2013-8-9
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第三章－19
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2. 电子化合物(续)
1.电子化合物的组成
过渡族或碱金属元素 ＋ Ⅱ～V 族金属元素 或 一价（Cu、Ag、Au） 金属 ＋ IIB元素。 2.结构类型 β相 —— e/a =3/2 =21/14，多为bcc、也有hcp。 γ相 —— e/a =21/13，属于复杂立方结构。 ε相 —— e/a =7/4=21/12，多为hcp，c/a 约为1.55～1.58。 3.特点
2013-8-9 Introduction to Material Science 第三章－2
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第一节 固溶体
1. 固溶体的实质
Material
固溶体实质上是一种固态溶液，是一种元素渗入另一种 元素的晶格结构中的结晶固相。其中含量多的组元称为溶剂， 含量少的组元称为溶质。 2. 基本内容
式中：p —— A原子的正确位置上出现A原子的几率； n —— A的原子分数；
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第三章－14
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5. 有序固溶体(超点阵、超结构)(续)
3. 影响有序化的因素 ①温度 存在一个有序化转变的临界温度Tc。当温度低于Tc时，固溶体从 无序或短程无序转变到长程有序；当温度高于Tc时，固溶体从长程 有序转变到无序或短程有序状态。
主要包括①AB型 、 ② AB2型、 ③A2B型几种类型。
2013-8-9 Introduction to Material Science 第三章－18
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2. 电子化合物
电子化合物是指晶体结构与电子浓度有关的化合物。
Material
根据e/a （电子浓度）的不同，电子化合物可以分为三类。
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第三章－16
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第二节 金属间化合物
1. 定义 A、B两组元可形成合金时，除了可以形成A或B为基的两种固溶体外， 当合金成分超过了两种固溶体的最大溶解度时，就可能形成与A、B 两组元晶格类型均不相同的新相，称为金属间化合物。由于其成分 多处于两种固溶体极限溶解度之间的范围，故又称为中间相。 2. 特点 ①点阵类型既不同于A，也不同于B，有其独特结构； ②具有金属性，但其性能不同于A，也不同于B； ③有序； ④通常有一定的原子比例，能用分子式表示，但是分子式不一定符 合化合价规律。 ⑤可以在一定成分范围内存在。（所以可以形成以中间相为基的固 溶体）
Material
2-1. 定义 溶质原子置换了溶剂的原子位置，又称为替代式固溶体。 2-2. 溶质原子的取代是随机的，其溶解度可以是有限的，也可 以是无限的。
置 换 固 溶 体 示 意 图
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第三章－5
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第三章－11
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4. 固溶体的结构特点(续)
Material
4-1 晶格畸变
1)晶格常数改变 ①置换固溶体：
RB>RA，则晶格膨胀，点阵常数a增大； RB<RA，则晶格收缩，点阵常数a减小；
②间隙固溶体：
RB通常大于A中的间隙尺寸 ，所以点阵膨胀，晶格常数a增大； 2)畸变能
4. 固溶体结构的特点
固溶体的一个重要特点是仍然保持溶剂的晶体结构。但是由于 溶质原子的溶入，还是使其晶体结构发生了某些方面的变化。 主要变化呈现在以下两个方面：
晶格畸变； 晶格畸变导致晶格常数变化和产生畸变能。
溶质原子分布的不均匀性；
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Lessons
☞固溶体的分类； ☞置换固溶体； ☞间隙固溶体； ☞固溶体结构的特点； ☞有序固溶体（超结构、超点阵）；
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第三章－3
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1. 固溶体的分类
1. 按溶质原子的位置分类
Lessons
Material
2-3 影响置换固溶体溶解度的经验规律(续) ②晶体结构 溶质与溶剂点阵类型相同时，溶解度大。 ③负电性 负电性差别越大，化学亲和力越大，两组元倾向于形成化合物。即 使能形成固溶体，其溶解度也非常小。 ④电子浓度 电子浓度 c
式中：e ——价电子总数； a——两组元的原子总数； x——溶质原子数； A——每个溶剂原子的价电子数； B——每个溶质原子的价电子数；
2013-8-9 Introduction to Material Science 第三章－9
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3. 间隙固溶体(续)
间 隙 固 溶 体 示 意 图
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第三章－10
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4. 固溶体的结构特点(续)
Material
4-2 溶质原子分布的不均匀性
1)分布形式
固溶体中溶质原子的分布有如下四种： ☢ 完全无序； ☢ 偏聚； ☢ 短程有序； ☢ 完全有序（长程有序）； 2)影响因素 溶质原子的分布形式主要取决于同类原子对的结合能(UAA，UBB)以 及异类原子结合能(UAB)的相对大小。存在如下情况： ①UAA≈UBB ≈UAB 无序分布（原子分布是随机的）。 ② UAA、UBB>UAB 偏聚（同类原子容易结合）。 ③ UAA、UBB<UAB 有序分布(溶质原子少则长程有序,否则就长程有序).
