中间相与固溶体
1.中间相：
最重要的是名词解释：
金属与金属，或金属与非金属之间形成的化合物总称为金属间化合物，由于它在相图中处于中间位置，故也称中间相。
中间相可分为正常价化合物
电子化合物
与原子尺寸有关的化合物
超结构
2.固溶体类型：
置换固溶体和间隙固溶体
应将固溶体和中间相概念区分开来！！固溶体晶体结构的最大特点是保留着原溶剂的晶体结构，而中间相的晶体结构与所有组元均不同，它的成分处于A在B中溶解限度和B在A中溶解限度之间，落在相图中间部位。
为便于理解，以Co-Ti相图为例，富Co端有fcc、hcp固溶体【保留着原溶剂Co的晶体结构，但有Ti原子融入其晶体点阵当中】，富Ti端有A2（bcc）、hcp固溶体【保留着原溶剂Ti的晶体结构，但有Co原子融入其晶体点阵当中】；
落在中间的有Co3Ti,C36,C15,B2,CoTi2中间相【由Co和Ti组成，但这几个中间相的结构与Co和Ti均不相同】。
因此，在涉及固溶体类型的问题中，根据原子尺寸、间隙大小等考虑即可，不要将中间相中的间隙相和间隙化合物的条件考虑进来！！（中间相分类中存在一些某某某固溶体的名词，不是很好理解，不要管它）
3.关于H、
C、N、B在铁中形成固溶体：
简单来说，比较两者：
（参考书上P40晶体结构中间隙分布图以及P45间隙固溶体的后一段话）
Bcc结构致密度小，孔隙数多且分散，孔隙半径很小，其固溶度小；
Fcc结构致密度大，孔隙数少，空隙半径大，其固溶度大。
形成间隙固溶体的溶质原子半径通常是小于
0.1nm的一些非金属元素，如H，B，C，N，O等。
可以这样理解，H,B,C,N 往往以间隙形式进入固溶体，其中原子半径最大的B有时也以置换形式进入固溶体。
Bcc结构致密度小，孔隙数多且分散，孔隙半径很小，其固溶度小，H,B,C,N 在其中形成间隙型固溶体，原子半径相对稍大的B有时形成置换型固溶体；
Fcc结构致密度大，孔隙数少，空隙半径大，其固溶度大，H,B,C,N在其中形成间隙型固溶体。
孔隙的半径小于H，B，C，N的半径，由此认为它们进不去，不能形成间隙固溶体吗？需看清P45间隙固溶体的第三段，溶质原子一般比晶格间隙的尺寸大，所以它们溶入后，会使点阵常数变大，而且间隙固溶体都是有限固溶体，溶解度很小。
与之对应的，置换固溶体，溶质原子与溶剂原子尺寸相当，因此溶质原子溶入后，有的使晶格常数稍变大，有的使晶格常数稍变小，置换固溶体有的有限互溶，有的无限互溶。
以Co-Fe体系为例，形成了有限互溶的hcp和bcc固溶体，也形成了无限互溶的fcc固溶体。
固体中的相结构分类和形成规律
２）ΔX>0.4~0.5，倾向于形成稳定的化合物，其电负性差值越大
，固溶体中固溶度越小。
7
二、影响置换固溶体固溶度的因素
3．电子浓度因素（原子价因素） 电子浓度是合金中价电子数目与原子数目的比值
e/aV(100x)ux 100
例 溶剂IB
不同溶质的溶解度（at%）
4周期Cu Zn（IIB） Ga（IIIA）Ge（IVA） As（VA）
构 1、Cu3Au型
14
四、长程有序固溶体（超结构）在fcc固溶体中形成超结构
2、CuAuI型
Cu Au
15
四、长程有序固溶体（超结构）在fcc固溶体中形成超结
构 2、CuAuII型
16
四、长程有序固溶体（超结构）在fcc固溶体中形成超结
构 4、CuPt型
17
四、长程有序固溶体（超结构） 在体心立方中形成超结
③ 温度低于某一温度下；
④ 冷却速度；
⑤
塑性变形使合金有序度下降。
22
4．长程有序参数
用来衡量有序度
定义
SPAXA PBXB 1XA 1XB
其 中 ： PA、PB：表示A、B原子出现在正确位置上的几 率
XA、XB：A或B原子的摩尔分数 S=1，PA=PB=1，完全有序 S=0，PA=XA，PB=XB，完全无序
固体中的相结构分 类和形成规律
固体中的相结构分类：
合金相可归纳为 ·固溶体
·中间相
陶瓷晶体相
玻璃相
分子相
2
固溶体
一、固溶体的类型
固溶体 按溶质原子所占 间 置位 隙 换置 固 式溶 固:有 体 溶 按 按 限 体原 固 固子 溶 溶排 度 体 有 无 列 分限 限 的固 固 程溶 溶 序 有 无体 体 性 序 序分 固 固溶 溶 按基体类次 端 型级 际固 固溶 溶:以体 体金初属极间 :以 固化纯 溶合金 体物属 固 为为 溶 基基 体 的的固溶体
材料科学基础---名词解释
第一部分名词解释第二章晶体学基础1、晶体结构：反映晶体中全部基元之间关联特征的整体。
晶体结构有4种结构要素，质点、行列、面网、晶胞。
晶体：原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、|各向异性。
非晶体:原子没有长程的周期排列，无固定的熔点，各向同性等。
空间点阵：指几何点在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维阵列，是人为的对晶体结构的抽象。
