第二章 固体结构2.3.ppt

第二章　固体结构 李怀勇 聊城大学材料科学与工程学院 本章章节结构 2.1　晶体学基础 2.2　金属的晶体结构 →→→2.3　合金相结构 2.4　离子晶体结构 2.5　共价晶体结构 2.6　聚合物的晶体结构 2.7 准晶态结构 2.8 液晶态结构 2.9　非晶态结构 2.3、合金相结构 合金 合金：由2种或以上的金属或金属与非金属组成的，具有金属特性的物质。 组元：组成合金的基本的，独立的物质称为组元。 相： 合金中具有同一聚集状态，晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分称为相。 组织：合金中各相晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。 合金的分类 当原子半径相差太多时，一般进入间隙，引起溶剂点阵的畸变，点阵常数增大。 所以间隙型固溶体不能无限固溶。 不仅与原子大小有关，还与晶隙的大小和形状有关。 中间相 中间相：凡不和相图端际相连的相，是化合物或者以化合物为基的固溶体。 分类： 1、正常化合物 2、电子化合物 3、与原子尺寸因素有关的化合物 4、超结构（有序固溶体） 成键特点：金属键与其他典型键（离子键、共价键）的混合，均具有一定的金属性 组成－金属和电负性较强的IVA，VA, VIA族元素，按照原子价规律所形成的化合物 晶体结构－离子键化合物的结构 稳定性－取决于电负性差 　差越小，不稳定，金属性越强； 　差越大，稳定，趋于离子性化合物。 晶体结构－主要取决于电子浓度 组成－ IB族的贵金属（Ag,Au,Cu）与IIB,IIIA,IVA族元素 38 电子化合物主要特点 不符合化合价规律，其成分在一定范围内变化，可视为以化合物为基的固溶体，其电子浓度也在一定范围内变化。 金属键为主，具有明显的金属性 3、与原子尺寸因素有关的化合物 结构－取决于原子尺寸差别 （1）间隙相 a、结构简单，与组元结构均不同。非金属原子占据晶格间隙中。 rX/rM＜0.414时，占据四面体间隙； 　　　rX/rM＞0.414时，占据八面体间隙； b、间隙相的成分有时会在一定范围内变化，可以视为以化合物为基的固溶体（第二类固溶体）。间隙相之间也可以固溶，有时是无限固溶。如：TiC-ZrC，TiC-VC….. c、具有高的硬度和熔点。 （2）间隙化合物 a、 rX/rM＞0.59时，结构复杂 b、间隙化合物中的金属元素常常被其他金属所置换，形成以化合物为基的固溶体。 c、具有较高的硬度和熔点，但比间隙相稍低。 这些多面体具有如下特征： 　（1）面为三角形　　（2）凸形多面体　（3）每个角和5-6个棱相连接 （1）拓扑－拉弗斯相(Laves) AB2型密堆结构 Laves相的晶体结构的典型代表 金属间 拓扑- Laves -MgCu2 （2）拓扑－σ相 中间相-4超结构（有序固溶体） 某些在高温具有短程有序的固溶体，当其成分接近一定的原子比（AB,AB2,AB3），在缓冷到临界温度Tc时，形成有序固溶体。 在XRD图中就会有外加的线条，叫超结构线。 异类原子之间的吸引大 长程有序度参数S－表示有序化程度 超结构形成过程 　机理：形核和长大，过程是通过原子迁移过程实现； 　 　　　　成核　短程有序的微小区域（有序畴） 　　　　长大　各有序畴长大　　　　　　　 　　　　接壤　界面结构相同，成为一体 　　　　　　　不同的分界面，反相畴界 形成的影响因素：温度、降温速度和成分 中间相-5金属间化合物性质 （1）超导 （2）电学性能－半导体 （3）强磁性能 （4）储氢材料 （5）高温性能 （6）耐蚀性能 （7）形状记忆 b、拓扑密堆相（TCP）(自学） 拓扑密堆相是由不规则的四面体填充空间的密堆结构 卡斯珀(Kasper)提出一些可以满足上述堆垛方式的规则多面体（Kasper配位多面体） MgCu2(立方)型 MgZn2(六方)型 MgNi2(六方)型 电子浓度 1.33-1.75 1.80-2.00 1.80-1.90 晶胞分子数：Z=8 Cu原子组成四面体，四面体顶点与顶点相连，形成层状，每一密排层成3.6.3.6网络 Mg原子组成一种金刚石型结构的四面体网络 1).具有超导性质的金属间化合物，如Nb3Ge，Nb3Al等； 2).具有特殊电学性质的金属间化合物，如InTe-PbSe，GaAs-ZnSe等在半导体材料用； 3).具有强磁性的金属间化合物，如稀土元素（Ce，La，Sm，Pr，Y等）和Co的化合物，具有特别优异的永磁性能； 4). 具有耐热特性的金属间化合物，如Ni3Al，NiAl，TiAl，Ti3Al，FeAl，Fe3Al，MoSi2，NbBe12。ZrBe12等不仅具有很好的高温强度，并且，在高温下具有比较好的塑性； 5).具有形状记忆效应、超弹性和消震性的金属间化合物，如 TiNi，CuZn，