【正文】 Al Cu3Al Cu9Al4 Cu5Al3 CuSi Cu5Si Cu31Si8 Cu3Si FeAl FeAl NiAl NiAl 322114( )13742112( ) 3．間隙相與間隙化合物 間隙相和間隙化合物是由過渡族金屬元素與碳、氮、氫、硼等原子半徑較小的非金屬元素形成的金屬化合物。 電子化合物的電子濃度與晶體結(jié)構(gòu)具有一定對應(yīng)關(guān)系：電子濃度為 3/2(21/14)的電子化合物通常具有體心立方結(jié)構(gòu) ，稱為 β 相；電子濃度為 21/13時 ， 為復雜立方結(jié)構(gòu) ， 稱為 γ相；電子濃度為 7/4(21/12)時 ， 則為密排六方結(jié)構(gòu) ,稱為 ε 相 。如果它們彌散分布于固溶體基體上，則將使合金得到強化。 例如： AB型具有 NaCl或 ZnS結(jié)構(gòu) ，AB2型具有 CaF2結(jié)構(gòu) ， A2B型為反 CaF2結(jié)構(gòu) ， A3B2型則具有反 M2O3型結(jié)構(gòu) (M表示金屬 )。 如 Mg2Si、Mg2Sn、 ZnS、 ZnSe、 SiC等 。 1. 正常價化合物 定義 ：符合一般化合物原子價規(guī)律的金屬化合物 。 中間相 的特點和分類 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 、 共價健和分子鍵 )方式相結(jié)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 。 中間相通?？捎没瘜W式表示其組成。 固溶強化是金屬強化的重要方式之一 。 (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 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 。 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(zhì)原子的分布往往是不均勻的。 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渡族金屬元素 。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 。如果組元的晶格類型不同，則只能形成有限固溶體。 所以，溶質(zhì)的原子價越高，其固溶度越低。 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)： 當溶劑元素為一價的面心立方金屬時，不同溶質(zhì)元素的最大固溶度所對應(yīng)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 。 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。 兩元素的電負性愈相近 ， 愈有利于形成無限固溶體 。 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 。 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(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。 根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑中的固溶能力可分為 : 有限固溶體和無限固溶體。 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)點位置所形成的固溶體 。 合金相可分為 固溶體 和 中間相 (又稱金屬化合物 )兩大類。 而組織是決定材料性能的一個重要因素 。 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 。 這個界面叫相界面 。 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 。 組元 ：組成合金的最基本的 、 獨立的物質(zhì) 。 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?qū)缘?。一般需要?50200℃ 的過冷度。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(zhuǎn)變，相變過程受原子擴散控制。 微晶結(jié)構(gòu)材料因晶粒細小，成分均勻（使偏析范圍由模鑄的幾毫米減至 ～ ）， 增加了空位、位錯和層錯等缺陷，形成了新的亞穩(wěn)態(tài)相等多種因素，使微晶合金材料具有高強度、高硬度、良好的韌性、較高的耐磨性、耐蝕性，抗氧化性、抗輻射穩(wěn)定性也比一般晶態(tài)金屬有很大的提高。 微晶、準晶與液晶 微晶 準晶 液晶 微晶 快速凝固的晶態(tài)合金與普通鑄造合金相比，晶粒尺寸小得多。 圖 321 工業(yè)純鐵的顯微組織照片 多晶體 ：由許多晶粒組成的晶體。 多晶體的偽 各向同性 ；單晶的各向異性 。 多晶與單晶材料 多晶體中的各個單晶體往往呈顆粒狀 ， 不具有規(guī)則的外形 。 發(fā)生多晶型轉(zhuǎn)變時，材料的性能將發(fā)生突變。如：常壓下， a 鐵在 912℃ 以下為體心立方結(jié)構(gòu)，稱為 αFe； b 鐵在 912℃ ～ 1394℃ 間具有面心立方結(jié)構(gòu) ,稱為 γFe； c 鐵從 1394℃ 到熔點之間 , 又成為體心立方結(jié)構(gòu) , 稱為 δFe。 aa1212 ??aa221? a31212 ???aa1212 ??aa2121 ???a12?? 多晶型性與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 多晶型性或同素異構(gòu)性 :具有兩種或兩種以上的晶體結(jié)構(gòu)的這種性質(zhì)。 原子線密度 原子的線密度是指某晶向單位長度所包含的原子數(shù)。 圖 318 體心立方單胞（ 110）面 （ a） 遮影面（ b） 單胞原子數(shù) 圖 319 面心立方單胞（ 111）面 （ a） 遮影面 （ b） 單胞原子數(shù) 體心立方： 原子的數(shù)目為： 4 188。 面心立方（ 111）晶面的遮影面積和單胞原子數(shù)。 試計算銅的原子體密度。不同晶體結(jié)構(gòu)中不同晶面、不同晶向上的原子排列方式和排列密度也不同，因而具有不同的原子 面密度 和 線密度 。間隙的位置、大小和數(shù)量均與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。 K nvV? 三種晶格的致密度 體心立方晶格的致密度： 面心立方晶格的致密度： 理想密排六方晶格的致密度 Kraaa???? ? ???? ?????2 43 2 43 340 683333? ?.K raaa???? ? ???? ?????4 43 4 43 240 743333? ?.Kra a caa??? ? ??? ? ??? ?????6 436 346 43 126 34 1 6330 74333? ?.. 晶體結(jié)構(gòu)中的間隙 晶體中存在著許多未被原子占據(jù)的間隙。 圖 312 三種典型晶格配位數(shù)示意圖 典型晶格配位數(shù)示意圖 (a)體心立方 (b)面心立方 (c)密排六方 致密度 一個晶胞內(nèi)原子所占體積與晶胞體積之比 ，稱之為 致密度 。 它與晶格常數(shù) a有一定的關(guān)系 : 體心立方晶胞其原子半徑 : a為晶格常數(shù)； 面心立方晶胞其原子半徑； 密排六方晶胞其原子半徑 : ar 43? ar 42? ar21? 配位數(shù) 配位數(shù)是指晶格中任一原子周圍與其最近鄰且等距離的