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福州大学材料科学基础课件金属间化合物

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《材料科学基础》课件

《材料科学基础》课件


晶体与非晶体材料
晶体材料具有有序排列的原子或分子结构，而非晶体材料具有无序排列的结 构。晶体材料的性质受到晶体结构的影响。
材料物理性质
材料的物理性质包括密度、热导率、电导率、磁性等。这些性质影响着材料 在各种条件下的表现和应用。
材料化学性质
材料的化学性质指的是材料与其他物质发生化学反应的能力和性质。它们决定了材料的耐腐蚀性、稳定 性和反应性。

常见材料的分类和特征
金属
金属具有良好的导电性和导热性，适用于制 造结构件和导电元件。
聚合物
聚合物具有轻量、耐疲劳等特点，适用于制 造塑料制品和弹性件。
陶瓷
陶瓷具有优良的耐高温性和绝缘性，适用于 制造耐磨、耐腐蚀的零部件。
复合材料
复合材料具有多种材料的优点，适用于制造 航空航天和汽车等领域的高性能材料。
汽车
应用于汽车制造中的车身和发动机部件。
电子
应用于电子器件的制造，如半导体材料等。
《材料科学基础》PPT课 件
本课件将介绍材料科学的基础知识，包括材料科学的概述、晶体与非晶体材 料、材料的物理性质和化学性质、常见材料的分类和特征、材料的加工方式， 以及材料工程应用。
材料科学概述
材料科学是研究材料的组成、结构、性质和应用的学科。它涉及各种材料，包括金属、陶瓷、聚合物和 复合材料。
材料加工
1
原材料采集
从矿石、石油等中采集原材料，准备
材料处理
2
进入加工过程。
通过熔融、挤压、锻造等方式改变材
料的形态和性能。
3
零部件制造
将材料加工成适合使用的零部件，如
总装与测试
4
铸件、锻件、塑料制品等。
将零部件组装成成品，进行测试和质 量检查。
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

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
福州大学材料科学基础课件金属间化合物

福州大学材料科学基础课件金属间化合物


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
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 = 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
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。
福州大学材料科学基础课件-第三章 位错金属的塑性变形

福州大学材料科学基础课件-第三章 位错金属的塑性变形


•
实际只有5个变量是独立的。至少应有5个独立 的滑移系才能协调多晶体的塑性变形。
3. 晶粒大小的影响 多晶体的强度随其晶粒细化而提高。满足 霍尔-佩奇(Hall-Petch)关系。
是与材料有关的两个常数。 d：多晶体中各晶粒的平均直径。
0, k
§4 塑性变形对金属组织与性能的影响
一、显微组织的变化
· 单相固溶体合金塑性
变形的特点
2．应变时效
将低碳钢试样拉伸到 产生少量预塑性变形 后卸载，然后重新加 载，试样不发生屈服 现象，但若产生一定 量的塑性变形后卸载， 在室温停留几天或在 低温（如150℃）时 效几小时后再进行拉 伸，此时屈服点现象 重新出现，并且上屈 服点升高，这种现象 即应变时效
§2
单晶体的塑性变形
金属变形的主要方式：滑移、孪生、扭折 一、滑移 （一）滑移线与滑移带
（二）滑称系 晶体的滑移是沿着一定的晶面发生的，此组晶 面称为滑移面，滑移还沿着滑移面上一定的晶向 进行，称为滑移方向。 每一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来 叫做一个滑移系。 FCC： 滑移面｛111｝，滑移方向<110> BCC： 低温｛112｝ 室温｛110｝，高温｛123｝， 而滑移方向都是<111> 滑移面为(0001)，滑移方向为<11 2 0>
· 1．聚合型两相合金的塑性变形 （1）如果两个相都具有塑性，则合金的变形决定于两 相的体积分数。 等应变理论：假定塑性变形过程中两相应变相等。 合金产生一定应变的平均流变应力 σ a = f 1 σ 1 + f2 σ 2 ： 其中：f1、f2为两个相的体积分数 f1+f2=1 σ1、σ2为两个相在此应变时的流变应力 等应力理论：假定塑性变形过程中两相应力相同。 对合金施加一定应力时，平均应变εa= f 1ε1+f 2ε2 其中：f1、f2为两个相的体积分数 ε 1,ε2为此应力下两相的应变
福州大学材料科学基础课件二、典型金属的晶体结构

