第四章材料科學(xué)基礎(chǔ)3

1、4.3 典型的晶體結(jié)構(gòu)及幾何特征,晶體結(jié)構(gòu)：晶體中原子（分子或離子）在空間的具體排列方式。,晶體的幾何特征：晶胞內(nèi)的原子數(shù)，致密度，配位數(shù)，以及晶體間隙。,4.3.1 金屬晶體結(jié)構(gòu) （1）三種典型的金屬的晶體結(jié)構(gòu) 最常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)類型： 面心立方結(jié)構(gòu)(face-centered cubic, “fcc”) 體心立方結(jié)構(gòu)(body-centered cubic, “bcc”） 密排六方結(jié)構(gòu) (hexgonal colsed-packed, “hcp”）,-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、Pt等約20種金屬是面心立方結(jié)構(gòu)。,剛球模型,晶胞原子數(shù),質(zhì)點(diǎn)模型,1) 面心立方結(jié)構(gòu) (face-c

2、entered cubic, “fcc”),a.晶胞中的原子數(shù),81/8+61/2=4,b.晶胞常數(shù)與原子半徑的關(guān)系,c.配位數(shù)與致密度,晶體中原子排列的緊密程度與晶體結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。為了定量地表示原子排列的緊密程度，采用配位數(shù)和致密度兩個(gè)參數(shù)。,配位數(shù)(CN, coordination number): 晶體結(jié)構(gòu)中，任一原子周圍最近鄰且等距的原子數(shù)。,配位數(shù)越大，原子排列的緊密程度越高,致密度（APF, atomic packing factor）：晶體結(jié)構(gòu)中各原子總體積占晶胞體積的百分比。,2) 體心立方結(jié)構(gòu) (body-centered cubic, “bcc”),-Fe、-Fe、Cr、W

3、、Mo、V、Nb等約30種金屬是體心立方結(jié)構(gòu)。,剛球模型,質(zhì)點(diǎn)模型,晶胞原子數(shù),a.晶胞中的原子數(shù),b.晶胞常數(shù)與原子半徑的關(guān)系,c.配位數(shù)與致密度,3) 密排六方結(jié)構(gòu) (hexagonal closed-packed, “hcp”),-Ti、Be、Zn、Cd、Mg等金屬是密排六方結(jié)構(gòu)。,剛球模型,質(zhì)點(diǎn)模型,晶胞原子數(shù),a.晶胞中的原子數(shù),b.晶胞常數(shù)與原子半徑的關(guān)系,c.配位數(shù)與致密度,求解hcp的致密度,（2)晶體的原子堆垛方式和間隙,1)晶體中原子堆垛方式,金屬晶體中原子是以緊密堆積的形式存在的 。,在一層中，最緊密的堆積方式，是一個(gè)球與周圍 6 個(gè)球相切，在中心的周圍形成 6 個(gè)凹位，

4、將其算為第一層。,等徑球在平面上最緊密堆垛方式,第二層 對(duì)第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn) 1，3，5 位。 ( 或?qū)?zhǔn) 2，4，6 位，其情形是一樣的 ),關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。,下圖是此種六方緊密堆積的前視圖,A,第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球。,于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，即 AB AB 堆積方式，形成六方緊密堆積。,配位數(shù) 12 。 ( 同層 6，上下層各 3 ),HCP,hcp晶體的原子堆垛方式（ABAB）,最密排面0001,此種立方緊密堆積的前視圖,A,第四層再排 A，于是形成 ABC ABC 三層一個(gè)周期。 得到面心立方堆積。,配位數(shù) 12

5、 。 ( 同層 6， 上下層各 3 ),FCC,ABC ABC 形式的堆積，為什么是面心立方堆積？ 我們來加以說明。,最密排面111,fcc晶體的原子堆垛方式 （ABCABC）,AB,ABC,原子堆垛模型,這兩種堆積都是最緊密堆積，空間利用率為 74%。,2)晶體中原子間的間隙,由于球體之間是剛性點(diǎn)接觸堆積，最緊密堆積中仍然有空隙存在。從形狀上看，空隙有兩種：一種是四面體空隙，由4個(gè)球體所構(gòu)成，球心連線構(gòu)成一個(gè)四面體；另一種是八面體空隙，由6個(gè)球體構(gòu)成，球心連線形成一個(gè)八面體。 顯然，由同種球組成的四面體空隙小于八面體空隙。,間隙大小的定義：如果將一個(gè)半徑為r的小球放入間隙中，該球剛好和最近鄰

