原版00-材料科學(xué)基礎(chǔ)-上交

10/8/20231《材料科學(xué)基礎(chǔ)》

《FoundationsofMaterialsScience》

主講:楊愛民西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院Copyright1996-98?DaleCarnegie&Associates,Inc.前言

Introduction材料(Materials)是國民經(jīng)濟的物質(zhì)基礎(chǔ)。廣義的材料包括人們的思想意識之外的所有物質(zhì)(substance)材料無處不在，無處不有3一、材料發(fā)展的歷史進程

(Historicalperspective)

漫長而又曲折的歷程：簡單——復(fù)雜單一性能——綜合性能結(jié)構(gòu)材料——功能材料單一材料——復(fù)合材料4石器時代5青銅器時代

湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍中國古代鐵器的金相組織湖南長沙砂子塘戰(zhàn)國凹形鐵鋤**古代科技名著：“考工記”（先秦）、“夢溪筆談”（宋代沈括）、“天工開物”（明代宋應(yīng)星）

《考工記》：“金有六齊”?！傲制浣鸲a居一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊；金、錫半，謂之鑒（意為鏡）燧之齊?！煞帧?/p>

凡鑄金之狀，金與錫，黑濁之氣竭，黃白次之；黃白之氣竭，青白次之；青白之氣竭，青氣次之；然后可鑄也。（爐火純青）——準(zhǔn)確地記述了冶銅過程中顏色隨爐溫變化的規(guī)律。這種用肉眼來觀測的光測高溫技術(shù)，只有在青銅技術(shù)相當(dāng)成熟的情況下，才有可能辦到。

**中國近代科技研究：乏善可陳*中國傳統(tǒng)科技觀：主張“見素抱樸，絕圣棄智”；

西方科技觀：“認(rèn)識和征服自然，張揚個性”，主張“知識就是力量”。*倫理型文化：重自省、輕外求。排斥對事物剖析《禮記?王制》:“凡執(zhí)技以事上者”,“不與士齒”,“作…奇技、奇器以疑眾者,殺”

堵塞了人們探求自然的道路。明代國子監(jiān)：經(jīng)史、律、禮儀、樂、射、書、算。結(jié)果政治家、思想家、文學(xué)家、詩人、教育家；缺少科學(xué)家,缺少專門從事科學(xué)技術(shù)方面的人才。愚昧=落后=挨打**現(xiàn)代科技發(fā)展：科學(xué)技術(shù)是生產(chǎn)力材料科學(xué)受到重視和發(fā)展，被列為現(xiàn)代技術(shù)三大支柱之一。一整套材料體系門類全齊數(shù)量質(zhì)量鋼鐵突破兩億七千萬噸世界第一原子彈、氫彈、人造衛(wèi)星、火箭長征三號運載火箭在發(fā)射架上的圖片寶鋼高爐二、材料分類(ClassificationofMaterials)三、本課程的研究對象工藝（合成與制備）使用性能組織結(jié)構(gòu)與成分（化學(xué)、物理）（工程）（工程）10/8/202314四、本課程的主要內(nèi)容

本課程的主要內(nèi)容：

1.材料的微觀結(jié)構(gòu)，包括原子的排列方式，理想的完整結(jié)構(gòu)、不完整結(jié)構(gòu)（3晶體缺陷）、4固體中原子和分子的運動（擴散）、5材料的形變和再結(jié)晶。

2.材料組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，包括6單元系的相變、7二元合金系的相變規(guī)律、8三元合金系的相變規(guī)律。

3.實際材料的狀態(tài)，包括晶體、非晶體、亞穩(wěn)態(tài)。

總學(xué)時數(shù)-----72h;作業(yè)：4—5次；實驗：8h考試材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗8h編號

實驗項目名稱學(xué)時

實驗類型實驗要求驗設(shè)綜演必選1金相試樣的制備2√√2金相顯微鏡的使用及碳鋼的平衡組織觀察2√√3碳鋼的熱處理2√√4金屬的塑性變形與再結(jié)晶

2√√5Pb-Sn二元相圖的測定2√√第一章原子結(jié)構(gòu)和鍵合

AtomicStructureandInteratomicBonding物質(zhì)(Substance)是由原子（atom）組成在材料科學(xué)中，最為關(guān)心原子的電子結(jié)構(gòu)原子的電子結(jié)構(gòu)—原子間鍵合本質(zhì)決定材料分類：金屬陶瓷高分子材料性能：物化力學(xué)※1原子結(jié)構(gòu)

