福州大学材料科学基础课件金属间化合物解析
- 格式：ppt
- 大小：164.00 KB
- 文档页数：24
下载文档原格式
合集下载
福州大学材料科学基础课件第三章晶体结构缺陷
38
2．攀移----刃型位错垂直3. 3．1 位错滑移时的晶格阻力 位错的易动性，如图可见，处于1或2处的位错，其两侧 原子处于对称状态，作用在位错上的原子互相抵消，位错处 于低能量状态
位错由1→2经过不对称状态，位错必越过一势垒 才能前进。 位错移动受到一阻力——点阵阻力，又叫派—纳 力（PeirlsNabarro），此阻力来源于周期排列的晶体点阵。
3．1．5
点缺陷对晶体性质的影响
1．对电阻的影响 空位引起点阵畸变，使传导电子受到散射，产生附加电阻 2．对力学性能的影响 3．对高温蠕变的影响
3．1．6 点缺陷小结
1、点缺陷是热力学稳定的缺陷。 2、不同金属点缺陷形成能不同。 3、点缺陷浓度与点缺陷形成能、温度密切相关
n C exp(SV / k ) exp(EV / kT) Aexp(EV / kT) N
nEV nT S f kT ln N n ! ln N ! ln n !
当N和n很大时，可用斯特令近似公式 ln X ! X ln X X 将上式改写为
F nEV nT S f kT N n ln N n N ln N n ln n
由此可得： 1）通过位错滑动而使晶体滑移，ηp 较小 一般a≈b，v约为0.3，则ηp为（10-3~10-4）G，仅为理想晶体 的1/100~1/1000。 2）ηp随a值的增大和b值的减小而下降，在晶体中，原子最密 排面其面间距a为最大，原子最密排方向其b值为最小，可解 释晶体滑移为什么多是沿着晶体中原子密度最大的面和原子 密排方向进行 3）ηp随位错宽度减小而增大 可见总体上强化金属途径：一是建立无位错状态，二是引入大 量位错或其它障碍物，使其难以运动。
2．攀移----刃型位错垂直3. 3．1 位错滑移时的晶格阻力 位错的易动性，如图可见，处于1或2处的位错，其两侧 原子处于对称状态，作用在位错上的原子互相抵消，位错处 于低能量状态
位错由1→2经过不对称状态，位错必越过一势垒 才能前进。 位错移动受到一阻力——点阵阻力，又叫派—纳 力（PeirlsNabarro），此阻力来源于周期排列的晶体点阵。
3．1．5
点缺陷对晶体性质的影响
1．对电阻的影响 空位引起点阵畸变，使传导电子受到散射，产生附加电阻 2．对力学性能的影响 3．对高温蠕变的影响
3．1．6 点缺陷小结
1、点缺陷是热力学稳定的缺陷。 2、不同金属点缺陷形成能不同。 3、点缺陷浓度与点缺陷形成能、温度密切相关
n C exp(SV / k ) exp(EV / kT) Aexp(EV / kT) N
nEV nT S f kT ln N n ! ln N ! ln n !
当N和n很大时，可用斯特令近似公式 ln X ! X ln X X 将上式改写为
F nEV nT S f kT N n ln N n N ln N n ln n
由此可得： 1）通过位错滑动而使晶体滑移，ηp 较小 一般a≈b，v约为0.3，则ηp为（10-3~10-4）G，仅为理想晶体 的1/100~1/1000。 2）ηp随a值的增大和b值的减小而下降，在晶体中，原子最密 排面其面间距a为最大，原子最密排方向其b值为最小，可解 释晶体滑移为什么多是沿着晶体中原子密度最大的面和原子 密排方向进行 3）ηp随位错宽度减小而增大 可见总体上强化金属途径：一是建立无位错状态，二是引入大 量位错或其它障碍物，使其难以运动。
大学材料科学基础 第五章材料的相结构和相图(1)
弗兰克尔空位
肖脱基空位
2) 为了保持电中性，离子间数量不等的置换会 在晶体内部形成点缺陷。 如：2Ca2+→Zr4+ ，形成氧离子空缺。 3) 陶瓷化合物中存在变价离子，当其电价改变 时，也会在晶体中产生空位。 如：方铁矿中，部分Fe2+被氧化为Fe3+时， 2FeO+O → Fe2O3中，产生阳离子空缺。 同理，TiO2中，部分Ti4+被还原为Ti3+时，产 生阴离子空缺。 这种由于维持电中性而出现的空位，可以 当作电子空穴。欠缺或多出的电子具有一定的 自由活动性，因而降低了化合物的电阻。这种 现象在材料的电性能方面有重要意义。
3．陶瓷材料中的固溶方式
陶瓷材料——一般不具备金属特性，属无机非金属。 无机非金属化合物可以置换或间隙固溶的方式溶入其 它元素而形成固溶体，甚至无限固溶体，但是一般形 成有限固溶体。 如：Mg[CO3] → (Mg,Fe)[CO3] →(Fe,Mg)[CO3] →Fe[CO3] 菱镁矿 含铁菱镁矿 含镁菱铁矿 菱铁矿 不改变原来的晶格类型，晶格常数略有改变。
(3) 多为金属间或金属与类金属间的化合物， 以金属键为主，具有金属性，所以也称金属 间化合物。 (4) 晶体结构复杂。 (5) 在材料中是少数相，分布在固溶体基体 上，起到改善材料性能、强化基体的作用。 中间相可分为以下几类： 正常价化合物；电子化合物；间隙相；间隙 化合物；拓扑密堆相。