6、的基體原子相切，那么r就定義為間隙的半徑。,面心立方晶體(fcc),八面體間隙,fcc晶體十二條棱的中點(diǎn)和體心等價(jià)的位置，是八面體間隙的位置，數(shù)目共有 個(gè),八面體間隙半徑r,四面體間隙,四面體間隙數(shù)目為8個(gè)，間隙半徑r,體心立方晶體(bcc),八面體間隙,八面體間隙的中心為bcc晶體的面心和棱心，數(shù)目為6，間隙半徑r,非正八面體,體心立方晶體(bcc),四面體間隙,四面體間隙的數(shù)目為12個(gè)，間隙半徑r,非正四面體,體心立方四面體間隙包含在八面體間隙中。為什么不把四面體間隙簡(jiǎn)單地看成為八面體間隙的一部分？,理由是：若在四面體間隙內(nèi)嵌入一個(gè)最大尺寸的球，它就會(huì)陷在那里而不能自由地移到八面體間隙，所

7、以雖然四面體間隙的位置處于八面體間隙之中，但并不失其四面體間隙的特點(diǎn)。,密排六方晶體(hcp),八面體間隙,間隙位于正八面體的中心，處于高度為c/4和3c/4處 八面體間隙的數(shù)目為6個(gè)，間隙半徑r,密排六方晶體(hcp),四面體間隙,間隙半徑r,間隙中心位置：7c/8(1c/8)，5c/8 (3c/8) （在有中心原子的相間的三個(gè)三角柱體中，每個(gè)三角柱體中各有2個(gè)；C軸上有2個(gè)；六方柱體的每根棱上有2個(gè)。） 合計(jì)：32+2+62/3=12個(gè),三種典型晶體中的間隙,幾點(diǎn)說明: (1)fcc和hcp都是密排結(jié)構(gòu)，而bcc則是比較“開放”的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗拈g隙較多。因此，碳、氮、氫、氧、硼等原子半徑較

8、小的元素（即間隙原子）在bcc金屬中的擴(kuò)散速率往往比在fcc及hcp金屬中高得多。 (2)fcc和hcp金屬中的八面體間隙大于四面體間隙，故這些金屬中的間隙原子往往位于八面體間隙中。 (3)fcc和hcp中的八面體間隙遠(yuǎn)大于bcc中的八面體或四面體間隙，因而間隙原子在fcc和hcp中的固溶度往往比在bcc中大得多。,3)金屬晶體的密度計(jì)算,若已知某種金屬晶體的晶體結(jié)構(gòu)，則可根據(jù)下式算出晶體的理論密度,n：?jiǎn)蝹€(gè)晶胞中的原子數(shù)目(個(gè))； A: 原子的摩爾質(zhì)量 （g/mol） NA:阿伏伽德羅常數(shù) (6.021023個(gè)/mol) Vc: 晶胞體積 (cm3),例題1：已知Cu原子半徑為0.128 n

9、m，摩爾質(zhì)量為63.5 g/mol，Cu金屬的晶體結(jié)構(gòu)為fcc結(jié)構(gòu)，計(jì)算這種Cu金屬的理論密度，并與實(shí)際密度相比較（實(shí)際密度為8.92 g/cm3 ）,作業(yè)：,1. 已知BCC結(jié)構(gòu)的Fe晶體中，它的晶格常數(shù)a為0.2866 nm，F(xiàn)e原子的摩爾質(zhì)量為55.847 g/mol,求BCC結(jié)構(gòu)的Fe金屬的理論密度。 2.已知Zr的晶體結(jié)構(gòu)為HCP,它的密度為6.51 g/cm3. 求（a）它的晶胞體積，（b）如果c/a比為1.593，分別計(jì)算a、c值。,(4) 晶體的多晶型性,4.3.2 陶瓷晶體結(jié)構(gòu),陶瓷是由離子鍵或兼有離子鍵和共價(jià)鍵的方式結(jié)合而成的復(fù)雜化合物。陶瓷晶體按結(jié)合鍵類型分為離子晶體和共

