1、1第二章 固体材料的结构结构材料科学基础材料科学基础22.1 2.1 基础知识基础知识物质物质 。原子原子 是由无数微粒（分子、原子、离子）按一定方式聚是由无数微粒（分子、原子、离子）按一定方式聚集而成的集合体。集而成的集合体。是由原子核是由原子核(由带正电荷的质子和呈电中性的中由带正电荷的质子和呈电中性的中子组成子组成)和核外电子和核外电子(带负电荷带负电荷)构成。构成。原子结构的原子结构的特点特点：体积很小，质量大部分集中：体积很小，质量大部分集中于原子核内，原子核的密度很大于原子核内，原子核的密度很大。2.1.1 2.1.1 原子结构原子结构3 2.1.2 2.1.2 能级图和原子的电子
2、结构能级图和原子的电子结构 2.1.3 2.1.3 周期表与周期性周期表与周期性 2.1.4 2.1.4 晶体中的原子结合晶体中的原子结合化学键化学键：化学上把原子间强烈的相互作用：化学上把原子间强烈的相互作用 金属键金属键 共价键共价键 离子键离子键 分子键和氢键分子键和氢键 4金属键：金属键：金属原子外层电子小，易失去金属原子外层电子小，易失去金属正离子金属正离子 金属原子相互靠近，外层价电子脱离金属原子相互靠近，外层价电子脱离自由电子自由电子特点特点：电子共有化：电子共有化,没有方向性。没有方向性。特性特性：(1)(1)良好的导电、导热性；良好的导电、导热性；(2)(2)不透明，具有金属
3、光泽；不透明，具有金属光泽；(3)(3)具有较高的强度和良好的延展性；具有较高的强度和良好的延展性；(4)(4)正的电阻温度系数。正的电阻温度系数。5共价键共价键 原子间不产生电子的转移，借共用电子对产生的力结原子间不产生电子的转移，借共用电子对产生的力结合，如金刚石，单质硅，合，如金刚石，单质硅，SiCSiC 特点：特点：1.1.饱和性：电子必须由（饱和性：电子必须由（8 8N N）个邻近原子共有；）个邻近原子共有；2.2.具有方向性：氧化硅四面体中硅氧键为具有方向性：氧化硅四面体中硅氧键为109109 3.3.脆性：外力作用，原子间发生相对位移，键将被脆性：外力作用，原子间发生相对位移，键
4、将被 破坏破坏 4.4.绝缘性：金刚石的熔点高达绝缘性：金刚石的熔点高达37503750 6形成共价键的SiO2,蓝色圆圈代表Si的价电子，红色圆圈代表O的价电子7由共价键方向性特点 决定了的SiO2四面体晶体结构8离子键形成：形成：1.1.电负性相差较大的原子相互靠近，电负性电负性相差较大的原子相互靠近，电负性小的失电子，电负性大的得电子，形成正负离子。小的失电子，电负性大的得电子，形成正负离子。2.2.两种离子靠静电应力结合在一起两种离子靠静电应力结合在一起特点：特点：1.1.无方向性，电荷分布是球对称的。无方向性，电荷分布是球对称的。2.2.无饱和性，一个离子可同时和几个离子结合无饱和性
5、，一个离子可同时和几个离子结合3.3.熔点较高，脆性，导电性差熔点较高，脆性，导电性差CaF29ClCl和和NaNa离子在引力和斥力作用下，相互保持离子在引力和斥力作用下，相互保持r0r0的距离，即的距离，即F F0 0，能量，能量E E为最小（如图为最小（如图1 1）的位置。每一个）的位置。每一个ClCl（或（或NaNa）离子与其近邻的）离子与其近邻的NaNa（或（或ClCl）离子均保持这种最低的能量关系，从而，形成）离子均保持这种最低的能量关系，从而，形成NaClNaCl特有的晶体结特有的晶体结构，如图构，如图2 2所示。所示。图图1 1 ClCl和和NaNa离子保持离子保持r r0 0的