福州大学材料科学基础课件二、典型金属的晶体结构


1、原子紧密堆积方式
面心立方结构：属于面心立方紧密堆积，以 ABCABCABC…的堆积方式，从结构中可分析出 面心立方晶胞。具有这种结构的金属：Al、-Fe、 Ni、Cu、Rh、Pt、Ag和Au。
1、原子紧密堆积方式
密排六方结构：属于六方紧密堆积，以 ABABAB…的堆积方式，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。
4、一个晶胞占有原子的数目
晶胞中角顶原子为8个晶胞所共有，面上原子为两个 晶胞所共有，棱上原子为四个晶胞所共有，晶胞体积内的 原子才单独为一个晶胞所有。三种结构中每个晶胞占有原 子数n如下： 面心立方： n = 8×1/8＋6×1/2= 4。
原子坐标： （0 0 0， ½ ½ 0，½ 0 ½ ，0 ½ ½ ） 密排六方： n = 12×1/6＋2×1/2＋3 = 6。
原子坐标： （ 0 0 0， ⅔ 原子坐标： （ 0 0 0， ½
⅓ ½） ½ ½）
体心立方： n = 8×1/8＋1 = 2。
5. 堆积系数（K）
原子晶体 ： K = V/ V0
V ：一个晶胞中原子所占的体积，V = 4/3r3n（n为一个晶胞占有原子数目，r为原子的 半径）。 V0 ：一个晶胞的体积（对面心立方结构和体心立 方结构V0 = a3）。例举计算:
3. 点阵常数(晶胞参数)与原子半径之间的关系 面心立方：(a = b = c，α=β=γ=900)，(说明a b c轴,轴单位就是a b c) a2＋a2 = (2r＋2r)2， a = 2 2 r，r = 2 /4 a 密排六方：(a = b c，α=β=900，γ=1200)， a = 2 r， r = a /2。 体心立方 ：(a = b = c，α=β=γ=900)， 2a2＋a2 = (2r＋2r)2， a = （4 3 /3）r， r = 3 /4 a 。
3金属间化合物(合金相与相变课程第三讲)

3金属间化合物(合金相与相变课程第三讲)


3、金属间化合物的结构缺陷
点缺陷 位错 反相畴界 孪晶
18
3、金属间化合物的结构缺陷
点缺陷 (a)空位 (b)填隙原子对 (c)相邻反位缺陷对 (d)两个空位和一个反位原子组成
的三重缺陷
(e)相邻空位杂质原子对 (f)不相邻的反位缺陷对 点缺陷对金属间化合物的物理 性能和力学性能有着显著影响， 如增加导电性，降低热导率和 超导临界温度等。
孪晶
23
3、金属间化合物的结构缺陷
Al20Ti2La金属间化合物的孪晶衍射斑
24
4、金属间化合物的性质
有序金属间化合物的异常屈服行为
有些有序金属间化合物如 Ni3Al， Co3Ti，Zr3Al等，其屈服强度随温 度的增加而增加。有序合金在高温 下比传统合金的强度要高，因此非 常适合于高温结构的应用。
CrSi2 VSi2
● Cr ○ Si
NbSi2 TaSi2
图4-14 C40，e.g. CrSi2
13
2、金属间化合物的结构及其表示方法
四方C11b结构型金属间化合物
WSi2
● Si ○ Mo
图4-15 (b) C11b, e.g. MoSi2
14
2、金属间化合物的结构及其表示方法
四方D8m 和六方D88结构型金属间化合物
金属与金属、或金属与某些非金属（如氮、碳、氢、硼、 硅等）之间所形成的化合物统称为“金属间化合物”，由于它 们总处于相图的中间位置，故又称为“中间相”。 影响金属间化合物形成及其结构的主要因素，也和固溶体 一样，包括电负性、电子浓度和原子尺寸。根据形成条件和结 构特征，常见的金属间化合物有正常价化合物、电子化合物和 原子尺寸因素化合物。
3
1、金属间化合物的概念及分类
福州大学材料科学基础课件-第九节 固体的电子能带结构理论