10、價(jià)晶體，其中離子晶體占大多數(shù)。,不等徑球體的緊密堆積: 當(dāng)大小不等的球體進(jìn)行堆積時(shí)，其中較大的球?qū)戳胶土⒎阶罹o密堆積方式進(jìn)行堆積，而較小的球則按自身體積的大小填入其中的八面體空隙中或四面體空隙中（離子化合物晶體）。,離子晶體的結(jié)構(gòu),陰離子（負(fù)離子）：大球，密堆積，形成間隙 陽離子（正離子）：小球，填充間隙 規(guī)則：陰陽離子相互接觸穩(wěn)定 配位數(shù)大穩(wěn)定,（2）第二規(guī)則（電價(jià)規(guī)則）： 由于在形成每一個(gè)離子鍵時(shí)正離子給出的價(jià)電子數(shù)應(yīng)等于負(fù)離子得到的價(jià)電子數(shù)。,式中Z+和Z-分別是正、負(fù)離子的電價(jià)（即金屬元素和非金屬元素的原子價(jià)），CN+ 和CN- 分別是正離子和負(fù)離子的配位數(shù)。,電價(jià)規(guī)則，對(duì)于規(guī)則多

11、面體配位結(jié)構(gòu)是比較嚴(yán)格的規(guī)則。,(a) 共頂點(diǎn)配位四面體 (b) 共棱配位四面體 (c) 共面配位四面體,(d) 共頂點(diǎn)配位八面體 (e) 共棱配位八面體 (f) 共頂點(diǎn)配位八面體,兩個(gè)配位多面體連接時(shí)，隨著共用定點(diǎn)數(shù)目的增加，中心陽離子之間距離縮短，庫倫斥力增大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低。,4).不同種類正離子多面體間連接規(guī)則（鮑林第四規(guī)則）,當(dāng)晶體中存在一種以上的正離子時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一種以上的配位多面體，這些正離子的電價(jià)有高有低，配位數(shù)有多有小， 那么它們之間是怎樣連接呢？ 根據(jù)鮑林第三規(guī)則，高電價(jià)，低配位的正離子配位多面體應(yīng)盡量互不連接.-引出鮑林第四規(guī)則： 在含有一種以上正離子的晶體中，電價(jià)大，配

12、位數(shù)小的那些正離子之間，有盡量互不結(jié)合的趨勢(shì)（特別傾向于共頂相連）,5）.節(jié)約規(guī)則（鮑林第五規(guī)則）,同一晶體中，同種正離子和同種負(fù)離子的結(jié)合方式應(yīng)最大限度地趨于一致。 或者說：晶體中配位多面體類型傾向于最少。,因?yàn)樵谝粋€(gè)均勻穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)中，不同尺度，形狀的配位多面體很難有效地堆積在一起。 好比：用瓷磚拼一個(gè)地板，對(duì)只用一種規(guī)則形狀如四方形，菱形，正三角形等很能容易拼成一個(gè)緊密接觸的地板，若用兩種形狀瓷磚就困難一些，用多種陶瓷磚就更困難，或不可能拼成一個(gè)緊密排列的地板。,第一規(guī)則：由r+/r-正負(fù)離子形成一個(gè)怎樣的配位關(guān)系。（四面體，八面體） 第二規(guī)則：由電中性配位多面體間連接方式（幾個(gè)多面體相連

13、） 第三規(guī)則：配位多面間怎樣連接最穩(wěn)定。 第四規(guī)則：有幾種正離子，電價(jià)大，配位數(shù)小的正離子配位多面體，盡量互不結(jié)余 第五規(guī)則：配位多面體類型趨于最少。 這五個(gè)規(guī)則，是在分析，研究大量晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上建立的，是離子化合物晶體結(jié)構(gòu)規(guī)律性的具體概括，適合于絕大多數(shù)離子晶體，特別是在分析比較復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，有較大的幫助。,一種原子占據(jù)晶胞的結(jié)點(diǎn)，另一種占據(jù)體心位置，是由兩個(gè)簡(jiǎn)單立方點(diǎn)陣穿插而成。,Cl-構(gòu)成面心立方點(diǎn)陣，Na+占據(jù)其全部八面體間隙,兩個(gè)面心立方分點(diǎn)陣穿插而成的迭結(jié)構(gòu)（或超結(jié)構(gòu)）。 MgO、CaO、FeO、TiN、TiC、MnO,其中S2-占據(jù)FCC晶胞結(jié)點(diǎn)，Zn2+占據(jù)四個(gè)不相鄰

