金属间化合物晶体结构的研究——ⅳ
第一章晶体结构1.3(课件3)
面心立方结构 A1 或 fcc （face—centered
cubic ）立方晶系 体心立方结构 A2 或 bcc （body—centered cubic ）立方晶系 密排六方结构 A3 或 hcp hexagonal close—packed ）六方晶系
（a）面心立方 A1型
（b）体心立方 （c）密排六方 A2型 A3型
多相合金
本节的基本要求
三种典型晶体结构的特征（包括：晶胞形 状、晶格常数、晶胞原子数、原子半径、配 位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，最密 排面（滑移面）和最密排方向的指数与个数。 多晶体与单晶体、晶粒、晶界； 各向同性与各向异性；同素异构转变
结构。 多晶型性转变指金属在外部条件 (如 T 和 P) 改变 时，其内部从一种晶体结构向另一种晶体结构的转变,又称 同素异构（同素异性）转变
例如纯铁:
Fe(bcc) －Fe( fcc) Fe(bcc)
1394℃ 912℃
1.2.3 晶体结构中的原子半径
4 3 n R nv K 3 V V
密排方向和密排面 面密度：单位晶面面积中原子所占的面积。 线密度：单位晶向长度中原子所占的长度。
原子的堆垛方式
最紧密堆积原理： 晶体中各离子间的相互结合，可以看作是 球体的堆积。球体堆积的密度越大，系统的势 能越低，晶体越稳定。此即球体最紧密堆积原 理。 适用范围：典型的离子晶体和金属晶体。 质点堆积方式：根据质点的大小不同，球体最 紧密堆积方式分为等径球和不等径球两种情况。
具有面心结构金属:γ－Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag等。
面心立方八面体间隙
间隙大小（半径） = a /2 － R = 0.414R
一些极性金属间化合物及含铋配合物的合成、晶体结构和性质研究的开题报告
一些极性金属间化合物及含铋配合物的合成、晶体结构和性质研究的开题报告一、选题的背景和意义极性金属与氧族元素的化合物，在无机化学中占据着重要的地位。
这些化合物具有丰富的结构和性质，包括多样的晶体结构、电学和磁学性质等，在材料科学和能源领域中得到广泛的应用。
其中，含铋配合物的研究尤其重要，因为铋是一种具有很多特殊性质的元素，可以用于生产磁器、光学和电子器件等。
因此，本次研究着眼于对极性金属间化合物及含铋配合物的合成、晶体结构和性质进行深入研究，为进一步应用这些化合物提供科学依据和技术支持。
二、研究的内容和方法本次研究的主要内容包括以下几个方面：1. 极性金属间化合物的合成及晶体结构研究。
选择一些具有极性金属离子的化合物，如ZnO、LiNH2等进行合成，利用X射线衍射仪等技术对其晶体结构进行表征。
2. 含铋配合物的合成及晶体结构研究。
以铋离子为中心，以不同的配体分别进行合成，再利用X射线衍射仪等技术对其晶体结构进行表征，比较不同配体对晶体结构的影响。
3. 热稳定性、光学和电学性质研究。
采用热重分析仪、紫外可见分光光度计和四探针法等技术，对以上化合物的性质进行研究。
研究方法主要包括实验方法和理论计算方法。
实验方法包括有机合成、结晶技术、X射线衍射仪、热重分析仪、紫外可见分光光度计和四探针法等技术。
理论计算方法主要采用密度泛函理论(DFT)进行计算，对化合物的分子结构、电子密度等进行理论模拟。
三、预期结果和成果本研究旨在探究极性金属间化合物及含铋配合物的合成、晶体结构和性质，并对其进行全面的实验研究和理论模拟。
预期结果包括合成得到多个极性金属间化合物及含铋配合物，并利用结晶技术得到高质量晶体，通过X射线衍射仪等技术对晶体结构进行表征；同时，研究热稳定性、光学和电学性质，为进一步开发这些化合物的应用提供数据依据和理论支持。
四、研究的意义和应用价值本次研究的意义和应用价值主要体现在以下几个方面：1. 对极性金属间化合物及含铋配合物的合成及性质进行研究，可以为深入探索这些化合物的性质和应用提供有力的科学依据。
金属间化合物要点
以密排六方结构为 基的长程有序结构 长周期超点阵 laves相 σ相 χ相 Cr3Si（β-W）相 μ 相等
