材料科學基礎（第2版）-張曉燕課件第1章金屬的晶體結(jié)構(gòu)

材料科學基礎第一章1.1原子間的鍵合

金屬鍵

離子鍵共價鍵

氫鍵

范氏鍵1.2晶體學基礎

1.2.1空間點陣與晶胞

1.2.2晶向指數(shù)和晶面指數(shù)

1、立方晶系中晶系指數(shù)

2、立方晶系中晶面指數(shù)

3、六方晶系中的晶向和晶面指數(shù)

4、晶帶

5、晶面間距

6、晶面夾角（晶向夾角）第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.2.3晶體的對稱性

1.2.4極射投影1.3純金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1.3.1三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)

1、面心立方結(jié)構(gòu)

2、體心立方結(jié)構(gòu)

3、密排六方結(jié)構(gòu)

1.3.2金屬的多晶型性1.4合金相結(jié)構(gòu)

1.4.1固溶體

1.4.2中間相當兩個或多個原子形成分子或固體時，它們是依靠什么樣的結(jié)合力聚集在一起？這就是原子間的鍵合問題。結(jié)合鍵化學鍵（主價鍵）物理鍵（次價鍵）金屬鍵離子鍵共價鍵范氏鍵氫鍵1.1原子間的鍵合材料科學基礎第一章金屬鍵典型金屬原子結(jié)構(gòu)的特點是其最外層電子數(shù)很少，極易掙脫原子核的束縛而成為自由電子，并在整個晶體內(nèi)運動形成電子云，這種由金屬中的自由電子和金屬正離子相互作用所構(gòu)成鍵合稱為金屬鍵。金屬鍵的基本特點是電子的共有化，以及無飽和性、無方向性。根據(jù)金屬鍵的這些特征，可以解釋金屬的一些特征，如良好的導電、導熱性，良好的延展性，具有金屬光澤，正的電阻溫度系數(shù)。材料科學基礎第一章金屬鍵示意圖（黃色代表金屬原子，白色代表自由電子）材料科學基礎第一章通過離子鍵的特點可以解釋離子晶體的一些特征，如結(jié)合力強、熔點高、強度高、塑性低，固態(tài)時為良好的絕緣體而熔融態(tài)時具有良好的導電性。大多數(shù)鹽類、堿類和金屬氧化物主要以離子鍵的方式結(jié)合。正負離子依靠他們之間的靜電引力結(jié)合在一起，稱為離子鍵。決定離子晶體結(jié)構(gòu)的因素是正負離子的電荷及幾何因素。特點：以離子為結(jié)合單位，結(jié)合力較強，決定離子晶體結(jié)構(gòu)的是正負離子電荷及幾何因素，有較高的配位數(shù)，無方向性。離子鍵材料科學基礎第一章Cl與Na形成離子鍵材料科學基礎第一章材料科學基礎第一章共價鍵兩個或多個電負性相差不大的原子間通過共用電子對而形成的化學鍵。共價鍵的結(jié)合極為牢固，故共價晶體具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、熔點高、質(zhì)硬脆等特點。共價形成的材料一般是絕緣體，其導電性能差。共價鍵鍵合的基本特點是核外電子云達到最大的重疊，形成“共用電子對”，有確定的方位，且配位數(shù)較小。有方向性，有飽和性。材料科學基礎第一章圖1.4-5