14、的四面體間隙。,同構(gòu)化合物：-SiC, GaAs, AlP, InSb, 其中SiC為高溫材料；GaAs為半導(dǎo)體材料。,簡(jiǎn)單六方，S占據(jù)結(jié)點(diǎn)，Zn占據(jù)四面體間隙。,相同結(jié)構(gòu)的有：BeO, ZnO, AlN, 其中，BeO為優(yōu)質(zhì)耐熱材料，反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料；ZnO為半導(dǎo)體材料，用于非線性變阻器。,結(jié)構(gòu)：面心立方，Ca2+占據(jù)結(jié)點(diǎn)，F(xiàn)-占據(jù)所有四面體間隙。,金紅石是TiO2的一種常見的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（此外TiO2還有板鈦礦及銳鈦礦結(jié)構(gòu)），也是陶瓷材料中比較重要的一種結(jié)構(gòu)。它具有立方體心結(jié)構(gòu)。 每個(gè)晶胞中含有兩個(gè)Ti4+離子（紫球）和4個(gè)O2-離子（綠球）。,用途：重要的電容器材料和光催化材料。,4.3.3

15、合金相的晶體結(jié)構(gòu),（1）基本概念 合金（alloy）：由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。 組元（component）：組成合金的基本的獨(dú)立的物質(zhì)。組元可以是金屬和非金屬元素，也可以是化合物。,合金系(alloy system):由給定組元配置成的一系列成分不同的合金組成的合金系統(tǒng)。兩個(gè)組元組成的為二元系，三個(gè)組元組成的為三元系，更多組元組成的稱為多元系。 相(phase):合金中具有同一聚集狀態(tài)、同一晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并以界面相互隔開的均勻組成部分。合金在固態(tài)下可以形成均勻的單相合金，也可能是由幾種不同的相所組成的多相合金。,在液態(tài)下，大多數(shù)合

16、金的組元均能相互溶解，稱為均勻的液體，因而只具有一個(gè)液相。在凝固后，由于各組元的晶體結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)等不同，各組元間的相互作用不同，在固態(tài)合金中可能出現(xiàn)不同的相結(jié)構(gòu)（phase structure），主要有固溶體（solid solution）和金屬化合物（intermetallic compound）兩大類，統(tǒng)稱合金相。,合金相,固溶體（solid solution）,金屬化合物（intermetallic compound）,固溶體(solid solution)：溶質(zhì)原子融入固態(tài)的溶劑中，并保持溶劑晶格類型而形成的相。,(2)固溶體,1) 置換固溶體: 溶質(zhì)原子位于晶格點(diǎn)陣位置的固溶體。

17、影響置換固溶體溶解度的因素： a. 原子尺寸：原子尺寸差越小，越易形成置換固溶體，且溶解度越大。,b.晶體結(jié)構(gòu)： 結(jié)構(gòu)相同，溶解度大，晶體結(jié)構(gòu)相同是組元間形成無限固溶體的必要條件。 c.電負(fù)性： 電負(fù)性差X 0.4 0.5,傾向于形成穩(wěn)定的化合物。 d. 電子濃度：電子濃度（合金中價(jià)電子數(shù)目與原子數(shù)目的比值）e/a越大，溶解度越小。,價(jià)電子濃度（或簡(jiǎn)稱電子濃度）是指合金中每個(gè)原子平均的價(jià)電子數(shù)，用e/a表示。對(duì)于由1，2，m等組元形成的m元合金，我們有：e/a=Z1C1+Z2C2+ZmCm。式中Zi（i=1-m）為組元i的原子價(jià)電子數(shù)，Ci為組元i的原子百分?jǐn)?shù)（C1+C2+Cm=1）。 對(duì)于第

