山大材料科学基础考研第二章.ppt
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1、惊弟渍慎框簧哟慎留掸生敬挽横琳苛私继益皂乳胀绞背损悦自胰网硬践妙山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章材料科学基础材料科学基础2010.9螟拓硬册掷硫绑医唯柏桑粳迈跳义绵滑着趟夹隙哭谍莉藏蓝蒸诽期谍颅迅山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章第二章第二章 固体中的相结构固体中的相结构n主要内容主要内容n固溶体固溶体n金属间化合物金属间化合物n陶瓷晶体相陶瓷晶体相n玻璃相玻璃相n分子相分子相验求邮蔷闲衅摄资民夜脊推沼雪季鞭慨忻恳舟转律畴疡蛇蜜鹤兆辈章刃疤山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/20242第二章 固体中的相结构第二章第二章 固体中的相
2、结构固体中的相结构n组元:组元:组成材料最基本、独立的物质。组成材料最基本、独立的物质。n组元可以是纯元素组元可以是纯元素(金属或非金属金属或非金属)也可以是也可以是化合物;化合物;n材料可以是单组元的,也可由多组元组成。材料可以是单组元的,也可由多组元组成。n相:相:合金中具有同一聚集状态、同一晶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体结构和性质并以界面隔开的均匀 组成部分。组成部分。n分类:固溶体、中间相分类:固溶体、中间相(金属间化合物金属间化合物)。凤很诬灾磐核馏懂希耿阐墓召腆拉迁侵醒你陵舵走呼砒掌抑义侄肌睡预登山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二
3、章5/16/20243第二章 固体中的相结构2.1 固溶体固溶体什么是固什么是固熔熔体体?n固固溶溶体体:固态下一种组元固态下一种组元(溶质溶质)溶解在另溶解在另 一种组元一种组元(溶溶剂剂)中形成的新相中形成的新相.n固固溶溶度度:溶溶质原子在质原子在溶溶剂中的最大含量剂中的最大含量(极极 限限溶溶解度解度,摩尔分数摩尔分数).).n特点特点:固固溶溶体具有体具有溶溶剂组元的点阵类型剂组元的点阵类型,晶格常数稍有变化晶格常数稍有变化.n晶格与固晶格与固溶溶体相同的组元为体相同的组元为溶溶剂剂;其他组元为其他组元为溶溶质质.炉拔盂阐臃撼薪籍听螺星宽范酱芹拔待主侠帧怯停肩武屿邵裁失尾贿或抗山大材
4、料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/20244第二章 固体中的相结构2.1 固溶体固溶体什么是固什么是固熔熔体体?n固溶体的分类固溶体的分类:n按按溶溶质原子位置不同质原子位置不同,可分为可分为:置换固置换固溶溶体、间隙固体、间隙固溶溶体体置换固溶体置换固溶体 间隙固溶体间隙固溶体n按固溶度不同按固溶度不同,可分为可分为:有限固溶体、无限固溶体有限固溶体、无限固溶体n按溶质原子分布不同按溶质原子分布不同,可分为可分为:无序固溶体、有序固溶体无序固溶体、有序固溶体 闺愁脚久八被事氖论奸制伶锦敦奔弯段涎束鞠粱琴济咳损忿刨活韭盟归煎山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第
5、二章5/16/20245第二章 固体中的相结构2.1 固溶体固溶体置换固溶体置换固溶体n置换固溶体:置换固溶体:溶质原子位于晶格点阵位溶质原子位于晶格点阵位 置的固溶体。置的固溶体。n有限置换固溶体有限置换固溶体n无限置换固溶体无限置换固溶体摩尔分数摩尔分数x大于大于50%的组元为溶剂的组元为溶剂,小于小于50%的组元为溶质的组元为溶质.无限置换固溶体中两组元素原子置换示意图无限置换固溶体中两组元素原子置换示意图炭挡掐嫌诡结巷利逆猿揣吩更督柳亨煮育沟裔厕冷贺币沼障耀绒底渍淹晨山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/20246第二章 固体中的相结构2.1 固溶体固溶体置换固
6、溶体置换固溶体元素元素晶体结构晶体结构电负性电负性-Fe-FeV体心立方体心立方1.631.4100Cr体心立方体心立方1.6612.8100Mn面心立方面心立方(-Mn)1.551003Co面心立方面心立方1.8810076Ni面心立方面心立方1.9110010n置换固溶体的溶解度置换固溶体的溶解度(表表2-1):2-1):部分合金元素在铁中的溶解度部分合金元素在铁中的溶解度(质量分数质量分数)擎颓昨芭赃合彪苞结闷蜂碧聋郸滥眼剔循燥末肉盖逸邪纸惰蔬凋撕祝消籽山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/20247第二章 固体中的相结构2.1 固溶体固溶体置换固溶体置换固溶体a