由共價鍵方向性特點決定了的SiO2四面體晶體結(jié)構(gòu)圖1.4-4形成共價鍵的SiO2,藍色圓圈代表Si的價電子，紅色圓圈代表O的價電子材料科學基礎第一章材料科學基礎第一章范氏鍵屬物理鍵，系一種次價鍵，沒有方向性和飽和性。比化學鍵的鍵能少1～2個數(shù)量級。原先每個原子或分子都是獨立的單元，但由于近鄰原子的相互作用引起電荷位移而形成偶極子。范德華力是借助這種微弱的、瞬時的電偶極矩的感應作用將原來具有穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)的原子或分子結(jié)合為一體的鍵合。它包括靜電力、誘導力和色散力。氫鍵是一種特殊的分子間作用力。它是由氫原子同時與兩個電負性很大而原子半徑較小的原子（Ｏ，Ｆ，Ｎ等）相結(jié)合而產(chǎn)生的具有比一般次價鍵大的鍵力，具有飽和性和方向性。氫鍵在高分子材料中特別重要。材料科學基礎第一章實際材料（金屬和陶瓷）中結(jié)合鍵多為混合鍵金屬中主要是金屬鍵，還有其他鍵如：共價鍵、離子鍵陶瓷化合物中出現(xiàn)離子鍵和金屬鍵的混合一些氣體分子以共價鍵結(jié)合，而分子凝聚時依靠范德華力聚合物的長鏈分子內(nèi)部以共價鍵結(jié)合，鏈與鏈之間則為范德華力或氫鍵

表：物質(zhì)的鍵能餓熔融溫度材料科學基礎第一章材料鍵的類型結(jié)合能kJ/mol熔點℃MgO離子鍵10002800NaCl離子鍵640800C共價鍵713>3500SiC共價鍵12302600Al金屬鍵324660Cu金屬鍵3391083Fe金屬鍵4061538材料科學基礎第一章1.2晶體學基礎

1.2.1空間點陣與晶胞材料科學基礎第一章空間點陣為了便于分析研究晶體中原子或分子的排列情況，可把它們抽象為規(guī)則排列于空間的無數(shù)個幾何點，這些點子可以是原子或分子的中心，也可以是彼此等同的原子群或分子群的中心，但各個點子的周圍環(huán)境必須相同，這種點子的空間排列稱為空間點陣?？臻g點陣晶胞材料科學基礎第一章晶胞從晶格中選取一個能完全反映晶格特征的基本單元作為點陣的組成單元，這種最小的幾何單元稱晶胞。晶胞大小和形狀表示方法晶胞大小和形狀表示方法為：晶胞的棱邊長度ａ、ｂ、ｃ（稱為點陣常數(shù)、晶格常數(shù)）棱邊的夾角為α、β、γ（稱為晶軸間夾角）。選取晶胞的原則：

1、應反映出點陣的高度對稱性2、棱和角相等的數(shù)目最多3、棱邊夾角為直角時，直角數(shù)目最多4、晶胞體積最小材料科學基礎第一章空間點陣類型三斜晶系單斜晶系正交晶系四（正）晶系立方晶系六方晶系菱方晶系a＝b＝c，α＝β＝γ＝90°a＝b≠c，α＝β＝90°，γ=120°a＝b≠c，α＝β＝γ＝90°a≠b≠c，α＝β＝γ＝90°a≠b≠c，α＝γ＝90°≠βa≠b≠c，α≠β≠γ≠90°a＝b＝c，α＝β＝γ≠90°材料科學基礎第一章按照“每個陣點的周圍環(huán)境相同”的要求，布拉菲用數(shù)學方法推導出能夠反映空間點陣全部特征的單位平面六面體只有14種，這14種空間點陣也稱為布拉菲點陣。材料科學基礎第一章空間點陣是晶體中質(zhì)點排列的幾何學抽象，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對稱性，由于各陣點的周圍環(huán)境相同，它只能有14種。晶體結(jié)構(gòu)是指晶體中實際質(zhì)點（原子、離子或分子）的具體排列情況，它們能組成各種類型的排列，因此實際存在的晶體結(jié)構(gòu)是無限的?？臻g點陣晶體結(jié)構(gòu)注意：晶體結(jié)構(gòu)差異很大，而空間點陣可能相同晶體結(jié)構(gòu)相似，而空間點陣可能不同。圖1-10具有相同點陣的晶體結(jié)構(gòu)材料科學基礎第一章1.2.2晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶面——晶體結(jié)構(gòu)一系列原子所構(gòu)成的平面。晶向——通過晶體中任意兩個原子中心連成直線來表示晶體結(jié)構(gòu)的空間的各個方向。晶向指數(shù)和晶面指數(shù)是分別表示晶向和晶面的符號，國際上用Ｍiller指數(shù)來統(tǒng)一標定。材料科學基礎第一章1.立方晶系中晶向指數(shù)

