金属间化合物
金属间化合物中的析出
金属间化合物中的析出金属间化合物一般是金属与非金属元素之间形成的化合物，其中金属元素的价态没有明显的变化，而非金属元素的价态有所变化，它们以催化剂的角色来发挥作用，影响到整个反应的发展脉络。
金属间化合物也是现在物理化学实验中经常使用的化合物。
析出是指金属间化合物受到溶剂、温度、压力等因素作用时分解，这时反应产物自行分开的一种过程叫做析出。
在析出过程中，原始的金属间化合物分解成各个物质对空气中形成均匀分布的微粒，这种析出的状态才称为真的析出。
析出的发生需要经过以下三个步骤：首先，金属间化合物溶解在溶剂中，发生介质条件的改变；其次，金属间化合物受外界因素影响，自行分解成各种被盐和其它物质，这些物质游离在溶剂中；最后，这些游离在溶剂中的物质形成了浓度逐渐升高的析出溶液，当浓度达到一定程度时，金属间化合物就会自然析出。
析出过程的动力学介绍可以分为三种情况：第一种是者元素强聚力作用和不稳定因素的结合，有时原子之间的结合能力会比溶解物所比较其他成键物质的熔点和汽点高极大，当受外界环境影响时就会引起析出；第二种是当溶剂作用时，盐溶于溶剂形成阳离子和阴离子，然后两种离子分别受到溶剂的化学作用和自由度的限制，会引起析出；第三种是受温度的作用，在溶质与溶剂的混合物中，温度的升高有利于析出的过程。
析出反应的热力学主要有两大概念，分别是析出反应的自由能和析出反应的熔化焓变，如果金属间化合物的分解反应自由能为负，则说明反应是自发的，因此金属间化合物就能析出；如果金属间化合物的分解反应自由能为正，则说明反应是不自发的，此时需要外来能量来激活化学反应。
从上述分析可知，金属间化合物分解必须具备两个要素才能产生析出，即符合热力学自发性要求和符合活化能要求。
因此，要使金属间化合物析出，我们需要通过调节温度、压力和溶剂来实现。
金属间化合物的结构
金属间化合物的结构金属间化合物是指由两种或两种以上金属元素组成的化合物，具有特殊的结构和性质。
在金属间化合物中，金属原子以不同的方式排列，形成了多种不同的结构类型。
以下将介绍几种常见的金属间化合物结构。
1. 立方晶系立方晶系是金属间化合物中最常见的结构类型之一。
在立方晶系中，金属原子以球形或立方体的形式排列。
最典型的例子是体心立方(BCC)和面心立方(FCC)结构。
在体心立方结构中，每个金属原子都位于一个立方体的顶点和中心，而在面心立方结构中，每个金属原子都位于立方体的八个顶点和一个面心。
2. 八面体晶系八面体晶系是另一种常见的金属间化合物结构类型。
在八面体晶系中，金属原子通常以八面体的形式排列。
最典型的例子是菱形晶系和闪锌矿晶系。
在菱形晶系中，每个金属原子都与三个相邻的金属原子相连，形成一个菱形结构。
而在闪锌矿晶系中，每个金属原子都与六个相邻的金属原子相连，形成一个八面体结构。
3. 钙钛矿晶系钙钛矿晶系是一种复杂的金属间化合物结构类型，具有多种不同的变体。
在钙钛矿晶系中，金属原子和非金属原子以一定的比例混合，形成一种特殊的结构。
最典型的例子是钙钛矿(CaTiO3)和钙铁矿(CaFeO3)结构。
在钙钛矿结构中，金属原子和非金属原子分别位于八面体和四面体的顶点和中心。
4. 层状晶系层状晶系是一种特殊的金属间化合物结构类型，具有多层结构。
在层状晶系中，金属原子和非金属原子以层状的形式排列。
最典型的例子是石墨烯和层状双氧化硅结构。
在石墨烯结构中，碳原子以六边形的形式排列，形成一个平面的层状结构。
而在层状双氧化硅结构中，硅原子和氧原子以四面体的形式排列，形成一个三维的层状结构。
金属间化合物具有多种不同的结构类型，每种结构类型都具有其独特的性质和应用。
通过对金属间化合物结构的研究，可以更好地理解其性质和应用，为材料科学和化学领域的发展提供重要的理论基础。
金属间化合物
钢中的过渡族金属元素之间形成一系列金属间化合物，即是指金属与金属、金属与准金属形成的化合物。其中最主要的有σ相和Lσves相，它们都属于拓扑密排(TcP)相，它们由原子半径小的一种原子构成密堆层，其中镶嵌有原子半径大的一种原子，这是一种高度密堆的结构。它们的形成除了原子尺寸因素起作用外，也受电子浓度因素的影响。
Laves相 在二元系中，Layes相是化学式为AB2型的复杂立方或复杂六方点阵的金属间化合物，其组元A的原子半径和组元B的原子半径的比值ra／rb约1．2。Laves相的晶体结构有三种类型：(1)MgCu2型为复杂立方系。(2)MgZn2为复杂六方系。(3)MgNi2为复杂六方系。电子浓度影响到LaYeS相的晶体结构类型。过渡族金属元素之间的Laves相随着元素原子序数增高，Laves相的晶体类型发生了由复杂立方点阵→复杂六方点阵→复杂立方点阵的转变。并且Laves260相的“平均族数”不超过8。在合金钢中，Laves相是具有复杂六方点阵的MgZn2型，它们是MoFe2、wFe2、NbFe2和TiFe2。在多元合金钢中，原子尺寸较小的锰、铬和镍可取代Laves相中铁原子的位置，原子尺寸较大的合金元素处于A原子的位置，形成化学式为(w，Mo，Nb)(Fe，Ni，Mn，cr)2的复合Laves相。Layes相出现在复杂成分的耐热钢中，是现代耐热钢中的一个强化相。
合金元素在钢的转变中的作用