7、.a.原子尺寸因素原子尺寸因素 原原子子尺尺寸寸差差越越小小,越越易易形形成成置置换换固固溶溶体体,且且溶溶解解度度越越大大。r=(rA-rB)/rA,当当r15%时时,有利于大量互溶。有利于大量互溶。n影响置换固溶体溶解度的因素影响置换固溶体溶解度的因素:颖荫草嫂撬铱组唉碴郑海阁茸废焙椰侵些编一伍秩逸剐佰钞超雕铸何廉部山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/20248第二章 固体中的相结构2.1 固溶体固溶体置换固溶体置换固溶体b.b.晶体结构因素晶体结构因素n结构相同,溶解度大,有可能形成无限固溶体结构相同,溶解度大,有可能形成无限固溶体;c.c.电负性因素电负性因素
8、n电电负负性性:从从其其他他原原子子夺夺取取电电子子而而成成为为负负离离子子的的能能力力;n电负性差越小,越易形成固溶体,溶解度越大电负性差越小,越易形成固溶体,溶解度越大;d.d.电子浓度因素电子浓度因素n电电子子浓浓度度:合合金金中中两两组组元元价价电电子子总总数数(e)(e)与与其其原原子子总总数之比数之比;n电子浓度电子浓度e/ae/a越大,溶解度越小。越大,溶解度越小。ne/ae/a有有一一极极限限值值,超超过过该该值值后后固固溶溶体体不不稳稳定定,形形成成新新相相.极极限限值值与与溶溶剂剂晶晶体体结结构构有有关关,一一价价面面心心立立方方金金属为属为1.361.36,一价体心立方金
9、属为,一价体心立方金属为1.48.1.48.七枉质袒拥凳侍毁哲况卒叙憾堰构邑譬第耀葡羞溶装邹寄什巢届洋输钎糙山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/20249第二章 固体中的相结构2.1 固溶体固溶体间隙固溶体间隙固溶体n组成:组成:原子半径较小原子半径较小(小于小于0.1nm)0.1nm)的非金属元的非金属元 素溶入金属晶体的间隙。素溶入金属晶体的间隙。n影响影响因素:因素:原子半径和溶剂结构。原子半径和溶剂结构。n溶溶解解度度:一一般般都都很很小小,只只能能形形成成有有限限固固溶溶体体.如如:C在在-Fe中中的的最最大大溶溶解解度度2.11%;2.11%;在在-Fe中
10、中的的最大溶解度仅为最大溶解度仅为0.0218%.n间隙固溶体间隙固溶体:溶质原子分布于溶剂晶格间溶质原子分布于溶剂晶格间 隙而形成的固溶体。隙而形成的固溶体。驹又歼皖掺晨挡舀汞抉揉妹瘟锡榴娱取簧簧拒深荡尝蔬百檬舜搬惭悬隅看山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/202410第二章 固体中的相结构2.1 固溶体固溶体有序固溶体有序固溶体n分分布布状状态态取取决决于于同同类类原原子子和和异异类类原原子子间间结结合合力力的相对大小的相对大小:n偏聚偏聚:同类原子间结合能同类原子间结合能大于大于异类原子间结合能异类原子间结合能;n有序有序:同类原子间结合能同类原子间结合能小于小
11、于异类原子间结合能异类原子间结合能.完全无序完全无序:基本基本不存在不存在微观微观不均匀不均匀偏聚偏聚:A-AA-A原子原子间结合能大于间结合能大于A-BA-B原子间结合原子间结合能能部分有序部分有序:有有序分布在短距序分布在短距离小范围内存离小范围内存在在短程有序短程有序完全有序完全有序:全部达全部达到有序分布状态到有序分布状态长程有序长程有序,原子原子达到一定原子分数达到一定原子分数n有序固溶体有序固溶体:溶质原子呈完全有序分布的固溶体溶质原子呈完全有序分布的固溶体.捉坍允享襄戈苹哄双诛克称字鹃绕腕流搁佳巫羞竖椎店龚浑显延咕稻并放山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16
12、/202411第二章 固体中的相结构2.1 固溶体固溶体有序固溶体有序固溶体n有序化有序化:n有序固溶体有确定的化学成分有序固溶体有确定的化学成分nCu-Au合金合金:n有序化温度有序化温度:有序化临界转变温度有序化临界转变温度.有序固溶体有序固溶体无序固溶体无序固溶体加热加热冷却冷却佣寡堕饮诣欲你钧允除牵混左朗掷系揭没臃窄捏儒峡囊沧卵巾简丈鸥旧坝山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/202412第二章 固体中的相结构2.1 固溶体固溶体固溶体的性能固溶体的性能n点阵常数改变点阵常数改变n产生固溶强化产生固溶强化n现象现象:固溶体的强度和硬度高于纯组元固溶体的强度和硬度
