第2单元 晶体学基础4.ppt

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