（AtomicStructure）一、物質(zhì)的組成（SubstanceConstruction）物質(zhì)由無數(shù)微粒（Particles）聚集而成分子（Molecule）：單獨存在保存物質(zhì)化學(xué)特性

dH2O=0.2nmM(H2)為2M（protein）為百萬原子（Atom）：化學(xué)變化中最小微粒二、原子的結(jié)構(gòu)1879年J.JThomson發(fā)現(xiàn)電子（electron),揭示了原子內(nèi)部秘密1911年E.Rutherford提出原子結(jié)構(gòu)有核模型1913年N.Bohr將Bohratomicmodel

描述原子中一個電子的空間和能量，可用四個量子數(shù)（quantumnumbers）表示核外電子的排布（electronconfiguration)規(guī)律三、元素周期表

（periodicTableoftheElements)元素（Element）：具有相同核電荷的同一類原子總稱，共116種，核電荷數(shù)是劃分元素的依據(jù)同位素（Isotope）：具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的同一元素的原子

元素有兩種存在狀態(tài)：游離態(tài)和化合態(tài)（FreeState&CombinedForm)7個橫行（Horizontalrows)周期（period）按原子序數(shù)（AtomicNumber)遞增的順序從左至右排列18個縱行（column）16族（Group），7個主族、7個副族、1個Ⅷ族、1個零族（InertGases）最外層的電子數(shù)相同，按電子殼層數(shù)遞增的順序從上而下排列。原子序數(shù)＝核電荷數(shù)周期序數(shù)＝電子殼層數(shù)主族序數(shù)＝最外層電子數(shù)零族元素最外層電子數(shù)為8（氦為2）價電子數(shù)（Valenceelectron）※2原子間的鍵合

(

Bondingtypewithotheratom)一、金屬鍵（Metallicbonding）典型金屬原子結(jié)構(gòu)：最外層電子數(shù)很少，即價電子（valenceelectron）極易掙脫原子核之束縛而成為自由電子（Freeelectron），形成電子云（electroncloud）金屬中自由電子與金屬正離子之間構(gòu)成鍵合稱為金屬鍵特點：電子共有化，既無飽和性又無方向性，形成低能量密堆結(jié)構(gòu)性質(zhì)：良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，延展性好二、離子鍵（Ionicbonding)

多數(shù)鹽類、堿類和金屬氧化物特點：以離子而不是以原子為結(jié)合單元，要求正負離子相間排列，且無方向性，無飽和性性質(zhì)：熔點和硬度均較高，良好電絕緣體三、共價鍵（covalentbonding）亞金屬（C、Si、Sn、Ge），聚合物和無機非金屬材料實質(zhì)：由二個或多個電負性差不大的原子間通過共用電子對而成

特點：飽和性配位數(shù)較小，方向性（s電子除外）性質(zhì)：熔點高、質(zhì)硬脆、導(dǎo)電能力差實質(zhì)：金屬原子帶正電的正離子（Cation）

非金屬原子帶負電的負離子（anion）e四、范德華力（Vanderwaalsbonding)包括：靜電力(electrostatic)、誘導(dǎo)力(induction)和色散力(dispersiveforce)屬物理鍵，系次價鍵，不如化學(xué)鍵強大，但能很大程度改變材料性質(zhì)

五、氫鍵（Hydrogenbonding）

極性分子鍵存在于HF、H2O、NH3中，在高分子中占重要地位，氫原子中唯一的電子被其它原子所共有（共價鍵結(jié)合），裸露原子核將與近鄰分子的負端相互吸引——氫橋介于化學(xué)鍵與物理鍵之間，具有飽和性※3高分子鏈（HighpolymerChain)近程結(jié)構(gòu)（short-rangeStructure)一、結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成（theChemistryofmerunits)1.碳鏈高分子聚乙烯主鏈以C原子間共價鍵相聯(lián)結(jié)加聚反應(yīng)制得如聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙稀酸甲酯，聚丙烯2.雜鏈高分子

滌綸主鏈除C原子外還有其它原子如O、N、S等，并以共價鍵聯(lián)接，縮聚反應(yīng)而得，如聚對苯二甲酸乙二脂（滌綸）聚酯聚胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等3.元素有機高分子硅橡膠