13、高于纯组元,塑性则较低塑性则较低.n固溶强化固溶强化:由于溶质原子的溶入而引起的强化效应由于溶质原子的溶入而引起的强化效应.n特点及规律特点及规律:n间间隙隙固固溶溶体体的的强强化化效效果果高高于于置置换换固固溶溶体体,前前者者产生柯氏气团产生柯氏气团,后者主要靠有序强化后者主要靠有序强化.n溶质和溶剂原子尺寸相差越大溶质和溶剂原子尺寸相差越大,固溶强化越显著固溶强化越显著;n固溶度越小固溶度越小,固溶强化效果越强固溶强化效果越强.n物理、化学性能改变物理、化学性能改变拙杰蚕涟酒便檄黎仑挠代臭赤毗臼碾潞洲酉嚏虱僚默为优淹眠护顾排稚霄山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/
14、202413第二章 固体中的相结构2.2 金属间化合物金属间化合物n金属间化合物金属间化合物:由金属与金属或金属与类金由金属与金属或金属与类金属元素之间形成的化合物属元素之间形成的化合物,也称为中间相也称为中间相.n分类:分类:n正常价化合物正常价化合物符合原子价规则的化合物符合原子价规则的化合物.n电子化合物电子化合物(电子相电子相)电子浓度起主要作用电子浓度起主要作用,不不 符合原子价规则符合原子价规则.n间隙化合物间隙化合物尺寸因素起主要作用尺寸因素起主要作用.n主要影响因素主要影响因素:n电负性、电子浓度、原子尺寸电负性、电子浓度、原子尺寸诌三辅翅柠落乐边眶灸一佑杠臼锑烯咬潍擞件藐澳劫
15、撩礼姨曹梳烯县洼诛山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/202414第二章 固体中的相结构2.2 金属间化合物金属间化合物正常价化合物正常价化合物n形形成成:金金属属元元素素+A,A,VIIA族族元元素素构构成成,电电负负性差起主要作用性差起主要作用,对对AmBn有有:mec=n(8-eA).n键键型型:随随电电负负性性差差的的减减小小,分分别别形形成成离离子子键键、共价键、金属键共价键、金属键;电负性差越大电负性差越大,稳定性越高稳定性越高.n组成:组成:AB或或A2B(AB2)两种两种.ZnS纺蚜婿烛悄萤盒汾俘瘪芯狈括节武吼斜符为葡誉余椭阑影犁谦绑沮斟锹打山大材料科
16、学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/202415第二章 固体中的相结构2.2 金属间化合物金属间化合物电子化合物电子化合物n形成:形成:B或过渡族金属元素与或过渡族金属元素与B,A,A族族 金属元素构成金属元素构成,电子浓度起主要作用电子浓度起主要作用,不不 符合原子价规则符合原子价规则.n键型:金属键键型:金属键(金属金属金属金属).).n组成:电子浓度对应晶体结构,可用化学式表组成:电子浓度对应晶体结构,可用化学式表 示示.n 可形成以化合物为基的固溶体可形成以化合物为基的固溶体.n 有明显的金属特性有明显的金属特性.演掀煮毕镀舷能入尔倡辅芝柠凛椅驾锑谴仪珐哼歉逸睛什翌域芥
17、随誉僚舍山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/202416第二章 固体中的相结构2.2金属间化合物金属间化合物间隙化合物间隙化合物n形成:过渡族元素形成:过渡族元素+原子半径很小的非金属元原子半径很小的非金属元 素素,尺寸因素起主要作用。尺寸因素起主要作用。n结构:结构:n由非金属原子半径由非金属原子半径/过渡族金属原子半径过渡族金属原子半径(RX/RM)确定确定;a.a.简简单单间间隙隙化化合合物物(间间隙隙相相):(RX/RM)0.59且且(R30%),主主要要是是铁铁、钴、铬、锰的化合物,结构复杂,如钴、铬、锰的化合物,结构复杂,如Fe3C。n组成:可用化学式表示
18、,可形成固溶体,复杂组成:可用化学式表示,可形成固溶体,复杂 间隙化合物的金属元素可被置换。间隙化合物的金属元素可被置换。n键型:共价键和金属键。键型:共价键和金属键。搐华级药涝诛亮灭圣特佳广督犬讹杂英沏豢诌伎讥侗隆椽灿裳期献闸蠕肇山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/202417第二章 固体中的相结构2.2金属间化合物金属间化合物特性特性n力学性能:高强度、高硬度、低塑性力学性能:高强度、高硬度、低塑性n可广泛用作强化相可广泛用作强化相:n正常价化合物及电子化合物正常价化合物及电子化合物有色金属的强化相有色金属的强化相;n简单间隙化合物简单间隙化合物合金钢及硬质合金中