1. 正常价化合物 • 通常是由金属元素与周期表中第Ⅳ、Ⅴ、 Ⅵ族元素形成，它们具有严格的化合比， 成分固定不变，符合化合价规律，常具有 AB、AB2、A2B3分子式。 • 它的结构与相应分子式的离子化合物晶体 结构相同，如分子式具有AB型的正常价化 合物其晶体结构为NaCl型。正常价化合物 常见于陶瓷材料，多为离子化合物。如 Mg2Si、Mg2Pb、MgS、AuAl2等。 • 在合金材料中，起弥散强化的作用。
材料科学基础_第二章-合金的相结构
间隙化合物的熔点、硬度较高，也是强化相。
(2) TCP相 TCP相（topologically close-packed phase）的特点： ①由配位数为12、14、15、16的配位多面体堆垛而成；②呈层状 结构。
TCP相类型：①Lavs相 AB2型 镁合金、不锈钢中出现
②σ相 AB型或AxBx型 有害相
b.间隙化合物 间隙化合物的晶体结构比较复杂。其表达式有如下类型： M3C、M7C3、M23C6、M6C。间隙化合物中金属元素M常被其 它金属元素所代替形成化合物为基的固溶体（二次固溶体）。
在H、N、C、B等非金属元素中,由于H和N的原子半径很小,与所 有过渡族金属都满足rX/rM<0.59,所以过渡族金属的氢化物、氮化物 都为间隙相；而硼原子半径rB/rM>0.59较大, rB/rM>0.59，硼化物 均为间隙化合物；而碳原子半径处于中间,某些碳化物为间隙相,某些 为间隙化合物。
4.超结构—有序固溶体
超结构（super structure/lattice）类型： 有序化条件：异类原子之间的相互吸引大于同类原 子间 有序化影响因素：温度、冷却速度和合金成分
5.金属间化合物的性质及应用（P56） （1）——（7）
CuAu有序固溶体的晶体结构
2.4 离子晶体
离子晶体有关概念 1.离子晶体(ionic crystal) ：由正、负离子通过离子键按
相分类:固溶体和中间相(金属间化合物)
固溶体——
中间相——
中间相可以用分子式来大致表示其组成。
合金相的性质由以下三个因素控制:
（1）电化学因素(电负性或化学亲和力因素)
电负性——
（2）原子尺寸因素 △r=（rA－rB)/rA 中间相。 △r越小，越易形成固溶体
(2) TCP相 TCP相（topologically close-packed phase）的特点： ①由配位数为12、14、15、16的配位多面体堆垛而成；②呈层状 结构。
TCP相类型：①Lavs相 AB2型 镁合金、不锈钢中出现
②σ相 AB型或AxBx型 有害相
b.间隙化合物 间隙化合物的晶体结构比较复杂。其表达式有如下类型： M3C、M7C3、M23C6、M6C。间隙化合物中金属元素M常被其 它金属元素所代替形成化合物为基的固溶体（二次固溶体）。
在H、N、C、B等非金属元素中,由于H和N的原子半径很小,与所 有过渡族金属都满足rX/rM<0.59,所以过渡族金属的氢化物、氮化物 都为间隙相；而硼原子半径rB/rM>0.59较大, rB/rM>0.59，硼化物 均为间隙化合物；而碳原子半径处于中间,某些碳化物为间隙相,某些 为间隙化合物。
4.超结构—有序固溶体
超结构（super structure/lattice）类型： 有序化条件：异类原子之间的相互吸引大于同类原 子间 有序化影响因素：温度、冷却速度和合金成分
5.金属间化合物的性质及应用（P56） （1）——（7）
CuAu有序固溶体的晶体结构
2.4 离子晶体
离子晶体有关概念 1.离子晶体(ionic crystal) ：由正、负离子通过离子键按
相分类:固溶体和中间相(金属间化合物)
固溶体——
中间相——
中间相可以用分子式来大致表示其组成。
合金相的性质由以下三个因素控制:
（1）电化学因素(电负性或化学亲和力因素)
电负性——
（2）原子尺寸因素 △r=（rA－rB)/rA 中间相。 △r越小，越易形成固溶体
福州大学材料科学基础课件-第七章晶态固体材料中的界面
界面完全有序，无错配区域，界面是两相点阵的共有点 阵面，仅在少数情况下出现，如钴相变中fcc相与hcp相的相 界。
A相 相界 B相
第六节
相界面---2.半共格相界
与小角度晶界类似，错配区为界面上位错，如两种结构相同的 晶体，点阵参数或夹角有少量差异 a. 相界上只存在点阵参数差异在界面上引进刃型位错，使 位错在单位距离内造成的等于相界上点阵平移的相对差 值，松驰晶格中共格弹性畸变
附：复合材料
复合材料：由两种或以上在物理和化学上性质不同的物质组合起来得到
的一种多相固体材料，由基体，增强体和基体与增强体的界面组成。
复合材料的发展：
原始的复合材料：几千年前，砌墙的麻、泥土和草 20世纪50年代：玻璃纤维增强塑料（玻璃钢） 20世纪60年代：碳纤维、碳纤维增强树脂 现在：金属基、陶瓷基、C/C复合材料、混杂复合材料、功能复合材料。