確定立方晶系晶向指數(shù)［ｕｖｗ]的步驟如下：1、設坐標2、求坐標3、化整數(shù)4、化為最小整數(shù)，列括號［ｕｖｗ］負值則在指數(shù)上加一負號。材料科學基礎第一章正交晶系中的部分晶向指數(shù)材料科學基礎第一章

晶向指數(shù)還有如下規(guī)律：（1）某一晶向指數(shù)代表一組在空間相互平行且方向一致的所有晶向。（2）若晶向所指的方向相反，則晶向數(shù)字相同符號相反。（3）有些晶向在空間位向不同，但晶向原子排列相同，這些晶向可歸為一個晶向族，用〈ｕｖｗ〉表示。如〈111〉晶向族包括[111]、[T11]、[1T1]、[11T]、[TT1]、[1TT]、[T1T]、[TTT]；〈100〉晶向族包括[100]、[010]、[001]、[T00]、[0T0]、[00T]。（4）同一晶向族中晶向上原子排列因?qū)ΨQ關系而等同。

材料科學基礎第一章2.立方晶系中晶面指數(shù)

確定立方晶系晶面指數(shù)［ｕｖｗ]的步驟如下：1、設坐標2、求截距3、取倒數(shù)4、將三個倒數(shù)化為互質(zhì)的整數(shù)比，并加上圓括號，即表示該晶面的晶面指數(shù)，記為（hkl)原點設在待求晶面以外。求晶面在三個軸上的截距。材料科學基礎第一章晶面指數(shù)還有如下規(guī)律：

（1）某一晶面指數(shù)代表了在原點同一側(cè)的一組相互平行且無限大的晶面。

(2)若晶面指數(shù)相同，但正負符號相反，則兩晶面是以點為對稱中心，且相互平行的晶面。如（110）和（TT0）互相平行。

(3)凡晶面間距和晶面上原子分布完全相同，只是空間取向不同的晶面，可歸為同一晶面族，用{hkl}表示。如{100}包括（100）、（010）、（001）、（T00）、（0T0）、（00T）。（4)在立方結(jié)構(gòu)中若晶面指數(shù)和晶向指數(shù)的指數(shù)和符號相同，則該晶向與晶面必定是互相垂直。如：[111]⊥（111）、[110]⊥（110）、[100]⊥（100）。材料科學基礎第一章3.六方晶系的晶向和晶面指數(shù)

六方晶系的晶向指數(shù)和晶面指數(shù)同樣可以應用上述方法標定，但按這種方法標定的晶向指數(shù)和晶面指數(shù)，不能顯示六方晶系的對稱性，同類型的晶面和晶向，其指數(shù)卻不相似，看不出它們之間的等同關系。例如，晶胞的六個柱面是等價的，但按照三軸坐標系確定的晶面指數(shù)卻分別為（100）、（010）、（T10）、（T00)、（0T0)、（1T0)。為了克服這一缺點，通常采用另一專用于六方晶系的指數(shù)。材料科學基礎第一章

確定步驟和立方晶系一樣，但一般在標定六方結(jié)構(gòu)的晶向指數(shù)時選擇四個坐標軸：a1、a2、a3、c其中a1、a2、a3處于同一底面上，且它們之間夾角為120°、C軸垂直于底面。則有：