主鏈中不含C原子，而由Si、B、P、Al、Ti、As等元素與O組成，其側(cè)鏈則有機基團，故兼有無機高分子和有機高分子的特性，既有很高耐熱和耐寒性，又具有較高彈性和可塑性，如硅橡膠4.無機高分子二硫化硅

聚二氯—氮化磷主鏈既不含C原子，也不含有機基團，而完全由其它元素所組成，這類元素的成鏈能力較弱，故聚合物分子量不高，并易水解二、高分子鏈結(jié)構(gòu)單元的鍵合方式（bondingtape）1.均聚物結(jié)構(gòu)單元鍵接順序單烯類單體中除乙烯分子是完全對稱的，其結(jié)構(gòu)單元在分子鏈中的鍵接方法只有一種外，其它單體因有不對稱取代，故有三種不同的鍵接方式（以氯乙烯為例）：頭—頭尾—尾頭—尾雙烯類高聚物中，則更復(fù)雜，除有上述三種，還依雙鍵開啟位置而不同2.共聚物的序列結(jié)構(gòu)（Copolymers）

按結(jié)構(gòu)單元在分子鏈內(nèi)排列方式的不同分為三、高分子鏈的結(jié)構(gòu)（structure）不溶于任何溶劑，也不能熔融，一旦受熱固化便不能改變形狀—熱固性（thermosetting）

四、高分子鏈的構(gòu)型（Molecularconfigurations）鏈的構(gòu)型系指分子中原子在空間的幾何排列，穩(wěn)定的，欲改變之須通過化學(xué)鍵斷裂才行旋光異構(gòu)體（stereoisomerism）由烯烴單體合成的高聚物

在其結(jié)構(gòu)單元中有一不對稱C原子，故存在兩種旋光異構(gòu)單元，有三種排列方式幾何異構(gòu)（Geometricalisomerism）

雙烯類單體定向聚合時，可得到有規(guī)立構(gòu)聚合物。但由于含有雙鍵，且雙鍵不能旋轉(zhuǎn)，從而每一雙就可能有順式反式

兩種異構(gòu)體之分，對于大分子鏈而言就有稱為幾何異構(gòu)二甲基丁二烯

二甲基丁二烯

遠程結(jié)構(gòu)（Long-rangeStructure)一、高分子的大小（MolecularSize）高分子的相對分子質(zhì)量M不是均一的，具有多分散性平均相對分子質(zhì)量高分子鏈中重復(fù)單元數(shù)目稱為聚合度不僅影響高分子溶液和熔體的流變性質(zhì)，對加工和使用也有很大影響。數(shù)均相對分子量每鏈節(jié)的質(zhì)量對力學(xué)性能起決定作用，二、高分子的形狀（Molecularshape）主鏈以共價鍵聯(lián)結(jié)，有一定鍵長d和鍵角θ，每個單鍵都能內(nèi)旋轉(zhuǎn)（Chaintwisting）故高分子在空間形態(tài)有mn-1(m為每個單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)可取的位置數(shù)，n為單鍵數(shù)目)統(tǒng)計學(xué)角度高分子鏈取伸直（straight）構(gòu)象幾率極小，呈卷曲（zigzag）構(gòu)象幾率極大高分子鏈的總鏈長均方根三、影響高分子鏈柔性的主要因素（themaininfluencingfactorsonthemolecularflexibility）高分子鏈能改變其構(gòu)象的性質(zhì)稱為柔性（Flexibility）