晶胞：在点阵中取出一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点，阵的组成单元，称为晶胞。
空间格子：为便于描述空间点阵的图形，可用许多平行的直线将所有阵点连接起来，于是就构成一个三维几何构架，称为空间格子。
2、晶带定律：晶带轴[uvw]与该晶带的晶面（hkl）之间存在以下关系：hu+kv+lw=0。
凡满足此关系的晶面都属于以[uvw]为晶带轴的晶带，故…该关系式也称为晶带定律。
布拉格定律：布拉格定律用公式表示为：2dsinx=nλ(d为平行原子平行平面的间距，λ为入射波长，x为入射光与晶面的夹角)。
晶面间距：两相邻平行晶面间的平行距离。
晶带轴：所有平行或相交于某一晶向直线的的晶面构成一个晶带，该直线称·为晶带轴，属此晶带的晶面称为共带面。
3、合金：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。
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（溶剂原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持溶剂的晶体结构类型。
>固溶强化：由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。
中间相：两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。
由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。
&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。
《材料科学基础》名词解释
材料科学基础名词解释1、晶体原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。
2、中间相两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。
由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。
3、亚稳相亚稳相指的是热力学上不能稳定存在，但在快速冷却成加热过程中，由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。
4、配位数晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。
5、再结晶冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态，这个过程称为再结晶。
（指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程）6、伪共晶非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。
7、交滑移当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。
8、过时效铝合金经固溶处理后，在加热保温过程中将先后析出GP 区，θ”，θ’，和θ。
在开始保温阶段，随保温时间延长，硬度强度上升，当保温时间过长，将析出θ’，这时材料的硬度强度将下降，这种现象称为过时效。
9、形变强化金属经冷塑性变形后，其强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为形变强化。
10、固溶强化由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。
11、弥散强化许多材料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内，则这种材料的强度往往会增加，称为弥散强化。
12、不全位错柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。
13、扩展位错通常指一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。
14、螺型位错位错线附近的原子按螺旋形排列的位错称为螺型位错。
合金相
合金相固溶体代位固溶体形成条件溶质原子的分布间隙固溶体缺位固溶体有序固溶体中间相正常价化合物电子化合物间隙化合物拓扑密堆相Laves相其他拓扑密堆相金属间化合物的实际应用━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━当一种(或多种)元素加入到金属中组成合金时，随着各组元相对含量、晶体结构类型、电化学性质、原子相对尺寸、电子浓度和合金的温度等因素的不同，可以得到不同的结构或原子排列方式。