6、距离图图2 NaCl 晶体10 分子键（范德华力分子键（范德华力)以若静电吸引的方式使分子或原子团连接在一起的。以若静电吸引的方式使分子或原子团连接在一起的。特点特点：除高分子外，键的结合不如化学键牢固，无饱和性，：除高分子外，键的结合不如化学键牢固，无饱和性，无方向性。无方向性。氢键：氢键：分子间特殊作用力分子间特殊作用力 表达为：表达为：X XH HY Y 特点：具有饱和性和方特点：具有饱和性和方向性，可存在于分子内向性，可存在于分子内或分子间。氢键主要存或分子间。氢键主要存在于高分子材料内。在于高分子材料内。11结合能晶体中原子间的相互作用：晶体中原子间的相互作用：吸引力吸引力长程力，源
7、于异性电荷间的库仑力长程力，源于异性电荷间的库仑力 排斥力排斥力同性电荷间的库仑力同性电荷间的库仑力泡利不相容原理引起的泡利不相容原理引起的（短程力）（短程力）12不同类型结合键的特性1.1.结合键的多重性结合键的多重性 a a）金属材料：主要是金属键，还有其他键如：共）金属材料：主要是金属键，还有其他键如：共 价键、价键、离子键离子键 b b）陶瓷材料：离子键，如）陶瓷材料：离子键，如AlAl2 2O O3 3,MgO,MgO 共价键，如共价键，如SiSi3 3N N4 4,SiC,SiC c c）高分子材料：长链分子内部以共价键结合，链与链之）高分子材料：长链分子内部以共价键结合，链与链之
8、间则为范德华力或氢键间则为范德华力或氢键 d d）复合材料：三种或三种以上）复合材料：三种或三种以上离子键能最高，共价键能次之，金属键能第三，范德瓦耳斯键最弱离子键能最高，共价键能次之，金属键能第三，范德瓦耳斯键最弱132.2 2.2 金属及合金相的晶体结构金属及合金相的晶体结构 金属在固态下一般都是晶体。决定晶体结构的内在因素金属在固态下一般都是晶体。决定晶体结构的内在因素是原子，离子，分子间键合的类型及键的强弱。金属晶体是原子，离子，分子间键合的类型及键的强弱。金属晶体是以金属键结合，其晶体结构比较简单是以金属键结合，其晶体结构比较简单,常见的有常见的有:面心立方点阵面心立方点阵 A1 A
9、1 或或 fcc fcc 立方晶系立方晶系 体心立方点阵体心立方点阵 A2 A2 或或 bcc bcc 立方晶系立方晶系 密排六方点阵密排六方点阵 A3 A3 或或 hcp hcp 六方晶系六方晶系14描述晶胞从以下几个方面：描述晶胞从以下几个方面：晶胞中原子的排列方式晶胞中原子的排列方式 (原子所处的位置原子所处的位置)点阵参数点阵参数 (晶格常数和晶轴间夹角晶格常数和晶轴间夹角)晶胞中原子数晶胞中原子数 原子半径原子半径 R(R(原子的半径和点阵常数关系原子的半径和点阵常数关系)配位数和致密度配位数和致密度 密排方向和密排面密排方向和密排面 晶体结构中间隙晶体结构中间隙 (大小和数量大小和
10、数量)原子的堆垛方式原子的堆垛方式15三种典型金属晶体结构刚球模型体心立方体心立方 面心立方面心立方 密排六方密排六方16晶胞原子数246体心立方体心立方 面心立方面心立方 密排六方密排六方17a43r a42r a21r 体心立方体心立方 面心立方面心立方 密排六方密排六方18配位数和致密度 配位数配位数是指晶体结构中与任一原子最近邻并且是指晶体结构中与任一原子最近邻并且等距离的原子数。等距离的原子数。面心立方原子配位数晶体结构晶体结构 体心立方体心立方 面心立方面心立方 密排六方密排六方N N8 81212121219 致密度致密度是指晶胞中原子所占体积与晶胞体积是指晶胞中原子所占体积与晶