合金元素对钢的临影响钢中的转变，改变钢的组织，以得到不同的性能。
cr- Mn 19％～24％Cr(800℃) 6．84～6．78
Cr—Fe 43．5％～49％Cr(600 C) 7．1～7．O
Cr-Co 56．6％～61％Cr 7．3～7．2
M0一Fe 47％～50％Mo(1400℃) 7．23～7．1 7
金属间化合物的制备
现代材料制备技术
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几种常用金属间化合物的发展状况
Ni-Al系金属间化合物
目前Ni3Al的性能已经改善的可与现有的工业合金相比， 但是大规模生产Ni3Al的加工方法还处在早期开发阶段。 目前的研究方向是利用熔铸和粉末冶金2种途径来生产 Ni3Al。事实表明，借助粉末冶金、热等静压和热挤压等 手段能够成功地加工Ni3Al。并可获得100％的密度和细小 的晶粒尺寸。不过，现在还难于用熔铸锭坯的方法来加工 Ni3Al，问题出在热轧时。但是，Ni，Al锭坯能够在高于 950℃温度下超塑性地进行锻造，生产细晶的、近净形的 零件。据称，利用双辊直接铸造工艺已经成功地生产了表 面质量高、晶粒尺寸均匀、厚度约为0.8mm的Ni3Al薄板， 还能够由熔体直接铸造出各种尺寸的棒材和条材等。
把几种金属块或金属粉末按要求的成分比例配合，经熔炼 后即可制得单相或多相金属间化合物。这时，根据所制备
化合物的熔点、蒸气压及与气体的反应等，必须相应确定
所用的电源、熔炼保护气氛等。另外，如使用的是金属粉 末，熔炼前需先压制成形及预烧结。
现代材料制备技术
(1)电阻加热
现代材料制备技术
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通常把欲合金化的元素粉末混合起来，在高能球磨机等设 备中长时间运转，将回转机械能传递给金属粉体，在回转 过程中粉体经过重复的挤压、破断、冷焊及再挤压变形， 各组分中的原子相互扩散或发生固态反应，最终达到合金 化的目的。
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3、自蔓延高温合成
自蔓延高温合成(Serf-propagating High-temperature Synthesis，缩写SHS)，又称为燃烧合成(Combustion
第九讲 金属间化合物的制备
金属间化合物
④由于存在离子键或共价键，故金属间化合物往往硬而脆（强度高，塑性差）。但又因存在金属键的成分， 也或多或少具有金属特性（如有一定的塑性、导电性和金属光泽等）。
应用介绍
金属间化合物具有与原金属不同的结晶结构和原子结构，能形成新的有序超点阵结构，具有许多与众不同的 性质，而有别于目前广泛应用的金属或合金。在近几十年里得到了快速发展，应用领域也在逐渐扩大。
（1）高温应用 金属间化合物由于具有优于高温合金的耐热性、高的比强度、高的比寿命、高的导热性和高的抗氧化性，以 及具有优于陶瓷材料的韧性和良好的热加工性而受到广泛**，尤其受到航空部门的青睐。 金属间化合物（2）电磁应用 金属间化合物作为电磁材料是功能材料的一个分支，广泛应用于能源、通讯等领域。制成的磁性元器件具有 多种功能，如转换、传递、处理信息和存储能量等。 （3）超导材料 限制超导材料广泛应用的主要问题是超导转变温度太低，附加的冷却设备复杂。 （4）其他应用 用做贮氧材料、牙科材料等。
术语介绍
两种金属的原子按一定比例化合，形成与原来两者的晶格均不同的合金组成物。
金属间化合物 金属间化合物与普通化合物不同，其组成可在一定范围内变化，组成元素的化合价很难确定， 但具有显著的金属结合键。
其化学成分通常符合AmBn形式， 在金属功能材料中，有结构材料，如Ni3Ti、Ni3A1、NiAl、Fe3Al、FeAl、 Ti3Al和TiAl等可用作高温结构材料；磁性材料YCo5、 PcOsNd2Fe14B，形状记忆合金NiT，半导体材料GaAs、 InP，超导材料 Nb3Sn、V3Ga，储氢材料Lanis、FeTi、Mg2Ni等。
金属间化合物的特点
金属间化合物的特点
金属间化合物的特点
1. 高熔点和强韧性
•金属间化合物通常具有较高的熔点，因为其中的金属元素具有较强的金属键结合力。
•由于金属间化合物结构中有金属-金属键的存在，使其具有优异的机械性能和强韧性。
2. 良好的电导性能
•金属间化合物中金属原子之间通过共价键和金属键的结合，形成电子云，使其具有良好的电导性能。
•这种电导性能使金属间化合物在电子学和导电材料领域具有重要应用。
3. 多样的晶体结构
•金属间化合物晶体结构多样，可以存在各种不同的晶体结构类型，如立方型、六方型、四方型等。
•这些不同的晶体结构赋予了金属间化合物独特的物理和化学性质。
4. 显著的金属元素特性
•金属间化合物中的金属元素展现出其特有的性质，如电子输运、磁性、光学性质等。
•这些特性可以广泛应用于电池材料、催化剂、磁性材料等领域。
5. 高度的化学反应活性
•金属间化合物常常表现出较高的化学反应活性，可以与其他物质发生络合反应、氧化反应等。
•这种活性使得金属间化合物在催化、电化学以及材料制备等方面具有重要应用前景。