18、VIII族組元，規(guī)定其價(jià)電子數(shù)為零（Z=0），而對(duì)其它組元，價(jià)電子數(shù)就等于它在周期表中的族數(shù)（Z=N）。 例如，對(duì)60at%Cu+40at%Zn這個(gè)二元合金，e/a=1X0.60+2X0.40=1.40。,2) 間隙固溶體: 溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體。,3) 固溶體的結(jié)構(gòu),a. 晶格畸變 形成固溶體時(shí)，雖然仍保持溶劑的晶體結(jié)構(gòu)，但由于溶質(zhì)原子的大小與溶劑不同，形成固溶體時(shí)必然產(chǎn)生晶格畸變（或稱點(diǎn)陣畸變）。,b. 微觀不均勻性 在固溶體中，溶質(zhì)原子分布可能是無序（Random）的, 即它們呈統(tǒng)計(jì)分布，也可能是部分和完全有序（Ordered）的，但完全有序的固溶體，通常把他歸類為化

19、合物。 溶質(zhì)原子完全無序分布僅是一種理想情況。處于熱力學(xué)平衡的固溶體可認(rèn)為在宏觀尺度是均勻的，而在原子尺度是不均勻的。 固溶體中溶質(zhì)原子的不均勻分布會(huì)形成叢聚（偏聚，cluster）或短程有序。,2）固溶體的性質(zhì)與純金屬相比，由于溶質(zhì)原子的融入導(dǎo)致固溶體晶格畸變（或稱點(diǎn)陣畸變），導(dǎo)致力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能產(chǎn)生了不同程度的變化。,(3)金屬(間)化合物（P37）,定義：合金中各組元發(fā)生化學(xué)的相互作用，形成的晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元，在相圖上處于中間位置的新相。又稱為中間相。,分類： 1)正常價(jià)化合物； 2)電子化合物； 3)尺寸化合物（間隙相、間隙化合物、拓?fù)涿芏严啵?(P42)合金相的類型：根

20、據(jù)合金相在相圖中的位置可以將其分為固溶體（端部固溶體）和中間相（中間/二次固溶體）兩大類。,中間相：在相圖中間位置，都是化合物，晶體結(jié)構(gòu)和組成它們的組元不相同。,為中間相。中間相也可能有一定的固溶度。,注意：由于中間/二次固溶體的結(jié)構(gòu)不同于組成固溶體的任何一個(gè)組元，故近年來中間固溶體（二次固溶體）這個(gè)名稱已不復(fù)采用。,金屬化合物的基本特點(diǎn)： 1)可用化學(xué)分子式表示（其成分可在一定范圍內(nèi)變化），但并不一定遵循化合價(jià)規(guī)律的化合物。如：Cu5Zn8 2)結(jié)合以金屬鍵結(jié)合為主（保留金屬特性）。 3)具有不同于組成金屬化合物組元的另一種新的結(jié)構(gòu)。如：Cu為fcc, Zn為hcp, Cu5Zn8具有復(fù)雜立

21、方結(jié)構(gòu)。 4)性能不同于組成中間相的純組元。一些中間相熔點(diǎn)、硬度很高；一些中間相熔點(diǎn)較低，脆性大；一些中間相具有特殊的物理化學(xué)性能，如具有超導(dǎo)性、強(qiáng)磁性、耐熱、耐蝕、具有形狀記憶效應(yīng)等。 5)中間相的形成也受原子尺寸、電子濃度、化學(xué)親和力等因素的影響。,1）正常價(jià)化合物(P52),化學(xué)價(jià)規(guī)律：即各組元的價(jià)電子數(shù)之和為8,按化學(xué)分子式，正常價(jià)化合物一般有AB,AB2(或A2B)等類型。其晶體點(diǎn)陣對(duì)應(yīng)于具有同類化學(xué)分子式的離子化合物點(diǎn)陣類型，如AB型正常價(jià)金屬間化合物與典型的離子化合物NaCl或ZnS具有相似的點(diǎn)陣類型；AB2與典型的CaF2點(diǎn)陣類型相似；A2B與反CaF2點(diǎn)陣類型相似，但其性能卻

