1、金屬與合金的晶體結構一、金屬原子的結構特點一、金屬原子的結構特點一切物質都是由無數(shù)微粒按一定的方式聚集而成的一切物質都是由無數(shù)微粒按一定的方式聚集而成的（分子、分子、原子或離子原子或離子 ）近代科學實驗證明：原子是由質子和中子組成的原子核，近代科學實驗證明：原子是由質子和中子組成的原子核，以及核外的電子所構成的。以及核外的電子所構成的。原子的體積很小，直徑約為原子的體積很小，直徑約為10-10m10-10m數(shù)量級，而其原子核直數(shù)量級，而其原子核直徑更小，僅為徑更小，僅為10-15m10-15m數(shù)量級。然而，原子的質量恰主要集數(shù)量級。然而，原子的質量恰主要集中在原子核內。中在原子核內。每個質子和

2、中子的質量大致為每個質子和中子的質量大致為1.671.671010-24-24g g，而電子的質，而電子的質約為約為9.119.111010-28-28g g，僅為質子的，僅為質子的1/18361/1836。電子云電子云（電子在原子核外空間作高速旋轉運動，就好像帶電子在原子核外空間作高速旋轉運動，就好像帶負電荷的云霧籠罩在原子核周圍負電荷的云霧籠罩在原子核周圍 ）電子運動沒有固定的軌道，但可根據(jù)電子的能量低，用電子運動沒有固定的軌道，但可根據(jù)電子的能量低，用統(tǒng)計方法判斷其在核外空間某一區(qū)域內出現(xiàn)的幾率的大小統(tǒng)計方法判斷其在核外空間某一區(qū)域內出現(xiàn)的幾率的大小 能量低的，通常在離核近的區(qū)域能量低的

3、，通常在離核近的區(qū)域(殼層殼層)運動；能量高的，運動；能量高的，通常在離核遠的區(qū)域運動通常在離核遠的區(qū)域運動 二、金屬鍵二、金屬鍵共價鍵共價鍵有些同類原子，例如周期表有些同類原子，例如周期表IVA，VA，VIA族中大多數(shù)族中大多數(shù)元素或電負性相差不大的原元素或電負性相差不大的原子互相接近時，原子之間不子互相接近時，原子之間不產(chǎn)生電子的轉移，此時借共產(chǎn)生電子的轉移，此時借共用電子對所產(chǎn)生的力結合。用電子對所產(chǎn)生的力結合。SiO2結構示意圖結構示意圖離子鍵離子鍵當兩種電負性相差大的原當兩種電負性相差大的原子子( (如堿金屬元素與鹵族元如堿金屬元素與鹵族元素的原子素的原子) )相互靠近時，其相互靠近

4、時，其中電負性小的原子失去電中電負性小的原子失去電子，成為正離子，電負性子，成為正離子，電負性大的原子獲得電子成為負大的原子獲得電子成為負離子，兩種離子靠靜電引離子，兩種離子靠靜電引力結合在一起形成離子鍵。力結合在一起形成離子鍵。NaCl結構示意圖結構示意圖金屬鍵金屬鍵由金屬正離子和自由電子之間互相作用而結合稱為金屬鍵由金屬正離子和自由電子之間互相作用而結合稱為金屬鍵 。良好的延展性良好的延展性 良好的導電性良好的導電性 具有正的電阻溫度系數(shù)具有正的電阻溫度系數(shù) 導熱性導熱性好好金屬不透明金屬不透明、具有金屬光澤具有金屬光澤三、結合力與結合能三、結合力與結合能用雙原子模型很容易理解，當大量金屬

5、原子結合成固體時，為使金屬具有最低的能量，以保持穩(wěn)定狀態(tài)，原子之間必須保持一定的平衡距離，這是固態(tài)金屬中原子趨于規(guī)則排列的原因。金屬中的原子總是自發(fā)地趨于緊密地排列，以保持最穩(wěn)定的狀態(tài)。1.2 金屬的晶體結構金屬的晶體結構一、晶體與非晶體一、晶體與非晶體晶體的定義晶體的定義 物質的質點物質的質點(分子、原子或離子分子、原子或離子)在三維空間作有規(guī)律的在三維空間作有規(guī)律的周期性重復排列所形成的物質叫晶體。周期性重復排列所形成的物質叫晶體。周期性周期性有固定的凝固點和熔點有固定的凝固點和熔點 各向異性各向異性二、晶體結構與空間點陣二、晶體結構與空間點陣空間點陣、陣點空間點陣、陣點 為了便于研究晶體

