先进金属结构材料-金属间化合物2011
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低密度高温结构金属间化合物材料：
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
原子配位多面
一个原子的配位多面体是以该原子为中心与围绕它的近邻原 子的中心连线所构成的一个多面体。对于配位数为12的fcc和 hcp结构，有12个近邻原子组成的多面体分别是立方八面体 (Cubo - octahedron) 和 孪 生 立 方 八 面 体 (Twinned Cubo octahedron)在空间中有多面体堆垛而成一点阵。
fcc衍生结构
L10 或称CuAu I 超结构
金
属
L11 亦称CuPt的菱方超结构
间
化 合
bcc衍生结构
B2 ，亦称 黄铜超点阵
物
DO3 超结构
晶
体 结
hcp衍生结构
DO19或Mg3Cd型超点阵
构
复杂结构
基本结构
L12 (Cu3Au I超点阵)
它相当于有四个简单立方点 阵穿插形成的点阵，而每一 简单立方点阵只被一种原子 占据。已在60多个合金系统 中发现这种结构。
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。
基本结构 拓扑密排相（TCP相）(自学)
TCP 相必须用若干结构单元描述其晶体结构，即： 间隙空洞，原子配位多面体，主骨架和原子层等。
TCP相典型结构类型有Cr3Si(β- W)结构，Laves相、 σ相，以及μ, P, R, M, δ，χ等相。
TCP相的共同特征是晶体中的间隙完全由四面体空 洞组成，所以他们的结构是高度密排的。
先进金属结构材料－金属间化 合物2011
金属间化合物定义
金属间化合物：
金属间化合物是由两种或两种以上或金属与类金属组成的 具有整数化学计量比的化合物，由于其晶体的有序结构以 及金属键与共价键共存，因而具有一系列独特的优异性能， 如密度低、比刚度高；熔点高、高温强度好以及抗氧化性 能优良等。
类金属：H、B、N、S、P、C、Si 分 类：正常价化合物；电子化合物；间隙化合物；复杂化合物 TiAl、Ti3Al，NiAl、Ni3Al，FeAl和Fe3Al是其中的典 型代表。
金属间化合物简介
金属间化合物材料： 一种新型金属材料。
以前所有的金属材 料，都是以相图端 际固溶体为基体；
而金属间化合物材 料，பைடு நூலகம்以中间部分 的有序金属间化合 物为基体。
金属间化合物简介
金属间化合物高温材料：
许多金属间化合物的屈服强度随温度升高而提高； 密度低，比刚度高； 铝化物、硅化物还具有良好的抗氧化性能等； 其耐热性能介于高温合金和陶瓷材料之间，因此 是一类很有前景的高温材料。 室温脆性和高温强度低
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）
原 面 心 立 方 的 （ 001 ）
交 替 的 分 别 被 Cu 与 Au
原子占据，它不再是立
方点阵，而成为四方点
阵。如：AgTi, TiAl, FePt
Cu
Au
等。
基本结构
B2 （β黄铜超点阵）
有序结构可看成是分别 由Cu及Zn组成的简单立 方点阵穿插而成。
典型的例子有： β-CuZn、β-AuCd、βNiAl。
对于TCP结构，我们会碰到第三种配位数为12的多面体，该 多面体全部由三角形的面构成，称为二十面体(CN12)。
为了满足TCP中只能出现四面体空洞的要求，除了许多原子 具有二十面体环境外，有些原子必须具有更高的配位体多面 体的环境。
应用状况
○ △ △ ○ △ △ ○ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ ○
化合物
NbCr2 Al3Nb Ti3Al ZrAl3 Co2Zr TiBe12 Al3Ta FeAl TiSi2 TiAl Ni3Al TiNi3 TiCo CoSi2 GH4169 GH5188 DD6 Fe3Al TiNi
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
原子配位多面
一个原子的配位多面体是以该原子为中心与围绕它的近邻原 子的中心连线所构成的一个多面体。对于配位数为12的fcc和 hcp结构，有12个近邻原子组成的多面体分别是立方八面体 (Cubo - octahedron) 和 孪 生 立 方 八 面 体 (Twinned Cubo octahedron)在空间中有多面体堆垛而成一点阵。
fcc衍生结构
L10 或称CuAu I 超结构
金
属
L11 亦称CuPt的菱方超结构
间
化 合
bcc衍生结构
B2 ，亦称 黄铜超点阵
物
DO3 超结构
晶
体 结
hcp衍生结构
DO19或Mg3Cd型超点阵
构
复杂结构
基本结构
L12 (Cu3Au I超点阵)
它相当于有四个简单立方点 阵穿插形成的点阵，而每一 简单立方点阵只被一种原子 占据。已在60多个合金系统 中发现这种结构。
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。
基本结构 拓扑密排相（TCP相）(自学)
TCP 相必须用若干结构单元描述其晶体结构，即： 间隙空洞，原子配位多面体，主骨架和原子层等。
TCP相典型结构类型有Cr3Si(β- W)结构，Laves相、 σ相，以及μ, P, R, M, δ，χ等相。
TCP相的共同特征是晶体中的间隙完全由四面体空 洞组成，所以他们的结构是高度密排的。
先进金属结构材料－金属间化 合物2011
金属间化合物定义
金属间化合物：
金属间化合物是由两种或两种以上或金属与类金属组成的 具有整数化学计量比的化合物，由于其晶体的有序结构以 及金属键与共价键共存，因而具有一系列独特的优异性能， 如密度低、比刚度高；熔点高、高温强度好以及抗氧化性 能优良等。
类金属：H、B、N、S、P、C、Si 分 类：正常价化合物；电子化合物；间隙化合物；复杂化合物 TiAl、Ti3Al，NiAl、Ni3Al，FeAl和Fe3Al是其中的典 型代表。
金属间化合物简介
金属间化合物材料： 一种新型金属材料。
以前所有的金属材 料，都是以相图端 际固溶体为基体；
而金属间化合物材 料，பைடு நூலகம்以中间部分 的有序金属间化合 物为基体。
金属间化合物简介
金属间化合物高温材料：
许多金属间化合物的屈服强度随温度升高而提高； 密度低，比刚度高； 铝化物、硅化物还具有良好的抗氧化性能等； 其耐热性能介于高温合金和陶瓷材料之间，因此 是一类很有前景的高温材料。 室温脆性和高温强度低
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）
原 面 心 立 方 的 （ 001 ）
交 替 的 分 别 被 Cu 与 Au
原子占据，它不再是立
方点阵，而成为四方点
阵。如：AgTi, TiAl, FePt
Cu
Au
等。
基本结构
B2 （β黄铜超点阵）
有序结构可看成是分别 由Cu及Zn组成的简单立 方点阵穿插而成。
典型的例子有： β-CuZn、β-AuCd、βNiAl。
对于TCP结构，我们会碰到第三种配位数为12的多面体，该 多面体全部由三角形的面构成，称为二十面体(CN12)。
为了满足TCP中只能出现四面体空洞的要求，除了许多原子 具有二十面体环境外，有些原子必须具有更高的配位体多面 体的环境。
应用状况
○ △ △ ○ △ △ ○ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ ○
化合物
NbCr2 Al3Nb Ti3Al ZrAl3 Co2Zr TiBe12 Al3Ta FeAl TiSi2 TiAl Ni3Al TiNi3 TiCo CoSi2 GH4169 GH5188 DD6 Fe3Al TiNi