7.1合金的相结构全解

3） 电性能
超导材料、压电材料
PZT：PbZrO3－PbTiO3
4）光学性能
透明陶瓷、人造宝石
PLZT：La2O3＋PZT
人造宝石
4）活化晶格、促进烧结 例：
Al2O3，熔点达2050℃，很难烧结； 加入3％的Cr2O3形成置换型固溶体，可在1860℃烧结；
加入1％～2％TiO2，形成缺位固溶体，可在1600℃烧结
目与原子数目的比值，即e/a。
C电子 e a Z A (1 VB ) Z BVB
离子价相同或离子价总和相等时，才能生成无 限固溶体 如：MgO－NiO、Al2O3－Cr2O3； 钙长石－钠长石、PbZrO3－PbTiO3
4、间隙固溶体
溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的 固溶体称为间隙固溶体。
（1）晶体结构
晶体结构类型相同，是组元间形成无限固
溶体的必要条件。 例如：
Cr （体心立方） Mn （面心立方）
在-Fe中的最大溶 解度/% 在-Fe中的最大 溶解度/%
12.Cr2O3；PbZrO3－PbTiO3
（2）原子（离子）尺寸因素
第 7 章 合金的相结构与结晶
合金：是指由两种或两种以上的金属或金属
与非金属经熔炼、烧结或其他方法组
合而成并具有金属特性的物质。
组成合金的基本的独立的物质称为组元。
如：碳钢和铸铁、黄铜
7.1 固态合金的相结构
相：是固体材料（合金）中具有同一聚
集状态、同一晶体结构和性质，并
以界面相互隔开的均匀组成部分。
形成间隙型固溶体的条件（影响因素） （1）结构尺寸因素 1）溶质原子的大小 即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。
2）溶剂晶体结构（基质） 一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体 例1：C和N 在-Fe和-Fe中 （2）电价因素 保持电价平衡（电中性） 例：
硅酸盐固溶体中：Be2＋＋2Al3＋
铂（铑）－铂（铑）热电偶，熔点为1450℃； 铂铑－铂 热电偶，熔点为1700℃； 铂铑－铂铑 热电偶，熔点为2000℃以上；
（3）物理和化学性能的变化
固溶体合金随着固溶度的增加，点阵畸变增
大，一般固溶体的电阻率ρ 升高，同时降低电阻
温度系数。
如：
1）Si溶入-Fe中，可提高导磁率； 2）Cr固溶于-Fe中，抗腐蚀；
∴ 形成固溶体后可大大降低烧结温度
5）稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生
例：ZrO2
单斜四方
加入CaO后，和ZrO2形成固溶体，无晶型转变
1200C
二、中间相（金属间化合物）
中间相
中间相可以是化合物，也可以是以化合物为基的固溶
体（第二类固溶体或称二次固溶体）。
特点： 中间相通常可用化合物的化学分子式表 示。大多数中间相中原子间的结合方式属 于金属键与其他典型键（如离子键、共价 键和分子键）相混合的一种结合方式。因 此，它们都具有金属性。 如：CuZn、Fe3C、TiC ……
2Si4＋
填隙型固溶体实例：
（1）原子填隙 金属晶体中，原子半径小的H、C、B元素 容易进入晶格间隙中形成间隙固溶体，如：钢 （2）阳离子填隙
2 2CaO ZrO Ca Ca Zr i 2OO
（3）阴离子填隙
YF3 YCa Fi 2FF CaF2
一、固溶体
1、定义 固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体
点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形 成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的 晶体结构类型。
2、分类
根据固溶体的不同特点，可将固溶体进行 不同的分类： （1）根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置
置换固溶体、间隙固溶体
（2）根据溶质原子在溶剂中的固溶能力
（4）原子价因素（离子电价因素）
当原子尺寸因素比较有利时，在某些一价 金属（如Cu、Ag、Au）为基的固溶体中， 原子的电价愈高，其溶解度愈小。
例如：Zn、Ga、Ge和As在Cu中的最大固溶度分 别为：38%、20%、12%和7%。
溶质原子价的影响实质上是“电子浓度”
所决定的。所谓电子浓度就是合金中价电子数
合金相：当金属元素与其他金属元素或非金
属元素组成合金时，会形成一个、两个
或更多的相，统称为合金相。
单相合金：含30%Zn的铜锌合金， 单相
多相合金：含40%Zn的铜锌合金，和’双相
固态下所形成的合金相基本上可分为 固溶体和中间相两大类。 固溶体：也称为一次固溶体或端际固溶体。 置换固溶体、间隙固溶体、有序固溶体 中间相：即化合物 ，金属间化合物 正常价化合物、电子化合物（电子相）、 间隙化合物（尺寸因素化合物）
有序化：有序固溶体加热至某一临界温度时将
转变为无序固溶体，其缓慢冷却至此温度时又 变为有序固溶体，此转变过程称之为固溶体的 有序化。
有序畴（反相畴）：
6、固溶体的性质
（1）点阵常数改变
置换固溶体、间隙固溶体 溶质原子浓度
（2）产生固溶强化
通过形成固溶体是金属强化的现象称为固溶强化。
固溶体的强度与硬度往往高于各组元， 而塑性则较低。 例：
尺寸越接近，固溶体越稳定 15％规则：
r1 r2 r r1
<
15％， 固溶度大的无限固溶体
> 15％，固溶度较小的有限固溶体 例：
Ni、Co与-Fe；Cr、V与-Fe
MgO－NiO；MgO－CaO
（3）化学亲合力（电负性因素）
电负性相近 —— 固溶体
电负性差别大 —— 化合物 △X = ±0.4 之间时，易形成无限固溶体
5、有序固溶体（超结构或超点阵）
在一定条件下，溶质原子与溶剂原子 分别占据一定位置，而且每个晶胞中溶质
原子和溶剂原子数之比都是一定的，这样
的固溶体叫做有序固溶体，这种有序结构
叫做超点阵或超结构。
固溶体中溶质原子的分布方式：
完全无序 偏聚（从聚）
部分有序（短程有序）
完全有序（长程有序）
有限固溶体、无限固溶体
（3）根据溶质原子在固溶体中的分布是否有规律 无序固溶体、有序固溶体
3、置换固溶体
当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，
溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质
原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种
固溶体就称为置换固溶体。
特点：保持了原溶剂组元的晶体结构
影响固溶度的因素：
晶体结构类型 原子（离子）尺寸因素 化学亲和力（电负性因素） 原子价因素（离子的电价因素）