11、胞体积之比，用之比，用K K表示，（对一个晶胞而言）。表示，（对一个晶胞而言）。VKnvN晶胞中原子数v一个原子（刚性小球）体积V晶胞体积晶体结构晶体结构体心立方体心立方面心立方面心立方密排六方密排六方K K0.680.680.740.740.740.7420 面心立方结构面心立方结构(特征）特征）密排面为（111）21面心立方结构的间隙间隙有两种间隙有两种:四面体间隙和八面体间隙四面体间隙和八面体间隙八面体间隙八面体间隙:位于晶胞体中心和每个棱边的中点，位于晶胞体中心和每个棱边的中点，由由 6 6 个面心原子所围成个面心原子所围成,大小大小rB=0.414RrB=0.414R，rBrB为间隙
12、半径，为间隙半径，R R为原子半径，间隙数量为为原子半径，间隙数量为4 4个。个。22 四面体间隙四面体间隙:由一个顶点原子和三个面心原子围成，其大由一个顶点原子和三个面心原子围成，其大小：小：rB=0.225RrB=0.225R，间隙数量为，间隙数量为8 8个。个。23 堆垛方式堆垛方式：ABCABCABCABC或或ACBACBACBACB的顺序堆垛的顺序堆垛 具有面心结构金属具有面心结构金属:FeFe、AlAl、CuCu、NiNi、AuAu、AgAg等。等。24 25面心立方结构面心立方结构(特征）特征）晶胞中原子排列：在立方体的八个顶角和六个面的面心晶胞中原子排列：在立方体的八个顶角和六
13、个面的面心各有一个原子。各有一个原子。点阵参数点阵参数:a=b=c:a=b=c；=90=90晶胞中原子数晶胞中原子数:n=8:n=81/81/86 61/2=4 1/2=4 个个 原子半径原子半径 R:R:原子半径原子半径-两个相互接触的原子中心距离两个相互接触的原子中心距离 一半一半 配位数与致密度配位数与致密度 配位数配位数 CN=12CN=12 致密度致密度 k=0.74k=0.7426体心立方结构体心立方结构(特征）特征）27体心立方晶格（间隙及堆垛方式）体心立方晶格（间隙及堆垛方式）间隙间隙:也是两种，为八面体和四面体间隙，也是两种，为八面体和四面体间隙，八面体间隙八面体间隙位于晶胞
14、六面体每个面的中心和每个棱的位于晶胞六面体每个面的中心和每个棱的中心由一个面上四个角和相邻两个晶胞体心共中心由一个面上四个角和相邻两个晶胞体心共6 6个原围成，个原围成，即数量为即数量为6 6。大小为。大小为rB=0.154R(rB=0.154R(在在)或或rB=0.633R(rB=0.633R(在在1)10)。28 四面体间隙四面体间隙由两个体心原子和两个顶角原子由两个体心原子和两个顶角原子所围成大小所围成大小rB=0.291R,rB=0.291R,有有 12 12 个。个。29 堆垛方式堆垛方式:ABABAB:ABABAB的顺序堆垛的顺序堆垛 bccbcc结构金属结构金属:FeFe、FeF
15、e、CrCr、MoMo、W W、V V等等30 31 原子排列原子排列:晶胞八个顶角和晶胞体心各有一个晶胞八个顶角和晶胞体心各有一个原子原子 点阵参数点阵参数:a=b=c:a=b=c，=90=90晶胞中原子数晶胞中原子数:n=8:n=81/81/81=21=2个个 原子半径原子半径:配位数和致密度配位数和致密度:配位数：配位数：CN=8 CN=8 致密度：致密度：k=0.68k=0.6832 33 34 35密排六方晶格原子配位数密排六方晶格原子配位数 36 间隙间隙:较为复杂，如图较为复杂，如图2.34 2.34 八面体间隙八面体间隙r rB B=0.414R =0.414R 有有 6 6