晶面指數(shù)（hkil）其中i=-（h+k）

晶向指數(shù)[uvtw]其中t=-（u+v）材料科學基礎第一章

六方晶系按兩種晶軸系所得的晶面指數(shù)和晶向指數(shù)可相互轉(zhuǎn)換。對晶面指數(shù)而言，從（hkil）轉(zhuǎn)換成（hkl）只要去掉i即可，反之，則加上i=(h+k)。對晶向指數(shù)而言，[UVW]與[uvtw]之間的轉(zhuǎn)換關系為：材料科學基礎第一章六方晶系的晶向（面）指數(shù)示意圖材料科學基礎第一章六方晶系的一些晶向（面）指數(shù)材料科學基礎第一章4.晶帶晶帶晶帶定律所有平行或相交于同一直線的晶面構(gòu)成一個晶帶，此直線稱為晶帶軸。屬此晶帶的晶面稱為共帶面。同一晶帶上晶帶軸[uvw]和晶帶面（hkl）之間存在以下關系：hu+kv+lw=0材料科學基礎第一章通過晶帶定理可以：1、求兩不平行的晶面（h1k1l1）和（h2k2l2）的晶帶軸。2、求兩個不平行的晶向[u1v1w1]和[u2v2w2]所決定的晶面。3、判斷某一晶向是否在某個晶面上。4、判斷幾個晶面是否屬于同一晶帶。材料科學基礎第一章5.晶面間距晶面間距晶面指數(shù)為（hkl）的晶面相鄰兩個晶面之間距離，用dhkl表示。低指數(shù)的晶面面間距較大，高指數(shù)的則較小。面間距最大的面總是原子密排面。晶面間距越小則晶面上的陣點就越稀疏。材料科學基礎第一章

上述晶面間距的計算公式只適應簡單晶胞。復雜晶胞由于中心型原子的存在而使晶面層數(shù)增加，應根據(jù)具體情況對上述計算公式進行修正。材料科學基礎第一章

6、晶面夾角（晶向夾角）除了晶面間距可以通過上述方法和公式進行計算外，兩個晶面之間的夾角，同樣也可以通過類似的幾何關系推出。對于立方晶系：對于正交晶系：材料科學基礎第一章7晶體的對稱性

1、對稱元（要）素。

晶體的對稱性—晶體中存在著或可分割成若干相同部分，這些部分借助于假想的點、線、面而重復排列。假想的點、線、面稱為對稱元（要）素。

1).宏觀對稱元素——反映出晶體外形和其宏觀性質(zhì)的對稱性?；剞D(zhuǎn)對稱軸：當晶體饒某一軸回轉(zhuǎn)而能完全復原時，此軸即為回轉(zhuǎn)對稱軸，在回轉(zhuǎn)一周的過程中，晶體能復原幾次就稱為幾次對稱軸。晶體中可能存在的對稱軸有1、2、3、4、6共五種。對稱面：如果通過晶體作一平面，使晶體的各對應點經(jīng)此平面反映后都能重合一致，猶如鏡面反映一樣，則稱此平面為對稱面，用

m

表示。

對稱中心：若晶體中的點在經(jīng)過某一點反演后能復原，則該點稱為對稱中心，用符號i表示。

回轉(zhuǎn)—反演軸：若某晶體饒某一軸回轉(zhuǎn)一定角度，再以軸上的一個中心點作反演之后能復原時，此軸稱為回轉(zhuǎn)—反演軸。用符號來表示。

材料科學基礎第一章2).微觀對稱元素滑動面：它是由一個對稱面加上沿著此面的平移所組成，晶體結(jié)構(gòu)可借此面的反映并沿此面平移一定距離而復原?；瑒用娴谋硎痉柸缦拢喝缙揭芶/2，b/2，c/2寫作a，b，c；若沿對角線平移1/2距離，則寫作n；若沿面對角線平移1/4，則寫作d。