22、由于組元不同而有所不同（P52表2-4）,CaF2型點(diǎn)陣中，對(duì)調(diào)兩種離子的位置，則構(gòu)成反CaF2點(diǎn)陣,各種正常價(jià)化合物,2）電子化合物（電子相）,不遵循正?；蟽r(jià)規(guī)律，結(jié)構(gòu)受電子濃度控制的金屬化合物。,Hume-Ruthery等發(fā)現(xiàn)很多化合物當(dāng)它的電子濃度相同時(shí)，會(huì)出現(xiàn)相同的結(jié)構(gòu)，這類化合物稱電子化合物或Home-Ruthery相。 晶體結(jié)構(gòu)與電子濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系： （1）電子濃度3/2（21/14）時(shí)： 體心立方結(jié)構(gòu)的相（黃銅結(jié)構(gòu)）如：CuZn,AgZn,AuZn； 密排六方結(jié)構(gòu)的相，如Cu3Ga ；,組成電子相的2個(gè)組元的原子尺寸相差大時(shí)，傾向與形成體心立方結(jié)構(gòu)的相；若原子尺寸相差小時(shí)傾向出

23、現(xiàn)密排六方結(jié)構(gòu)的相。,少數(shù)合金出現(xiàn)復(fù)雜立方的-Mn結(jié)構(gòu) ,如Cu5Si。,（2）電子濃度為21/13時(shí)： 在很多合金中出現(xiàn)復(fù)雜立方的相（黃銅結(jié)構(gòu)）。 如：Cu5Zn8： 3）當(dāng)電子濃度為7/4 = 21/12時(shí) 密排六方結(jié)構(gòu)(相)。 其軸比 c/a 比理想軸比小，約為1.55-1.58。 如：CuZn3、Cu3Sn、AuZn3等。,()間隙相（簡(jiǎn)單間隙化合物，P56） 定義：非金屬的原子半徑(rX)與金屬的原子半徑(rM) 之比小于0.59時(shí)形成的具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的金屬化合物。 形成：過渡族金屬元素與H、N、C、B等形成。 特點(diǎn): (1)具有簡(jiǎn)單的化學(xué)式，如 MX、M2X、MX2等 （2）金屬原子

24、組成簡(jiǎn)單點(diǎn)陣并與其為純金屬時(shí)的結(jié)構(gòu)不同。如：VC，V為bcc, C原子存在八面體間隙中，VC為fcc。不能理解為純幾何性的填充間隙，有電化學(xué)因素起作用。,（3）尺寸化合物,晶體結(jié)構(gòu)主要由原子尺寸決定，這樣的金屬化合物稱為尺寸化合物。包括間隙相、間隙化合物、拓?fù)涿芏严嗳N類型。,間隙相性能： 具有明顯的金屬性； 具有極高的熔點(diǎn)； 具有極高的硬度。 是鋼中重要的強(qiáng)化相。 如：NbC的熔點(diǎn)3770，硬度2050HV; VC 的熔點(diǎn)3023，硬度2010HV;,間隙相與間隙固溶體的異同： 相同處： （1）均由過渡族金屬和原子半徑小于0.1nm 的非金屬元素組成； （2）rB/rA0.59。 不同處：

25、（1）間隙固溶體保持溶劑的晶體結(jié)構(gòu)；間隙相為新的晶體結(jié)構(gòu)。 （2）間隙相組元比例滿足簡(jiǎn)單化學(xué)式，間隙固溶體無此關(guān)系 （3）性能上，間隙相的熔點(diǎn)和硬度高于間隙固溶體。,（）間隙化合物（復(fù)雜間隙化合物）： 定義： rX/rM0.59時(shí)形成的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬化合物。 組成：過渡族金屬Fe、Cr、Mn、Mo、W等與C原子形成的碳化物。 類型： M3C、M6C、M23C6型等 M3C型:Fe3C,Ni3C,Co3C。正交晶系復(fù)雜結(jié)構(gòu)。,一個(gè)晶胞有16個(gè)原子，其中12個(gè)金屬原子，4個(gè)碳原子,M6C型:Fe3W3C, Fe2W4C, Fe3Mo3C, 面心立方復(fù)雜結(jié)構(gòu)。,M23C6型:Cr23C6,Fe2

