【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 準(zhǔn)晶 ：介于晶體與非晶體之間的一類晶體稱為準(zhǔn)晶。準(zhǔn)晶不同于非晶態(tài)，也是遵循形核長(zhǎng)大規(guī)律完成液固轉(zhuǎn)變，相變過(guò)程受原子擴(kuò)散控制。準(zhǔn)晶必須在一定冷卻速度范圍內(nèi)形成，如 AlMn合金中冷速在 1063 106K/s的范圍內(nèi)才能獲得，超過(guò)這一范圍將出現(xiàn)非晶態(tài)。一般需要有150200℃ 的過(guò)冷度。目前在 AlMn、 AlCo、 AlMnFe、 AlV、 PdUSi、AlMnSi等合金中都已發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)晶，并測(cè)試了它們的一些物理性能。 圖 322 二維晶胞的密排圖形 液晶 液晶 ：又稱為介晶態(tài)相，其分子既不像固體中那樣三維有序，也不像液體中那樣完全無(wú)序，而是介于兩者之間的狀態(tài)，由于液晶中呈現(xiàn)著某種有序狀態(tài)，所以它是各向?qū)缘摹? 圖 323 幾種液晶分子的形態(tài) (a) 液晶的盤形分子； (b) 由盤形分子構(gòu)成的柱在液 (b) 晶中的排列方式之一 圖 325 盤形分子液晶 （ a） 向列相； (b)膽 甾 相； (c)近晶相 圖 324 液晶中的分子安排 合金相結(jié)構(gòu) 固溶體 中間相 合金和組元 合金 ：由兩種或兩種以上元素 (金屬與金屬 ， 金屬與非金屬 )經(jīng)熔煉 、 燒結(jié)或其它方法組合而成并具有金屬特性的材料 。 組元 ：組成合金的最基本的 、 獨(dú)立的物質(zhì) 。 通常 ，組元即為組成合金的各元素 ， 但元素間所形成的穩(wěn)定化合物有時(shí)也可作為組元 。 由兩個(gè)組元組成的合金稱為 二元合金 ，由三個(gè)組元組成的合金稱為 三元合金 ，由三個(gè)以上組元組成的合金稱為 多元合金 。 相和組織 相 ：是指合金中具有同一聚集狀態(tài) 、 同一晶體結(jié)構(gòu) ， 成分基本相同 ， 并有明確界面與其它部分分開的均勻組成部分 。 這個(gè)界面叫相界面 。 固態(tài)合金如由均勻的單一相組成 ， 則稱其為單相合金 ， 由幾個(gè)不同相組成的合金稱為多相合金 。 組織 ：是指用肉眼或顯微鏡所觀察到的不同組成相的形狀 ，分布及各相之間的組合狀態(tài) ， 常稱之為具有特殊形態(tài)的微觀形貌 。 相是組織的基本組成部分 。 而組織是決定材料性能的一個(gè)重要因素 。 工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常通過(guò)控制和改變合金的組織來(lái)改變和提高合金性能 。 合金相可分為 固溶體 和 中間相 (又稱金屬化合物 )兩大類。 固溶體 定義 ： 以合金某一組元為溶劑，在其晶格中溶入其它組元原子 (溶質(zhì) )后所形成的一種合金相，其特征是仍保持溶劑晶格類型，結(jié)點(diǎn)或間隙中含有其它組元原子。 固溶體的分類 置換固溶體 ：溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格的某些結(jié)點(diǎn)位置所形成的固溶體 。 間隙固溶體 ：溶質(zhì)原子進(jìn)入晶格的某些間隙位置所形成的固溶體。 根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑中的固溶能力可分為 : 有限固溶體和無(wú)限固溶體。 另外，根據(jù)溶質(zhì)原子在固溶體中的分布是否有規(guī)律，固溶體又分為無(wú)序固溶體和有序固溶體。 圖 326 固溶體的兩種類型 (a)置換固溶體 (b)間隙固溶體 1. 置換固溶體 置換固溶體的固溶度主要受以下因素影響： （ 1）原子尺寸因素 （ 2）電負(fù)性因素 （ 3）電子濃度因素 （ 4）晶體結(jié)構(gòu)因素 （ 1）原子尺寸因素 原子尺寸因素可用溶劑、溶質(zhì)原子半徑之差與溶劑原子半徑之比描述，即△ r＝｜ rArB｜ /rA?！?r越小，即組元間原子半徑越相近，則固溶體的固溶度越大；反之，△ r越大，固溶度越小。 圖 327 大 (a)小 (b)置換原子引起的晶格畸變 （ 2）電負(fù)性因素 電負(fù)性 是指原子接受電子以形成負(fù)離子的能力 。 在周期表中 ， 同一周期里的元素的電負(fù)性由左到右依次遞增；而在同一族內(nèi) ， 元素電負(fù)性從上至下遞減 。 兩元素的電負(fù)性愈相近 ， 愈有利于形成無(wú)限固溶體 。 只能形成有限固溶體時(shí) ， 則電負(fù)性愈接近 ， 固溶度也就愈大 。 兩元素的電負(fù)性相差越大，則它們之間的化學(xué)親和力越強(qiáng)，越傾向于形成化合物，而不利于形成固溶體。 （ 3）電子濃度因素 電子濃度 是指合金相中各組元價(jià)電子總數(shù) e與原子總數(shù) a之比 (e/a)， 可用下式表示： 式中 VA、 VB分別為溶劑和溶質(zhì)的原子價(jià) ， X為溶質(zhì)的原子百分?jǐn)?shù) 。 C = e / a = V ( 100 X) + V XA B電子 100 固溶度與電子濃度的關(guān)系 固溶體的固溶度與電子濃度密切相關(guān)： 當(dāng)溶劑元素為一價(jià)的面心立方金屬時(shí)，不同溶質(zhì)元素的最大固溶度所對(duì)應(yīng)的極限電子濃度均為 ； 當(dāng)溶劑元素為一價(jià)的體心立方金屬時(shí)，其極限電子濃度約為 。超過(guò)該極限值，則由于固溶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而引起新相出現(xiàn)。 所以，溶質(zhì)的原子價(jià)越高，其固溶度越低。 （ 4）晶體結(jié)構(gòu)因素 只有晶格類型相同，溶質(zhì)原子才有可能連續(xù)置換溶劑晶格中的原子，直至溶劑原子完全被溶質(zhì)原子所置換。如果組元的晶格類型不同，則只能形成有限固溶體。 圖 328 無(wú)限置換固溶體中兩組元原子連續(xù)置換示意圖 綜上所述，如果組元元素的晶格類型相同，原子半徑相差不大，它們?cè)谥芷诒碇械奈恢绵徑鼤r(shí)，其固溶度可能很大，甚至可以形成 無(wú)限固溶體 ；反之，則固溶度較小。一般情況下，由于上述多因素的影響，各元素間大多只能形成 有限固溶體 。 2. 間隙固溶體 當(dāng)兩組元原子半徑差超過(guò) ， 即溶質(zhì)與溶劑的原子半徑比 rB/rA ， 兩者已不可能形成置換固溶體 ， 此時(shí)溶質(zhì)原子就可能進(jìn)入溶劑晶格的間隙而形成 間隙固溶體 。 形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素通常為原子半徑小于 ， 如氫 、 氧 、 氮 、碳 、 硼等 (其相應(yīng)的原子半徑分別為 、 、 、 )， 而溶劑元素大都是過(guò)渡族金屬元素 。 間隙固溶體均屬固溶度很小的有限固溶體。 圖 326 間隙固溶體的晶格畸變 3. 有序固溶體及固溶體的 微觀不均勻性 在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下，固溶體的成分在宏觀上是均勻的，但從微觀來(lái)看，其溶質(zhì)原子的分布往往是不均勻的。 圖 330 固溶體中溶質(zhì)原子分布示意圖 (a)完全無(wú)序； (b)偏聚； (c)部分有序； (d)完全有序 有序固溶體 定義：某些具有短程有序的固溶體，當(dāng)其成分接近一定原子比(如 AB或 AB3)時(shí)，可在低于某一臨界溫度時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)，即溶質(zhì)和溶劑原子在整個(gè)晶體中都按一定的順序和規(guī)律排列起來(lái)，如圖 330（ d） 所示，這樣的固溶體稱為 有序固溶體 ，又稱為超結(jié)構(gòu)或超點(diǎn)陣，這一轉(zhuǎn)變過(guò)程成為有序化，該臨界溫度叫有序化溫度。 (a)CuAu (b)Cu3Au 圖 331 有序固溶體的晶體結(jié)構(gòu) 4．固溶體的性能特點(diǎn) 固溶體中隨溶質(zhì)原子濃度的提高 ， 晶格畸變程度提高 ， 因而晶格常數(shù)變大 。 固溶強(qiáng)化 ：由于晶格畸變?cè)龃罅宋诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力 ， 塑性變形更加困難 ， 從而使固溶體的強(qiáng)度與硬度增加的現(xiàn)象 。 固溶強(qiáng)化是金屬?gòu)?qiáng)化的重要方式之一 。 圖 332 各元素溶入鋁、銅、鐵中形成置換固體時(shí)的晶格常數(shù)的變化 中間相 中間相 (金屬化合物 )：合金組元間相互作用 ， 當(dāng)超過(guò)固溶體的固溶極限時(shí) ， 可形成晶體結(jié)構(gòu)和特性完全不同于任一組元的新相 ， 即金屬化合物；由于金屬化合物在二元合金相圖中總是處于兩個(gè)組元或端際固溶體區(qū)域之間的中間部位 ， 故也稱之為中間相 。 中間相通?？捎没瘜W(xué)式表示其組成。但其成分通?？稍谝欢ǚ秶鷥?nèi)變化。 中間相 的特點(diǎn)和分類 大多數(shù)中間相是以金屬鍵混以其它典型結(jié)合鍵 (離子鍵 、 共價(jià)健和分子鍵 )方式相結(jié)合 ， 中間相一般具有較高的熔點(diǎn) 、 硬度和脆性 ， 因此 ， 含有中間相的合金強(qiáng)度 、 硬度 、 耐磨性及耐熱性提高 ， 但塑性和韌性降低 。 根據(jù)形成中間相時(shí)起主導(dǎo)作用的控制因素之不同，中間相可分為：主要受電負(fù)性因素控制的 正常價(jià)化合物 ，以電子濃度為主要控制因素的 電子化合物 ，以原子尺寸因素為主要控制因素的 間隙相 、 間隙化合物 和拓樸密堆相 。 1. 正常價(jià)化合物 定義 ：符合一般