山大材料科学基础考研

限溶解度,摩尔分数).
特点:固溶体具有溶剂组元的点阵类型,
晶格常数稍有变化. 晶格与固溶体相同的组元为溶剂;其他组元为溶
质.
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第二章 固体中的相结构
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§2.1 固溶体—什么是固熔体?
固溶体的分类:
按溶质原子位置不同,可分为: 置换固溶体、间隙固溶体
按固溶度不同,可分为: 有限固溶体、无限固溶体
材料科学基础
2010.9
ຫໍສະໝຸດ Baidu二章 固体中的相结构
主要内容
固溶体 金属间化合物 陶瓷晶体相 玻璃相 分子相
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第二章 固体中的相结构
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第二章 固体中的相结构
组元：组成材料最基本、独立的物质。
组元可以是纯元素(金属或非金属)也可以是 化合物；
材料可以是单组元的，也可由多组元组成。
有序固溶体:溶质原子呈完全有序分布的固溶体. 分布状态取决于同类原子和异类原子间结合力
的相对大小:
偏聚:同类原子间结合能大于异类原子间结合能; 有序:同类原子间结合能小于异类原子间结合能.
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部完偏分完全聚有全有:序无A序-:序:有A全:原基部子本达 序到间分不有结布存序合在分能短布大距微状于观态 离—A小不长-范均B程原围匀有子内序间存,结原子 在达合—到能短一程定有原序子分数
间隙固溶体的强化效果高于置换固溶体，前者 产生柯氏气团,后者主要靠有序强化.
溶质和溶剂原子尺寸相差越大,固溶强化越显著; 固溶度越小,固溶强化效果越强.
物理、化学性能改变
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§2.2 金属间化合物
金属间化合物:由金属与金属或金属与类金 属元素之间形成的化合物,也称为中间相.
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§2.1 固溶体—置换固溶体
置换固溶体的溶解度(表2-1):
部分合金元素在铁中的溶解度(质量分数)
元素 V Cr Mn Co Ni
晶体结构 体心立方 体心立方 面心立方(-Mn) 面心立方 面心立方
电负性 1.63 1.66 1.55 1.88 1.91
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§2.1 固溶体—置换固溶体
b. 晶体结构因素
结构相同，溶解度大，有可能形成无限固溶体;
c. 电负性因素
电负性:从其他原子夺取电子而成为负离子的能力; 电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大;
d. 电子浓度因素
电子浓度:合金中两组元价电子总数(e)与其原子总 数之比;
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§2.1 固溶体—有序固溶体
有序固溶体有确定的化学成分
Cu-Au合金:
有序化: 有序固溶体
加热
无序固溶体
冷却
有序化温度:有序化临界转变温度.
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§2.1 固溶体—固溶体的性能
点阵常数改变
产生固溶强化
现象:固溶体的强度和硬度高于纯组元,塑性则较低. 固溶强化:由于溶质原子的溶入而引起的强化效应. 特点及规律:
键型：金属键(金属－金属). 组成：电子浓度对应晶体结构，可用化学式表
示. 可形成以化合物为基的固溶体. 有明显的金属特性.
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§2.2金属间化合物—间隙化合物
形成：过渡族元素+原子半径很小的非金属元 素,尺寸因素起主要作用。
结构：
由非金属原子半径/过渡族金属原子半径(RX/RM)确定; a. 简单间隙化合物(间隙相)： (RX/RM)<0.59, 金属原子呈
按溶质原子分布不同,可分为: 无序固溶体、有序固溶体
置换固溶体
间隙固溶体
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摩尔分数x大于50% 的组元为溶剂,小于
§2.1 固溶体—置换固50% 溶的体组元为溶质.
置换固溶体：溶质原子位于晶格点阵位 置的固溶体。
有限置换固溶体 无限置换固溶体
无限置换固溶体中两组元素原子置换示意图
键型：随电负性差的减小，分别形成离子键、 共价键、金属键; 电负性差越大,稳定性越高.
组成：AB或A2B(AB2)两种.
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ZnS
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§2.2 金属间化合物—电子化合物
形成：ⅠB或过渡族金属元素与ⅡB,ⅢA,ⅣA族 金属元素构成,电子浓度起主要作用,不 符合原子价规则.
相：合金中具有同一聚集状态、同一晶 体结构和性质并以界面隔开的均匀 组成部分。
分类：固溶体、中间相(金属间化合物)。
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§2.1 固溶体—什么是固熔体?
固溶体:固态下一种组元(溶质)溶解在另
一种组元(溶剂)中形成的新相.
固溶度:溶质原子在溶剂中的最大含量(极
分类：
正常价化合物—符合原子价规则的化合物. 电子化合物(电子相)—电子浓度起主要作用,不
符合原子价规则. 间隙化合物—尺寸因素起主要作用.
主要影响因素:
电负性、电子浓度、原子尺寸
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§2.2 金属间化合物—正常价化合物
形成:金属元素+ⅤA,ⅥA,VIIA族元素构成,电 负性差起主要作用,对AmBn有: mec=n(8-eA).
组成：原子半径较小(小于0.1nm)的非金属元 素溶入金属晶体的间隙。
影响因素：原子半径和溶剂结构。 溶解度：一般都很小,只能形成有限固溶体.
如:C在-Fe中的最大溶解度2.11%;在-Fe中的
最大溶解度仅为0.0218%.
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§2.1 固溶体—有序固溶体
-Fe 1.4 12.8 100 100 100
-Fe 100 100 ～3 76 ～10
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§2.1 固溶体—置换固溶体
影响置换固溶体溶解度的因素:
a. 原子尺寸因素 原子尺寸差越小，越易形成置换固溶体， 且溶解度越大。△r=(rA-rB)/rA,当△r<15% 时，有利于大量互溶。
电子浓度e/a越大，溶解度越小。 e/a有一极限值，超过该值后固溶体不稳定,形成新
相.极限值与溶剂晶体结构有关,一价面心立方金 属为1.36，一价体心立方金属为1.48.
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§2.1 固溶体—间隙固溶体
间隙固溶体:溶质原子分布于溶剂晶格间 隙而形成的固溶体。