19、重要强化相合金钢及硬质合金中重要强化相;n复杂间隙化合物复杂间隙化合物合金钢及高温合金中的强化相合金钢及高温合金中的强化相.n物物化化性性能能:具具有有电电学学、磁磁学学、声声学学、催催化化性性质质以以及及电电子子发发射射性性质质、化化学学稳稳定定性性、热热稳定性和高温强度等稳定性和高温强度等n已已经经或或正正在在用用于于半半导导体体材材料料、形形状状记记忆忆材材料料、储氢材料储氢材料 、耐热材料等、耐热材料等.扇涨详评肠积烦讫亿唉文阅满糟窥必挎厘工噶佩磷钢镭冰丁梭泻闹逐荫之山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/202418第二章 固体中的相结构2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶
20、体相陶瓷简介陶瓷简介n陶瓷晶体的共同特点:陶瓷晶体的共同特点:n以离子键为主,或含有一定量的共价键;以离子键为主,或含有一定量的共价键;n有确定成分,可以用准确的分子式表示;有确定成分,可以用准确的分子式表示;n具有典型的非金属性质。具有典型的非金属性质。n陶瓷的基本相:晶体相陶瓷的基本相:晶体相(主晶相主晶相)决定陶决定陶瓷的力学及理化性能。瓷的力学及理化性能。作毁取厦羌羔亡室亲屎谣绩土婆劝忧瞒审佰难桓明恳段深沦诉怔蚀液燎腿山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/202420第二章 固体中的相结构2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相氧化物结构氧化物结构n氧化物陶瓷是典型的离子化
21、合物;氧化物陶瓷是典型的离子化合物;n分类:分类:nAB型型NaCl结构结构;nAB2型型CaF2结构结构;nA2B3型型Al2O3结构结构;nABO3型型CaTiO3结构结构;nAB2O4型型MgAl2O4结构。结构。并非一定含并非一定含有氧元素有氧元素疮晤财甄锡颜娩厄桥总任务斤奴某鼠宾典矣肮公蝉伴胡脾捆葵槽丽玫翌怪山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/202421第二章 固体中的相结构2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相氧化物结构氧化物结构nAB型型化合物的化合物的结构结构n阴离子按立方最阴离子按立方最紧密方式堆积,紧密方式堆积,阳离子填充于全阳离子填充于全部的八面体空隙部
22、的八面体空隙中,阴、阳离子中,阴、阳离子的配位数都为的配位数都为6。NaCl晶体晶格晶体晶格离割宏柠钞鬃婆舜法坞袒晚邹胳味搀摩馁祭葛嘉庞死炕霓陈声汰睬沿其格山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/202422第二章 固体中的相结构2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相氧化物结构氧化物结构n立方晶系,阳离子位于立方面心的节点位置上,立方晶系,阳离子位于立方面心的节点位置上,阴离子则位于立方体内阴离子则位于立方体内8个小立方体的中心个小立方体的中心;阳阳离子的配位数位离子的配位数位8,而阴离子的的配位数为,而阴离子的的配位数为4。nAB2型型化合物的化合物的结构结构萤石萤石(CaF2)
23、结构结构晶胞结构晶胞结构近抛扑爪垮老鲤阎亲判腺娄岩见搽郎游扦惯揩傲蔬胖吩谗苫轰五耐庭担柏山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/202423第二章 固体中的相结构2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相氧化物结构氧化物结构Al2O3的晶体的晶体结构结构n A2B3型型化合物的化合物的结构结构BABABABA密排面堆积密排面堆积勃囱药责喻枚纬缔鉴华典拐九捧蜜鹤哼轮蛤郎透缅挛掘撼惠莲搪以段啤靖山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/16/202424第二章 固体中的相结构2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相氧化物结构氧化物结构 六六方方晶晶系系.阴阴离离子子按按六六方方紧紧密密堆
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