螺旋軸：螺旋軸由回轉(zhuǎn)軸和平行于軸的平移所構(gòu)成。晶體結(jié)構(gòu)可借饒螺旋軸回轉(zhuǎn)360/n角度同時沿軸平移一定距離而得到重合，此螺旋軸稱為n次螺旋軸。有2次（21），3次（31、32），4次（41、42、43），6次（61、62、63、64、65）幾種。2.點群及空間群點群是指一個晶體中所有點對稱元素的集合，點群在宏觀上表現(xiàn)為晶體外形的對稱。有32種點群。空間群是用以描述晶體中原子組合的所有可能的方式，是通過宏觀和微觀元素在三維空間的組合而得出，有230種空間群。材料科學基礎第一章8極射投影

1、極射投影原理

先在參考球中選定一條過球心的直線AB（直線），過A點作一平面與參考球相切，該平面即為投影面，也稱極射面。若球面上有一極點P，連接BP并延長之，使其與投影面相交于P′，P′即為極點P在投影面上的極射投影。過球心作一平面N‘E’S‘W’與AB垂直（與投影面平行），它在球面上形成一個直徑與球徑相等的圓稱大圓。大圓在投影面上的投影為N‘E’S‘W’也是一個圓，稱為基圓。所有位于左半球球面上的極點，投影后的極射投影點均將落在基圓之內(nèi)。然后將投影面移至B點，并以A點為投影點，將所有位于右半球球面上的極點投射到位于B處的投影面上，并冠以負號。最后將A處和B處的極射投影圖重疊地畫在一張圖上。這樣，球面上所有可能出現(xiàn)的極點，都可以包括在同一張極射投影圖上。如果把參考球看似地球，過球心的投影面就是地球的赤道平面，以地球的一個極為投射點，將球面投射到赤道平面上就稱為極射赤面投影。投影面不是赤道平面的，則稱為極射平面投影。材料科學基礎第一章

吳氏網(wǎng)（分度為2°）材料科學基礎第一章

吳氏網(wǎng)和參考球的關系使用吳氏網(wǎng)時，特別注意：應使兩極點位于吳氏網(wǎng)經(jīng)線或赤道上才能正確度量晶面或晶向之間的夾角。材料科學基礎第一章1.3三種典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)材料科學基礎第一章決定晶體結(jié)構(gòu)類型的內(nèi)在因素是原子（分子、離子）間結(jié)合鍵的類型以及鍵的強弱。金屬晶體的結(jié)合鍵是金屬鍵，由于金屬鍵沒有方向性，使金屬內(nèi)部的原子趨向于緊密排列，構(gòu)成高度對稱性的簡單晶體結(jié)構(gòu)。金屬在固態(tài)下一般都是晶體。決定晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素是原子，離子，分子間鍵合的類型及鍵的強弱。金屬晶體是以金屬鍵結(jié)合，由于金屬鍵具有無飽和性和無方向性的特點，從而使金屬內(nèi)部的原子趨于緊密排列，構(gòu)成高度對稱性的簡單晶體結(jié)構(gòu)：三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)材料科學基礎第一章密排六方結(jié)構(gòu)A3或hcp

六方晶系體心立方結(jié)構(gòu)A2或bcc立方晶系面心立方結(jié)構(gòu)A1或fcc

立方晶系對三種典型的晶體結(jié)構(gòu)從以下幾個方面進行分析：材料科學基礎第一章配位數(shù)和致密度原子半徑R(原子的半徑)(和點陣常數(shù)關系)晶胞中原子數(shù)點陣參數(shù)(晶格常數(shù)和晶軸間夾角)原子的堆垛方式密排方向和密排面晶體結(jié)構(gòu)中間隙(大小和數(shù)量)晶胞中原子的排列方式(原子所處的位置)

三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)剛球模型材料科學基礎第一章面心（fcc、A1)體心（bcc、A2)(密排六方（hcp、A3)1.面心立方結(jié)構(gòu)(特征）1、晶胞中原子排列：在立方體的八個頂角和六個面的面心各有一個原子。2、晶胞中原子數(shù):n=8×1/8＋6×1/2=4個3、密排面和密排方向：{111}<110>4、點陣常數(shù)與原子半徑的關系：5、配位數(shù)與致密度配位數(shù)CN=12

