【文章內容簡介】 準晶 ：介于晶體與非晶體之間的一類晶體稱為準晶。準晶不同于非晶態(tài)，也是遵循形核長大規(guī)律完成液固轉變，相變過程受原子擴散控制。準晶必須在一定冷卻速度范圍內形成，如 AlMn合金中冷速在 1063 106K/s的范圍內才能獲得，超過這一范圍將出現(xiàn)非晶態(tài)。一般需要有150200℃ 的過冷度。目前在 AlMn、 AlCo、 AlMnFe、 AlV、 PdUSi、AlMnSi等合金中都已發(fā)現(xiàn)了準晶，并測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)，所以它是各向導性的。 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 合金相結構 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 )經熔煉 、 燒結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 、 獨立的物質 。 通常 ，組元即為組成合金的各元素 ， 但元素間所形成的穩(wěn)定化合物有時也可作為組元 。 由兩個組元組成的合金稱為 二元合金 ，由三個組元組成的合金稱為 三元合金 ，由三個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) 、 同一晶體結構 ， 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重要因素 。 工業(yè)生產中經常通過控制和改變合金的組織來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 )后所形成的一種合金相，其特征是仍保持溶劑晶格類型，結點或間隙中含有其它組元原子。 固溶體的分類 置換固溶體 ：溶質原子占據溶劑晶格的某些結點位置所形成的固溶體 。 間隙固溶體 ：溶質原子進入晶格的某些間隙位置所形成的固溶體。 根據溶質原子在溶劑中的固溶能力可分為 : 有限固溶體和無限固溶體。 另外，根據溶質原子在固溶體中的分布是否有規(guī)律，固溶體又分為無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）電負性因素 （ 3）電子濃度因素 （ 4）晶體結構因素 （ 1）原子尺寸因素 原子尺寸因素可用溶劑、溶質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）電負性因素 電負性 是指原子接受電子以形成負離子的能力 。 在周期表中 ， 同一周期里的元素的電負性由左到右依次遞增；而在同一族內 ， 元素電負性從上至下遞減 。 兩元素的電負性愈相近 ， 愈有利于形成無限固溶體 。 只能形成有限固溶體時 ， 則電負性愈接近 ， 固溶度也就愈大 。 兩元素的電負性相差越大，則它們之間的化學親和力越強，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電子總數 e與原子總數 a之比 (e/a)， 可用下式表示： 式中 VA、 VB分別為溶劑和溶質的原子價 ， X為溶質的原子百分數 。 C = e / a = V ( 100 X) + V XA B電子 100 固溶度與電子濃度的關系 固溶體的固溶度與電子濃度密切相關： 當溶劑元素為一價的面心立方金屬時，不同溶質元素的最大固溶度所對應的極限電子濃度均為 ； 當溶劑元素為一價的體心立方金屬時，其極限電子濃度約為 。超過該極限值，則由于固溶體結構不穩(wěn)定而引起新相出現(xiàn)。 所以，溶質的原子價越高，其固溶度越低。 （ 4）晶體結構因素 只有晶格類型相同，溶質原子才有可能連續(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，它們在周期表中的位置鄰近時，其固溶度可能很大，甚至可以形成 無限固溶體 ；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 當兩組元原子半徑差超過 ， 即溶質與溶劑的原子半徑比 rB/rA ， 兩者已不可能形成置換固溶體 ， 此時溶質原子就可能進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元素通常為原子半徑小于 ， 如氫 、 氧 、 氮 、碳 、 硼等 (其相應的原子半徑分別為 、 、 、 )， 而溶劑元素大都是過渡族金屬元素 。 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，但從微觀來看，其溶質原子的分布往往是不均勻的。 圖 330 固溶體中溶質原子分布示意圖 (a)完全無序； (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，當其成分接近一定原子比(如 AB或 AB3)時，可在低于某一臨界溫度時轉變?yōu)殚L程有序結構，即溶質和溶劑原子在整個晶體中都按一定的順序和規(guī)律排列起來，如圖 330（ d） 所示，這樣的固溶體稱為 有序固溶體 ，又稱為超結構或超點陣，這一轉變過程成為有序化，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構 4．固溶體的性能特點 固溶體中隨溶質原子濃度的提高 ， 晶格畸變程度提高 ， 因而晶格常數變大 。 固溶強化 ：由于晶格畸變增大了位錯運動的阻力 ， 塑性變形更加困難 ， 從而使固溶體的強度與硬度增加的現(xiàn)象 。 固溶強化是金屬強化的重要方式之一 。 圖 332 各元素溶入鋁、銅、鐵中形成置換固體時的晶格常數的變化 中間相 中間相 (金屬化合物 )：合金組元間相互作用 ， 當超過固溶體的固溶極限時 ， 可形成晶體結構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 。 中間相通常可用化學式表示其組成。但其成分通?？稍谝欢ǚ秶鷥茸兓?。 中間相 的特點和分類 大多數中間相是以金屬鍵混以其它典型結合鍵 (離子鍵 、 共價健和分子鍵 )方式相結合 ， 中間相一般具有較高的熔點 、 硬度和脆性 ， 因此 ， 含有中間相的合金強度 、 硬度 、 耐磨性及耐熱性提高 ， 但塑性和韌性降低 。 根據形成中間相時起主導作用的控制因素之不同，中間相可分為：主要受電負性因素控制的 正常價化合物 ，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. 正常價化合物 定義 ：符合一般