总结：金属间化合物在物理、化学以及材料学等众多领域中具有独特的特点和潜在应用。
其高熔点和强韧性、良好的电导性能、多样的晶体结构、显著的金属元素特性以及高度的化学反应活性，使其成为研究和应用的热点领域之一。
金属间化合物的定义
金属间化合物是指由两个或两个以上的金属元素构成的化合物，它们的原子之间通过共享电子对而形成了化学键。
这些化合物通常具有不同于其组成金属的物理和化学性质。
金属间化合物可以根据它们的晶体结构进行分类，其中一些常见的类型包括：
1. 正常价化合物：这类化合物的形成是由于金属原子之间的电子转
移，以达到稳定的电子结构。
例如，在FeCl2 中，铁原子失去两个电子，而氯原子获得两个电子，形成了具有离子键的化合物。
2. 电子化合物：这类化合物的形成是由于金属原子之间的共享电子
对，以形成稳定的电子结构。
例如，在Al2Cu 中，铝原子和铜原子共享电子对，形成了具有共价键的化合物。
3. 间隙化合物：这类化合物是由较小的金属原子填入较大金属原子
的晶格间隙中形成的。
例如，在Fe3C 中，碳原子填入了铁原子的晶格间隙中，形成了具有复杂结构的化合物。
金属间化合物在材料科学中具有重要的应用，例如在合金设计、催化剂、电子材料和磁性材料等领域。
它们的特殊性质可以通过改变组成元素、晶体结构和制备方法等来调控，以满足不同的应用需求。
金属间化合物浅析
◆山水世人出品金属间化合物（IMC）浅析•山水世人◆山水世人出品目录•IMC定义•IMC的特点及应用领域•IMC对焊点的影响•IMC的形成和长大规律•如何适当的控制IMC•保护板镀层中IMC实例•总结◆山水世人出品IMC的定义金属间化合物（i t t lli d）是指金属与金属金属与类•intermetallic compound）是指金属与金属、金属与类金属之间以金属键或共价键形式结合而成的化合物。
在金属间化合物中的原子遵循着某种有序化的排列。
Cu6Sn5、Cu3Sn、CuZn、InSb、等都是金属间化合物GaAs、CdSe等都是金属间化合物，•金属间化合物与一般化合物是有区别的。
首先，金属间化合物的组成常常在一定的范围内变动；其次金属间化合物中各元素的化合价很难确定，而且具有显著的金属键性质。
◆山水世人出品IMC的特点及应用领域•金属间化合物在室温下脆性大，延展性极差，很容易断裂，缺乏实用金属间化合物在室温下脆性大延展性极差很容易断裂缺乏实用价值。
经过50多年的实验研究，人们发现，含有少量类金属元素如硼元素的金属间化合物其室温延展性大大提高，从而拓宽了金属间化合物的应用领域。
与金属及合金材料相比，金属间化合物具有极好的耐高温及耐磨损性能，特别是在一定温度范围内，合金的强度随温度升高而增强，是耐高温及耐高温磨损的新型结构材料。
•除了作为高温结构材料以外，金属间化合物的其他功能也被相继开发，稀土化合物永磁材料、储氢材料、超磁致伸缩材料、功能敏感材料等稀土化合物永磁材料储氢材料超磁致伸缩材料功能敏感材料等也相继开发应用。
•金属间化合物材料的应用，极大地促进了当代高新技术的进步与发展，促进了结构与元器件的微小型化、轻量化、集成化与智能化，促进了促进了结构与元器件的微小型化轻量化集成化与智能化促进了新一代元器件的出现。
金属间化合物这一“高温英雄”最大的用武之地是将会在航空航天领域，如密度小、熔点高、高温性能好的钛铝化合物等具有极诱人的应用前景合物等具有极诱人的应用前景。
金属间化合物
1、什么是金属间化合物，性能特征？答：金属间化合物：金属与金属或金属与类金属之间所形成的化合物。
由两个或多个的金属组元按比例组成的具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性的化合物。
金属间化合物的性能特点：力学性能：高硬度、高熔点、高的抗蠕变性能、低塑性等；良好的抗氧化性；特殊的物理化学性质：具有电学、磁学、声学性质等，可用于半导体材料、形状记忆材料、储氢材料、磁性材料等等。
2、含有金属间化合物的二元相图类型及各自特点？答：熔解式金属间化合物相：在相图上有明显的熔化温度，并生成成分相同的液相。
通常具有共晶反应或包晶反应。
化合物的熔点往往高于纯组元。
分解式金属间化合物相：在相图上没有明显的熔解温度，当温度达到分解温度时发生分解反应，即β＜＝＞L+α。
常见的是由包晶反应先生成的。
化合物的熔点没有出现。
固态生成金属间化合物相：通过有序化转变得到的有序相。
经常发生在一定的成分区间和较无序相低的温度范围。
通过固态相变而形成的金属间化合物相，可以有包析和共析两种不同的固态相变。
3、金属间化合物的溶解度规律特点？答：（1）由于金属间化合物的组元是有序分布的，组成元素各自组成自己的亚点阵。
固溶元素可以只取代某一个组成元素，占据该元素的亚点阵位置，也可以分布在不同亚点阵之间，这导致溶解度的有限性。
（2）金属间化合物固溶合金元素时有可能产生不同的缺陷，称为组成缺陷（空位或反位原子）。
但M元素取代化合物中A或B时，A和B两个亚点阵中的原子数产生不匹配，就会产生组成空位或组成反位原子（即占领别的亚点阵位置）。
（3）金属间化合物的结合键性及晶体结构不同于其组元，影响溶解度，多为有限溶解，甚至不溶。