第七章 晶态固体材料的界面
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
晶体表面 晶界结构 晶界的能量 晶界平衡偏析 晶界迁移 相界面 界面能与显微组织形貌
晶体材料中的界面可分为两种：同 相界面和异相界面。 同相界面是相同晶体结构及相同化 学成分的品粒之间的界面，它包括晶粒 界、孪晶界、畴界和堆垛层错等。 异相界面是具有不同晶体结构、化 学成分也可能不同的区域之间的紧密界 面。 相界：异相界面两侧的区域属于不 同相的界面。 表面：固体与气体之间的分界面。
（3）4个晶粒相遇于—林(晶粒角隅）。
二、复相组织中的第二相 1、晶粒内部的第二相
与基体完全不共格或完全共格，呈球状 与基体只有一个共有晶面，为减少界面能，第二相呈 园盘状或片状
2、晶界上的第二相
A相 相界 B相
第六节
相界面---2.半共格相界
与小角度晶界类似，错配区为界面上位错，如两种结构相同的 晶体，点阵参数或夹角有少量差异 a. 相界上只存在点阵参数差异在界面上引进刃型位错，使 位错在单位距离内造成的等于相界上点阵平移的相对差 值，松驰晶格中共格弹性畸变
附：复合材料
复合材料：由两种或以上在物理和化学上性质不同的物质组合起来得到
的一种多相固体材料，由基体，增强体和基体与增强体的界面组成。
复合材料的发展：
原始的复合材料：几千年前，砌墙的麻、泥土和草 20世纪50年代：玻璃纤维增强塑料（玻璃钢） 20世纪60年代：碳纤维、碳纤维增强树脂 现在：金属基、陶瓷基、C/C复合材料、混杂复合材料、功能复合材料。
第七章 晶态固体材料的界面
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
晶体表面 晶界结构 晶界的能量 晶界平衡偏析 晶界迁移 相界面 界面能与显微组织形貌
晶体材料中的界面可分为两种：同 相界面和异相界面。 同相界面是相同晶体结构及相同化 学成分的品粒之间的界面，它包括晶粒 界、孪晶界、畴界和堆垛层错等。 异相界面是具有不同晶体结构、化 学成分也可能不同的区域之间的紧密界 面。 相界：异相界面两侧的区域属于不 同相的界面。 表面：固体与气体之间的分界面。
（3）4个晶粒相遇于—林(晶粒角隅）。
二、复相组织中的第二相 1、晶粒内部的第二相
与基体完全不共格或完全共格，呈球状 与基体只有一个共有晶面，为减少界面能，第二相呈 园盘状或片状
2、晶界上的第二相
材料科学基础总结(金属)
1、其内部结构包括四个层次：①原子结构；②结合键；③原子的排列方式；④显微组织。
2、结合键的定义：所谓结合键是指由原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小。
3、化学键有：离子键、共价键、金属键。
物理键：氢键、分子间力4、共价键具有方向性、饱和性。
金刚石、单质硅、SiC、H2、O2、F2、碳-氢化合物。
5、共价晶体特点：结构稳定,熔点高,质硬脆,一般是绝缘体,其导电性能差。
6、离子键的特点：常温下，电绝缘体；在高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，即呈现离子导电性。
离子键没有方向性、无饱和性。
7、离子晶体的特点：离子键很强，故有高硬度、熔点，强度大，固体下不导电，熔融时才导电。
离子间发生相对位移，电平衡破坏，离子键破坏，脆性材料。
较高熔点（正、负离子间有很强的电的吸引力）8、金属键的定义：由金属正离子和自由电子之间互相作用而结合称为金属键。
9、金属键的特点：金属键无方向性，金属键无饱和性，具有高对称性。
10、金属键型晶体的特征：良好的延展性、良好的导电性、具有正的电阻温度系数、导热性好、金属不透明、具有金属光泽（自由电子可吸收可见光的能量）11、范德瓦尔斯键没有方向性和饱和性。
12、13、晶体的定义：物质的质点(分子、原子或离子)在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质叫晶体。
14、非晶体在整体上是无序的；近程有序。
15、晶体的特征：（1）周期性（不论沿晶体的哪个方向看去，总是相隔一定的距离就出现相同的原子或原子集团。
这个距离称为周期）液体和气体都是非晶体。
（2）有固定的凝固点和熔点（3）各向异性（沿着晶体的不同方向所测得的性能通常是不同的：晶体的导电性、导热性、热膨胀性、弹性、强度、光学性质）。
16、晶体与非晶体的区别17、a.根本区别：质点是否在三维空间作有规则的周期性重复排列b.晶体熔化时具有固定的熔点,而非晶体无明显熔点,只存在一个软化温度范围c.晶体具有各向异性，非晶体呈各向同性（多晶体也呈各向同性，称“伪各向同性”）18、点代表原子(分子或离子)的中心，也可是彼此等同的原子群或分子群的中心，各点的周围环境相同。
材料科学基课件 之 合金的结构 二元系相图 三元系相图