福州大学材料科学基础课件-第九节 固体的电子能带结构理论


（2） n型半导体
■剩余一个价电子与原子结合不紧 密，只需用很小的能量Ed就能 跃迁到导带。 Ed小于Eg， Eg 是价带电子跃迁到导带的能量。 ■杂质剩余电子进入导带，而不是 价带的电子跃迁到导带，所以 价带不形成电子空穴。 ■在外电场的作用下，使导带中电 子加速产生电流。 ■n型半导体中，引入杂质有过剩 的电子e。
一、绝缘体
结构特点： （1）价带所有能级被电子 占满，即满带，导带是空 带。 （2）价带没有资用能级 （没有空着的能级）使电 子能量增加，只有电子迁 移到导带才能导电。 （3）由于禁带较宽，外加 普通电场不能使电子从价 带跃迁到导带，这种材料 称为绝缘体。
二、导体
主要讨论碱金属导体、贵金属 导体、碱土金属导体、过渡金属导 体的能带结构和导电性。
（2） n型半导体
■本征半导体是Si、Ge等，外层电子结构
2s22p2、3s23p2，有四个价电子。 ■杂质是VA的元素，如：P、As、Sb等，外 层电子结构分别为3s23p3、 4s24p3、 5s25p3，有5个价电子。 ■杂质5个价电子，其中4个电子与4个Si原子 形成共价键，余下一个价电子。（说明）
（2）P型半导体
1）本征半导体与杂质外层电子结构
■本征半导体是Si、Ge等，外层电子结构为2s22p2
2s22p2，有4个价电子。 ■杂质是ⅢA的元素，如：B、Al、Ga等，外层电 子结构分别为2s22p1 、3s23p1、 4s24p1，有3个价 电子。 ■杂质3个价电子与4个价电子的Si原子形成共价键 尚缺一个电子，必须向其它共价键上捕捉一个电 子，使捕捉电子地方形成一个电子空穴h。（说 明）。
金属钠的能带结构
2.贵金属导体(Cu Ag Au)
(1)外层电子层结构与基
《金属间化合物》课件

《金属间化合物》课件


航空航天：用于制 造高温、高压、高 应力环境下的零部 件
汽车工业：用于 制造发动机、传 动系统等零部件
医疗领域：用于 制造生物医学材 料、植入材料等
晶体结构：金属间化合物通常具有复杂的晶体结构，包括层状、链状、网状等 物理性质：金属间化合物具有较高的熔点、硬度和导电性，以及良好的热稳定性 和化学稳定性
成本问题：金属间化合物的制备成本较高，限制了其在工业领域的大规模应用
应用领域：金 属间化合物在 电子、能源、 生物等领域具 有广泛的应用
前景
技术挑战：金 属间化合物的 制备、性能优 化、稳定性等 方面存在技术
挑战
发展趋势：金 属间化合物的 研究和应用将 朝着高性能、 低成本、环保
的方向发展
未来展望：金 属间化合物有 望成为新一代 材料，在多个 领域发挥重要
作用
汇报人：
应用领域：广泛应用于化工、石油、冶金等领域
耐腐蚀机理：金属间化合物的耐腐蚀性主要与其化学组成和结构有关
研究进展：金属间化合物的耐腐蚀性研究取得了显著进展，为实际应用提供了理论 支持
提高高温材料的抗氧化性 提高高温材料的热稳定性 提高高温材料的耐磨性 提高高温材料的耐腐蚀性
提高材料的强度和硬度
应用：金属间化合物在电子、磁性、催化等领域具有广泛的应用前景
研究进展：金属间化合物的研究正在不断深入，新的材料和应用领域不断涌现
热导率：金属间化合物的热导率通常较高，与金属相似 热膨胀系数：金属间化合物的热膨胀系数通常较低，与陶瓷相似 热稳定性：金属间化合物的热稳定性通常较好，能够承受较高的温度
热处理：金属间化合物可以通过热处理来改变其物理性质，如晶粒大小、硬度等
提升
市场需求：随 着社会对高性 能材料的需求 不断增加，金 属间化合物的 市场前景广阔
材料科学基础-第五章-材料的相结构及相图-PPT