这些不同结构和不同原子排列方式的相统称为合金相。
绝大多数实用的金属材料都是由一种或几种合金相所构成的合金。
合金相的结构和性质以及各相的相对含量，各相的晶粒大小、形状和分布对合金的性能起着决定性的作用。
合金相根据在相图中所处的位置，可以分为固溶体和中间相（或称金属间化合物）两大类。
以二元合金为例，在相图的两个端部分别与纯组元连续相接的单相区，称为固溶体或初级固溶体。
但当第二种元素浓度超过一定限度时，可能形成通常称为中间相的新相。
有时将具有很大成分范围的中间相称为次级固溶体，而将只在很窄成分范围具有同一结构的相称为金属间化合物。
图1为Ag-Zn二元相图,示出初级固溶体和中间相在相图上的形成位置。
固溶体第二组元的原子作为溶质原子完全溶解于固态金属溶剂中，形成的合金相称为固溶体。
固溶体的一个特点是成分可以在一定范围内连续变化，这种变化不引起原来溶剂金属的点阵类型发生改变（见晶体结构）。
固溶体是金属结构中最常见的合金相类型。
绝大多数金属材料或是由固溶体组成，或是以固溶体为基，其中分布一定的金属间化合物。
在固溶体点阵中，原子之间的结合基本上是金属键。
和固态纯金属一样，固溶体内存在着各种各样的晶体缺陷，如空位、离位原子、位错、亚晶界和晶粒间界等等；这些缺陷引起固溶体点阵的畸变。
此外，由于异类原子的溶入也造成点阵的畸变。
这些畸变对金属的性能产生重大影响，如提高合金的强度和电阻率等。
代位固溶体固溶体中如果溶质原子半径和溶剂原子半径相近，则固溶原子将取代溶剂原子分布在后者的位置上形成代位固溶体（图2a）。
材料科学基础-第五章 材料的相结构及相图
相律在相图中的应用
C
2 二元系
P 1 2
3 1
f 2 1 0
3 2 1 0
含义
单相合金，成分和温度都可变 两相平衡，成分、相对量和温度 等因素中只有一个独立变量 三相平衡，三相的成分、相对 量及温度都确定 单相合金其中两个组元的含量 及温度三个因素均可变 两相平衡，两相的成分、数量 及温度中有两个独立变量 三相平衡，所有变量中只有 一个是独立变量 四相平衡所有因素都确定不变
结构简单的具有极高的硬度及熔点，是合金工具钢和硬 质合金的重要组成相。
I. 间隙化合物
间隙化合物和间隙固溶体的异同点
相同点： 非金属原子以间隙的方式进入晶格。
不同点： 间隙化合物：间隙化合物中的金属组元大多与自 身原来的结构类型不同 间隙固溶体：间隙固溶体中的金属组元仍保持自 身的晶格结构
I. 尺寸因素
II. 晶体结构因素 组元间晶体结构相同时，固溶度一般都较大，而且有可 能形成无限固溶体。若不同只能形成有限固溶体。
III. 电负性差因素
两元素间电负性差越小，越易形成固溶体，且形成的 固溶体的溶解度越大；随两元素间电负性差增大，固 溶度减小。
1）电负性差值ΔX<0.4~0.5时，有利于形成固溶体 2）ΔX>0.4~0.5，倾向于形成稳定的化合物
Mg2Si
Mg—Si相图
(2)电子化合物
由ⅠB族或过渡金属元素与ⅡB，ⅢB，ⅣB族元素 形成的金属化合物。 不遵守化合价规律，晶格类型随化合物电子浓度 而变化。 电子浓度为3/2时： 呈体心立方结构（b相）； 电子浓度为21/13时：呈复杂立方结构（g相）； 电子浓度为21/12时。呈密排六方结构（e相）；
NaCl型 CaF2型 闪锌矿型 硫锌矿型 （面心立方） （面心立方） （立方ZnS） （六方ZnS）
《材料科学基础》复习提纲
《材料科学基础》复习提纲一、（共20分）名词解释（每个名词2分）简单正交点阵、晶向族、无限固溶体、配位数、交滑移、大角度晶界、上坡（顺）扩散、形核功、回复、滑移系底心正交点阵、晶面族、有限固溶体、致密度、攀移、小角度晶界、下坡（逆）扩散、形核率、再结晶、孪生二、（共30分）简要回答下列问题1、计算面心立方晶体的八面体间隙尺寸。
2、简述固溶体与中间相的区别。
3、已知两个不平行的晶面（h1k1l1）和（h2k2l2），求出其所属的晶带轴。
4、计算面心立方晶体{111}晶面的面密度。
5、简述刃型位错线方向、柏氏矢量方向、位错运动方向及晶体运动方向之间的关系。
6、简述刃型位错攀移的实质。
7、简述在外力的作用下，螺型位错的可能运动方式。
8、当碳原子和铁原子在相同温度的 -Fe中进行扩散时，为何碳原子的扩散系数大于铁原子的扩散系数？9、简述单组元晶体材料凝固的一般过程。
10、如图，已知A、B、C三组元固态完全不互溶，成分为80％A、10％B、10％C的O 合金在冷却过程中将进行二相共晶反应和三相共晶反应，在二元共晶反应开始时，该合金液相成分(a点)为60％A、20％B、20％C，而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)为50% A、10%B、40%C，写出图中I和P合金的室温平衡组织。
1、计算体心立方晶体的八面体间隙尺寸。
2、简述决定组元形成固溶体与中间相的因素。
3、已知二晶向[u1v1w1]和[u2v2 w2]，求出由此二晶向所决定的晶面指数。