性质，又称为金属间化合物。
中间相的分类
正常价化合物(Valence Compoud)：电负性控制，符 合原子价规律 电子化合物(Electron Compound)：电子浓度控制，电 子浓度与晶体结构有关 尺寸因素化合物(Size-Factor Compound)：间隙相， 间隙化合物，△r>41%结构简单， △r<41%，复杂结 构。 拓扑密堆相：全部或主要是四面体间隙的复杂结构。
3.1
合金相结构
为何工业上很少使用纯金属，而多使用合金？ 纯金属性能有限。 合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属， 经熔炼或烧结，或用其他方法组合而成的具有金 属特性的物质。
组元：组成合金最基本的、独立的物质。(如二元、 三元、多元合金)可以是纯元素，也可以是化合物。
合金相结构
相(phase) ：合金中具有同一聚集状态、成分 和性能均一，并以界面分开的组成部分。 合金相由固溶体和中间相两大类相组成。
正常价化合物
纤维锌矿(ZnS), 密排六方: AlN, γ-MnS, GaAs, GaSb, InSb, AlP。 NiAs: As组成密排六方，Ni在其间隙中。
2. 电子化合物
Hume(休姆)：电子浓度和晶体结构有明确对应 关系。 电子浓度通常为21/14，21/13，21/12。
几种电子化合物的电子浓度与晶体结构 电子浓度＝21/14＝3/2 β体心立方 复杂立方 β-Mn结构 密排六方δ Cu5Ge, AgZn, Ag3Al, Cu5Sn 21/13 γ黄铜结 构 Cu5Zn8, Cu31Si8, Ni5Be21, Fe5Zn21 21/12 密排六 方结构 CuZn3 , Cu3Sn, Cu3Si, Ag3Sn, Au5Al3
材料科学基础课程总结PPT课件
晶面、晶向和晶面族、晶向族的写法
6
第6页/共65页
立方晶系常见的晶面族为：
{100} : (100)、(010)、(001)
{110} : (110)、(101)、(011)、(110)、(101)、(011)
{111} : (111)、(111)、(111)、(111)
立方晶系常见的晶向为：
100 : [100]、[010]、[001]
31
第31页/共65页
Байду номын сангаас
单晶体金属的塑性变形
滑移变形的特点 ：
⑴ 滑移只能在切应力的作用下发生。临界分切应力！ ⑵ 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。 ⑶滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍. ⑷ 滑移的同时伴随着晶体的转动。 (5) 滑移是通过滑移面上的位错的运动来实现的。
当外力在某一滑移系中的分切应力达到 一定临界值时，该滑移系方向首先发生 滑移，该分切应力称为临界分切应力
小角度晶界 大角度晶界
共格 半共格 非共格
对称倾斜
不对称倾斜 扭转
29
第29页/共65页
晶界特性
1) 晶界能量高，原子处于不稳定状态
易于原子扩散，故新相易于在晶界处形核 杂质原子易于在晶界富集，导致晶界熔点低于晶内，加
热时晶界先熔化， 过热 晶界原子扩散速度高于晶内，且晶内腐蚀比晶内也快
2） 晶界原子排列不规则，且存在较多的缺陷，如空位和位错等
三种常见晶格的密排面和密排方向
体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格
密排面 {110} {111} 六方底面
数量 6 4 1
密排方向 <111> <110>
底面对角线
6
第6页/共65页
立方晶系常见的晶面族为：
{100} : (100)、(010)、(001)
{110} : (110)、(101)、(011)、(110)、(101)、(011)
{111} : (111)、(111)、(111)、(111)
立方晶系常见的晶向为：
100 : [100]、[010]、[001]
31
第31页/共65页
Байду номын сангаас
单晶体金属的塑性变形
滑移变形的特点 ：
⑴ 滑移只能在切应力的作用下发生。临界分切应力！ ⑵ 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。 ⑶滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍. ⑷ 滑移的同时伴随着晶体的转动。 (5) 滑移是通过滑移面上的位错的运动来实现的。
当外力在某一滑移系中的分切应力达到 一定临界值时，该滑移系方向首先发生 滑移，该分切应力称为临界分切应力
小角度晶界 大角度晶界
共格 半共格 非共格
对称倾斜
不对称倾斜 扭转
29
第29页/共65页
晶界特性
1) 晶界能量高，原子处于不稳定状态