Cu3Au型（L12型） CuPt型（L11型） CuAuⅠ型（L10型）等 CuZn型（B2型） Fe3Al型（D03型） Cu2MnAl型（L21型）等
Mg3Cd型（D019型）等
CuPt型（L11型）
2.2.1几何密排相特点
以面心立方结构为基 的长程有序结构
➢ CuAuⅠ型（L10型）
化学式为AB。原 面心立方（001）面 被仅由Cu原子组成的 原子面及仅由Au原子 组成的原子面交替重 叠堆垛而成。典型的 例子有
➢ 定义：由不规则的四面体填充空间的密堆结构 。 ➢ 类型：laves相，σ相，χ相，β-W相等。 ➢ 特点：晶体中的间隙完全由不规则的四面体间隙
组成，没有八面体间隙，配位数＞12，致密度＞ 0.74；原子间距极短 ，原子间电子交互作用强烈， 对称性低，滑移系少，塑性差。
2.2.1几何密排相特点
以面心立方结构为基 的长程有序结构
金属间化合物
晶体结构、结构稳定性 及电子理论
1定义
金属间化合物是指由两个或更多的金属组元或 类金属组元按比例组成的具有金属基本特性和不同 于其组元的长程有序晶体结构的化合物。
TiAl(L10)
2晶体结构分类
几何密排相 拓扑密排相
几何密排相
金属 间化 合物
拓扑密排相
以面心立方结构为 基的长程有序结构
MgZn2结构 原子半径小的Zn原子
形成四面体，原子半径大 的Mg原子占据四面体间隙 之中，本身构成一个四面 体骨架。每个Zn原子与6 个Mg原子和6个Zn原子相 邻，Zn原子的配位数为12； 每个Mg原子与4个Zn原子 和12个Mg原子相邻，Mg 原子的配位数为16。
1-3-1 金属的晶体结构
2
一、典型金属的晶体结构
最常见的金属晶体结构有三种：面心立方结 构、体心立方结构和密排六方结构。 本节主要讨论原子的排列方式、晶胞内原子 数、点阵常数、原子半径、原子配位数、致密度 和原子间隙大小。 下面分别加以讨论：
3
1、原子排列方式
1） 球体的紧密堆积
① 单一质点的等大球体最紧密堆积，如纯金属晶体。 ② 几种质点的不等大球体的紧密堆积，如离子晶体。
16
2) 密排六方结构
属于六方紧密堆积，以ABABAB…的方式堆积， 从结构中可分析出六方晶胞。 具有这种结构的金属：Be、Mg、Zn、Cd、 -Ti和-Co。
3) 体心立方结构
属于体心立方紧密堆积，原子是以体心立方空间 点阵的形式排列，可分析出体心立方晶胞。
具有这种结构的金属：V、-Fe、Nb、Mo、 Cr和W。
3、晶胞中的原子数
1) 简单立方结构 (SC / Simple cubic)
1 8 1 8
20
2) 体心立方结构
(bcc / Body-centered cubic)
3) 面心立方结构
(fcc / Face-centered cubic)
1 8 1 2 8
1 1 8 6 4 8 2
第三层堆积的特征： 有两种完全不同的堆积方式。 a. 堆积在单层空隙位置 从垂直图面的方向观察，第三层球的位置正好与 第一层相重复。如果继续堆第四层，其又与第二 层重复，第五层与第三层重复，如此继续下去， 这种紧密堆积方式用ABABAB……的记号表示。
六方紧密堆积hcp (ABAB…)
对应ABAB……紧密堆积方式，其球体
r(Ag)=0.288nm， r(Al)=0.286nm，但都不能形成连续 （无限）固溶体，为什么？ 3、(1)叙述形成固溶体的影响因素; (2)形成连续固溶体的充分必要条件是什么?
典型金属的晶体结构ppt课件
1. 三种典型金属晶体结构 2. 晶胞中原子数 3. 原子半径与点阵常数的关系 4. 配位数与致密度 5. 晶体中原子的堆垛方式 6. 晶体结构中的间隙
1. 三种典型金属晶体结构
面心立方（A1）face-centred cubic lattice→fcc
常见金属晶体 的结构
体心立方（A2）body-centred cubic lattice→bcc
2. 晶胞中原子数
每个晶胞所含有的原子数（N）可用下式计算：
N=Ni+Nf/2+Nr/m Ni,Nf,Nr分别表示位于晶胞内部，面心和角顶上的原子数， m为晶胞类型参数，立方晶系m=8，六方晶系m=6.