表现为线性化合物。
（4）当第三组元在金属间化合物中溶解度较大时，第三组元不仅可能无序取代组成元素，随机分布在亚点阵内，而且第三组元可以从无序分布逐步向有序化变化，甚至生成三元化合物。
4、金属间化合物的结构类型及分类方法？（未完）答：第一种分类方法：按照晶体结构分类（几何密排相（GCP相）和拓扑密排相（TCP相））。
3金属间化合物(合金相与相变课程第三讲)
3、金属间化合物的结构缺陷
点缺陷 位错 反相畴界 孪晶
18
3、金属间化合物的结构缺陷
点缺陷 (a)空位 (b)填隙原子对 (c)相邻反位缺陷对 (d)两个空位和一个反位原子组成
的三重缺陷
(e)相邻空位杂质原子对 (f)不相邻的反位缺陷对 点缺陷对金属间化合物的物理 性能和力学性能有着显著影响， 如增加导电性，降低热导率和 超导临界温度等。
孪晶
23
3、金属间化合物的结构缺陷
Al20Ti2La金属间化合物的孪晶衍射斑
24
4、金属间化合物的性质
有序金属间化合物的异常屈服行为
有些有序金属间化合物如 Ni3Al， Co3Ti，Zr3Al等，其屈服强度随温 度的增加而增加。有序合金在高温 下比传统合金的强度要高，因此非 常适合于高温结构的应用。
CrSi2 VSi2
● Cr ○ Si
NbSi2 TaSi2
图4-14 C40，e.g. CrSi2
13
2、金属间化合物的结构及其表示方法
四方C11b结构型金属间化合物
WSi2
● Si ○ Mo
图4-15 (b) C11b, e.g. MoSi2
14
2、金属间化合物的结构及其表示方法
四方D8m 和六方D88结构型金属间化合物
金属与金属、或金属与某些非金属（如氮、碳、氢、硼、 硅等）之间所形成的化合物统称为“金属间化合物”，由于它 们总处于相图的中间位置，故又称为“中间相”。 影响金属间化合物形成及其结构的主要因素，也和固溶体 一样，包括电负性、电子浓度和原子尺寸。根据形成条件和结 构特征，常见的金属间化合物有正常价化合物、电子化合物和 原子尺寸因素化合物。
3
1、金属间化合物的概念及分类
金属间化合物的合成与应用
金属间化合物的合成与应用金属间化合物以其优异的机械性能、热稳定性和抗腐蚀性能被广泛应用于航空航天、电子、日用品等领域。
近年来，金属间化合物的合成和应用也逐渐受到研究人员的重视。
本文将从金属间化合物的定义、合成方法和应用等方面进行讨论。
一、金属间化合物的定义金属间化合物是指由两种或两种以上金属构成的化合物。
在这类化合物中，金属原子之间存在某种程度的共价键和离子键相互作用，形成了一种稳定的晶体结构。
金属间化合物因其特殊的物理化学性质，包括优异的机械性能、优良的导电性、磁性和热稳定性等而备受研究人员的关注。
二、金属间化合物的合成方法金属间化合物的合成方法主要包括物理方法和化学方法两种。
1.物理方法在物理方法中，金属间化合物通常是通过高温固相反应来合成的。
所谓“高温固相反应”，是指将两种或两种以上的金属混合，放入到一定温度下加热，使其反应，从而形成金属间化合物。
2.化学方法化学方法中，金属间化合物的制备通常包括一系列的化学反应。
化学反应有许多种形式，如水热法、溶剂热法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、气相合成法等等。
其中，水热法因其绿色、低成本、高效等特点而被广泛应用于金属间化合物的制备过程中。
三、金属间化合物的应用由于金属间化合物的物理化学性质独特，因而被广泛应用于各个领域。
下面将分别从航空航天、电子、日用品三个领域中进行介绍。
1.航空航天在航空航天领域中，金属间化合物主要用于制造先进的材料。
由于金属间化合物具有超高温抗氧化性及高抗扭硬度和切削性能，因而在制造航空发动机、涡轮叶片和火箭部件等方面具有重要作用。
2.电子在电子工程领域中，金属间化合物可以用来制造电子器件的部件，如晶体管、发光二极管等。
金属间化合物可以提高器件的电导率和热导率，增强器件的耐热性和氧化稳定性，提高电器件的性能和可靠性。
3.日用品在日用品领域中，金属间化合物可以被用来制造具有高硬度、高韧性、高弹性、不易变形的锅、刀具、手表等制品。
相比于其他材料，金属间化合物更加耐用，更加牢固，因而受到消费者的青睐。
《金属间化合物》课件
航空航天：用于制 造高温、高压、高 应力环境下的零部 件
汽车工业：用于 制造发动机、传 动系统等零部件
医疗领域：用于 制造生物医学材 料、植入材料等
晶体结构：金属间化合物通常具有复杂的晶体结构，包括层状、链状、网状等 物理性质：金属间化合物具有较高的熔点、硬度和导电性，以及良好的热稳定性 和化学稳定性
成本问题：金属间化合物的制备成本较高，限制了其在工业领域的大规模应用
应用领域：金 属间化合物在 电子、能源、 生物等领域具 有广泛的应用
前景
技术挑战：金 属间化合物的 制备、性能优 化、稳定性等 方面存在技术
挑战
发展趋势：金 属间化合物的 研究和应用将 朝着高性能、 低成本、环保
的方向发展
未来展望：金 属间化合物有 望成为新一代 材料，在多个 领域发挥重要
作用
汇报人：
应用领域：广泛应用于化工、石油、冶金等领域
耐腐蚀机理：金属间化合物的耐腐蚀性主要与其化学组成和结构有关