16、个个 四面体间隙四面体间隙r rB B=0.225R =0.225R 有有 12 12 个个 八面体间隙八面体间隙四面体间隙四面体间隙37 堆垛方式堆垛方式:ABABAB:ABABAB顺序堆垛顺序堆垛 hcphcp结构金属有结构金属有:Mg:Mg、ZnZn、BeBe、CdCd等等38 原子排列原子排列:正六棱柱体正六棱柱体 12 12 个顶角和上下底中心各有个顶角和上下底中心各有一个一个 原子，正六棱柱体中心有三个原子原子，正六棱柱体中心有三个原子 点阵参数点阵参数:a:a1 1=a=a2 2=a=a3 3cc，=90=90 ，=120=120 晶胞中原子数：晶胞中原子数：n=12n=121/
17、61/62 21/21/23=63=6个个 原子半径原子半径:2R=a R=a/2:2R=a R=a/2 配位数和致密度配位数和致密度 配位数：配位数：CN=12 CN=12 致密度致密度:K=0.74:K=0.743940 合金相的晶体结构合金相的晶体结构一一 基本概念基本概念两种或两种以上的金属或金属与非金属经冶炼、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。烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。2.2.组元组元组成合金的最简单、最基本而且能独立存在的组成合金的最简单、最基本而且能独立存在的物质。组元可以是金属和非金属物质。组元可以是金属和非
18、金属,也可以是化合物也可以是化合物 合金中具有同一聚集状态合金中具有同一聚集状态,同一结构，以及成分性同一结构，以及成分性质完全相同的均匀组成部分。单相、两相及多相合金。质完全相同的均匀组成部分。单相、两相及多相合金。4.4.组织组织41合金相的分类合金相的分类1.1.固溶体固溶体：是一种组元（溶质）溶解在另一种组元中（溶：是一种组元（溶质）溶解在另一种组元中（溶剂，一般为金属中）。剂，一般为金属中）。固溶体特点固溶体特点：溶剂的点阵类型不变，溶质原子或是代替部：溶剂的点阵类型不变，溶质原子或是代替部分溶剂分溶剂 原子（置换式固溶体），或是进入溶剂组元的原子（置换式固溶体），或是进入溶剂组元的
19、间隙（间隙式固溶体）间隙（间隙式固溶体）固溶度固溶度：溶质在溶剂中的最大含量（极限溶解度）：溶质在溶剂中的最大含量（极限溶解度）2.2.化合物化合物：由两种或多种组元按一定比例（一定的成分）：由两种或多种组元按一定比例（一定的成分）构成一个新的点阵，即不是溶剂的点阵也不是溶质的点构成一个新的点阵，即不是溶剂的点阵也不是溶质的点阵。阵。42溶剂和溶质原子占据一个共同的布拉菲点阵，点阵溶剂和溶质原子占据一个共同的布拉菲点阵，点阵类型和溶剂点阵类型相同；类型和溶剂点阵类型相同；有一定的成分范围，组元的含量可在一定范围内改有一定的成分范围，组元的含量可在一定范围内改变而不会导致固溶体点阵类型的改变；变
20、而不会导致固溶体点阵类型的改变；具有比较明显的金属性质，固溶体的结合键主要是具有比较明显的金属性质，固溶体的结合键主要是金属键金属键43按溶质原子在点阵中所占位置分为：按溶质原子在点阵中所占位置分为：置换固溶体置换固溶体：溶质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。：溶质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。间隙固溶体间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙中。：溶质原子分布于溶剂晶格间隙中。固溶体的两种类型（置换和间隙）固溶体的两种类型（置换和间隙）44按固溶体溶解度大小按固溶体溶解度大小：有限固溶体有限固溶体：在一定条件下：在一定条件下,溶质原子在溶溶质原子在溶剂中的溶解量有一个上限剂中的溶解量有一个