致密度k=0.746、原子堆垛方式：ABCABC……7、間隙：八面體間隙、四面體間隙材料科學基礎第一章

面心立方晶格原子位置材料科學基礎第一章fcc

面心立方晶格晶胞原子數(shù)材料科學基礎第一章n=8×1/8＋6×1/2=4個fcc

面心立方密排面及密排方向材料科學基礎第一章密排面：{111}密排方向：<110>fcc面心立方點陣常數(shù)與原子半徑的關系材料科學基礎第一章fcc

面心立方原子配位數(shù)及配位數(shù)材料科學基礎第一章配位數(shù)為12致密度fcc面心立方結(jié)構(gòu)中原子密排面的堆垛順序材料科學基礎第一章ABCABC......fcc面心立方八面體間隙材料科學基礎第一章位于晶胞體中心和每個棱邊的中點，由6個面心原子所圍成,大小rB=0.414R，rB為間隙半徑，R為原子半徑，間隙數(shù)量為4個。fcc面心立方四面體間隙材料科學基礎第一章由一個頂點原子和三個面心原子圍成，其大?。簉B=0.225R，間隙數(shù)量為8個。fcc2.體心立方晶格(特征）材料科學基礎第一章1、晶胞中原子排列：在立方體的八個頂角和體心各有一個原子。2、晶胞中原子數(shù):n=8×1/8＋1=2個3、密排面和密排方向：{110}<111>4、點陣常數(shù)與原子半徑的關系：5、配位數(shù)與致密度配位數(shù)CN=8

致密度k=0.686、間隙：八面體間隙、四面體間隙

體心立方晶格原子位置材料科學基礎第一章bcc體心立方晶格晶胞中原子數(shù)材料科學基礎第一章n=8×1/8＋1=2個bcc體心立方晶格密排面及密排方向材料科學基礎第一章密排面{110}密排方向<111>bcc材料科學基礎第一章體心立方晶格中點陣常數(shù)和原子半徑的關系bcc體心立方結(jié)構(gòu)的配位數(shù)及致密度材料科學基礎第一章配位數(shù)為8致密度bcc體心立方八面體間隙材料科學基礎第一章八面體間隙位于晶胞六面體每個面的中心和每條棱的中心，由一個面上四個角和相鄰兩個晶胞體心共6個原子圍成，數(shù)量為6。大小為rB=0.154R(在<100>)或rB=0.633R(在<110>)。bcc材料科學基礎第一章體心立方四面體間隙四面體間隙由兩個體心原子和兩個頂角原子所圍成，大小rB=0.291R,有12個。bcc3.密排六方晶格（特征）材料科學基礎第一章1、晶胞中原子排列：正六棱柱體12個頂角和上下底中心各有一個原子，正六棱柱體中心有三個原子2、晶胞中原子數(shù):n=12×1/6＋2×1/2+3=6個3、密排面和密排方向：{0001}<110>4、點陣常數(shù)與原子半徑的關系：a=2R(c/a=1.633)5、配位數(shù)與致密度配位數(shù)CN=12

致密度k=0.746、原子堆垛方式：ABAB……7、間隙：八面體間隙、四面體間隙

密排六方晶格原子位置材料科學基礎第一章hcp

密排六方晶格晶胞原子數(shù)材料科學基礎第一章n=12×1/6＋2×1/2+3=6個hcp密排六方晶格密排面及密排方向材料科學基礎第一章密排面{0001}密排方向<110>hcp密排六方晶格中點陣常數(shù)和原子半徑的關系材料科學基礎第一章a=2R(c/a=1.633)hcp

密排六方晶格原子配位數(shù)及致密度材料科學基礎第一章配位數(shù)為12致密度hcp材料科學基礎第一章密排六方結(jié)構(gòu)中原子密排面的堆垛順序ABAB……h(huán)cp密排六方晶格八面體間隙材料科學基礎第一章八面體間隙有6個，當c/a=1.633時，rB=0.414rAhcp