材料科学基础-第五章-材料的相结构及相图-PPT

相图上为一条垂直线。
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）；
体。
III. 电负性差因素
IV. 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
IV. 电子浓度因素
V. 电子浓度的定义是合金中各组成元素的价电子数总
子的价电子数恰好使负离子具有稳定的电子层
结构。
金属元素与周期表中的ⅣA，ⅤA，ⅥA元素
形成正常价化合物。
有较高的硬度，脆性很大。
例如：Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb、MgS、MnS等
(1)正常价化合物
正常价化合物的分子式只有AB，A2B或AB2两种。
常见类型：
NaCl型
CaF2型
Cu原子形成四面体(16个)。
每个镁原子有4个近邻镁原子和12个近邻铜原子；
每个铜原子有6个近邻的铜原子和6个近邻的镁原子
。
Cu
Mg
II. 拉弗斯（Laves）相
②MgZn2型：六方晶系。
Mg原子形成硫锌矿结构；Zn原子形成四面体。
每个Mg原子有4个近邻Mg原子和12个近邻Zn原
子。
每个Zn原子有6个近邻Zn原子和6个近邻Mg原子
材料科学基础-第7章1合金相图

材料科学基础-第7章1合金相图

20
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Section 7.2 二元合金相图的建立
相图（Phase Diagram） 状态图或平衡相图 平衡：在一定条件下合金系中参与相变过程的各相的成 分和质量分数不再变化所达到一种状态。此时合金系的 状态稳定，不随时间而改变。 合金在极其缓慢冷却的条件下的结晶过程，一般可以认 为是平衡的结晶过程。 二元合金相图
7
7
Figure (a) Liquid copper and liquid nickel are completely soluble in each other. (b) Solid copper-nickel alloys display complete solid solubility, with copper and nickel atoms occupying random lattice sites. (c) In copper-zinc alloys containing more than 30% Zn, a second phase forms because of the limited solubility of zinc in copper.
15
15
表7-1 铜合金中常见的电子化合物
合金系 Cu-Zn Cu-Sn Cu-Al Cu-Si
电子浓度及所形成相的晶体结构 3/2(21/14) 相 21/13 相 7/4(21/12) 相 体心立方 复杂立方 密排六方 CuZn Cu5Zn8 CuZn3 Cu3Sn Cu31Sn8 Cu3Sn Cu3Al Cu9Al4 Cu5Al3 Cu5Si Cu31Si8 Cu3Si
712金属间化合物1818a间隙相vc面心立方晶格c正交晶系图72间隙相与间隙化合物的晶体结构1919间隙相化学式钢中的间隙相结构类型mxtacticzrcvczrnvntincrnzrhtih面心立方tahnbh体心立方wcmon简单立方mx面心立方表72钢中间隙相的化学式与晶格类型的关系类型间隙相间隙化合物nbcmotacticzrcvccr23377012531202867296050415014034103805302315771277硬度hv20501730148015502850284020101650800表73钢中常见碳化物的硬度与熔点2020型如cr23不少金属间化合物已作为新的功能材料和耐热材料如性能远远超过现在广泛应用的硅半导体材料的金属间化合物砷化镓gaas形状记忆合金材料niti和cuzn储氢材料lanial等等
福州大学材料科学基础课件金属间化合物共26页文档

