第二章 固体中的相结构

第二章固体材料的结构固体材料的各种性质主要取决于它的晶体结构。

原子之间的作用结合键与晶体结构密切相关。

通过研究固体材料的结构可以最直接、最有效地确定结合键的类型和特征。

固体材料主要包括：金属、合金、非金属、离子晶体、陶瓷研究方法：X光、电子、中子衍射——最重要、应用最多§2-1 结合键结合键——原子结合成分子或固体的结合键决定了物质的物理、化学、力学性质。

一切原子之间的结合力都起源于原子核与电子间的静电交互作用（库仑力）。

不同的结合键代表了实现结构）的不同方式。

一、离子键典型的金属与典型的非金属元素就是通过离子键而化合的。

从而形成离子化合物或离子晶体由共价键方向性特点决定了的SiO2四面体晶体结构极性共价键非极性共价键五、氢键含有氢的分子都是通过极性共价键结合，极性分子之间结合成晶体时，通过氢键结合。

例如：H 2O ，HF ，NH 3等固态冰液态水§2-2 金属原子间的结合能一、原子作用模型固态金属相邻二个原子之间存在两种相互作用：a) 相互吸引——自由电子吸引金属正离子，长程力；b) 相互排斥——金属正离子之间的相互排斥，短程力。

平衡时这二个力相互抵消，原子受力为0，原子处于能量最低状态。

此时原子间的距离为r0。

§2-3 合金相结构基本概念♦合金——由两种或两种以上的金属或金属非金属元素通过化学键结合而组成的具有金属特性的材料。

♦组元、元——组成合金的元素。

♦相——具有相同的成分或连续变化、结构和性能的区域。

♦组织——合金发生转变（反应）的结果，可以包含若干个不同的相，一般只有一到二个相。

♦合金成分表示法：(1) 重量（质量）百分数A-B二元合金为例m B——元素B的重量(质量m A——元素A的重量(质量合金中的相分为：固溶体，化合物两大类。

固溶体金属晶体(溶剂)中溶入了其它元素(溶质)后，就称为固溶体。

一、固溶体的分类：♦按溶质原子在溶剂中的位置分为：置换固溶体，间隙固溶体♦按溶解度分为：有限固溶体，无限固溶体♦按溶质原子在溶剂中的分布规律分为：有序固溶体，无序固溶体置换固溶体：溶质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。

合金的相结构是指在固体状态下，合金中结构和成分均一的组成部分。

根据合金中各组元间相互作用不同，固态合金中的相可分为固溶体和金属化合物两类。

固溶体是指固态合金组元间互相溶解而形成的均匀相。

固溶体中保持原来晶格结构的组元称为溶剂，其含量较多；其他溶入且晶格结构消失了的组元称为溶质，其含量较少。

固溶体是合金的一种基本相结构，其晶格与溶剂组元晶格相同。

按溶质原子在溶剂晶格中所占位置不同，可分为间隙固溶体和置换固溶体两类。

间隙固溶体：溶质原子处于溶剂原子的间隙中而形成的固溶体。

由于溶剂晶格空隙有限，故间隙固溶体能溶解的溶质原子的数量也是有限的。

由于溶剂晶格空隙尺寸很小，因此能形成间隙固溶体的溶质原子，通常是一些半径很小的非金属元素，如碳、氮、硼等非金属元素溶于铁中形成的固溶体。

置换固溶体：单胞中的原子数目保持与纯溶剂相同，由一种元素替代另一种元素或替代一个化合物中的某一元素，或一个化合物替代另一个化合物。

形成置换固溶体的条件是：相互替代的组元应该具有相同的晶胞形状，原子半径差不超过15%，电负性和电子结构相近。

此外，金属化合物是指合金中的各组元通过相互作用，形成了与组元性质完全不同的新相。

金属化合物一般具有复杂的晶体结构，其晶格结构与单一组元相的晶格结构均不相同。

金属化合物在合金中以脆性相形式存在，降低合金的力学性能。

综上所述，相是组织的基本单元，组织是相的综合体。

如需了解更多关于合金在固体状态的相结构的信息，建议查阅金属学书籍或咨询材料学家获取。

第一章材料中的原子排列第一节原子的结合方式2 原子结合键（1）离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。

如氧化物陶瓷。

（2）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。

如高分子材料。

（3）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。

如金属。

金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。

（3）分子键与分子晶体原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。

分子晶体：熔点低，硬度低。

如高分子材料。

氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O（4）混合键。

如复合材料。

3 结合键分类（1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。

（2）二次键（物理键）：分子键和氢键。

4 原子的排列方式（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。

长程有序，各向异性。

（2）非晶体：――――――――――不规则排列。

长程无序，各向同性。

第二节原子的规则排列一晶体学基础1 空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。

图1-5特征：a 原子的理想排列；b 有14种。

其中：空间点阵中的点－阵点。

它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。

描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。

空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。

（2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。

特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。

2 晶胞图1－6（1）――－：构成空间点阵的最基本单元。

（2）选取原则：a 能够充分反映空间点阵的对称性；b 相等的棱和角的数目最多；c 具有尽可能多的直角；d 体积最小。

（3）形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。