密排六方晶格四面體間隙材料科學基礎第一章四面體間隙有12個，當c/a=1.633時，rB=0.225rAhcp1.4.2多晶型性

多晶型性指某些金屬在不同溫度和壓力下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。

多晶型性轉(zhuǎn)變指金屬在外部條件(如T和P)改變時，其內(nèi)部從一種晶體結(jié)構(gòu)向另一種晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,又稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。例如純鐵:材料科學基礎第一章1394°C912°C具有多晶型性的金屬還有Mn、Ti、Sn、Zr等。概述合金：兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)熔煉或其它方法制成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元：組成合金的基本的獨立的物質(zhì)，組元可以是純金屬、非金屬元素、或化合物相：合金中具有同一聚集狀態(tài)、同一晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并以界面相互隔開的均勻組成部分。單相合金：由一種相組成的合金多相合金：由幾種不同的相組成的合金

材料科學基礎第一章1.4合金相結(jié)構(gòu)

材料科學基礎第一章固溶體中間相固溶體是以某一組元為溶劑，在其晶體點陣中溶人其他組元原子（溶質(zhì)原子）所形成的均勻混合的固態(tài)溶體，它保持著溶劑的晶體結(jié)構(gòu)類型兩組元AB組成合金時，除了可形成以A為基或以B為基的固溶體，還可能形成晶體結(jié)構(gòu)與A、B兩組元均不相同的新相。由于它們在二元相圖上的位置總是位于中間，故通常稱為中間相。中間相可以是化合物，也可以是以化合物為基的固溶體。(1)按溶質(zhì)原子在點陣中所占位置分為：置換固溶體：溶質(zhì)原子置換了溶劑點陣中部分溶劑原子。間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙中。(2)按溶質(zhì)原子在溶劑原子中溶解度分類：有限固溶體：在一定條件下,溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解量有一個上限,起過這個限度就形成新相。無限固溶體：溶質(zhì)原子可以任意比例溶入溶劑晶格中形成的。如:Cu—NiAu—AgTi—Zr····，結(jié)構(gòu)相同。(3)按溶質(zhì)原子在溶劑中的分布特點分類

無序固溶體：溶質(zhì)原子在溶劑中任意分布,無規(guī)律性。

有序固溶體：溶質(zhì)原子按一定比例和有規(guī)律分布在溶劑晶格的點陣或間隙里。(4)按基體類型分類：

一次固溶體：以純金屬為基形成的固溶體。

二次固溶體：以化合物為基形成的固溶體。1.4.1固溶體

材料科學基礎第一章固溶體的最大特點是保持溶劑的晶體結(jié)構(gòu)。固溶體的兩種類型（置換和間隙）材料科學基礎第一章影響置換固溶體溶解度的因素：材料科學基礎第一章1、置換固溶體電負性因素原子尺寸因素晶體結(jié)構(gòu)因素原子價因素相同可形成無限固溶體，不同則只能形成有限固溶體原子半徑差小于15%，可形成溶解度較大的固溶體；原子半徑差大于15%時，半徑差越大，溶解度越低；原因：點陣畸變隨原子半徑差增大而增加。溶劑和溶質(zhì)之間的化學親和力越大，越容易形成化合物；電負性相近的元素間可能有較大的固溶度當原子尺寸因素較為有利時，在某些以一價金屬為基的固溶體中，溶質(zhì)的原子價越高，其固溶度越小。置換固溶體大小溶質(zhì)原子引起的點陣畸變材料科學基礎第一章間隙固溶體的的溶質(zhì)原子是一些原子半徑小于0.1nm的非金屬元素（如C、N、O、、H、B）。其形成條件是△r>41%或r質(zhì)/r劑<0.59間隙固溶體只能是有限固溶體,一般溶解度較小。如：碳原子在α－Fe（最大Wt=0.0218%）和γ－Fe（最大Wt=2.11%）中形成的間隙固溶體為有限固溶體。材料科學基礎第一章間隙固溶體中的點陣畸變材料科學基礎第一章3.固溶體的微觀不均勻性