習(xí)題第一章1.原子核外電子的空間位置和能量，應(yīng)從哪幾方面來進行描述？核外電子的排布應(yīng)遵循哪些規(guī)律？2.用原子結(jié)構(gòu)的知識，說明元素周期表里的“周期”和“族”是按什么劃分的？對于同周期和同主族元素而言，元素的金屬性和非金屬性是怎么遞變的？Ag和Au的電子結(jié)構(gòu)類似，你認(rèn)為何者較穩(wěn)定？為什么？3.已知某元素原子序數(shù)為32，根據(jù)原子的電子結(jié)構(gòu)知識，試指出它屬于哪個周期，哪一族，是什么元素。4.原子間的結(jié)合鍵共有幾種？其特點如何？5.鉻的原子序數(shù)為24，它共有四種同位素：4.31％的Cr原子含有26個中子，83.76％含有28個中子，且2.38％含有30個中子，試求鉻的原子量6.鉑的原子序數(shù)為78，它在5d電子亞層中只有9個電子，并且在5f電子亞層中沒有電子，試從原子結(jié)構(gòu)來決定出Pt的價數(shù)。7.右下圖繪出三類材料——金屬、離子晶體和以范德瓦爾鍵結(jié)合的材料之能量—距離曲線，試指出它們代表何種材料。8.簡述高分子鏈結(jié)構(gòu)（包括近程結(jié)構(gòu)和遠程結(jié)構(gòu)）熱塑性和熱周期性樹脂的特點。E第二章固體結(jié)構(gòu)（SolidStructure）金的AFM照片※

1晶體學(xué)基礎(chǔ)（BasisFundamentalsofcrystallography）

晶體結(jié)構(gòu)的基本特征：原子（或分子、離子）在三維空間呈周期性重復(fù)排列（periodicrepeatedarray），即存在長程有序（long-rangeorder）性能上兩大特點：固定的熔點（meltingpoint）,各向異性（anisotropy）一、晶體的空間點陣（Spacelattice）1.

空間點陣的概念將晶體中原子或原子團抽象為純幾何點（陣點latticepoint），即可得到一個由無數(shù)幾何點在三維空間排列成規(guī)則的陣列—空間點陣（spacelattice）特征：每個陣點在空間分布必須具有完全相同的周圍環(huán)境(surrounding)2．晶胞（Unitecells）

代表性的基本單元（最小平行六面體）smallrepeatentities選取晶胞的原則：

Ⅰ)選取的平行六面體應(yīng)與宏觀晶體具有同樣的對稱性；Ⅱ）平行六面體內(nèi)的棱和角相等的數(shù)目應(yīng)最多；Ⅲ）當(dāng)平行六面體的棱角存在直角時，直角的數(shù)目應(yīng)最多；Ⅳ）在滿足上條件，晶胞應(yīng)具有最小的體積。

簡單晶胞（初級晶胞）：只有在平行六面體每個頂角上有一陣點復(fù)雜晶胞：除在頂角外，在體心、面心或底心上有陣點

3.晶系與布拉菲點陣（CrystalSystemandBravaisLattice）七個晶系，14個布拉菲點陣晶系布拉菲點陣晶系布拉菲點陣三斜Triclinica≠b≠c，α≠β≠γ單斜Monoclinica≠b≠c，α=γ=90o≠β正交Orthorhombica≠b≠c，α=β=γ＝90o

簡單三斜簡單單斜底心單斜簡單正交底心正交體心正交面心正交六方Hexagonala1=a2＝a3≠c，α=β＝90o，γ=120o菱方Rhombohedrala=b=c,α=β=γ≠90o

四方（正方）Tetragonala=b≠c,α=β=γ＝90o

立方Cubica=b=c，α=β=γ＝90o

簡單六方簡單菱方簡單四方體心四方簡單立方體心立方面心立方底心單斜簡單三斜簡單單斜底心正交簡單正交面心正交體心正交簡單菱方簡單六方簡單四方體心四方簡單立方體心立方面心立方4.晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣

二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)（MillerIndicesofCrystallographicDirectionandPlanes）1．陣點坐標(biāo)晶向族<uvw>：具有等同性能的晶向歸并而成；（x,y,z）,(x1,x2,x3)二點連線的晶向指數(shù)：[x2-x1,y2-y1,z2-z1]*指數(shù)看特征，正負看走向

求法：1）

確定坐標(biāo)系2）

過坐標(biāo)原點，作直線與待求晶向平行；3）

在該直線上任取一點，并確定該點的坐標(biāo)（x，y，z），若某一坐標(biāo)值為負，則在其上加一負號。4）

將此值化成最小整數(shù)u，v，w并加以方括號[uvw]即是。（代表一組互相平行，方向一致的晶向）2.晶向指數(shù)（Orientationindex）晶面族{hkl}中的晶面數(shù)：a）hkl三個數(shù)不等，且都≠0，則此晶面族中有b）hkl有兩個數(shù)字相等且都≠0，則有，如{112}c)hkl三個數(shù)相等，則有，d）hkl