易于原子扩散，故新相易于在晶界处形核 杂质原子易于在晶界富集，导致晶界熔点低于晶内，加
热时晶界先熔化， 过热 晶界原子扩散速度高于晶内，且晶内腐蚀比晶内也快
2） 晶界原子排列不规则，且存在较多的缺陷，如空位和位错等
三种常见晶格的密排面和密排方向
体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格
密排面 {110} {111} 六方底面
数量 6 4 1
密排方向 <111> <110>
底面对角线
chapter-3-1(材料科学基础)
• 相：合金中具有同一聚集状态、同一结构和性质的均匀组成 部分。 • 大多数合金的组元在液态下能相互溶解，成为均匀的液体， 因此只具有一个液相。 • 在凝固以后，由于各组元之间相互作用不同，在固态合金中 可能会出现不同的相结构。 • 根据合金中元素之间相互作用的不同，合金中的相基本上可 以分为两类：固溶体和金属间化合物。 固溶体：solid solution 置换式： 间隙式：
硬度和强度低，但塑性和韧性好。 奥氏体 (A: austenite)： 碳溶解在-铁中的间隙固溶体， -铁是面心立 方结构，碳在-铁中的溶解度比在-铁中大，C%2.11%（1148℃） 塑性和可锻性好。 渗碳体（cementite）：铁和碳以稳定化合物形态Fe3C出现的碳化铁,含 碳量为6.67％，晶体结构很复杂。熔点高，硬度高，塑性和冲击韧性 几乎为零，脆性极大。
(2)
(3)
(4)
马氏体 （Martensite）：钢和铁从高温奥氏体状态急冷 （淬火），得到碳在铁中的过饱和固溶体，称为马氏 体。马氏体和奥氏体具有同样的化学成分。在马氏体转 变过程中，只发生铁的晶格重构，由面心立方晶格变成 体心立方晶格。马氏体是非平衡组织，具有很高的硬度 和强度。
(5) 珠光体 （P: pearlitic) 铁素体和渗碳体二者组成的机械 混合物； (6) 莱氏体（Le）：奥氏体和渗碳体的共晶混合物（机械混 合物）；
补充：
吸热合金Ni-Cu 放热合金Pd-Ag 通过测定Ni和Pd在形成合金前后的d带空穴数，可以推测 这两种合金不同的结构方式：前者以Ni-Ni和Cu-Cu为主，Ni 的d带空穴数没明显变化；后者以Pd-Ag为主，Pd的d带空穴 数有很大变化。 电子化合物一般具有很高的熔点和硬度，并有导电性
Interstitial compound C 间隙化合物：
金属材料学全套359Pppt课件
41
4. 多种溶质原子之间的相互作用 (1)畸变能差大的元素优先发生偏聚。〔如铈的晶
界偏聚倾向大于磷〕 (2)影响晶界偏聚速度。〔如铈减慢锑的晶界偏聚
速度〕 (3)影响在晶内的溶解度。〔镧与磷和锡在晶界偏
聚，降低了磷和锡在晶内的浓度〕 (4)发生共偏聚。〔镍、铬、锰与磷、锡、锑共偏
聚，促进了高温回火脆性〕
Nb：原子半径和Fe相差大，在铁素体和奥氏体 中均在晶界和位错处剧烈富集。如在层错富 集析出NbC沉淀相。
B：在550℃～950℃时在奥氏体晶界产生剧烈 的内吸附。含0.001～0.005%时可显著添加 淬透性。
39
2. 温度〔T〕 (1) 温度升高使偏聚浓度下降 ①T↑→ Q/RT↓→Cg/C0↓〔设Q不变〕 ②T↑→E↓→Q↓→Cg/C0↓ B：1100℃加热时，内吸附根本消逝，不添加
34
阐明： 1.Nb,Zr在α－Fe 和γ－Fe中的溶解度都较
小，并且后者比前者稍大。 Nb： 1.8% (α) 2.0% (γ) Zr： 0.3% (α) 0.7% (γ) 2.B原子半径为0.97A ，在α－Fe 和γ－Fe 中的溶解度都非常小。 0.008% (α) 0.018% (γ)
35
24
③高速钢含碳量小于1％时，通常也不标注含 碳量 。
如：W18Cr4V： 含碳量 0.7-0.8% W6Mo5Cr4V2： 含碳量 0.8-0.9%
合金元素一样，含碳量不同的要标注含碳量， 如9W18Cr4V。
25
(复习) <绪论> 重点内容： 一、研讨思绪 二、合金元素与杂质元素 三、合金钢分类：1、质量。2、组织〔退
50
二、碳化物的构造 间隙相
(1) 构成面心立方点阵的碳化物〔Ti，Zr， Nb，V〕 MC型：TiC，ZrC，NbC，VC。
4. 多种溶质原子之间的相互作用 (1)畸变能差大的元素优先发生偏聚。〔如铈的晶
界偏聚倾向大于磷〕 (2)影响晶界偏聚速度。〔如铈减慢锑的晶界偏聚
速度〕 (3)影响在晶内的溶解度。〔镧与磷和锡在晶界偏
聚，降低了磷和锡在晶内的浓度〕 (4)发生共偏聚。〔镍、铬、锰与磷、锡、锑共偏
聚，促进了高温回火脆性〕
Nb：原子半径和Fe相差大，在铁素体和奥氏体 中均在晶界和位错处剧烈富集。如在层错富 集析出NbC沉淀相。
B：在550℃～950℃时在奥氏体晶界产生剧烈 的内吸附。含0.001～0.005%时可显著添加 淬透性。
39