21、上限,起过这个限度就形成新起过这个限度就形成新相。相。无限固溶体无限固溶体：溶质原子可以任意比例溶入：溶质原子可以任意比例溶入溶剂晶格中形成的。如溶剂晶格中形成的。如:Cu:CuNi AuNi AuAg TAg Ti iZrZr，结构相同，结构相同 置换式固溶体在一定条件下可能是无限固溶置换式固溶体在一定条件下可能是无限固溶体，但间隙固溶体都是有限固溶体体，但间隙固溶体都是有限固溶体45按溶质原子在溶剂中的分布特点分类按溶质原子在溶剂中的分布特点分类 ：溶质原子在溶剂中任意分布：溶质原子在溶剂中任意分布,无规律性。无规律性。：溶质原子按一定比例和有规律分布在溶剂：溶质原子按一定比例和有规律分布
22、在溶剂晶格的点阵或间隙里，长程有序。晶格的点阵或间隙里，长程有序。基体类型分类基体类型分类 ：以纯金属元素为溶剂形成的固溶体。：以纯金属元素为溶剂形成的固溶体。：以化合物为溶剂，组元元素之一为溶质：以化合物为溶剂，组元元素之一为溶质而形成的固溶体而形成的固溶体。46置换固溶体置换固溶体固溶度大小的固溶度大小的影响因素影响因素：1.1.组元的晶体结构组元的晶体结构 a a）晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件）晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件 b b）形成有限固溶体时，溶质与溶剂的晶体结构相同，）形成有限固溶体时，溶质与溶剂的晶体结构相同，则固溶度较不同结构时大，否则，反之。则固溶度较不
23、同结构时大，否则，反之。2.2.原子尺寸因素原子尺寸因素 是指形成固溶体的溶质原子半径与溶剂原子半径的相是指形成固溶体的溶质原子半径与溶剂原子半径的相对值大小，对值大小，R R表示表示 R=(Ra-Rb)/RaR=(Ra-Rb)/Ra*100%100%R14%-15%,R14%-15%,有利于大量固溶，反之，固溶度非常有限。有利于大量固溶，反之，固溶度非常有限。如如:铁基合金中，铁基合金中，r8%r8%才能形成无限固溶体。才能形成无限固溶体。铜基合金中，铜基合金中，r10%r41%r41%或或 r r质质/r/r剂剂0.59 0.59 间隙固溶体只能是有限固溶体间隙固溶体只能是有限固溶体,一般
24、溶解度较小。如：碳一般溶解度较小。如：碳原子在原子在FeFe（最大（最大Wt=0.0218%Wt=0.0218%）和）和FeFe（最大（最大Wt=2.1Wt=2.11%1%）中形成的间隙固溶体为有限固溶体。）中形成的间隙固溶体为有限固溶体。C、N与铁形成的间隙固溶体是钢中的主要合金相与铁形成的间隙固溶体是钢中的主要合金相51间隙固溶体示意图间隙固溶体示意图1 1 52间隙固溶体中的点阵畸变间隙固溶体中的点阵畸变 535 5）固溶体的微观不均匀性）固溶体的微观不均匀性。一般认。一般认为热力学上平衡状态的无序固溶体溶质原子分布在为热力学上平衡状态的无序固溶体溶质原子分布在宏观上宏观上是均匀的是均匀
