为同晶型二元系. 2. 7 固溶型二元系 2.7.1、共溶型(共晶型) 2.7.2转熔型(包晶型) 2.8 偏晶型二元系 2.9化合物型二元系 2.9.1同分熔化化合物型二元系 2.9.2异分熔化化合物型二元系 2.9.3固相内化合物生成和分解的二元系 2.10 有晶型转变的二元系 2.10.1 晶型转变温度以上和以下都没有固溶的情况 在该体系中的固液共存区和固 相共存区，都可能出现晶型转变曲线，因为在这些相区内析出的固相都是纯物质，所以晶型转变曲线都是恒温水平线. 2.10.2晶型转变温度以上和以下都完全固溶的情况 (1)二元系的两个组元各有一个同素异型转变点，并且同素异型转变前后都生成相同的晶格，此时便可得到与完 全互溶型二元系相图相似的相图 (2)仅有一个组元具有一个同素异型转变 (3)仅有一个组元具有两个同素异型转变 (4)一个组元具有两个同素异型转变，另一个组元具有一个同素异型转变或生成中间相 （5）晶型转变温度以上完全固溶，以下部分互 固溶或不溶的情况 第三节 三元相图 3.1 三 元相图成