体心立方
面心立方
密排六方
n 81 1 2 8
n 8 1 6 1 4 n 12 1 2 1 3 6
两种最紧密堆积中，每个球体周围同种球体的个数均 为12。
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2019/6/10
可编辑
面心立方最紧密堆积
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
A B C
面心立方最紧密堆积
A C B A C B A
ABCABC……, 即每三层重复一次
面心立方最紧密堆积
12
6
3
54
面心立方最紧密堆积
K nv V
式中，n为晶胞原子数，v原子体积，V晶胞体积。
面心立方配位数为12
K
nv V
4
4(
3 a32 4源自a)30.74
体心立方配位数为8
第一章金属的晶体结构
图2-6密排六方晶胞
第三节 晶体学概念
• • • • • • • 1.3.1 晶胞中的原子数 体心立方： 面心立方： 密排六方： 1.3.2 原子半径 1.3.3 配位数和致密度 配位数：指晶体结构中与任一个原子最近邻且等距离的原 子数目。 • 体心立方晶体8个，面心立方12个，密排六方12个，所以 面心立方和密排六方致密度高 • 致密度分别为0.68、0.74、0.74
图2-5
面心立方晶胞
• (3)密排六方晶胞(close packed lattice hexagonal)：密排六方晶体的晶胞如图1.6所示。 • 它是由六个呈长方形的侧面和两个呈正六边形的 底面所组成的一个六方柱体。因此，需要用两个 晶格常数表示，一个是正六边形的边长a，另—个 是柱体的高c。在密排六方晶胞的每个角上和上、 下底面的小心都有一个原子，另外在中间还有三 个原子。因此，密排六方晶格的晶胞中所含的原 子数为：6×1／6×2+2×1／2+3=6个。 • 具有密排六方晶体结构的金属有Mg、Zn、Be、 Cd、α-Ti、α-Co等。
A、B组元组成的固溶体也可表示为A(B), 其中A为溶剂, B为 溶质。例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶体一般用α表 示, 亦可表示为Cu(Zn)。
• 固溶体特性：1固溶体成分可以在一定范围内变化， 在相图上表现为一个区域。2固溶体必须保持溶剂 组元的点阵类型。3纯金属结构有哪些类型，固溶 体也应有哪些类型，即固溶体本身没有独立的点 阵类型。4组元的原子尺寸不同会引起的点阵畸变， 原子尺寸相差越大，引起的畸变也越大。
• 1.3.4晶体中原子的排列方式（略） • 1.3.5 晶体结构中的间隙 • 三种典型晶体结构的四面体间隙、八面体间 隙（图1-13,1-14,1-15） • 间隙半径与原子半径之比rB/rA=?（见表1-2） • 可见面心立方结构八面体间隙比体心立方结 构四面体间隙还大，因此溶碳量大的分类 • 1.按溶剂分类 • (1)一次固溶体：以纯金属组元作为溶剂的 固溶体称为一次固溶体，也叫边际固溶体。 • (2)二次固溶体：以化合物为溶剂的固溶体 称二次固溶体，或叫中间固溶体。如电子 化合物、间隙相。 • 有的化合物和化合物之间，也可以相互溶 解而组成固溶体，如Fe3C和Mn3C，TiC和 TiN等。
金属与合金的晶体结构
金属与合金的晶体结构一、引言金属与合金是一类重要的材料，它们具有优异的物理和化学性质，广泛应用于工业和科学领域。
金属与合金的晶体结构是影响其性能的重要因素之一。
本文将介绍金属与合金的晶体结构，包括晶体的组成、晶体的类型以及晶体的排列方式等。
二、金属晶体结构金属晶体结构由金属原子组成。
金属原子通常具有较大的离子半径和较小的电负性，因此它们倾向于形成金属键。
金属晶体结构可以分为以下几种类型：1. 面心立方结构（FCC）面心立方结构是最常见的金属晶体结构之一。
在面心立方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及每个顶点。
这种结构具有高度的对称性和密堆积性，因此具有较高的韧性和塑性。
2. 体心立方结构（BCC）体心立方结构是另一种常见的金属晶体结构。
在体心立方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及晶格的中心。
这种结构相对于面心立方结构来说，具有更高的密度和较低的韧性。
3. 密堆积六方结构（HCP）密堆积六方结构是一种较少见的金属晶体结构。
在密堆积六方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及每个顶点，形成六边形的密堆积结构。