有一個為0，應(yīng)除以2，則有

有二個為0，應(yīng)除以22，則有

求法：1）

在所求晶面外取晶胞的某一頂點為原點o，三棱邊為三坐標(biāo)軸x，y，z2）

以棱邊長a為單位，量出待定晶面在三個坐標(biāo)軸上的截距。若某一截距為負，則在其上加一負號。3）

取截距之倒數(shù)，并化為最小整數(shù)h，k，l并加以圓括號（hkl）即是。（代表一組互相平行的晶面；指數(shù)相同符號相反晶面互相平行）晶面族{hkl}：晶體學(xué)等價的晶面總合。3.晶面指數(shù)（IndicesofCrystallographicPlane）4.六方晶系指數(shù)（Indicesofhexagonalcrystalsystemorhexagonalindices）

三坐標(biāo)系四軸坐標(biāo)系a1，a2，ca1，a2，a3，c120°

120°

120°

5.晶帶（Crystalzone）

所有相交于某一晶向直線或平行于此直線的晶面構(gòu)成一個“晶帶”（crystalzone）此直線稱為晶帶軸（crystalzoneaxis），所有的這些晶面都稱為共帶面。晶帶軸[nvw]與該晶帶的晶面（hkl）之間存在以下關(guān)系

hu＋kv＋lw＝0————晶帶定律

凡滿足此關(guān)系的晶面都屬于以[hkl]為晶帶軸的晶帶6．晶面間距（Interplanarcrystalspacing）兩相鄰平行晶面間的垂直距離—晶面間距，用dhkl表示從原點作（hkl）晶面的法線，則法線被最近的（hkl）面所交截的距離即是上述公式僅適用于簡單晶胞,對于復(fù)雜晶胞則要考慮附加面的影響

fact當(dāng)（hkl）不為全奇、偶數(shù)時，有附加面：

通常低指數(shù)的晶面間距較大，而高指數(shù)的晶面間距則較小bcc當(dāng)h＋k＋l＝奇數(shù)時，有附加面：

六方晶系

立方晶系：點群（pointgroup）—晶體中所有點對稱元素的集合根據(jù)晶體外形對稱性，共有32種點群空間群（spacegroup）—晶體中原子組合所有可能方式根據(jù)宏觀、微觀對稱元素在三維空間的組合，可能存在230種空間群（分屬于32種點群）

三、晶體的對稱性

crystallinesymmetrysymmetrizationof

crystals若干個相同部分

假想的幾何要素，變換重合復(fù)原對稱性——晶體的基本性質(zhì)

對稱性元素（symmetryelements）

四、極射投影Stereographicprojection

極射投影原理（principle）

參考球，極點、極射面、大圖、基圖

Wulff網(wǎng)（wullfnet）經(jīng)線、緯線、2o等分沿赤道線沿基圓讀數(shù)只有兩極點位于吳氏經(jīng)線或赤道上才能正確度量晶面、晶向間夾角標(biāo)準(zhǔn)投影：以某個晶面//投影面作出極射投影圖。（001）五、倒易點陣（Reciprocallattice）布拉格方程：

nλ=2dsinθ尋求一種新的點陣（抽象），使其每一陣點對應(yīng)著實際點陣中的一定晶面，而且既能反映該晶面的取向，又能反映其晶面間距。晶體點陣（正點陣）三個基矢a、b、c與其相應(yīng)的倒易點陣的基矢a*、b*、c*之間的關(guān)系如下：

a*,b*,c*與a,b,c的關(guān)系示意圖

關(guān)于倒易點陣的更一般的定義習(xí)題1.標(biāo)出出面心立方晶胞中（111）面上各點的坐標(biāo)，(320)、(112)面及[110]、[011]、[112]、[211]方向2.計算立方晶系（包括簡單立方、面心立方、體心立方）

d（345）和六方晶系d（1122）的晶面間距3.作出立方晶系{111}晶面族的所有晶面4.為什么密排六方結(jié)構(gòu)屬于簡單六方點陣？畫出（1012）、(2111)面和[1120]、[2111]方向5.正交點陣中畫出以[001]為晶帶軸的所有晶面※2金屬的晶體結(jié)構(gòu)（CrystalStructureofMetals）

體心立方點陣面心立方點陣密排六方點陣表2.5三種典型金屬結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特點

