材料科學(xué)基礎(chǔ)課件上13-2.32拓撲超結(jié)構(gòu)32z

1、 組成:由兩種大小不同的金屬原子構(gòu)成 大小原子通過適當(dāng)配合構(gòu)成空間利用率和配位數(shù)都很高的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，簡稱TCP (Topologically Close-packed Phase) 2.3.3.5 拓撲密堆相結(jié)構(gòu)特點(1) 由配位數(shù)(CN)為12，14，15，16的配位多面體 堆垛而成，由不規(guī)則的四面體填充空間的密堆結(jié)構(gòu)12.3 合金相的晶體結(jié)構(gòu)2.3.1 合金中的相2.3.2 固溶體2.3.3 中間相 2-29/4拓撲密堆相的配位多面體形狀2面數(shù)F =20 24 26 28由5(6)個面配置成的頂點數(shù)V =12(0) 12(2) 12(3) 12(4)棱邊數(shù)E=30 36 39 42歐拉(Eu

2、ler)方程： V-E+F=23234568791011112結(jié)構(gòu)特點(2)層狀結(jié)構(gòu) 半徑小的原子構(gòu)成密排面，其中嵌鑲有半徑大的原子，由這些密排層按一定順序堆垛，構(gòu)成空間利用率很高且只有四面體間隙的密堆結(jié)構(gòu)。4幾種類型的原子密排層的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及表示方法5結(jié)構(gòu)特點(2) 原子密排層由三角形、正方形或六角形組合起來的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，可用一定的符號加以表示：取網(wǎng)格中的任一原子，依次寫出圍繞著它的多邊形類型。類型 拉弗斯相(如MgCu2 MgNi2 MgZn2 TiFe2) 相(如FeCr，F(xiàn)eV，F(xiàn)eMo，CrCo，WCo) 相(如Fe7W6，Co7Mo6) Cr3Si型相(如Cr3Si，Nb3Sn，Nb3

3、Sb) R相(如Cr18Mo31Co51) P相(如Cr18Ni40Mo42)6(1)拉弗斯（Laves）相典型分子式為AB2（二元合金中兩種金屬元素組成的中間相）形成條件： *原子尺寸因素 A原子半徑略大于B原子，其理論比值應(yīng)為rArB=1.255，實際值約1.05-1.68 *電子濃度 結(jié)構(gòu)類型與電子濃度對應(yīng) 三種典型拉弗斯相的結(jié)構(gòu)類型和電子濃度范圍7晶體結(jié)構(gòu)：復(fù)雜立方空間點陣：面心立方(節(jié)點上原子團為Mg2Cu4)8MgCu2立方晶胞中Mg (A)，Cu (B)原子的分布 Mg原子占據(jù)fcc點陣節(jié)點 和晶胞4面體間隙的一半 構(gòu)成金剛石結(jié)構(gòu)，8個Mg Cu原子占據(jù)剩余4個四面體間隙，在每個

4、間隙處，4個Cu原子占據(jù)1/8小立方體的四面體間隙的一半，構(gòu)成正四面體 4*4=16個Cu910 8個 16個(-110)111xyzPQRDE10Mg(A)原子周圍有位于四面體間隙處的12個(=3*4)Cu原子和4個Mg原子，16個原子構(gòu)成CN16配位多面體； Cu原子周圍是6個Mg(3個在面心Q、D、E處，3個在小立方體中心 )和6個Cu原子，即CN12；CN16與CN12兩種配位多面體相互配合形成拉弗斯相結(jié)構(gòu)PQRMgCu2結(jié)構(gòu)中B(Cu)原子構(gòu)成的層網(wǎng)結(jié)構(gòu)11Cu原子在(111)面的分布是3 6 3 6型密排層（三角形中心原子未畫出）-211xzyMNB(Cu)原子構(gòu)成的四面體AB C

5、ED-211xzy13沿111 Cu堆垛順序為abcCu原子在(111)面的分布是3 6 3 6型密排層-211Cu沿-211每層相對移動1/6-211距離沿111 Cu堆垛順序為abcCu原子在(111)面的分布是3 6 3 6型密排層AB C14Cu(111)面沿111方向原子堆垛和四面體堆垛15CBA16Mg原子分布和雙原子層沿方向堆垛 (111)xyz(-110)ZYX111A BQCPabc 拉弗斯（Laves）相是鎂合金中的重要強化相 在高合金不銹鋼和鐵基、鎳基高溫合金中，有針狀拉弗斯相分布在固溶體基體上，當(dāng)其數(shù)量較多時會降低合金性能，應(yīng)適當(dāng)控制。17ENDMg原子位于Cu的小四面

