固溶体-课件(6)讲义

• (3)按溶质原子在溶剂中的分布特点分类 无序固溶体：溶质原子在溶剂中任意分布, 无规律性。 有序固溶体：溶质原子按一定比例和有规 律分布在溶剂晶格的点阵或间隙里。 (4)按基体类型分类： 一次固溶体：以纯金属为基形成的固溶体。 二次固溶体：以化合物为基形成的固溶体。
有序固溶体－短程
Cu-Ni 系、Cr-Mo 系、Mo-W系、 Ti-Zr系等在室温下都能无限互溶，形 成连续固溶体。 Mgຫໍສະໝຸດ Baidu-CoO 系 统 ， MgO 、 CoO 同 属 NaCl 型 结 构 ， rCo2+=0.80 埃 ， rMg2+=0.80埃，形成无限固溶体，分子式可写为MgxCo1-xO，x=0~1； PbTiO3与PbZrO3也可形成无限固溶体，分子式写成：Pb（ZrxTi1-x）O3， x=0~1。
r1 r2 r 30% r1
r1 r2 r 15% ~ 30% r1
时，溶质与溶剂之
• 当 时，溶质与溶剂之 间很难形成 固溶体或不能形成 固溶体，而容易形成 中间相或化合物。因此Δr愈大，则溶解度愈小。
晶格畸变能：点阵畸变使晶体能量升高，这种升高的能量即 为晶格畸变能。
都是置换式的。如，Cu-Zn系中的α和η固溶体都是置换式固溶体。 在金属氧化物中，主要发生在金属离子位置上的置换，如： MgO-CaO，MgO-CoO，PbZrO3-PbTiO3，Al2O3-Cr2O3等。
间隙固溶体(interstitial solid solution) ：溶质原子 分布于溶剂晶格间隙中。

•相分类:固溶体和中间相(金属间化合物)
固溶体——
中间相——

中间相可以用分子式来大致表示其组成。
合金相的性质由以下三个因素控制: （1）电负性或化学亲和力因素 （2）原子尺寸因素
△r=（rA－rB)/rA △r越大， 越易形成中间相。 △r越小，越易形成固溶体
（3）原子价因素(电子浓度因素):合金中各组成元素的价
(4)电子浓度（e/a） 合金中各组成元素的价电子 数总和与原子总数的比值。

：e/a=VA(1-x)+VBx •原子价：形成合金时，每一原子平均贡献的公有 电子数（或参加结合键的电子数）。p141表5-1。 •极限电子浓度：最大固溶度时的电子浓度。 • 如果用价电子浓度表示合金的成分，那么 IIB~VB族元素在IB族熔剂元素中的固溶度相同， 约为e/a=1.36,超过极性电子浓度，固溶体不稳定， 形成新相。 在尺寸因素有利的条件下，溶质元素的原子价越 高，则其在Cu,Ag,Au中的溶解度越小。 •如Zn2+,Ga3+,Ge4+,As5+, 在Cu +中的最大固溶度分别 为38%，20%，12%，7%。
金属和非金属元素H、B、C、N等形成的固溶体都是间隙式的。如，在 Fe-C系的α固溶体中，碳原子就位于铁原子的BCC点阵的八面体间隙 中。
固溶体的两种类型（置换和间隙）
(2)按溶质原子在溶剂原子中溶解度分类：
有限固溶体：在一定条件下,溶质原子在溶剂中的溶解量有一 个上限,超过这个限度就形成新相。 两种晶体结构不同或相互取代的离子半径差别较大，只能 生成有限固溶体。如MgO-CaO系统，虽然都是NaCl型结构， 但阳离子半径相差较大，rMg2+=0.80埃，rCa2+=1.00埃，取代只 能到一定限度。 无限固溶体：溶质原子可以任意比例溶入溶剂晶格中形成的 固溶体。

其它因素：
（1）、离子类型和键性 化学键性质相近，即取代前后离子周围离子间键性相 近，容易形成固溶体。 （2）、电价因素 形成固溶体时，离子间可以等价置换也可以不等价置 换。 在硅酸盐晶体中，常发生复合离子的等价置换，如 Na++Si4+ =Ca2++Al3+，使钙长石Ca[Al2Si2O6]和钠长石 Na[AlSi3O8] 能形成连续固溶体。又如， Ca2+=2Na+ ， Ba2+=2K+常出现在沸石矿物中。 （3）相对价效应：两个给定元素的相互固熔度与它们各 自的原子价有关，且高价元素在低价元素中的固溶度 大于低价元素在高价元素的固溶度。
rA rB 2 8Gr ( ) rA
'
3 B
难熔金属的固溶度小于
易熔合金，为什么？
置换固溶体大小溶质原子引起的点阵 畸变
(2)晶体结构 晶体结构相同是形成无限固溶体的必 要条件。否则只能形成有限固溶体。 NiO-MgO都具有面心立方结构，且 Δr<15%，可 形成连续固溶体； MgO-CaO两结构不同，只能形成有限型固溶体 或不形成固溶体。 (3)电负性因素 电负性差越大,两者间亲和力大,易 形成中间相。否则易形成固溶体。例如当Gordy定义 的负电性值相差0.4以上时，固溶度就极小（因为此时 A，B二组元形成稳定的中间相）。
有序固溶体－长程
有序固溶体－偏聚
• 二、 固溶度
• 固溶度是指固溶体中溶质的最大含量，也 就是溶质在溶剂中的极限溶解度。它可以由实 验测定，也可以由热力学原理进行计算。研究 固溶体具有很大的实际意义，因为固溶度的大 小及其随温度的变化关系到合金的性能和热处 理行为。
三. 置换固溶体
（1）尺寸因素 以r1和r2分别代表半径大和半径小的溶剂(主晶相)或 溶质(杂质)原子(或离子)的半径， r1 r2 r 0.15 r1 • 当 时，溶质与溶剂之 间可以形成连续固溶体。 • 当 间只能形成有限型固溶体，
1.4
合金相结构
•合金(alloy)----两种或两种以上的金属或金属与非金属 经冶炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。 组元----组成合金的基本单元。组元可以是金属和非金属, 也可以是化合物 相(phase)----合金中具有同一聚集状态,同一化学成分、 同一晶体晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部 分。
电子数总和与原子总数的比值。
C越大，越易形成化合物；
C越小，越易形成固溶体
1.4.1 固溶体
固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他 组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它 保持着溶剂的晶体结构类型。
一、固溶体分类
(1)按溶质原子在点阵中所占位置分为： 置换固溶体(substitutional solid solution)：溶质原 子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。金属和金属形成的固溶体