25、的,在微观上是不均匀的在微观上是不均匀的。在一定条件下在一定条件下,溶质原子和溶剂原子在整个晶体中按一溶质原子和溶剂原子在整个晶体中按一定的顺序排列起来定的顺序排列起来,形成有序固溶体。有序固溶体中溶质形成有序固溶体。有序固溶体中溶质原子和溶剂原子之比是固定的原子和溶剂原子之比是固定的,可以用化学分子式来表示可以用化学分子式来表示,因此把有序固溶体结构称为超点阵。因此把有序固溶体结构称为超点阵。例如：在例如：在CuCuAlAl合金中合金中,Cu,Cu：AlAl原子比是原子比是1 1：1 1或或3 3：1 1时时从液态缓冷条件下可形成有序的超点阵结构从液态缓冷条件下可形成有序的超点阵结构,用用C
26、uAlCuAl或或CuCu3 3AlAl来表示。来表示。54完全无序偏聚短程有序1.溶剂原子的分布完全随机，完全无序溶剂原子的分布完全随机，完全无序2.若同类原子结合力较强，会产生溶质原子的偏聚若同类原子结合力较强，会产生溶质原子的偏聚3.若异类原子的结合力较强，则溶质原子趋于以异若异类原子的结合力较强，则溶质原子趋于以异类原子为邻的短程有序分布类原子为邻的短程有序分布55短程有序度短程有序度 假设假设A,BA,B二组元形成固溶体，二组元形成固溶体，A A原子的百原子的百分数为分数为X XA A，P PA A为为A A原子在原子在B B原子周围出现的概原子周围出现的概率，则短程有序度定义为率，
27、则短程有序度定义为 a ai i=1-P=1-PA A/X/XA A P PA A=X=XA A，完全无序，完全无序 P PA AXXXA A,短程有序短程有序566 6）固溶体的性质）固溶体的性质 (1)(1)固溶体的点阵畸变固溶体的点阵畸变 点阵常数改变点阵常数改变 置换固溶体：置换固溶体：r r质质rr剂，剂，a a增大；增大；r r质质rr剂，剂，a a减小。减小。间隙固溶体：点阵常数始终随溶质原子溶入而增大。间隙固溶体：点阵常数始终随溶质原子溶入而增大。(2)(2)：强度和硬度往往高于各组元，而塑性则较低强度和硬度往往高于各组元，而塑性则较低(3)(3)固溶体的电学，热学，磁学等物理
28、性质也随成分而连续固溶体的电学，热学，磁学等物理性质也随成分而连续变化。变化。57三三 化合物化合物 化合物化合物：由两种或多种组元按一定比例（一定的成分）：由两种或多种组元按一定比例（一定的成分）构成一个新的点阵，即不是溶剂的点阵也不是溶质的点构成一个新的点阵，即不是溶剂的点阵也不是溶质的点阵阵。特点：特点：1.1.在二元相图中的位置总是在两个端际固溶体之间的中在二元相图中的位置总是在两个端际固溶体之间的中间部分，所以称为中间相。间部分，所以称为中间相。中间相中间相是合金组元间发生相互作用而形成的一种新是合金组元间发生相互作用而形成的一种新相相,它可以是化合物它可以是化合物,也可以是以化合物
29、为基的固溶体也可以是以化合物为基的固溶体(二次固溶体二次固溶体),),一般可以用化学分子式来表示一般可以用化学分子式来表示,但不一定但不一定符合化合价规律符合化合价规律。582.2.中间相大多是由不同金属或金属与亚金属组成的化中间相大多是由不同金属或金属与亚金属组成的化合物，故又称为金属化合物合物，故又称为金属化合物3.3.结合键主要有金属键，离子键或共价键，一般具有结合键主要有金属键，离子键或共价键，一般具有金属性金属性4.4.可以用化学分子式表示可以用化学分子式表示5.5.不同于组元的晶体结构，组元各占据一定的点阵位不同于组元的晶体结构，组元各占据一定的点阵位置，呈有序排列置，呈有序排列6