研究进展：金属间化合物的耐腐蚀性研究取得了显著进展，为实际应用提供了理论 支持
提高高温材料的抗氧化性 提高高温材料的热稳定性 提高高温材料的耐磨性 提高高温材料的耐腐蚀性
提高材料的强度和硬度
应用：金属间化合物在电子、磁性、催化等领域具有广泛的应用前景
研究进展：金属间化合物的研究正在不断深入，新的材料和应用领域不断涌现
热导率：金属间化合物的热导率通常较高，与金属相似 热膨胀系数：金属间化合物的热膨胀系数通常较低，与陶瓷相似 热稳定性：金属间化合物的热稳定性通常较好，能够承受较高的温度
热处理：金属间化合物可以通过热处理来改变其物理性质，如晶粒大小、硬度等
提升
市场需求：随 着社会对高性 能材料的需求 不断增加，金 属间化合物的 市场前景广阔
金属间化合物
Байду номын сангаас
钢中的过渡族金属元素之间形成一系列金属间化合物，即是指金属与金属、金属与准金属 形成的化合物。其中最主要的有σ相和Lσves相，它们都属于拓扑密排(TcP)相，它们由 原子半径小的一种原子构成密堆层，其中镶嵌有原子半径大的一种原子，这是一种高度密 堆的结构。它们的形成除了原子尺寸因素起作用外，也受电子浓度因素的影响。 σ相 属于正方晶系，单位晶胞中有30个原子，在二元合金中，σ相形成与下列条件 有关：(1)原子尺寸差别不大，σ相中原子半径差别最大的钨一钴系，其原子半径差为 12％。(2)其中定有一组元为体心立方点阵(配位数为8)，另一个组元为面心立方或密排六 方点阵(配位数为12)。(3)出现于“平均族数”(s+d层电子数)在5．7～7．5范围。二元合 金中σ相存在的区域见表3。在三元系中，由于第三组元的加入会影响到σ相形成的浓度 和温度范围。通常在含铬不锈钢中出现铁铬σ相，在铁-铬-锰三元系，铁-铬和铬-锰二元 系中均可形成σ相，当锰加入不锈钢中，会促进σ相形成，并使其稳定温度范围加宽。许 多合金元素都使铁铬。相稳定温度范围增高。铁铬σ相在低于820C稳定，硅促进d相形成 并把稳定温度提高到900～960℃，锰和钼可把σ相稳定温度提高到1000℃。 表3二元合金中σ相存在区域 第五族或第六族金属含量 每个原子拥有s+d 合金系 ／％(原子分数) 层电子数 V—Mn 24．3％V 6．5 V—Fe 37％～57％V 7．3～6．9 V—Co 40％～54．9％V 7．4～6．8 V—Ni 55％～65％V 7．2～6．7 cr- Mn 19％～24％Cr(800℃) 6．84～6．78 Cr—Fe 43．5％～49％Cr(600 C) 7．1～7．O Cr-Co 56．6％～61％Cr 7．3～7．2 M0一Fe 47％～50％Mo(1400℃) 7．23～7．1 7 M0一Co 59％～61％Mo(1500 C) 7．4～7．O Laves相 在二元系中，Layes相是化学式为AB2型的复杂立方或复杂六方点阵的金属间 化合物，其组元A的原子半径和组元B的原子半径的比值ra／rb约1．2。Laves相的晶体结 构有三种类型：(1)MgCu2型为复杂立方系。(2)MgZn2为复杂六方系。(3)MgNi2为复杂六方 系。电子浓度影响到LaYeS相的晶体结构类型。过渡族金属元素之间的Laves相随着元素原 子序数增高，Laves相的晶体类型发生了由复杂立方点阵→复杂六方点阵→复杂立方点阵 的转变。并且Laves260相的“平均族数”不超过8。在合金钢中，Laves相是具有复杂六方 点阵的MgZn2型，它们是MoFe2、wFe2、NbFe2和TiFe2。在多元合金钢中，原子尺寸较小的 锰、铬和镍可取代Laves相中铁原子的位置，原子尺寸较大的合金元素处于A原子的位置， 形成化学式为(w，Mo，Nb)(Fe，Ni，Mn，cr)2的复合Laves相。Layes相出现在复杂成分的 耐热钢中，是现代耐热钢中的一个强化相。 合金元素在钢的转变中的作用 合金元素对钢的临界点、钢在加热和冷却过程中的转变都有着强烈的影响。钢中加入 合金元素经过热处理来影响钢中的转变，改变钢的组织，以得到不同的性能。
金属间化合物
2.2.1几何密排相特点
以体心立方结构为基 的长程有序结构
➢ CuZn型（B2型） 化学式为பைடு நூலகம்B。Cu
原子占据体心位置， Zn原子占据各顶角， 典型例子有AlNi， AuCd等。
CuZn型（B2型）
2.2.1几何密排相特点
以体心立方结构为基的长 程有序结构
➢ Fe3Al型（D03型）
化学式为A3B。Al占据X位 置，其余位置为Fe原子所占据； 如果增加Al含量，Al原子将占 据Y位置，直到Al原子占满X和 Y点阵位置。当Al原子占满X和 Y位置时，就成为了B2结构， 化学式为FeAl。典型例子有 Cu3Al，Li3Be，Fe3Si等。
CuAuⅡ型等 MgCu2相 MgZn2相 MgNi2相
2.1晶体结构分类
几何密排相 ➢ 定义：由密排面按不同方式堆垛而成的。 ➢ 类型：面心立方、体心立方、密排六方结
构为基的长程有序结构和长周期超点阵。 ➢ 特点：较高的对称性，位错运动滑移面较
多，是有利于得到塑性。
2.1晶体结构分类
堆垛密排相
A ssessed T i - A l p h ase d i ag r am .