6、體中心(2)相組成:組元A為、等B族元素 組元B為A和B族元素分子式: AB或AxBx 存在于過渡族金屬元素組成的合金中，如FeCr，F(xiàn)eV，F(xiàn)eMo，MoCrNi，WCrNi，(Cr，Mo，W)x(Fe，Co，Ni)y 等，有一定的成分范圍18相的晶體結(jié)構(gòu):復(fù)雜正(四)方，c/a=0.52， 晶胞內(nèi)有30個原子 相在常溫下硬而脆，對合金性能有害 不銹鋼:相會引起晶間腐蝕和脆性； Ni基高溫合金和耐熱鋼(成分或熱處理控制不當(dāng)): 沉淀片狀相，使材料變脆。19END2.3.3.6 超結(jié)構(gòu)(超點陣、有序固溶體)成分接近一定原子比的無序固溶體，從高溫緩冷至某臨界溫度以下，溶質(zhì)原子由統(tǒng)計隨機分布狀態(tài)過

7、渡到規(guī)則排列狀態(tài)，即發(fā)生有序化過程，形成有序固溶體(1)類型： 20體心立方點陣的超點陣（1） 黃銅（CuZn）型超點陣470以下有序化與電子化合物黃銅有何區(qū)別?晶體結(jié)構(gòu)：體心立方空間點陣：簡單立方21體心立方點陣的超點陣（2） Fe3Al型超點陣晶體結(jié)構(gòu)：體心立方空間點陣：面心立方22 4個Al原子占據(jù)4個不相鄰的小立方體體心位置，大晶胞的四面體間隙的一半 12個Fe原子 4+8/8*8=12面心立方點陣的超點陣（1） Cu3Au 型晶體結(jié)構(gòu)：面心立方空間點陣：簡單立方23面心立方點陣的超點陣（2）CuAu型晶體結(jié)構(gòu)：面心立方空間點陣：底心正交24面心立方點陣的超點陣（3）CuAu型晶體結(jié)構(gòu)

8、：面心立方空間點陣：簡單正交25CuAu型晶胞每隔5個在(010)面做1/2(a+c)位移無序到有序轉(zhuǎn)變過程依賴于原子遷移，是形核長大過程形核：形成短程有序的微小區(qū)域，稱為有序疇長大：各個核心獨自長大，直至相互接壤 兩個有序疇的邊界是同類原子相遇而構(gòu)成的明顯分界面，稱為反相疇界，反相疇界兩邊的有序疇稱為反相疇。反相疇結(jié)構(gòu)26面心立方點陣的超點陣（4） Cu和Pt層(111)面交替堆垛(a)CuPt型超結(jié)構(gòu) (b)Cu3Pt5型超結(jié)構(gòu)27Cu3Pt5富銅(111)面和全部是Pt原子的(111) 面交替堆垛密排六方點陣的超點陣MgCd3（ Mg3Cd ）與相-CuZn3電子化合物有何區(qū)別?28(2

9、)有序化 在一定條件下，溶質(zhì)原子在固溶體中從統(tǒng)計隨機分布的無序狀態(tài)過渡到占有一定位置的規(guī)則排列長程有序狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程叫有序化有序化的基本條件： 異類原子之間的相互吸引大于同類原子間的吸引作用，使有序固溶體的自由能低于無序態(tài)長程有序度參數(shù)S式中P為A原子在正確位置 (即在完全有序時此位置應(yīng)為A原子所占據(jù))上出現(xiàn)的幾率； XA為A原子在合金中的原子數(shù)分數(shù)。 完全有序時，P=1， 此時S1 完全無序時，PXA，此時S0292EAB(EAA+EBB)合金成分 偏離理想成分，長程有序度參數(shù)S降低溫 度 溫度升高，S降低冷卻速度 冷卻速度快，S降低塑性變形 變形量增大，S降低(3)影響有序化的因素30長程

10、有序度參數(shù)S與短程序參數(shù)有何不同？2.3.3.7 金屬間化合物的性質(zhì)和應(yīng)用 (1)超導(dǎo)性質(zhì) Nb3Ge，Nb3Al，Nb3Sn，V3Si，NbN等； (2)特殊電學(xué)性質(zhì)InTe-PbSe，GaAs-ZnSe等應(yīng)用于半導(dǎo)體材料 (3)強磁性 稀土元素（Ce，La，Sm，Y等)和Co的化合物，具有特別優(yōu)異的永磁性能； (4)吸釋氫特性(貯氫材料) LaNi5，F(xiàn)eTi，R2Mg17和R2Ni2Mg15等(R代表稀土La，Ce，Pr，Nd或混合稀土)是一種很有前途的儲能和換能材料； (5)耐熱特性 Ni3A1，NiAl，TiAl，Ti3Al，F(xiàn)eAl，F(xiàn)e3Al，MoSi2等，具有很好的高溫強度和塑性； (6)耐蝕特性 某些金屬碳化物、硼化物、氮化物和氧化物等，若涂覆表面可提高被涂覆件的耐蝕性能； (7)形狀記憶