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45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔 Nhomakorabea谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
福州大学材料科学基础课件 金属间化合物
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒

金属间化合物的制备PPT课件

第九讲 金属间化合物的制备
现代材料制备技术
一、金属间化合物简介
定义
金属间化合物(intermetallic compound)习惯上又称为中间 相(intermediatephase)，是合金中除固溶体之外的第2类 重要合金相。
按其本来的意义，是指合金相图上在中间成分区域内形成 的均质相，其晶体结构一般和组元金属不同，物理、化学 和力学性质则与组元金属更是相去甚远。
Ni3Si在硫酸中的优异耐蚀能力使化学工业很感兴趣。NiTi 之类的许多金属间化合物还呈现形状记忆效应，可用作热 开关和插接件。
现代材料制备技术
缺点
阻碍这类材料工业应用的主要不利因素是其室温塑性差和 断裂韧性低。纵然用在塑性较大的高温下，其脆性也使它 难以加工和装运。
有研究认为，这是因为塑性流动的简易滑移系数量少，滑 移矢量多，横向滑移有限，穿过晶界的滑移较难和杂质往 晶界上偏析等。
现代材料制备技术
现代材料制备技术
(2)高频感应加热
在水冷铜线圈内将导电金属料放入耐火材料坩埚，通入 200～400Hz的高频电流，由该焦耳热将金属熔化。这种 熔炼方法的优点是由于电磁效应搅拌金属熔液，使试样成 分容易均匀。这种方法不只是熔化试样，通过改进线圈的 形状还可进行金属的精炼提纯(区域熔炼法)或制备单晶。 对于铜或镍等比电阻小的金属的熔化，也可采用石墨坩埚 作发热体。为防止杂质从耐火材料混入熔融金属中，可采 用水冷铜制坩埚。
现代材料制备技术
二、金属间化合物的制备技术
燃烧合成法 高能球磨法 熔铸-熔炼法 气相沉积法
是目前制备金属间化合物较多采用的方法，它们各 有特点，但没有普遍适用性，各种方法都还存在一些理论 和实际问题有待解决。应当根据不同的用途和要求，选择 合适的制备方法。

金属间化合物的晶体结构ppt课件

1、面心立方结构
[001]
a aa
[100]
[010]
.
2、L12型结构
➢ 化学式：A3B； ➢ 结 构：L12型—面心正方晶系；
—A —B
[001]
c aa
[100]
[010].Fra bibliotek3、L10型结构
➢ 化学式：AB； ➢ 结 构：L10型—面心正方晶系； ➢ 特点：[001]方向上是由仅含A原子组成的原子面与仅含B原子的原子面交替重叠
堆垛而成，所以[100]、[010]方向上的点阵常数与[001]方向的不一样，把[001]视 为c轴，其他两轴为a轴；
—A —B
[001]
c aa
[100]
[010. ]
4、DO22型结构
➢ 化学式：A3B； ➢ 结 构：DO22型—面心正方晶系；
—A —B
.
5、体心立方结 构
.
6、B2型结构
—A —B
.
10、hcp型结构
.
10、hcp型结构
.
11、DO19型结 构
➢ 化学式： A3B ；
—A —B
.
11、DO19型结 构
—A —B
.
12、Cu3Ti型结构
➢ 化学式： A3B ；
—A —B
.
12、 Cu3Ti型结构 —A —B
.
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➢ 化学式：AB； ➢ 结 构：B2型—体心正方晶系；
—A —B
.
7、DO3型结构
➢ 化学式： A3B ； ➢ 结 构：DO3型—体心正方晶系；
—A —B
.
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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。