30、.6.性能不同于各组元的性能，一般是硬而脆的性能不同于各组元的性能，一般是硬而脆的7.7.中间相的形成也受原子尺寸，电负性等影响中间相的形成也受原子尺寸，电负性等影响591 1）中间相中间相 中间相如：钢中中间相如：钢中Fe3CFe3C、铝铜合金中、铝铜合金中CuAlCuAl、黄铜中、黄铜中CuZnCuZn、半、半导体中导体中GaAsGaAs、形状记忆合金中、形状记忆合金中NiTiNiTi和和CuZnCuZn、核反应堆材料、核反应堆材料中中Zr3AlZr3Al、储氢能源材料中、储氢能源材料中LaNi5LaNi5等。等。中间相分类中间相分类：正常价化合物正常价化合物服从原子价规律服从原子价规律电
31、子化合物电子化合物电子浓度起控制作用电子浓度起控制作用间隙相、间隙化合物、间隙相、间隙化合物、TCPTCP相、超结构相、超结构原子尺寸有关化原子尺寸有关化602 2）正常价化合物）正常价化合物 正常价化合物正常价化合物是一些金属与电负性较强的是一些金属与电负性较强的AA、AA、AA族的一些元素按照化学上的原子价规律所形成的化合物。族的一些元素按照化学上的原子价规律所形成的化合物。其特点是符合化合物规律。具有严格的化合比、成分固定其特点是符合化合物规律。具有严格的化合比、成分固定不变，成分可用化学式表示不变，成分可用化学式表示,一般为一般为ABAB型、型、AB2AB2型或型或A2BA2B型、型、
32、A3B2A3B2型。型。正常价化合物的晶体结构通常对应于同类分子式的离子正常价化合物的晶体结构通常对应于同类分子式的离子化合物结构化合物结构。例如例如:A2B:A2B型型 Mg2Pb Mg2Sn Mg2Ge Mg2SiMg2Pb Mg2Sn Mg2Ge Mg2Si AB AB型型 MgS MnS FeS MgS MnS FeS 正常价化合物在常温时有很高的硬度和脆性正常价化合物在常温时有很高的硬度和脆性。在工业合金。在工业合金中中,能起到提高材料强度和硬度的作用能起到提高材料强度和硬度的作用,称为强化相。称为强化相。如如AlAlMgMgSiSi合金中合金中Mg2SiMg2Si；但有时也是有害相
33、；但有时也是有害相,如钢中如钢中FeSFeS会引起钢的脆性。会引起钢的脆性。613 3）电子价化合物）电子价化合物 是是由由BB族（族（CuCu、AuAu、AgAg）或过）或过 渡族金属（渡族金属（FeFe、CoCo、NiNi）与）与BB、AA、AA族元素形成的金属化合物。族元素形成的金属化合物。特点：特点：不遵循原子价规律、电子浓度是决定其晶体结构不遵循原子价规律、电子浓度是决定其晶体结构的主要因素。的主要因素。电子浓度相同电子浓度相同,相的晶体结构类型相同。相的晶体结构类型相同。电子浓度电子浓度：固溶体中价电子数目：固溶体中价电子数目e e与原子数目与原子数目a a之比之比 e/a=e/a
34、=（化合物元素价电子总数（化合物元素价电子总数 /化合物原子数）化合物原子数）注注:计算时过渡族元素时价电子数视为计算时过渡族元素时价电子数视为0 0。62电子浓度、相、结构对应关系如下：电子浓度、相、结构对应关系如下：e/a=7/4e/a=7/4（即（即21/1221/12）密排六方结构密排六方结构 e/a=21/13 e/a=21/13 复杂立方结构复杂立方结构 e/a=3/2e/a=3/2（即（即21/1421/14）体心立方结构体心立方结构 Mn Mn 复杂立方或密排六方结构复杂立方或密排六方结构 电子价化合物大都以金属键结合，具有金属特性电子价化合物大都以金属键结合，具有金属特性,具