·4、计算体心立方晶体{110}晶面的面密度。
5、简述螺型位错线方向、柏氏矢量方向、位错运动方向及晶体运动方向之间的关系。
6、简述刃型位错滑移的实质。
7、简述在外力的作用下，刃型位错的可能运动方式。
8、当碳原子和铁原子在相同温度的a-Fe 中进行扩散时，为何碳原子的扩散系数大于铁原子的扩散系数？9、简述纯金属凝固的基本条件。
10、如图，已知A、B、C三组元固态完全不互溶，成分为80％A、10％B、10％C的O合金在冷却过程中将进行二相共晶反应和三相共晶反应，在二元共晶反应开始时，该合金液相成分(a点)为60％A、20％B、20％C，而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)为%、(A+B)%和(A+B+C)%的相对量。
第二章 固溶体
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部完偏分完全聚有全有:序无A序-:序:有A全:原基部子本达 序到间分不有结布存序合在分能短布大距微状于观态 离—A小不长-范均B程原围匀有子内序间存,结原子 在达合—到能短一程定有原序子分数
第二章 固体中的相结构
10
§2.1 固溶体—有序固溶体
有序固溶体有确定的化学成分
Cu-Au合金:
部分合金元素在铁中的溶解度(质量分数)
元素 V Cr Mn Co Ni
晶体结构 体心立方 体心立方 面心立方(-Mn) 面心立方 面心立方
电负性 1.63 1.66 1.55 1.88 1.91
-Fe 1.4 12.8 100 100 100
-Fe 100 100 ～3 76 ～10
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§2.5 分化子合相物 —大分子相及对其分子构质成量
铁
55.8(相对原子质量)
低 无机 分
水 石英
18 60
子 有机
甲烷 苯
16 78
三硬脂酸甘油酯
890
天然纤维素
高 天然 分
丝蛋白 天然橡胶
子
合成
聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯
尼龙66
～570,000 ～150,000 200,000～500,000
符合原子价规则.
间隙化合物—尺寸因素起主要作用.
主要影响因素:
电负性、电子浓度、原子尺寸
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第二章 固体中的相结构
13
§2.2 金属间化合物—正常价化合物
形成:金属元素+ⅤA,ⅥA,VIIA族元素构成,电 负性差起主要作用,对AmBn有: mec=n(8-eA).
键型：随电负性差的减小，分别形成离子键、 共价键、金属键; 电负性差越大,稳定性越高.
§2-3 固溶体的晶体结构
四. 金属间化合物的性质和应用
金属间化合物由于原子键合和晶体结构的多样性，使得这种 化合物具有许多特殊的物理、化学性能，已日益受到人们的重 视，不少金属间化合物特别是超结构已作为新的功能材料和耐热 材料正在被开发应用。 ¾ 具有超导性质的金属间化合物，如Nb3Ge、Nb3Al、Nh3Sn、 V3Si，NbN等； ¾ 具有特殊电学性质的金属间化合物，如InTe-PbSe、GaAsZnSe等；
间隙固溶体类型：
① 原子填隙： 金属晶体中比较容易发生，原子半径较小的 H、C、 B 等元素易进入晶格间隙中形成间隙型固溶体，钢： C 溶 于 Fe 中 。 ② 阳离子填隙： 大部分无机离子晶体不容易出现，仅少数情况下能 够发生。 CaO 加到 ZrO2 中，加入量 < 15% 时且 1800°C 才 生成：
这类化合物大多是以第Ⅰ族或过渡族金属元素与 第Ⅱ至第Ⅴ族金属元素结合而成。它们也可以用分子 式表示，但大多不符合正常化学价规律。 键型：金属键（金属—金属），有金属特性。
三. 受原子尺寸因素控制的金属间化合物
形成条件：组元A、B间的电负性较大，且Δr>41% 通常是由过渡族金属原子与原子半径小于0.1nm的非金属元 素碳、氮、氢、氧、硼所组成。 由于非金属元素(X)与金属元素(M)原子半径比不同，结构也 有所不同： ¾ 当rX/rM<0.59时，形成具有简单晶体结构的化合物，如fcc、 bcc、hcp或简单立方，通常称它们为间隙相，相应的分子式也 较简单，如M4X、M2X、MX、MX2等。 ¾ 当rX/rM>0.59时，形成的化合物的晶体结构复杂，通常称它 们为间隙化合物，相应的分子式也较复杂，如钢中常见的Fe3C、 Cr7C3、Cr23C6等。