外因：温度，压强 内因：
➢ 原子百分比， ➢ 结合能因素， ➢ 原子尺寸因素， ➢ 原子序数因素， ➢ 负电性，
➢ 电子浓度。 内在因素相互关联并非 独立参量。
L10 D019
D022
2.3晶体结构的稳定性
先进金属结构材料-金属间化合物结构材料
基本结构
DO3 超结构：
以Fe3Al 为其代表。Al 只占X之上，其余为 Fe 原子所占据。如果增加 Al含量，Al原子将占据 Y位置,直到FeAl成分， Al 原 子 占 满 X 和 Y 点 阵 位置，就成为B2结构。 另外一个例子是Fe3Si。
基本结构
DO19或Mg3Cd型超点 阵
相 当 四 个 密 堆 六 角 亚 点阵穿插组成。其中 Cd 占 据 一 个 亚 点 阵 ， Mg占据三个亚点阵。
化合物
Nb5Si3 Mo5Si3 Ti5Si3 MoSi2 Mo3Si Nb3Al Nb2Al NbSi2
V3Si Nb2Al NbBe17 Ti5Ge3 Cr3Si Cr2Nb NbAl3 Ti3Sn NbBe12 Fe2Zr ZrBe13 NiAl
熔点(℃) 2480 2180 2130 2030 2025 1963* 1940* 1930 1925 1871 1800* 1800* 1770 1720 1680* 1680* 1672* 1645 1645* 1640
典 型 的 例 子 有 ： Ni3Al 、 Al3U、Co3V、FeNi3、 FePd3。
Au
Cu
基本结构
L11(CuPt的菱方超结构)
有序化后，原面心立方的 （111）面交替的被Cu及 Pt原子所占据，晶体结构 发生变形由立方变成菱方。 CuPt是唯一的一个例子。
基本结构
L10（CuAu I超结构）
Sij ijdr
影响大小的主要因素是原子间的距离r和原子轨道的相对取 向。
共价键表现出明显的方向性就主要取决于重叠积分对原子间 相对取向的依赖。
成键方向性
在金属间化合物组成原子间存在着具有显著方向性的共价键。 如Fox和Tabbemor利用功能电子衍射对β/ NiAl 的几个低角结 构因子进行了精确的测定，所给出的变形电荷密度分布图 （如下）清楚地显示了Ni-Al之间具有明显方向性的共价键作 用的存在。
先进金属结构材料-金属间化合物2011
指比重小于8.0g/cm3、使用温度在600℃以上的一类 高温结构材料。
化合物
Nb5Si3 Mo5Si3 Ti5Si3 MoSi2 Mo3Si Nb3Al Nb2Al NbSi2
V3Si Nb2Al NbBe17 Ti5Ge3 Cr3Si Cr2Nb NbAl3 Ti3Sn NbBe12 Fe2Zr ZrBe13 NiAl
TiCr2
熔点(℃) 1625 1607 1600 1582 1560 1552 1550 1540 1500 1460 1397 1382 1340 1326 1260 1300 1342 1320 1312 1152
密度
7.66 4.52 4.20 4.12 8.23 2.25 6.90 6.70 4.04 3.90 7.41 7.80 6.60 4.98 8.24 9.09 8.90 5.60 6.00 5.89
应用状况
△ △ ◎ △ △ △ △ ◎ △ △ ◎ △ △ △ ◎ ◎ ◎ ◎ ○
△
高温结构材料发展的示意图
2 金属间化合物的基本 结构和键合特征
金属间化合物的基本结构
晶体结构分为两大类：
fcc、bcc、hcp衍生结构 复杂结构（拓扑密排相TCP、硅化物复杂
结构）
L12 亦称Cu3Au I超点阵
熔点(℃) 2480 2180 2130 2030 2025 1963* 1940* 1930 1925 1871 1800* 1800* 1770 1720 1680* 1680* 1672* 1645 1645* 1640
密度
7.16 8.20 4.38 6.31 8.97 7.29 6.80 5.66 6.47 6.87 3.23 5.94 6.46 7.68 4.52 5.29 2.48 7.69 2.72 5.88
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1、什么是金属间化合物，性能特征？答：金属间化合物：金属与金属或金属与类金属之间所形成的化合物。
由两个或多个的金属组元按比例组成的具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性的化合物。
金属间化合物的性能特点：力学性能：高硬度、高熔点、高的抗蠕变性能、低塑性等；良好的抗氧化性；特殊的物理化学性质：具有电学、磁学、声学性质等，可用于半导体材料、形状记忆材料、储氢材料、磁性材料等等。
2、含有金属间化合物的二元相图类型及各自特点？答：熔解式金属间化合物相：在相图上有明显的熔化温度，并生成成分相同的液相。
通常具有共晶反应或包晶反应。
化合物的熔点往往高于纯组元。