2. 温度〔T〕 (1) 温度升高使偏聚浓度下降 ①T↑→ Q/RT↓→Cg/C0↓〔设Q不变〕 ②T↑→E↓→Q↓→Cg/C0↓ B：1100℃加热时，内吸附根本消逝，不添加
34
阐明： 1.Nb,Zr在α－Fe 和γ－Fe中的溶解度都较
小，并且后者比前者稍大。 Nb： 1.8% (α) 2.0% (γ) Zr： 0.3% (α) 0.7% (γ) 2.B原子半径为0.97A ，在α－Fe 和γ－Fe 中的溶解度都非常小。 0.008% (α) 0.018% (γ)
35
24
③高速钢含碳量小于1％时，通常也不标注含 碳量 。
如：W18Cr4V： 含碳量 0.7-0.8% W6Mo5Cr4V2： 含碳量 0.8-0.9%
合金元素一样，含碳量不同的要标注含碳量， 如9W18Cr4V。
25
(复习) <绪论> 重点内容： 一、研讨思绪 二、合金元素与杂质元素 三、合金钢分类：1、质量。2、组织〔退
50
二、碳化物的构造 间隙相
(1) 构成面心立方点阵的碳化物〔Ti，Zr， Nb，V〕 MC型：TiC，ZrC，NbC，VC。
材料科学基础-专业课件
材料科学基础课程的教学内容? 材料科学基础课程的教学内容
材料科学基础课程是材料科学与工程专业的重要的学科 基础课之一，主要介绍材料科学中的共性规律， 基础课之一，主要介绍材料科学中的共性规律，即材料的组 形成（工艺）条件－结构－性能－ 成－形成（工艺）条件－结构－性能－材料用途之间相互关 系及制约规律。所以材料科学基础是研究材料的成分、 系及制约规律。所以材料科学基础是研究材料的成分、组织 结构与性能之间关系。 结构与性能之间关系。 内容包括：材料种类、晶体结构、缺陷化学、 内容包括：材料种类、晶体结构、缺陷化学、非晶体结 材料的表面与界面、相图、扩散、相变、 构、材料的表面与界面、相图、扩散、相变、固相反应及烧 结等基础知识。 结等基础知识。
先进（或新型）的无机非金属材料 先进（或新型）
先进（或新型）的无机非金属材料是用氧化物、 先进（或新型）的无机非金属材料是用氧化物、氮化 碳化钨、硼化物、硫化物、 物、碳化钨、硼化物、硫化物、硅化物以及各种无机 非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。 非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。主要包 括先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无 括先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、 机纤维等。 机纤维等。
普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与其它天然 普通陶瓷即传统陶瓷， 矿物原料经过粉粹混炼、成型、 矿物原料经过粉粹混炼、成型、锻烧等过程而制成的各种 制品。包括日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、 制品。包括日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、 电瓷以及其它工业陶瓷。 电瓷以及其它工业陶瓷。 特种陶瓷是用于各种现代工业及尖端科学技术领域的陶瓷 制品。包括结构陶瓷和功能陶瓷。 制品。包括结构陶瓷和功能陶瓷。 结构陶瓷主要用于耐磨损、高强度、耐高温、耐热冲击、 结构陶瓷主要用于耐磨损、高强度、耐高温、耐热冲击、 硬质、高刚性、低膨胀、隔热等场所。 硬质、高刚性、低膨胀、隔热等场所。功能陶瓷主要包括 电磁功能、光学功能、生物功能、 电磁功能、光学功能、生物功能、核功能及其它功能的陶 瓷材料
材料科学基础一 1-3-new
为什么要再分出四面体？
rx 0.291 r
这个比值大于八面体间隙。但是研究发现，极少 量的C原子仍然存在于α-Fe八面体间隙中。原因是C原 子进入八面体间隙只需要推开上下二个Fe原子。
密排六方点阵中的间隙——其中八面体间 隙6个，四面体间隙12个
间隙大小的表示方法：令金属原子的半径为rA，各 种间隙的间隙半径为rB——实际是能放入间隙内的 小球的最大半径，则用间隙半径rB与原子半径rA之 比rB / rA来表示。
面心立方晶胞示意图
体心立方晶胞示意图
密 排 六 方 晶 胞 示 意 图
1、晶胞中的原子数
FCC structure BCC structure
2、点阵常数和原子半径
体心立方结构：点阵常数为a，且r =
3a 4
面心立方结构：点阵常数为a，且r = 2 a
4
a 2 2r
密排六方结构：点阵常数为a和c， 在理想情况下，把原子看作等径 的刚球，可算得 c/a=1.633, 此时，
合金组元之间的相互作用及其所形成的合金相的 性质主要由三个因素所控制：它们各自的电化学因素、 原子尺寸因素和电子浓度。
1、固溶体