2. 按溶质原子的溶解度分类
Lessons
☏
☏
置换固溶体；
间隙固溶体；
☏
☏
有限固溶体；
无限固溶体；
3. 按溶质原子分布规律分类
Lessons
☏ ☏
无序固溶体； 有序固溶体；
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第三章－4
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2. 置换固溶体
☞ 不符合原子价规律； ☞ 成分可变，能溶解一定量的组元，形成以电子化合物为基的固溶体； ☞ 多为金属键结合，是金属化合物中金属性最强的； ☞ 熔点高、硬度高、塑性低；
2013-8-9 Introduction to Material Science 第三章－20
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3. 间隙相
组元
——合金中的每一种元素称为一个组元。组元是组成合金的最基本 的、独立的物质。
合金中由几个组元，就称该合金是几元合金。例如：Fe-C 合金、CuZn合金（黄铜）、Cu-Sn合金（青铜）。
向纯金属中加入合金元素（合金化）后，各元素之间相互作用， 形成合金相，合金相又进一步组成各种不同的组织，从而起到改变 和提高纯金属性能的作用。
②冷却速度
一般而言，冷却速度越高，越容易呈现无序。 ③合金成分
理想成分容易呈现有序。例如AB、AB3等。
④塑性变形 塑性变形将破坏有序，使有序程度降低。变形程度越大，S就越 低，即无序性增加。
2013-8-9 Introduction to Material Science 第三章－15
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5. 有序固溶体(超点阵、超结构)(续)
4. 有序固溶体的组织和性能 1) 有序固溶体的组织 有序固溶体由许多有序畴块组成，各有序畴块中的原子排列顺序 往往不一致，使得畴块之间产生反向畴界。 2) 有序化固溶体的性能变化 ①电阻率下降； ②硬度升高； 原子间结合力升高，而且反相畴界的存在增加塑性变形的阻力， 所以有序化可作为合金强化的一种手段。 ③磁性转变；
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第三章 合金相的晶体结构
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第三章－1
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前言
目前应用的金属材料绝大多数是合金。合金就是通过对纯金属合金 化获得的。 合金 ——由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素形成的具有 金属特性的物质。
e/a有一极限值，超过此极限值，固溶体就不稳定，会形成新相， 可能是另一种固溶体或化合物。而且极限电子浓度还与溶剂的点阵 类型有关。 如 (e/a)fcc=1.36； (e/a)bcc=1.48；
2013-8-9 Introduction to Material Science 第三章－8
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2013-8-9 Introduction to Material Science 第三章－13
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5. 有序固溶体(超结构、超点阵)
1. 有序化 溶质原子在固溶体中的分布，从无序或短程有序状态转变为长程有 序状态的过程，称为有序化。 2. 长程有序参数(S)
p nA s 用来描述长程有序的程度， ； 1 nA
3. 间隙固溶体
1.定义
以A组元（溶剂）为基，B组元（溶质）填在A的间隙位置形成 的固溶体。 也称为填隙式固溶体。
2. 影响间隙固溶体溶解度的因素 间隙固溶体的溶解度与溶质原子、溶剂晶体中的间隙形状和大 小有关。 ①溶质原子半径 一般RB<0.1nm时才能形成间隙固溶体。间隙固溶体中的溶质 元素一般都是一些原子半径很小的非金属元素，如：H、B、C、 N、O等。 ②溶剂结构 溶剂结构方面的考虑因素主要是“间隙的形状和大小”和“晶 格类型”。以C在Fe中的溶解为例。