分解式金属间化合物相：在相图上没有明显的熔解温度，当温度达到分解温度时发生分解反应，即β＜＝＞L+α。
常见的是由包晶反应先生成的。
化合物的熔点没有出现。
固态生成金属间化合物相：通过有序化转变得到的有序相。
经常发生在一定的成分区间和较无序相低的温度范围。
通过固态相变而形成的金属间化合物相，可以有包析和共析两种不同的固态相变。
3、金属间化合物的溶解度规律特点？答：（1）由于金属间化合物的组元是有序分布的，组成元素各自组成自己的亚点阵。
固溶元素可以只取代某一个组成元素，占据该元素的亚点阵位置，也可以分布在不同亚点阵之间，这导致溶解度的有限性。
（2）金属间化合物固溶合金元素时有可能产生不同的缺陷，称为组成缺陷（空位或反位原子）。
但M元素取代化合物中A或B时，A和B两个亚点阵中的原子数产生不匹配，就会产生组成空位或组成反位原子（即占领别的亚点阵位置）。
（3）金属间化合物的结合键性及晶体结构不同于其组元，影响溶解度，多为有限溶解，甚至不溶。
表现为线性化合物。
（4）当第三组元在金属间化合物中溶解度较大时，第三组元不仅可能无序取代组成元素，随机分布在亚点阵内，而且第三组元可以从无序分布逐步向有序化变化，甚至生成三元化合物。
4、金属间化合物的结构类型及分类方法？（未完）答：第一种分类方法：按照晶体结构分类（几何密排相（GCP相）和拓扑密排相（TCP相））。
第二种分类方法：按照结合键的特点分类：a结合键性和其金属组成元素相似，主要是金属键。
b结合键是金属键含有部分定向共价键。
c具有强的离子键结合。
d具有强的共价键结合。
第三种分类方法：按照影响其结构稳定性的主要因素分类（类型：价电子化合物、电子化合物（电子相）、尺寸因素化合物）第四种分类方法：按照化学元素原子配比的特点分类。
5、什么是长程有序和短程有序度，举例说明长程有序度随温度变化规律？答：长程有序度σ定义为：Pαα为α原子占据α亚点阵的几率（α=A或B），Cα0为α原子的当量成分。
短程有序度s是指某一种原子周围最近全部异类原子对的数目NAB：s =（2NAB- N*）/N* N*为近邻总的原子对数。
长程有序度随温度升高的变化：第一类：随温度升高，长程有序度连续减小到Tc温度时为0。
如CuZn第二类：随温度上升，长程有序度有少量连续的降低，但直到Tc温度长程有序度才突然降到0，Tc为无序有序转变温度。
如Cu3Au但高于Tc仍有短程序存在。
6、金属间化合物的基本结构特点？答：1、无序态、有序态和液态2、有序无序转变3、金属键与共价键的双重性4、结构复杂性5、超点阵位错6当金属间化合物中添加第三组元（合金化）时，第三组元会占据晶胞一定的点阵位置。
7、合金化诱导晶体结构变化8、形变诱导结构变化：有序金属间化合物在形变过程中可能发生相结构变化9有序金属间化合物的晶界结构与无序相的晶界结构不同，许多金属间化合物表现出严重的晶界脆性，优先发生沿晶断裂。
7、微量B在Ni3Al中的作用机理？答：微量硼的加入可以最有效地提高Ni3Al (< 25%Al) 在空气中的室温拉伸延伸率。
实验证明硼偏聚在Ni3Al 晶界上使含硼Ni3Al 韧化（偏析量受Al含量影响）。
B 和Ni共偏析造成晶界成分性无序区；晶界区有一层沿晶界的绳状特征----无序区；无序区的尺度很小（20nm内）；影响晶界裂纹尖端发射位错的能力和位错运动穿过境界的能力，从而韧化晶界。
硼可以抑制Ni3Al 的环境敏感脆化。
8、金属间化合物（Al化物）熔炼特点及熔炼铸造方法？熔炼金属间化合物具有自身特点（特别是铝化物）：（1）合金元素溶解过程反应热高（反应放热）；（2）对间隙元素敏感性高；（3）合金元素含量高（例如铝化物中的铝）；（4）合金中各元素物性差别大（例如各元素熔点）；（5）性能对组织敏感性高等。
主要熔炼方法：感应熔炼，真空电弧熔炼，电渣重熔，等离子电弧熔炼，感应凝壳熔炼，电子束熔炼等。
主要铸造工艺：砂型铸造、熔模铸造、近净成形铸造、定向凝固以及单晶制备技术，喷射铸造(喷射沉积) ，低压铸造等。
9、金属间化合物能否采用变形加工基本判据？在预期的热加工温度和大约10-1/s的工业应变速率下，铸态组织的塑性要等于或高于30%；在所采用的热加工温度或变形速率下，合金的流变应力应相当于室温流变应力的1/5到1/10；在一个宽的温度范围内维持高塑性；在热加工条件下，不形成低熔点的液体；无环境影响；良好的中温塑性（大于等于10%）以避免在热加工后的冷却过程中产生断裂等。
10、金属间化合物的强度特点？归纳来说，屈服强度与温度关系可分为三类：A 类金属间化合物的屈服强度随温度升高而提高(如单晶TiAl、Ni3Al)；B 类的屈服强度随温度升高无明显下降，但在低温区却随温度降低有明显硬化(如单晶NiAl)；C 类金属间化合物的屈服强度随温度升高而降低。
金属间化合物力学性能的一个显著特点，是屈服强度反常温度关系，即R 现象。
很高的高温强度。
11、本征脆性影响因素？本征脆性是指由金属间化合物的结构和位错运动特征带来的固有的脆性。