这种结构具有较高的密度和较低的韧性。
三、合金晶体结构合金是由两种或更多种金属元素组成的混合物。
合金晶体结构可以由金属元素的晶体结构类型以及原子比例决定。
1. 固溶体固溶体是最常见的合金晶体结构之一。
在固溶体中，主要金属元素和溶质金属元素形成固溶体溶解体，原子之间的排列方式与纯金属相似。
固溶体可以分为完全固溶体和部分固溶体两种类型。
完全固溶体中，溶质原子完全溶解在主要金属晶体中；而在部分固溶体中，溶质原子只能部分溶解在主要金属晶体中。
2. 亚稳相亚稳相是指在合金中形成的相对于平衡相来说具有较低稳定性的晶体结构。
在亚稳相中，原子之间的排列方式发生改变，导致晶体结构和性能发生变化。
亚稳相的形成主要受到合金元素的浓度和固溶度限制的影响。
3. 间隙化合物间隙化合物是指合金中形成的一种特殊结构，其中金属原子和非金属原子之间的排列方式具有较高的有序性。
1.8 金属间化合物
刘志勇 14949732@
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吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University
3.原子尺寸因素化合物
• 当两种元素形成金属间化合物时，如果它们之间的原子半 径差别很大时，便形成原子尺寸因素化合物 1．填隙型（填隙化合物） 在过渡族金属与H、B、C、N等原子半径甚小的非金属元素 之间形成，rX、rM：非金属（X）与金属（M）的原子半径 1）简单填隙相：rX/rM<0.59 2）复杂填隙相：rX/rM>0.59 2.拓扑密排相（TCP相）
正常价化合物
• 正常价化合物的结构类型有NaCl型、CaF2型、立方 ZnS型（闪锌矿结构）、六方ZnS型（硫锌矿结构）
几种正常价化合物的晶胞 （a）NaCl型；（b）CaF2型；（c）闪锌矿结构；（d）硫锌矿结构
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2.电子化合物
电子化合物中电子浓度与晶体结构的关系 电子浓度=21/14 电 子 浓 度 =21/13 体心立方结 复 杂 立 方 结 密 排 六 方 复 杂 六 方 结 构（β 相） 构 （ β -Mn 结 构 （ ξ 构 结构， μ 相） 相） （γ 黄铜结 构） CuZn Cu5Zn8 Cu3Ga（中、 Cu3Ga （低 Cu9Ga4 高温） 温） Cu5Sn Cu31Sn8 Cu5Si Cu5Si Cu5Ge Cu31Si8 Ag3Al （ 高 Ag3Al （ 低 Ag3Al （中 温） 温） 温） AgZn AgZn Ag5Zn8 AgCd AgCd Ag5Cd8 AuZn Au5Zn8 FeAl Ni5Zn21 电 子 浓 度 =21/12 密 排 六 方 结构 （ε 相） CuZn3
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金属间化合物晶体结构的研究——ⅳ.σ相及α-mn结构
相晶体结构的新解释
本文旨在研究金属间化合物晶体结构，将σ相及α-mn结构相晶体结构进行新解释。
★新解释的内容
1、σ相晶体结构
① σ相晶体结构与MNx互溶体的相容系统有关，Mnx系统的超空弦网络模型说明：此种晶体由正交网格和正交对应的Mnx条纹组成。
② σ相晶体的六方晶系的晶体结构形态可以用狮子框架来解释，其中含有四个Mnx环路，环形空腔，Mnx结合了螺旋状的狮子框架里的四偶极子等结构。
③在σ相晶体中，Mnx与Mnx之间存在一种立体分子结构，它们之间存在类似网键的类似立体键，对晶体结构有着重要影响。
2、α-mn晶体结构
① α-Mn晶体结构中，MNx与MNx之间存在双键状结构，其中双键由Mnx和一个Mnx簇组成，形成双键状结构，此结构对α-Mn晶体结构有着重要的影响。
②也可以将α-Mn晶体九方晶系中的晶体结构形态解释为狮子框架，其中包含有八个Mnx环绕的晶胞，环形空间，Mnx结合四偶极子等状况，与σ相晶体不同。
③首先，MNx的分散特性影响了六方晶系的晶体结构。
其次，Mnx的直接键对六方晶系晶胞结构有重要影响，如直接键结构非常复杂，形
成一种新的晶体结构。
综上所述，本文对σ相及α-mn晶体结构进行了新的解释：一方面，此类晶体结构由正交网格和正交对应的Mnx条纹组成；另一方面，它们的晶体结构形态可以用狮子框架来表示，其中含有四个Mnx环路，环形空腔，Mnx结合四偶极子等状况；此外，Mnx与Mnx之间存在一种立体分子结构以及直接键，对晶体结构有着重要影响。
本文的研究结果可以为进一步研究金属间化合物晶体提供参考和指导意义。