晶胞中的原子數(shù)（Numberofatomsinunitcell）

點陣常數(shù)（latticeparameter）a，c原子半徑（atomicradius）R配位數(shù)（coordinationnumber）N致密度（Efficiencyofspacefilling）

軸比（axialratio）c/a堆垛（Stacking）密排結(jié)構(gòu)（close-packedcrystalstructure）最密排面(close-packedplaneofatoms)fcc{111}ABCABCABC······hcp{0001}ABABABAB······間隙（Interstice）四、八面體間隙fcc，hcp間隙為正多面體，且八面體和四面體間隙相互獨立bcc間隙不是正多面體，四面體間隙包含于八面體間隙之中

tetrahedraloctahedralinterstice

圖2.32面心立方結(jié)構(gòu)中的間隙圖2.33體心立方結(jié)構(gòu)中的間隙圖2.34密排六方結(jié)構(gòu)中的間隙多晶型轉(zhuǎn)變（allotropictransformation）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變一.固溶體Solidsolution

固溶體：溶質(zhì)原子(soluteatom)溶入基體(matrix)中所形成的均勻結(jié)晶相。晶體結(jié)構(gòu)保持基體金屬的結(jié)構(gòu)

置換固溶體

Substitutionalsolidsolution間隙固溶體

Interstitialsolidsolution按溶質(zhì)原子位置分固溶體※3合金的相結(jié)構(gòu)

PhaseconstitutionofAlloys固溶體SolidSolution中間相Intermidiatephase

合金相(Phase)有序ordered無序disordered按原子排列秩序第一類固溶體primarysolidsolution第二類固溶體secondarysolidsolution按溶劑（solvent）類別分無限completesolubility有限limited按固溶度（solidsolubility）分1.置換固溶體Substitutionalsolidsolution

溶質(zhì)原子置換了部分的溶劑原子影響溶解度的因素：ⅰ)組元的晶體結(jié)構(gòu)crystalstructureofcomponents晶體結(jié)構(gòu)相同是組元之間形成無限固溶體的必要條件ⅱ）原子尺寸因素thesizefactoreffectΔr＜14～15％才有可能形成溶解度較大甚至無限固溶的固溶體

ⅲ）化學(xué)親和力（電負性因素）theelectrochemicaleffect

在不形成化合物的條件下，電負性差值增大，溶解度增大在形成化合物的條件下，電負性差值增大，溶解度減小

ⅳ）電子濃度（原子價因素）therelativevalencyeffect

合金中各組元的價電子總和（e）與組元的原子數(shù)總和（a）之比V、v分別為溶劑、溶質(zhì)原子價NbMoRhPd56910溶劑溶質(zhì)元素的溶解度％Zn（二價）Ga（三價）Ge（四價）As（五價）Cu3820127Ag4220127極限電子濃度（臨界電子濃度）與溶劑晶體點陣類型有關(guān)對一價溶劑而言fcc:1.36;bcc:1.48;hcp:1.75平均族數(shù)（過渡族元素）：以原子中相當(dāng)于惰性氣體的滿殼層以外的全部電子數(shù)（s＋p＋d)來計算：CriticalelectronconcentrationAveragegroupnumber溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體——間隙固溶體溶質(zhì)原子（R<0.1nm）如：HBCNO0.0460.0970.0770.0710.060溶劑元素大多為過渡族元素有限固溶體溶解度與溶劑元素的晶格類型密切相關(guān)C在α-Fe（bcc）0.0218wt%ν-Fe(fcc)2.11wt%2.間隙固溶體Interstitialsolidsolution原子偏聚

atomsegregation短程有序

shortrangeorder固溶體的微觀不均勻性短程有序參數(shù)B原子周圍出現(xiàn)A原子的幾率完全有序短程有序B偏聚A原子的原子百分?jǐn)?shù)B周圍出現(xiàn)A原子的幾率與其它原子相等B周圍出現(xiàn)A原子的幾率大于其它原子傾向于以異類原子為鄰B周圍出現(xiàn)A原子的幾率小于其它原子傾向于以同類原子為鄰3.有序固溶體Orderedsolidsolution長程有序固溶體（LongRangeOrder）——超結(jié)構(gòu)（superlattice,superstructure）超結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型fccCuAuⅠ型385℃以下形成