35、有高熔点、高硬度但塑性低具有高熔点、高硬度但塑性低,与固溶体适当搭配使与固溶体适当搭配使合金得到强化合金得到强化,作为非作为非FeFe合金中重要组成相。合金中重要组成相。633.3.原子尺寸因素有关的化合物原子尺寸因素有关的化合物 间隙相和间隙化合物间隙相和间隙化合物 是由过渡族金属与原子半径很小的非金属元是由过渡族金属与原子半径很小的非金属元素（素（C C、H H、N N、B B等）组成的。等）组成的。rx/rm0.59rx/rm0.59且电负性相差较大且电负性相差较大简单结构的间简单结构的间隙相隙相 rx/rm0.59,rx/rm0.59rx/rm0.59时形成复杂结构的间隙化合物时形成复
36、杂结构的间隙化合物 X-X-非金属，非金属，m m金属金属64a a、间隙相、间隙相 间隙相的晶格类型比较简单且与组元的结构不同。间隙相的晶格类型比较简单且与组元的结构不同。在间隙相晶格中金属原子占据正常位置在间隙相晶格中金属原子占据正常位置,非金属原子占据非金属原子占据间隙位置间隙位置,有如下规律：有如下规律：rx/rm0.414rx/rm0.414rx/rm0.414时进入八面体间隙时进入八面体间隙 化学式：化学式：M4X M2X MX MX2M4X M2X MX MX2。间隙相具有金属特性如有金属光泽、良好的导电间隙相具有金属特性如有金属光泽、良好的导电性、极高的硬度和熔点性、极高的硬度
37、和熔点,是合金工具钢、硬质合金和高温是合金工具钢、硬质合金和高温金属陶瓷材料的重要组成相。金属陶瓷材料的重要组成相。自学间隙相的晶体结构，p6364NaCl，CaF2,Fe4N,Fe2N65 b.b.间隙化合物间隙化合物 表达式有如下类型：表达式有如下类型：M3CM3C、M7C3M7C3、M23C6M23C6、M6CM6C。间隙化。间隙化合物中金属元素合物中金属元素M M常被其它金属元素所代替形成化合物为常被其它金属元素所代替形成化合物为基的固溶体（二次固溶体）。基的固溶体（二次固溶体）。在在H H、N N、C C、B B等非金属元素中等非金属元素中,由于由于H H和和N N的原子半径的原子半
38、径很小很小,与所有过渡族金属都满足与所有过渡族金属都满足rx/rm0.59,rx/rm0.rB/rm0.5959较大较大,rB/rm0.59,rB/rm0.59，硼化物均为间隙化合物；而碳原子，硼化物均为间隙化合物；而碳原子半径处于中间半径处于中间,某些碳化物为间隙相某些碳化物为间隙相,某些为间隙化合物。某些为间隙化合物。间隙化合物的熔点、硬度较高，也是强化相。间隙化合物的熔点、硬度较高，也是强化相。66C.C.拓扑密堆相（拓扑密堆相（TCPTCP相）相）特点：由配位数为特点：由配位数为1212、1414、1515、1616的配位的配位多面体堆垛而成；多面体堆垛而成；呈层状结构。呈层状结构。T
39、CPTCP相类型：相类型：LavsLavs相相 AB2AB2型型 镁合金、不锈钢中出现镁合金、不锈钢中出现 相相 ABAB型或型或AxBxAxBx型型 有害相有害相67自学学超结构结构的类类型、合金的有序化转变转变（p6569）下节内节内容:2.3陶瓷的晶体结构结构 2.4 高分子的聚集态态68作 业 1.一个正交晶系晶胞，在一个正交晶系晶胞，在XYZ三个晶轴上分别三个晶轴上分别截截a/2,4b和和2c/3，连接这三个点作一平面，确，连接这三个点作一平面，确定该平面的晶面指数。定该平面的晶面指数。2.纯铝晶体为面心立方点阵，已知铝的相对原纯铝晶体为面心立方点阵，已知铝的相对原子质量为子质量为Ar26.97，原子半径，原子半径r0.143nm，求铝晶体的密度。求铝晶体的密度。
