福州大学材料科学基础课件金属间化合物

3、受原子尺寸因素控制的金属间化合物
（1）间隙相 1）概念：由过渡金属A与半径小的 非金属B组成的（B是C、H、N等），金 属原子占据正常质点位置，非金属原子 占据间隙位置。 2）特点：A与B之间电负性差值较 大；△γ = γ A-γ B/γ A≥41%；晶胞中A 与B比例是一定的。
3、受原子尺寸因素控制的金属间化合物
（1）概念：
按照化学上的原子价规律所形成的化合物， 称为正常价化合物。即符合定比定律和倍比 定律的化合物，称为正常价化合物。 一般是金属与电负性较强IVA、VA、VIA 族元素组成的。 金属+ IVA，金属+ VA，金属+ VIA
1、正常价化合物
（2）结构类型
1）NaCl型：属于NaCl型结构，晶胞与 NaCl晶胞相同，属于面心立方晶胞，也属面 心立方格子。 MgSe、 MnSe、SnTe、PbTe 如 MgSe结构中，以Se离子作面心立方紧 密堆积，Mg离子填入堆积所形成全部的八面 体空隙中。（对称性、质点坐标、配位数等）
3）类型： ■ AB型：面心立方结构—CaC、ZrC、 TiC、VC、VN、CrN、TiN等；体心立方 结构—TaH、NbH等；简单立方结构— WC、MoN等。（说明堆积情况） ■ A2B型：面心立方结构—Ti2H、 Zr2H、Fe2N、V2N、W2C、V2C。具有反 CaF2型结构。（模型说明）
3、受原子尺寸因素控制的金属间化合物
2、电子化合物
■少数合金形成复杂立方的β-Mn的结构
如：Cu5Si、Ag3Al。 2）电子浓度=21/13时：形成具有复杂 立方γ-黄铜结构，其共有52个原子，其中有 20个铜原子和32个锌原子；结构是由27个体 心立方晶胞组成的一个大立方晶胞。图2-60 3）电子浓度=21/12时：形成密排六方 结构。如：CuZn3、CuCd3、Cu3Sn、CU3Si、 AgZn3.。
4、拓扑密堆相
（3）类型 1）拉弗氏相（laves） MgCu2型：属于面心立方结构， MgCu2 AgBe2 、TiBe2、 NaAu2 、 LaMg2等。 MgZn2型：属于简单六方结构， MgZn2 CaMg2 、ZrRe2、 TaFe2等。 MgNi2型：属于简单六方结构， MgZn2、 NbZn2 、SeFe2、HfCr2 。
5、金属间化合物的用途




例举： （1）具有高温高强度的金属间化合物：NiAl、Ni3Al、 FeAl、Ti3Al、TiAl、TiAl3等。 （2）具有超导性质的金属间化合物有Nb3Ge等。 （3）具有形状记忆效应的金属间化合物：NiTi、 CuZn、CuSi、FeNi、AuCd等。 （4）具有高表面活性的金属间化合物：LaNI5、FeTi、 R2Mg17、R2Ni2Mg15（R代表稀土元素）等。具有耐 腐蚀性质的金属间化合物：MoRu3、W3Ru等。
4、拓扑密堆相


Cr3Si型结构 Cr3Si型化合物是由（Ti、V、Cr）+ （Mn、Co、Fe、Al、Si、Ni）或（Ti、 V、Cr）+B族元素形成的合金。 Cr3Si相是一种具有高配位数的密排结构。 Cr3Si相具有超导性质。
5、金属间化合物的用途


