晶体学基础4.ppt

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晶体学基础4

三 金属晶体结构 三 金属晶体结构 1、面心立方结构A1(fcc) 晶胞中原子数: 点阵常数a与原子半径R有关系: 三 金属晶体结构 2、体心立方结构A2(bcc) 晶胞中原子数: 点阵常数a与原子半径R有关系: 三 金属晶体结构 3、密排六方结构A3(hcp) 晶胞中原子数 点阵常数a、c与原子半径R的关系 1)理想情况c/a=1.633,a=2R. 2)实际测得轴比c/a≠1.633,(a2/3+c2/4)1/2=2R 具有密排六方结构的金属有:镁、锌、镉等 三 金属晶体结构 三 金属晶体结构 三 金属晶体结构 三 金属晶体结构 四 合金相结构 合金:由两种或两种经上的金属或金属与非金属经熔炼,烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。 如碳钢和铸铁是铁和碳所组成的合金,黄铜是铜和锌的合金。 合金相分为固溶体和中间相两大类。 四 合金相结构 (一)固溶体的概念和分类 1、概念:在固态条件下,一种组分内“溶解”了其它组分而形成单一、均匀的晶态固体。 溶剂(主晶相)— 含量较高的成分。 溶质(杂质)— 含量较低的成分。 四 合金相结构 几个概念区别: (1)固溶体与机械混合物 二者有本质区别,若由A和B形成固溶体,A与B以原子尺度混合,是均匀的单相材料,而A和B形成机械混合物,不可能是原子尺度混合,它们各自保持自身 的结构与性质,不是单相而是二相或多相。 (2)固溶体与化合物 相同:均为单相材料。 异同:A和B形成固溶体后,其结构与主晶体一致,A与B间无确定的摩尔比,可以在一定范围内波动,如红宝石,A与B形成化合物AmBn后,生成物结构即不同于A也不同于B,是一种新结构,A与B存在一定摩尔比。 四 合金相结构 2、分类 1)按结构类型分 (1)置换型固溶体(2)填隙型固溶体(3)缺位型固溶体 2)按溶解能力分 连续固溶体:两种组分可按任意比例混合都能形成均一的固溶体。如:MgO-FeO 有限固溶体:两种组分在一定范围内可形成均一固溶体。 3)按溶质分布 无序固溶体—溶质杂乱分布,是统计均匀的。 有序固溶体—溶质在溶剂中分布均匀。 四 合金相结构 四 合金相结构 (二)置换型固溶体:转换进去的原子或离子全部在正常位置(点阵结点)上。不存在间隙或缺位情况(原有热缺陷不算) 影响置换固溶体因素: 1 原子或离子大小:要求对应的原子离子大小越相近,则固溶体越稳定。 (休姆-罗瑟里规律) 如:设r1,r2分别为溶剂和溶质的离子半径,则有经验规律 四 合金相结构 四 合金相结构 2 晶体结构类型 对形成连续固溶体,要求结构类型相同,(必要条件) 如 MgO-FeO,MgO-NiO均属NaCl型结构,形成连续固溶体,CaO-ZrO2,CaO(NaCl型),ZrO2(萤石型),不形成连续固溶体。 3 离子的类型和键性: 要求离子的类型和键性相同或相近。 4 电价影响 要求取代前后,电价平衡。 四 合金相结构 5 电负性 要求电负性相近。 电负性:微量元素的原子吸附电子的能力。 一般说,电负性相近的组分间易形成固溶体,电负性相差较大的组分间易生成化合物。 6 温度和压力 温度是外因,T升高,有利于固溶体生成,压力也是外因,作用与温度相反,压力增加,不利于固溶体生成。 四 合金相结构 间隙固溶体——外来较小杂质进入晶格间隙形成的固溶体。 影响间隙固溶体因素: 外来杂质的大小与晶体结构密切相关。 要形成间隙固溶体,添加原子要小,晶体的空隙要大。 四 合金相结构 溶质原子、离子的溶入导致固溶体的点阵常数,力学性能,物理和化学性能产生不同程度的变化。 1、点阵常数改变 形成固溶体时,由于溶质与溶剂原子大小不同,总会引起点阵畸变并导致点阵常数发生变化。 2、产生固溶强化 无论形成哪类固溶体,由于溶质原子溶入,都使晶格产生畸变,使塑变抗力增加,表现为强度增加,硬度变大,塑性降低,韧性降低,这种现象称固溶强化。 四 合金相结构 3、物理和化学性能变化 由于固溶,产生畸变,点阵常数变化,使物理,化学性能变化。 如:Si溶入α-Fe中,磁导率增加,含2%-4%Si

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