CuAuⅡ型385～410℃以下形成

b）bccFe-AlCuZnc)hcpMg-CdCu3AuⅠ型390℃有序化長程有序參數(shù)

或P——A(或B）原子正確位置上出現(xiàn)A（B）原子幾率完全有序時P＝1S＝1α→最大值完全無序時P＝XAS＝1α＝01.溫度升高，原子熱運動提高，S降低2.冷卻速度Tc以上溫度快速冷卻→無序3.合金成分例：對CuAu合金Cu:Au＝3:1或1:1時完全有序有序化影響因數(shù)4.固溶體的性質(zhì)Propertiesofthesolidsolution⑴點陣畸變點陣常數(shù)間隙原子⑵固溶強化HV，⑶物理化學(xué)性能ρμ電極電位

⑷有序化影響ρHV磁性中間相：兩組元A和B組成合金時，除了形成以A為基或以B為基的固溶體外，還可以形成晶體結(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的位置是位于中間，故通常把這些相稱為中間相。金屬化合物（metallicCompounds)金屬間化合物（IntermetallicCompounds)二中間相IntermediatePhase中間相的特征：具有不同于組元的晶體結(jié)構(gòu)可用化學(xué)分子式表示但并不一定符合化合價規(guī)律原子間的結(jié)合方式：(金屬鍵＋其他鍵）混合，具有金屬性中間相的形成和晶體結(jié)構(gòu)的影響因素電負性電子濃度原子尺寸1.正常價化合物（electrochemicalcompounds）M＋Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ族元素按化學(xué)上的正常原子價規(guī)律形成成分可用分子式來表示：Mg2Pb，Mg2Sn，Mg2Ge，Mg2Si如CuZn,Fe3C負電性差愈大，化合物愈穩(wěn)定，愈趨于離子鍵結(jié)合負電性差愈小，化合物愈不穩(wěn)定，愈趨于金屬鍵結(jié)合A2B（或AB2）A3B2類型ABNaCl或ZnS結(jié)構(gòu)反CaF2或CaF2結(jié)構(gòu)反M2O3型結(jié)構(gòu)2.電子化合物electroncompoundsHume－RotteryⅠBⅡBⅢAⅣA對應(yīng)于同類分子式的離子化合物結(jié)構(gòu)特點：凡具有相同電子濃度，則相的晶體結(jié)構(gòu)類型相同e/a

電子化合物

不符合化合價規(guī)律，但也可用分子式表示原子間結(jié)合以金屬鍵為主，具有明顯的金屬性3.原子尺寸因素化合物SizefactorCompounds(1)間隙相和間隙化合物InterstitialPhaseandCompounds過渡族金屬←C、H、N、O、B（r<0.1nm）a)間隙相InterstitialPhase簡單晶體結(jié)構(gòu)fcc，hcp非金屬原子進入四面體間隙非金屬原子進入八面體間隙非金屬原子填滿密堆結(jié)構(gòu)(fcc和hcp)八面體間隙非金屬原子填滿密堆結(jié)構(gòu)(fcc和hcp)四面體間隙在fcc中非金屬原子占據(jù)一個八面體間隙在hcp中非金屬原子占據(jù)一半八面體間隙未填滿b）間隙化合物InterstitialCompounds復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)M3C：如Fe3C－滲碳體（Cementite）每個晶胞原子數(shù)16個（12個Fe,4個C）