凡溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶 剂元素的晶格类型所形成的合金相称为固溶体。
固溶强化：通常把形成固溶体而使强度、硬度升高 的现象叫固溶强化。
固溶体分类：
(1)置换固溶体和间隙固溶体：根据溶质原子是占据 结点位置还是间隙位置分类；
1.3.3 离子晶体的晶体结构
离子键化合物的晶体结构必须确保电中性，而 又能使不同尺寸的离子有效地堆积在一起。离子半 径比的大小，决定了配位数的多少，并显著影响晶 体结构。
通常正离子因失去电子而离子半径较小，负离 子因获得电子而离子半径较大。离子晶体中的离子 半径不是绝对不变的，同一离子随价态、配位数不 同，离子半径将发生变化。
rx 0.291 r
这个比值大于八面体间隙。但是研究发现，极少 量的C原子仍然存在于α-Fe八面体间隙中。原因是C原 子进入八面体间隙只需要推开上下二个Fe原子。
密排六方点阵中的间隙——其中八面体间 隙6个，四面体间隙12个
间隙大小的表示方法：令金属原子的半径为rA，各 种间隙的间隙半径为rB——实际是能放入间隙内的 小球的最大半径，则用间隙半径rB与原子半径rA之 比rB / rA来表示。
面心立方晶胞示意图
体心立方晶胞示意图
密 排 六 方 晶 胞 示 意 图
1、晶胞中的原子数
FCC structure BCC structure
2、点阵常数和原子半径
体心立方结构：点阵常数为a，且r =
3a 4
面心立方结构：点阵常数为a，且r = 2 a
4
a 2 2r
密排六方结构：点阵常数为a和c， 在理想情况下，把原子看作等径 的刚球，可算得 c/a=1.633, 此时，
合金组元之间的相互作用及其所形成的合金相的 性质主要由三个因素所控制：它们各自的电化学因素、 原子尺寸因素和电子浓度。
1、固溶体
凡溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶 剂元素的晶格类型所形成的合金相称为固溶体。
固溶强化：通常把形成固溶体而使强度、硬度升高 的现象叫固溶强化。
固溶体分类：
(1)置换固溶体和间隙固溶体：根据溶质原子是占据 结点位置还是间隙位置分类；
1.3.3 离子晶体的晶体结构
离子键化合物的晶体结构必须确保电中性，而 又能使不同尺寸的离子有效地堆积在一起。离子半 径比的大小，决定了配位数的多少，并显著影响晶 体结构。
通常正离子因失去电子而离子半径较小，负离 子因获得电子而离子半径较大。离子晶体中的离子 半径不是绝对不变的，同一离子随价态、配位数不 同，离子半径将发生变化。
材料科学基础PPT课件
第35页/共52页
Y-Sialon
材料观-结构
宏观结构 微观结构
第36页/共52页
结构的含义
宏观结构（眼睛观察范围-0.1mm） 显微结构（晶粒尺寸、分布、100m-0.1
m) 晶体结构（晶胞、晶格、Angstron） 原子结构（电子+质子+中子）
第37页/共52页
结构分析的工具
第38页/共52页
性能
材料性能：材料对外界作用的响应 力学性质：形变与断裂 热学性质：热容量、热导率、热膨胀 电学性质：电导率，介电性质 磁学性质：磁化率等 光学性质：折射或反射 劣化：材料的化学活性
第39页/共52页
组成-工艺过程-结构-性质之间关系 材料科学核心内 容
组成+加工工艺
微观组织结构
性能
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、硅石、 菱镁矿、白云母等）为原料制造的
第17页/共52页
3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种简单 低分子化合物经聚合而组成 的分子量很大的化合物
高聚物的种类繁多，性能各 异，其分类的方法多种多样
按高分子材料来源分为天然
高分子材料和合成高分子材
℃，具有良好的塑性，能承受冷热加工 第27页/共52页
工艺过程－结构（显微结构）
aluminium before refinement
aluminium after refinement
第28页/共52页
不同加工方法的工件组织与性能
第29页/共52页
结构的含义
宏观结构（眼睛观察范围0.1mm）
第10页/共52页
金属材料
在103种元素中，除6种惰性元素和16种非金属元素 外，81种为金属元素。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
化合物： MnS、 β-SiC等。 3）六方ZnS型：ZnS、AlN、CdS 等。
1、正常价化合物
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 个明四 ）面体空隙中，AuAl2、PtSn2等。（模型说 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Mg胞2S内n8、个M四g面2P体b。空隙（中模，型M说g明2S）i、Mg2Ge、
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）
（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。
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。
■ 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。
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。
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）
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）
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）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。
3、受原子尺寸因素控制的金属间化合物
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。
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）
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.。
2、电子化合物
（2）特点：电子浓度相同的金属间化合物，/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）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
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= γA-γB/γA≥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、正常价化合物
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 个明四 ）面体空隙中，AuAl2、PtSn2等。（模型说 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Mg胞2S内n8、个M四g面2P体b。空隙（中模，型M说g明2S）i、Mg2Ge、
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）
（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。
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。
■ 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。
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。
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）
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）
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）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。
3、受原子尺寸因素控制的金属间化合物
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。
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）
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.。
2、电子化合物
（2）特点：电子浓度相同的金属间化合物，/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）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
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= γA-γB/γA≥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