26、1W2C6，面心立方復(fù)雜結(jié)構(gòu)。 M7C3型:Cr7C3，簡(jiǎn)單六方結(jié)構(gòu)。,一個(gè)晶胞中有112個(gè)原子，其中96個(gè)金屬原子，16個(gè)碳原子,一個(gè)晶胞中有116個(gè)原子，其中92個(gè)金屬原子，24個(gè)碳原子,結(jié)合鍵： Fe3C中各鐵原子之間是純金屬鍵， 鐵原子和碳原子之間可能同時(shí)存在金屬鍵和離子鍵。 間隙化合物的性能： 具有明顯的金屬性； 具有高的熔點(diǎn)和硬度（比間隙相要低些）。,（）拓樸密堆相（Topologically Close-packed Phase） 定義：合金中，由于各元素原子尺寸不同的，進(jìn)行適當(dāng)配合得到主要以四面體形式堆垛的 CN 比12大的（例如CN =12，14，15，16等）并且致密度大于

27、0.74的結(jié)構(gòu)。,剛性球模型，同類型原子最緊密堆垛的配位數(shù)只能是12，致密度0.74。,形成TCP相的關(guān)鍵條件： 大小原子適當(dāng)配合（原子尺寸因素是影響TCP相的主要因素）。 TCP相的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 1）空間堆垛：由CN12、 CN14、 CN15、 CN16的配位多面體堆垛堆成。 配位多面體:把晶體點(diǎn)陣中一個(gè)原子周圍最近鄰原子的中心連接起來所構(gòu)成的多面體。多面體的每個(gè)面都是三角形。,拓樸密堆相可以看成由配位多面體堆垛而成。,配位數(shù)： 指多面體中心原子周圍的近鄰原子數(shù) CN12的20面體 CN14的24面體,配位多面體的種類：,CN15的26面體 CN16的28面體,2）原子層堆垛：為層狀結(jié)構(gòu)。

28、主層：由較小的原子排列，排列成三角形、四角形和六角形網(wǎng)絡(luò)圖案， 次層：尺寸較大的原子常組成次層，次層原子位置對(duì)應(yīng)著主層最大空隙處。 主層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常用如下符號(hào)表示：取網(wǎng)絡(luò)中任一原子，依次寫出圍繞著它的多邊形類型，例如三角形為3，四邊形為4等。,拓樸密堆相結(jié)構(gòu)又可看成由原子密排層堆垛的層狀結(jié)構(gòu),如果有n個(gè)相鄰接的m邊形，則記為mn，如圖(b)的網(wǎng)絡(luò)，符號(hào)44。 圖(c)1個(gè)原子由3個(gè)相鄰接的三角形以及2個(gè)相鄰接的四邊形圍繞，符號(hào)記為3342,(d) 32434型；(e) 6363型；(f) 63型；,TCP相的類型： 1）Laves相（p54） 通式為AB2的化合物，借助于兩種不同大小的原子配合

29、排列成密堆結(jié)構(gòu)，稱為L(zhǎng)aves相。 形成條件： 原子尺寸：理論上Laves相的A原子和B原子半徑比值rA/rB為1.255，實(shí)際上這比值約在1.051.68范圍內(nèi)； 電子濃度：一定的結(jié)構(gòu)類型對(duì)應(yīng)一定的電子濃度。 Laves相的晶體結(jié)構(gòu) MgCu2（復(fù)雜立方）型，電子濃度1.331.75 MgZn2（復(fù)雜六方）型，電子濃度1.802.00 MgNi2（復(fù)雜六方）型，電子濃度1.801.90,最多的是MgCu2型結(jié)構(gòu)，其次為MgZn2型結(jié)構(gòu)，極少數(shù)為MgNi2型結(jié)構(gòu)。 MgCu2： 立方結(jié)構(gòu)。MgCu2型結(jié)構(gòu)的晶胞如圖所示。,一個(gè)晶胞中含8個(gè)Mg原子，16個(gè)Cu原子。,大晶胞分為8個(gè)小立方體： Mg原子處在大立方體8個(gè)頂點(diǎn)、6個(gè)面心以及在晶胞內(nèi)相間的4個(gè)小立方體中心位置； 另外4個(gè)小立方體內(nèi)各有1個(gè)以Cu原子組成的四面體，四面體中心和小立方體中心重合。,一個(gè)晶胞有8個(gè)Mg原子16個(gè)Cu原子。,許多合金系能形成 Laves相： 例如在合金鋼中原子尺寸較小的合金元素錳、鎳、鉻可以置換鐵的位置與尺寸大的合金元素鎢、鉬、鈮等形成