Fe－Fe呈金屬鍵，F(xiàn)e－C即有金屬鍵也有離子鍵M7C3：如Cr7C3M23C6：如Cr23C6M6C：如Fe3W3C，F(xiàn)e4W2C

屬正交晶系a＝4.524?b＝5.089?c＝6.743?(2)拓撲密堆相Topologicalclose-packedphase

由兩種大小不同的原子所構(gòu)成的一類中間相，其中大小原子通過適當(dāng)?shù)呐浜蠘?gòu)成空間利用率和配位數(shù)很高的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，具有拓撲學(xué)特點。a）結(jié)構(gòu)特點大小原子的適當(dāng)配合，由四面體間隙組成的晶體點陣，配位數(shù)可以達12、14、15及16①配位多面體：把晶體點陣中一個原子周圍最近鄰原子的中心彼此用直線連接起來所構(gòu)成的多面體特點：凸出的面，呈三角形；每個頂角至少連接五個三角形20面體，30棱邊24面體，36棱邊26面體，39棱邊28面體，42棱邊②原子密堆層TCP相可以看作由兩種排列不同的原子層相間地組成密集層狀結(jié)構(gòu)。主層系由三角形、四邊形、六邊形組成起來的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。系由原子半徑較小組元構(gòu)成的密堆層；次層則由較大原子組成并分布于主層的大空隙中（由小原子組成三維配位多面體的中心位置）網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可用如下符號表示：36，63，3·6·3·6，32·4·3·4典型分子式AB2理論上原子半徑比且一定晶體結(jié)構(gòu)對應(yīng)著一定的電子濃度。對高度合金化不銹耐熱鋼、鐵基高溫合金和Ni基高溫合金中均有發(fā)現(xiàn)，呈針狀析出于基體，對性能通常不利。但在Mg合金中它是重要的強化相。b）TCP相舉例Ⅰ）Lavers相（LavesPhase）

MgCu2,MgZn2,MgNi2復(fù)雜立方復(fù)雜六方復(fù)雜六方如Ⅱ）σ相（SigmaPhase）

存在于過渡族金屬元素組成的合金中，其分子式為AB或AxBy。復(fù)雜四方結(jié)構(gòu)（c/a=0.52)，每個晶胞有30個原子在Ni基高溫合金，NiCr不銹鋼、耐熱鋼中均有發(fā)現(xiàn)，呈片狀，硬而脆，使塑性惡化習(xí)題：1.歸納總結(jié)三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特性2.試證明理想密排六方結(jié)構(gòu)的軸比c/a=1.6333.試導(dǎo)出fcc和bcc的八面體間隙和四面體間隙大小計算式4.Cu具有fcc結(jié)構(gòu)，其密度為8.9×103Kg/m3。相對原子質(zhì)量為63.546，求銅的原子半徑。5.a）按晶體的剛球模型，若球的直徑不變，當(dāng)Fe從fcc轉(zhuǎn)變?yōu)閎cc時，計算其體積膨脹多少？

b）經(jīng)x射線衍射測定，在912℃時α－Fe的a＝0.2892nm，γ－Fe的a＝0.3633nm，計算從γ－Fe轉(zhuǎn)變?yōu)棣粒璅e時，其體積膨脹為多少？與a）相比，說明其差別原因。6.根據(jù)下表所給之值，確定哪一種金屬可以作為溶質(zhì)與Ti形成溶解度較大的固溶體：Tihcpa=0.295nmBehcp0.228Alfcc0.404Vbcc0.304Crbcc0.2887.Cu-Zn及Cu－Sn組成固溶體最多可含多少百分比的Zn或Sn？若Cu中已溶入10％Zn（at％），最多還可以固溶多少Sn？8.試對比分析間隙固溶體與間隙相形成條件的異同。結(jié)構(gòu)與性能的特點。這類晶體是以正離子（cation)、負離子(anions)為結(jié)合單元，即依靠正、負離子之間的庫侖作用結(jié)合。例如NaCl晶體Na＋、Cl－為單元結(jié)合成的。陶瓷材料(Ceramics)的晶體結(jié)構(gòu)，大多屬離子晶體，部分則為共價晶體。離子鍵沒有方向性和飽和性離子晶體的配位數(shù)也較高典型結(jié)構(gòu)有四種：AB、AB2、A2B3、AB2O4※4.離子晶體結(jié)構(gòu)IonicCrystalIA族堿金屬元素Li、Na、K、Rb、CsⅦA鹵族金屬元素F、Cl、Br、I元素周期表典型的離子晶體1.Pauling第一規(guī)則－負離子配位多面體規(guī)則在離子晶體中，正離子（cations）的周圍形成一個負離子（anions)配位多面體，正負離子間的平衡距離取決于離子半徑之和，而正離子的配位數(shù)則取決于正負離子的半徑比。r+/r-0~0.1550.155~0.2550.255~0.4140.414~0.7320.732~11配位數(shù)2346812形狀啞鈴狀三角形四面體八面體立方體立方八面體2.Pauling第二規(guī)則－電價規(guī)則離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則

Pauling運用離子鍵理論，在實驗基礎(chǔ)上總結(jié)了如下規(guī)則負離子電價正離子靜電強度配位數(shù)正離子電