《固體中的相結(jié)構(gòu)》PPT課件

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1、第二章固體中的相結(jié)構(gòu)2.1固溶體2.2金屬間化合物2.3陶瓷晶體相2.4玻璃相2.5分子相雖然純金屬在工業(yè)上獲得了一定的應(yīng)用，但由于其性能的局限性，不能滿足各種使用場合的要求。以強(qiáng)度為例，純金屬的強(qiáng)度一般都很低，如鐵的拉伸強(qiáng)度約為200MN/m2，而鋁還不到100MN/m2，顯然都不適合用作結(jié)構(gòu)材料；如何改變和提高金屬材料的性能？實(shí)踐證明，合金化是最主要的途徑。因此，目前應(yīng)用的金屬材料絕大多數(shù)是合金。幾個(gè)基本概念：合金：一種金屬元素與另一種或幾種其它元素（金屬或非金屬），通過熔煉或其它方法結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的物質(zhì)。與純金屬比，合金的力學(xué)性能高得多且種類多。組元：組成合金獨(dú)立的、最

2、基本的單元。組元包括二元合金：由兩個(gè)組元組成的合金。由給定組元可以配制成一系列成分不同的合金，這些合金組成一個(gè)合金系統(tǒng)，稱為合金系，兩個(gè)組元組成的為二元系，三個(gè)組元組成的為三元系，更多組元組成的稱為多元系。合金的組成元素穩(wěn)定化合物：固定的熔點(diǎn)和成分，不易分解。相：在任一給定的物質(zhì)系統(tǒng)中，具有同一化學(xué)成分、同一原子聚集狀態(tài)和性質(zhì)，并與其它部分有明顯界面分開的均勻組成部分。多數(shù)金屬在液態(tài)各組成元素之間無限互溶，故液態(tài)只有單一的液相（L），固態(tài)物質(zhì)可以是單相，也可以是多相。固體中的相從結(jié)構(gòu)上可將其分為固溶體、化合物、陶瓷晶體相、玻璃相及分子相等5類。固態(tài)合金中有兩類基本相——固溶體和化合物。2.1

3、固溶體2.1.2固溶體的分類（1）按溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在溶劑晶格中的位置來劃分：a、置換固溶體：溶質(zhì)原子取代溶劑原子的位置，但整個(gè)結(jié)構(gòu)仍然是溶劑的晶體結(jié)構(gòu)。b、間隙固溶體：溶質(zhì)原子位于溶劑原子的間隙位置中。形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的非金屬元素，如C、N、B等，而溶劑元素一般是過渡族元素。形成間隙固溶體的一般規(guī)律為r質(zhì)/r劑<0.59。置換固溶體示意圖間隙固溶體示意圖（2）按溶質(zhì)在溶劑中的溶解度分類a、有限固溶體：在一定的條件下，溶質(zhì)在固溶體中存在一極限濃度，如超過此濃度則有其它相形成。b、無限固溶體：溶質(zhì)可以任意比例溶入到溶劑中，最高可達(dá)100%。（只能是置換固溶體）形成無限固溶體的幾個(gè)

4、必要條件：溶質(zhì)和溶劑的原子尺寸差極?。ㄔ谥芷诒碇形恢孟噜彛蝗苜|(zhì)與溶劑的晶體結(jié)構(gòu)類型相同；溶質(zhì)和溶劑的負(fù)電性相近；只有一價(jià)元素或（在計(jì)算電子濃度時(shí)當(dāng)作0價(jià)）過渡族金屬元素，才有可能與一價(jià)金屬元素（溶劑）形成無限固溶體。（3）根據(jù)各組元分布的規(guī)律性劃分a、有序固溶體：溶質(zhì)原子在固溶體中有規(guī)律的分布。（只能是置換固溶體）b、無序固溶體：溶質(zhì)原子在固溶體中無規(guī)律的分布。當(dāng)同類原子間的結(jié)合能小于異類原子間的結(jié)合能時(shí)，溶質(zhì)原子會呈部分有序分布；此時(shí)若溶質(zhì)原子達(dá)到一定的原子分?jǐn)?shù)時(shí)，則會呈完全有序分布，即形成有序固溶體?？梢娪行蚬倘荏w有確定的化學(xué)成分，可用化學(xué)式表示。當(dāng)有序固溶體加熱至某一臨界溫度時(shí)，將轉(zhuǎn)

5、變?yōu)闊o序固溶體；而緩慢冷卻至這一溫度時(shí)，又可轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w。這一轉(zhuǎn)變過程稱為有序化，臨界轉(zhuǎn)變溫度稱為有序化溫度。2.1.3固溶體的性能(1)在形成間隙固溶體時(shí)，晶格常數(shù)總是隨溶質(zhì)原子的溶入而增大。(2)形成置換固溶體時(shí)，若溶質(zhì)原子比溶劑原子大，則溶質(zhì)原子周圍晶格發(fā)生膨脹，平均晶格常數(shù)增大；反之，若溶質(zhì)原子較小，則溶質(zhì)原子周圍晶格發(fā)生收縮，使固溶體的平均晶格常數(shù)減小。(3)間隙式溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效果—般要比置換式溶質(zhì)原子更顯著。(4)溶質(zhì)原子溶入造成的晶格畸變使塑性變形抗力增加，位錯(cuò)移動困難，因而使固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性和韌性有所下降，這種現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。(5)固溶強(qiáng)化是提高金屬材料機(jī)

6、械性能的重要途徑之一。2.2.1正常價(jià)化合物金屬與化學(xué)元素周期表中一些電負(fù)性較強(qiáng)的ⅣA、ⅤA、ⅥA族元素，按照化學(xué)上的原子價(jià)規(guī)律所形成的化合物，稱為正常價(jià)化合物。它們的成分可以用分子式來表達(dá)，如Mg2Si、Mg2Sn、ZnS、ZnSe等。這些化合物的穩(wěn)定性與組元間電負(fù)性差有關(guān)，電負(fù)性差越大，化合物越穩(wěn)定，越趨于離子鍵結(jié)合。電負(fù)性差越小，化合物越不穩(wěn)定，越趨于金屬鍵結(jié)合。正常價(jià)化合物包括從離子鍵、共價(jià)鍵過渡到金屬鍵為主的一系列化合物。正常價(jià)化合物通常具有較高的硬度和脆性。固溶度范圍極小，在相圖上為一條垂直線。表　一些正常價(jià)化合物及其晶體結(jié)構(gòu)類型2.2.3間隙型化合物過渡族金屬能與原子半徑比較小

7、的非金屬元素C、N、H、O、B等形成化合物，其特點(diǎn)是半徑較大的過渡族元素的原子占據(jù)新晶格的結(jié)點(diǎn)位置，而半徑較小的非金屬元素的原子則有規(guī)律地嵌入晶格的空隙中。當(dāng)金屬（M）與非金屬（X）的原子半徑比值RX/RM＜0.59且電負(fù)性差較大時(shí)，化合物具有比較簡單的晶體結(jié)構(gòu)，稱為間隙相（若RX/RM＜0.59且電負(fù)性差較小時(shí)，可形成間隙固溶體）；而當(dāng)RX/RM＞0.59且電負(fù)性差較大時(shí)，形成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物，稱為復(fù)雜