独特的性质：具备独特的电学性质、磁 学性质、光学性质、声学性质、电学性 质、电子发射性质、催化性质、化学稳 定性、热稳定性和高温强度等。 可研制各种新型材料：高参数超导材料、 强永磁材料、贮氢材料、形状记忆材料、 热电子发射材料、耐高温耐腐蚀涂层、 高温结构材料等。
2、电子化合物
（1）概念：由IB族的贵金属与ⅡB、ⅢA、 ⅣA族的元素形成化合物，其电子浓度决定化 合物的晶体结构，所以称为电子化合物。（说 明） 如：CuZn、CuAl、CuSn等。 电子浓度=e/a=合金中各组元的价电子总 数/各组元原子总数={A（100-X)+BX}/100 各组元原子总数为100，溶质原子数为X，溶剂 原子数为（100-X）、溶质原子价为B，溶剂原 子价为A。（例CuZn计算，公式重写）
3、受原子尺寸因素控制的金属间化合物
■Fe3W3C型:属于立方晶系，属于
复杂间隙相，晶胞中有48个Fe原子、 48个W原子和16个C子；（ Ni Fe)3(W Mn)3C由Fe3W3C置换而来的。 ■还有Cr7C3,Fe4W2C等类型。
4、拓扑密堆相
（1）概念：合金是由二种大小不同的原 子堆积成具有高致密度和高配位数的晶 体结构的中间相，称为拓扑密堆相。 （2）结构特点：属于四面体紧密堆积， 形成四面体空隙的密排结构，原子配位 数为12、14、15、16。
第四节
金属间化合物的晶体 结构
一、金属间化合物的概念
1、概念：金属间化合物是合金。构成合金的各 组元间可发生化学互相作用，形成晶体结构不 同于组元元素的新相，它们的单相区均位于相 图的中间部位，所以统称中间相。由于它们都 具有金属性，又称为金属间化合物。 2、化学键： 混合键：金属键+其他结合键（离子键，共价 键，分子键）
■
AB2型：面心立方结构—TiH2、 ThH2、ZrH2等，具有CaF2型结构。
（模型说明）
■
A4B型：面心立方结构—Fe4N、 Mn4N、Nb4C等。
3、受原子尺寸因素控制的金属间化合物
（2）间隙化合物 1）概念：由过渡金属和碳原子组成 的具有复杂晶体结构的间隙相。如： Fe+C 、Cr+C 、Mn+C 、W+C、 Mo+C等；其中金属原子占据正常质点 位置，C占据间隙位置。
4）CaF2（AB2）型： AB2型：A离子作面心立方紧密堆积，负离 子填入全部四面体空隙中， A离子配位数为8， B离子配位数为4； A离子占据晶胞8个顶点和 6个面心的位置， B离子占据面心立方晶胞内8 个四面体空隙中，AuAl2、PtSn2等。（模型说 明） A2B型：属反CaF2型，B离子占据晶胞8个 顶点和6个面心的位置， A离子占据面心立方 晶胞内8个四面体空隙中，Mg2Si、Mg2Ge、 Mg2Sn、Mg2Pb。 （模型说明）
一、金属间化合物的概念
3、金属间化合物的特性： （1）它对金属材料的硬度、强度、耐磨 性和脆性有重要的影响。 （2）具有独特的性能：电学、磁学、光 学、声学、电子发射、催化等性能。
二、金属间化合物的类型 正常价化合物 电子浓度化合物 受原子尺寸因素控制的化合物 拓扑密堆相

1、正常价化合物
1、正常价化合物
2)β-ZnS型：结构与β-ZnS型相同， 属于面心立方格子，以负离子作面心立 方紧密堆积，正离子填入1/2的四面体 空隙中。 正离子的配位数为4，以负离 子的配位数为4。（模型说明） 化合物： MnS、 β-SiC等。 3）六方ZnS型：ZnS、AlN、CdS 等。
1、正常价化合物
4、拓扑密堆相

4）特性 Laves相是镁合金中的重要强化相。 它以针状晶体分布在基质的晶体上，数 量多会降低合金的性能，因此，在高温 合金和高温合金钢中尽量避免形成针状 的Laves相。
4、拓扑密堆相
（2）σ 相 由过渡元素组成的合金，其化学式：AB或 AxBy，A为ⅤA、ⅥA、ⅦA，B为ⅦB、Ⅷ族元 素,如:FeCr、FeMo、FeV、CrMo等。 具有复杂的四方结构，其轴比c/a = 0.25，每 一个晶胞有30个原子。 σ 相对合金性能是有的害，在不锈钢中出现σ 相会引起晶间腐蚀和脆性，在耐热钢和高温合 金中出现σ 相会引起脆性。
2、电子化合物
（2）特点：电子浓度相同的金属间化合物， 具有相同类型的结构。 （3）类型 1）电子浓度=21/14=3/2时： ■当两组元的原子半径相近时，形成密排 六方结构。如：Cu3Ga、Ag5Sn等 ■当两组元的原子半径相差较大时，形成 体心立方结构。 β –CuZn、β-Cu3Al 、βCu5Sn、FeAl等。
3、受原子尺寸因素控制的金属间化合物
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2）类型： ■M3C 型:Fe3C,属于复杂间隙相，正 交晶系，晶胞含有4个C和12个铁原子； （Fe Cr Mn)3C是由Fe3C置换而来的。 ■M23C6型： Cr23C6属于复杂间隙相， 立方晶系，晶胞中有92个Cr和24个C； (CrFeMoW)23C6是由Cr23C6置换而来的。