固溶體中溶質(zhì)原子的分布并不是完全無序的。一般認為熱力學上平衡狀態(tài)的無序固溶體溶質(zhì)原子分布在宏觀上是均勻的,在微觀上是不均勻的。在一定條件下,溶質(zhì)原子和溶劑原子在整個晶體中按一定的順序排列起來,形成有序固溶體。有序固溶體中溶質(zhì)原子和溶劑原子之比是固定的,可以用化學分子式來表示,因此把有序固溶體結(jié)構(gòu)稱為超點陣。例如：在Cu－Al合金中,Cu：Al原子比是1：1或3：1時從液態(tài)緩冷條件下可形成有序的超點陣結(jié)構(gòu),用CuAl或Cu3Al來表示。材料科學基礎第一章4、固溶體的性質(zhì)

固溶體中由于含有溶質(zhì)原子會引起點陣常數(shù)、性能的變化。表現(xiàn)為以下幾個方面：

(1)點陣常數(shù)改變置換固溶體：r質(zhì)>r劑，a增大；r質(zhì)<r劑，a減小。間隙固溶體：a始終隨溶質(zhì)原子溶入而增大。

(2)固溶強化：溶質(zhì)原子溶入,使其硬度和強度升高。

(3)物理化學性能改變。材料科學基礎第一章1.4.2中間相

中間相是合金組元間發(fā)生相互作用而形成的一種新相,它可以是化合物,也可以是以化合物為基的固溶體(二次固溶體),一般可以用化學分子式來表示,但不一定符合化合價規(guī)律。中間相中原子的結(jié)合方式為金屬鍵與其它結(jié)合鍵相混合的方式。它們都具有金屬特性。中間相分類：正常價化合物、電子化合物、原子尺寸有關化的化合物(間隙相、間隙化合物、TCP相)、超結(jié)構(gòu)。材料科學基礎第一章1.正常價化合物

正常價化合物是一些金屬與電負性較強的ⅥA、ⅤA、ⅣA族的一些元素按照化學上的原子價規(guī)律所形成的化合物。其特點是符合化合物規(guī)律。具有嚴格的化合比、成分固定不變，成分可用化學式表示,一般為AB型、AB2型或A2B型、A3B2型。正常價化合物的晶體結(jié)構(gòu)通常對應于同類分子式的離子化合物結(jié)構(gòu)。例如:A2B型Mg2PbMg2SnMg2GeMg2SiAB型MgS

MnS

FeS正常價化合物在常溫時有很高的硬度和脆性。在工業(yè)合金中,能起到提高材料強度和硬度的作用,稱為強化相。如Al－Mg－Si合金中Mg2Si；但有時也是有害相,如鋼中FeS會引起鋼的脆性。材料科學基礎第一章2.電子價化合物

電子價化合物是由ⅠB族（Cu、Au、Ag）或過渡族金屬（Fe、Co、Ni）與ⅡB、ⅢA、ⅣA族元素形成的金屬化合物。電子價化合物的特點是不遵循原子價規(guī)律、電子濃度是決定其晶體結(jié)構(gòu)的主要因素。電子濃度相同,相的晶體結(jié)構(gòu)類型相同。

電子濃度=（化合物元素價電子總數(shù)/化合物原子數(shù)）注:計算時過渡族元素時價電子數(shù)視為0。電子濃度、相、結(jié)構(gòu)對應關系如下：

C電子==7/4（即21/12）

ε密排六方結(jié)構(gòu)

C電子==21/13γ復雜立方結(jié)構(gòu)

C電子==3/2（即21/14）β體心立方結(jié)構(gòu)

β－Mn

復雜立方或密排六方結(jié)構(gòu)

電子價化合物具有金屬特性,具有高熔點、高硬度但塑性低,與固溶體適當搭配使合金得到強化,