拓扑密堆相(TCP相) 定义：大小金属原子的一定比例搭配（固定的原子比），形成 的新相配位数大于12，或致密度大于0.74，统称为拓扑密堆结 构相。属于这类结构的有：Laves相、σ相结构等。 ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Laves相 化学式：AB2 形成条件：A原子半径大，B原子半径小，rA:rB=1.25 代表：MgCu2、MgZn2、MgNi2（Mg合金中的重要强化相） σ相 化学式：AB或AxBy 存在于过渡族金属元素组成的合金中 对合金性能有害：不锈钢中出现σ相，引起晶间腐蚀和脆性 耐热钢中出现σ相，引起脆性
材料科学基础第五章 材料的相结构及相图
SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY
贵州师范大学 2）尺寸因素
化学与材料科学学院
溶质原子溶入溶剂晶格会引起晶格点阵畸变，使晶体能量升高。 晶格畸变能
能量越高，晶格越不稳定。
单位体积畸变能的大小与溶质原子溶入的数量及溶质原子的相对尺寸有关：
SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY
贵州师范大学
化学与材料科学学院
1）晶体结构因素
溶质与溶剂的晶格结构相同→固溶度大。 例如：具有面心立方结构的Mn、Co、Ni、Cu，在γ-Fe中 固溶度较大，而在α－Fe中固溶度较小。 溶质与溶剂的晶格结构相同是形成无限固溶体的必要条件。
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化学与材料科学学院
1）无限固溶体
无限固溶体都是置换固溶体？ 2）有限固溶体 间隙固溶体只能是有限固溶体？
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化学与材料科学学院
按溶质原子分布分类 1）有序固溶体 2）无序固溶体
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化学与材料科学学院
基本概念
组元：组成材料的最基本的、独立的物质，简称元。
金属元素：Cu、Al、Fe 非金属元素：C、N、O 化合物： Al2O3, MgO, Na2O, SiO2 单一组元组成：纯金属、 Al2O3晶体等 材料： 二元合金 多组元组成，含合金 三元合金
组元：
纯元素
合金：指由两种或两种以上的金属或金属与非金属 经熔炼或其它方法制成的具有金属特性的物质。
第2章 合金的结构与结晶
二、共晶系合金的平衡结晶及组织
共晶合金
f
图2-10 共晶合金结晶示意图
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二、共晶系合金的平衡结晶及组织
共晶合金
图2-11
Pb-Sn共晶合金组织示意图
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室温下：相组成物α，β
组织组成物：（α+β）共晶体 （α+β）%=100%
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二、共晶系合金的平衡结晶及组织
成分小于C点的合金
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2．典型合金平衡结晶过程分析
合金I结晶过程示意图
图2-18
合金1结晶过程示意图
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2．典型合金平衡结晶过程分析
合金Ⅱ结晶过程示意图
图2-19 合金Ⅱ结晶过程示意图
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2．典型合金平衡结晶过程分析
合金Ⅲ结晶过程示意图
图2-20 合金Ⅲ结晶过程示意图
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§6 其他类型的二元系合金相图
室温下：相组成物α，β
在共晶温度时组织相对量：
室温下：a初--->α+βII
图2-14
亚共晶合金组织示意图
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二、共晶系合金的平衡结晶及组织
过共晶合金
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三、伪共晶和密度偏析
伪共晶：非共晶成分的合金获得全部共晶组织的现象。
伪共晶示意图
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三、伪共晶和密度偏析
比重偏析：结晶的晶体密度与其剩余的液体密度相差较大， 晶体上浮或下沉。凝固后合金的上下部分不同的现象，称 之为“密度偏析”
枝晶偏析(晶内偏析)：在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝 晶偏析。 出现枝晶偏析后，使合金材料的机械性能、耐蚀性能和加工工 艺性能变坏。