影响：电子结构特征；位错运动特征；晶体结构特征；晶界本征脆性及晶界附近区变形特征；应力状态特征和材料的缺口敏感特征；气体杂质原子、间隙原子和点缺陷特征。
12、产生环境脆性原因，及低温环境敏感氢脆性的特点？通常金属间化合物的环境脆性是指一种水汽环境诱导的室温脆性。
尤其当材料中含有一种活性组员，例如，铝化物中的铝，硅化物中的硅，都是活性组员。
它们在室温下就会与空气中的水汽发生表面反应，产生活性原子氢，深入材料表面，使之发生氢脆。
低温环境敏感氢脆一般有如下特点：室温塑性与应变速度有关，在高应变速度下一般强于低应变速度；氢脆现象常在低温发生；氢脆现象是可逆的；屈服强度与变形速度无关；易发生延晶断裂。
13、改善金属间化合物的脆性方法？控制化学计量比，微合金化、合金化；提高晶体对称性（通过晶格参数改变、晶体结构转变）；显微组织控制；添加第三元素改变晶界结构，消除晶界脆性因素；消除成分偏析：高纯度的合金，塑性较高；细化晶粒：细化元素、快速凝固、机械合金化、纳米晶；热加工技术；复合增韧技术；消除环境脆化：保护膜（氧化膜）防止空气或水分子进入。
例如：合金化改变表层的氧化膜或通过热处理形成致密的氧化膜。
14、相图中出现的三种类型金属间化合物？15、改善铁的铝化物的任性途径？对于FeAl 和Fe3Al 脆性原因的认识使人们找到了设计韧性铁-铝合金的新方向：添加铬合金元素和/或在空气中预氧化在表面形成具有保护作用的氧化膜；通过热机械处理细化晶粒；通过添加Zr、B 和C 形成如锆的硼化物等的第二相粒子细化晶粒；添加微量硼提高晶界的结合强度；合金化(如添加硼) 降低氢的溶解度和扩散速率。
16、铁铝系金属间化合物的发展趋势？Fe-A l 金属间化合物在实用化方面要取得更大的发展, 尚需在以下几个方面进行研究:通过微合金化来提高Fe-A l 金属间化合物的塑性和韧性及高温综合性能。
通过铸造获取其他加工方法不能获得的所需形状。
通过热形变处理, 既可获得所需要的形状, 又细化晶粒, 提高材料塑性, 改善材料的强韧性。
利用Fe-A l 金属间化合物的半陶瓷性能, 设计新型的复合材料。
解决材料的加工硬化问题, 通过材料的冷加工, 获得材料的精确形状。
开发Fe-A l 合金的粉体制备工艺, 研究Fe-A l的喷涂技术, 充分利用该材料良好的耐腐蚀性。
17、Ni3Al的中温脆性改善方法？在空气中测试, 中温(500～600℃附近) 拉伸延伸率大幅度下降, 产生所谓中温脆性现象。
加入质量分数为8% 的铬元素可以有效地减轻其中温脆性; 通过定向凝固获得柱状晶也有效地抑制其中温脆性。
18、改善NiAl合金室温塑性方法？合金化是改善nial合金室温塑性最为常用的手段之一，适量的Fe、Mo和Ga能提高nial合金的室温塑性；宏合金化也被用来改善室温塑韧性，其思想是引入塑性第二相并通过塑性相变形来增加nial材料的塑韧性；改善多晶nial合金的室温塑性另一条途径是细化晶粒。
19、tial系金属间化合物优缺点及改善室温塑性方法？γ-TiA1基合金具有许多突出特点，例如：密度低；具有高的比强度和比弹性模量；在高温时仍可以保持足够高的强度和刚度；TiAl合金具有很好的阻燃性能和抗氧化性能；具有良好的抗蠕变及抗氧化能力等等。
缺点：成形性差；难以加工成结构部件；对于1000℃以上使用的高温部件具有相对较低的高温强度；拉伸强度、塑性与断裂/蠕变抗力具有反常关系；800℃以上的抗氧化性能不足。
室温塑性低；通过组织控制来改善TiAl基合金的室温塑性的途径有:（1）控制合金成分，使Al含量在46at%-49at%范围内，引入少量α2-Ti3Al相，形成双相TiAl合金组织。
(2) 细化合金的晶粒尺寸，获得亚微米级或者纳米级的晶粒，从而获得较好的室温塑性；（3）控制等轴γ相、α2相及层片组织的含量。
（4）改进合金的成形方法：通过热机械处理（如等温锻造、热挤压等方法）和随后的热处理控制材料的最终显微组织；采用定向凝固技术、快速凝固技术以及HIP技术改善合金的显微组织。
（5）提高合金纯度、减少有害相的存在。
（6）通过添加V、Cr、Mn等合金元素，减小γ相的单胞体积或轴比。
（7）降低环境脆性。
（8）在基体中加入塑性粒子或塑性纤维。
在TiA1基合金基体中加入塑性粒子或塑性纤维，发展以TiA1合金为基的复合材料，以此来提高室温塑性。
20、tial合金微合金化及合金化元素的作用？（1）V、Mn、Cr、Mo、B、Sn、Ni、Y，这类合金元素可以提高合金的塑性。
（2）Nb、Cr、W、Mo、Ta、Si、P、Sb，这类合金元素可以提高合金的抗氧化性。
（3）Si、Er、Nb、W、Ta、C、N、O，这类合金元素可以提高合金的抗蠕变性能。
（4）Cr、C、N，这类合金元素可以提高合金的断裂韧性。
加C、N后由于固溶强化、弥散强化的作用而使合金的断裂韧性提高。
（5）Nb、Mo、B、Y，这类合金元素可以提高合金的强度。