固体化学 第二章 材料的结构.ppt

表2-3 典型晶体中的四面体和八面体间隙 从表2-2和表2-3可以得出5点结论： 　(1)fcc和hcp都是密排结构，而bcc则是比较“开放”的结构，因为它的间隙较多。(2)fcc和hcp金属中的八面体间隙大于四面体间隙，故这些金属中的间隙原子往往位于八面体间隙中。 (3)在bcc晶体中，四面体间隙大于八面体间隙，因而间隙原子应占据四面体间隙位置。但有些情况下，间隙原子占据八面体间隙位置（如碳在α-铁中）。(4)fcc和hcp中的八面体间隙远大于bcc中的八面体或四面体间隙，因而间隙原子在fcc和hcp中的固溶度往往比在bcc中大得多。 (5)fcc和hcp晶体中的八面体间隙大小彼此相等，四面体间隙大小也相等，其原因在于这两种晶体的原子堆垛方式非常相像。 2.3.2 共价晶体和离子晶体的晶体结构IV,V,VI族的元素多数为共价结合，配位数为8-N，N是族数。共价晶体的配位数很小，使得致密度较低。 2.3.3 合金相结构 1、基本概念 什么是合金？合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素，经过熔炼、烧结或其他方法组合而形成，并具有金属特性的物质。 组成合金的最基本的独立物质称为组元（包括金属、非金属）。组元可能是纯元素，如铜银合金中的铜和银，也可是化合物，如铁-碳化铁中的碳化铁。 由二个、三个、……、n个组元形成合金分别称为二元、三元、……、n元合金。组元种类相同、但含量不同（成分不同）的各种合金形成一个合金系列，或简称合金系。因此，对应于组元数目，就有二元系、三元系、……、n元系。当然纯金属也可以看成是一种特殊的合金系，即单元系。 和纯金属不同，在一定的外界条件（一定的温度和压强）下，一定成分（指合金的总成分）的合金内部不同区域可能具有不同的成分、结构和性能。具有相同的（或连续变化的）成分、结构和性能的部分（或区域）称为合金相或简称相。 由一种相组成的合金叫作单相合金，而由几种不同相组成的合金叫作多相合金。 相是合金组织的基本组成部分。因此，在一定的外界条件下，一定成分的合金可以由若干不同的相组成，这些相的总体便称为合金的组织。 2、合金相分类 按照晶体结构，可以将合金相分为固溶体和中间相两类。 固溶体一种组元（溶质）溶解在另一种组元（溶剂，一般是金属）中，并能保持溶剂元素的晶格点阵类型所形成的合金相称为固溶体。它具有以下基本特征： (1) 保持着原溶剂的晶体结构　形成固溶体后点阵类型和溶剂的点阵类型相同。 (2) 有一定的成分范围　组元的含量可在一定范围内改变而不会导致固溶体点阵类型的改变。某组元在固溶体中的最大含量（或溶解度极限）便称为该组元在该固溶体中的固溶度。 (3) 具有比较明显的金属性质　例如，具有一定的导电、导热性和一定的塑性等等。这表明，固溶体中的结合键主要是金属键。 固溶体分类 (1) 按溶质原子在点阵中的位置分类 置换式固溶体　 置换式固溶体亦称替代固溶体，其溶质原子位于点阵结点上，替代（置换）了部分溶剂原子。影响溶解度的因素很多，主要取决于四个因素：a.晶体结构，b.原子尺寸，c.化学亲和力（电负性），d.原子价 。 图2-20 置换固溶体示意图 间隙式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。 图2-21 间隙固溶体 (2) 按固溶度分类 有限固溶体固溶度小于100%的固溶体。例如，Cu-Zn系的α和η固溶体，Fe-C系的α和η固溶体等都是有限固溶体。　这里所说的固溶度是指平衡态下的情况。非平衡状态下，固溶度可以得到很大程度的扩大。 无限固溶体无限固溶体又称连续固溶体，是由两个（或多个）晶体结构相同的组元形成的，任一组元的成分范围均为0~100%。例如，Cu-Ni系、Cr-Mo系、Mo-W系、Ti-Zr系等在室温下都能无限互溶，形成连续固溶体。 固溶体的微观不均匀性在热力学上处于平衡状态的无序固溶体中，溶质原子的分布在宏观上是均匀的，但在微观上并不均匀。在一定条件下，它们甚至会呈有规则分布，形成有序固溶体。这时溶质原子存在于溶剂点阵中的固定位置上，而且每个晶胞中的溶质和溶剂原子之比也是一定的。有序固溶体的点阵结构有时也称超结构。长程有序的固溶体在其X射线衍射图上会产生外加的衍射线，称为超结构线，所以有序固溶体通常称为超结构或超点阵。 中间相（了解）两组元组成的合金中，在形成有限固溶体的情况下，如果溶质含量超过其溶解度时，将出现新相，且这种相的成分多数处在A在B中溶解限度和B在A中溶解限度之间，即落在相图的中间部位，故称它为中间相。中间相可以是化合物，也可以是以化合物为基的固溶体。中间相可以分为正常价化合物、电子化合物、原子尺寸有关的化合物等几大类。 作 业 γ-Fe在略高于910℃时，点阵常数a＝0