第二章 固体结构2.3.

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1、第二章固体结构第二章固体结构李怀勇李怀勇聊城大学材料科学与工程学院聊城大学材料科学与工程学院2本章章节结构2.1晶体学基础2.2金属的晶体结构2.32.3合金相结构合金相结构2.4离子晶体结构2.5共价晶体结构2.6聚合物的晶体结构2.7 准晶态结构2.8液晶态结构2.9非晶态结构32.3、合金相结构碳钢：Fe-C（C：0.0218%-2.11%）铸铁：Fe-C（C：2.11%-6.69%）不锈钢：Fe-Cr(Cr:12%-30%)黄铜：Cu-Zn，青铜：Cu-Sn, 白铜：Cu-NiK金：18K金（Au-Ni,Zn,Cu）4合金合金：由2种或以上的金属或金属与非金属组成的，具有金属特性的物质

2、。组元：组成合金的基本的，独立的物质称为组元。相： 合金中具有同一聚集状态，晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分称为相。组织：合金中各相晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。5合金的分类合金（组成和结构差异）合金（组成和结构差异）固溶体固溶体中间相（金属间化合物）中间相（金属间化合物）固溶体是以某一组元为溶剂，在晶体点阵或晶格间隙固溶体是以某一组元为溶剂，在晶体点阵或晶格间隙上溶入其他组元原子所形成的均匀混合的固态溶体，上溶入其他组元原子所形成的均匀混合的固态溶体，保持着溶剂的晶体结构保持着溶剂的晶体结构类型。其成分可在一定固溶度类型。其成分可在一定固溶度极限值内波动，不能用分子式表示极

3、限值内波动，不能用分子式表示中间相是组元所形成的金属间化合物，溶剂与溶质的中间相是组元所形成的金属间化合物，溶剂与溶质的比例固定，并且比例固定，并且结构与所有组元都不同结构与所有组元都不同，处于溶解限，处于溶解限度的中间某个位置度的中间某个位置672.3.12.3.1固溶体固溶体 （solid solutionsolid solution）置换固溶体置换固溶体间隙固溶体间隙固溶体固溶体固溶体 （solid solution）的分类）的分类溶质所处位置不同溶质所处位置不同溶质原子占据溶剂晶溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置格某些结点位置溶质原子嵌入溶质原子嵌入溶剂晶格间隙溶剂晶格间隙8固溶体的溶解

4、度固溶体的溶解度 是指溶质原子在固溶体中的极限浓度。是指溶质原子在固溶体中的极限浓度。溶解度有一定限度的固溶体称有限固溶体，组成元溶解度有一定限度的固溶体称有限固溶体，组成元素无限互溶的固溶体称无限固溶体。素无限互溶的固溶体称无限固溶体。影响固溶体溶解度的因素a. 晶体结构b. 原子尺寸15%c. 化学亲和力（电负性）d. 原子价（电子浓度）e. 温度相似则相溶9固溶体溶解度的影响因素固溶体溶解度的影响因素1 1、晶体结构、晶体结构 crystal structurecrystal structure：晶体晶体结构相同结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件。是组元间形成无限固溶体的必要条件。

5、组元的晶体结构类型不同，其溶解度是有限的。组元的晶体结构类型不同，其溶解度是有限的。abcdefABAB组元置换组元置换示意图示意图10固溶体的固溶体的溶解度溶解度影响因素影响因素2、原子尺寸、原子尺寸 atomic size：组元的原子半径差组元的原子半径差 r15%时，有利于形成溶解度较大的固溶时，有利于形成溶解度较大的固溶体；当体；当 r 15%时，时， r 越大则溶解度越小。越大则溶解度越小。 r越大，溶入后点阵畸变程度愈大，致使畸变能愈高，结构的越大，溶入后点阵畸变程度愈大，致使畸变能愈高，结构的稳定性降低，则溶解度愈小。稳定性降低，则溶解度愈小。 ()/ABArrrr 11固溶体的

6、固溶体的溶解度溶解度影响因素影响因素3、化学亲和力（电负性因素）、化学亲和力（电负性因素）chemical affinity：组元间组元间电负性相近电负性相近，可能具有大的溶解度；电负性差大，则化，可能具有大的溶解度；电负性差大，则化学亲和力大，易形成化合物，而不利于形成固溶体，固溶体的学亲和力大，易形成化合物，而不利于形成固溶体，固溶体的溶解度愈小。溶解度愈小。124、原子价（电子浓度、原子价（电子浓度 electron concentration）因素）因素 ：电子浓度电子浓度electron concentration: 就是合金中价就是合金中价电子数目与原子数目的比值，即电子数目与原子

7、数目的比值，即e/a 。*(100)*/100ABexexe aeA和和eB分别为溶剂和溶质的价电子贡献，分别为溶剂和溶质的价电子贡献，x为溶质为溶质的原子百分数的原子百分数 (at. %)。 A100-xBx合金合金固溶体的固溶体的溶解度溶解度影响因素影响因素13Cu-based solid solution alloysAg-based solid solution alloyse/a = 1.4固溶体的电子浓度有一极限值，即晶体结构相同的极限固固溶体的电子浓度有一极限值，即晶体结构相同的极限固溶体合金对应相同的电子浓度，溶体合金对应相同的电子浓度，FCC固溶体合金的极限电固溶体合金的极限

8、电子浓度为子浓度为1.36，BCC固溶体合金的极限电子浓度为固溶体合金的极限电子浓度为1.48。 14只有组成元素原子半径、电化学特性相近，晶格类型相同的置只有组成元素原子半径、电化学特性相近，晶格类型相同的置换固溶体，才有可能形成无限固溶体。换固溶体，才有可能形成无限固溶体。如何能形成无限固溶体？如何能形成无限固溶体？间隙固溶体都是有限固溶体。间隙固溶体都是有限固溶体。15 当原子半径相差太多时，一般进入间隙，引起溶剂点当原子半径相差太多时，一般进入间隙，引起溶剂点阵的畸变，点阵常数增大。阵的畸变，点阵常数增大。 所以间隙型固溶体不能无限固溶。所以间隙型固溶体不能无限固溶。 不仅与原子大小有

9、关，还与晶隙的大小和形状有关。不仅与原子大小有关，还与晶隙的大小和形状有关。a a-Fe-Fe间隙固溶体16固溶体的微观不均匀性固溶体的微观不均匀性 MicroinhomogeneityMicroinhomogeneity完全无序完全无序 disorder偏聚偏聚 clustering 部分有序部分有序 Partial order 完全有序完全有序 orderDistribution of solute atoms in solid solution17固溶体的主要性能固溶体的主要性能 固溶强化固溶强化 solution strengthening随溶质含量增加随溶质含量增加, 固溶体的强固溶