6、中原子、分子或離子的排列情況，近為了便于研究晶體中原子、分子或離子的排列情況，近似地將晶體看成是無錯排的理想晶體，忽略其物質性，似地將晶體看成是無錯排的理想晶體，忽略其物質性，抽象為規(guī)則排列于空間的無數(shù)幾何點。這些點代表原子抽象為規(guī)則排列于空間的無數(shù)幾何點。這些點代表原子(分子或離子分子或離子)的中心，也可是彼此等同的原子群或分子的中心，也可是彼此等同的原子群或分子群的中心，各點的周圍環(huán)境相同。這種點的空間排列稱群的中心，各點的周圍環(huán)境相同。這種點的空間排列稱為空間點陣，簡稱點陣，這些點叫陣點為空間點陣，簡稱點陣，這些點叫陣點 。可能在每個結點處恰好有一個原子，也可能圍繞每個結可能在每個結點處

7、恰好有一個原子，也可能圍繞每個結點有一群原子（原子集團）。點有一群原子（原子集團）。上圖所示分別為-Fe、金剛石、NaCl、CaF2四種晶體的晶體結構、空間點陣和結構基元，盡管它們的晶體結構完全不同，但是它們的點陣類型相同，都是面心立方。 （a）原子堆垛模型（b）晶格（c）晶胞圖 晶體中原子排列示意圖晶胞晶胞 從點陣中取出一個仍能保持點陣特征的最基本單元叫晶胞從點陣中取出一個仍能保持點陣特征的最基本單元叫晶胞 在空間點陣中，能代表空間點陣結構特點的是小平行六面體在空間點陣中，能代表空間點陣結構特點的是小平行六面體 整個空間點陣可由晶胞作三維的重復堆砌而構成整個空間點陣可由晶胞作三維的重復堆砌而

8、構成 (1)(1) 晶胞的選取原則晶胞的選取原則 a.a.晶胞幾何形狀能夠充分反映空間點陣的對稱性；晶胞幾何形狀能夠充分反映空間點陣的對稱性；b.b.平行六面體內相等的棱和角的數(shù)目最多；平行六面體內相等的棱和角的數(shù)目最多；c.c.當棱間呈直角時，直角數(shù)目應最多；當棱間呈直角時，直角數(shù)目應最多；d.d.滿足上述條件，晶胞體積應最小。滿足上述條件，晶胞體積應最小。（2 2）描述晶胞的六參數(shù)）描述晶胞的六參數(shù)a.a.晶胞的三條棱的長度晶胞的三條棱的長度a a、b b和和c cb.b.棱邊夾角棱邊夾角、和和 晶胞的大小顯然取決于三條棱的長度晶胞的大小顯然取決于三條棱的長度a a，b b和和c c，而晶

9、胞的形，而晶胞的形狀則取決于這些棱之間的夾角狀則取決于這些棱之間的夾角、和和 按照晶胞的大小和形狀的特點，共有按照晶胞的大小和形狀的特點，共有7 7種晶系種晶系由由7 7種晶系可以形成多少種空間點陣呢？種晶系可以形成多少種空間點陣呢？ 似乎每種晶系包括似乎每種晶系包括4 4種點陣，即簡單點陣、底心點陣、面種點陣，即簡單點陣、底心點陣、面心點陣和體心點陣。心點陣和體心點陣。7 7種晶系總共似乎可以形成種晶系總共似乎可以形成4 47=287=28種種點陣。點陣。 按照按照“每個陣點的周圍環(huán)境相同每個陣點的周圍環(huán)境相同”的要求，最先是布拉菲的要求，最先是布拉菲（A. Bravais）用數(shù)學方法證明了

10、只能有）用數(shù)學方法證明了只能有14種空間點陣。通種空間點陣。通常人們所說的點陣就是指布拉菲點陣。常人們所說的點陣就是指布拉菲點陣。三、三種典型的金屬晶體結構三、三種典型的金屬晶體結構三斜晶系特征abc 90簡單三斜點陣單斜晶系特征abc =90簡單單斜點陣底心單斜點陣正交晶系特征a b c = =90簡單正交點陣底心正交點陣體心正交點陣面心正交點陣六方晶系特征a1=a2=a3c =90， =120簡單六方點陣菱方晶系特征a=b=c =90簡單菱方點陣四方晶系特征a=b c =90簡單四方點陣體心四方點陣立方晶系特征a=b =c =90簡單立方點陣體心立方點陣面心立方點陣1.體心立方晶格體心立方

11、晶格圖 體心立方晶胞示意圖（a）剛球模型；（b）質點模型；（c）晶胞中原子數(shù)示意圖 (1)原子半徑 晶胞中相距最近的兩個原子之間距離的一半，或晶胞中原子密度最大的方向上相鄰兩原子之間距離的一半稱為原子半徑(r)。體心立方晶胞中原子相距最近的方向是體對角線，所以原子半徑與晶格常數(shù)a之間的關系為：ar43(2)原子數(shù) 21881n(3)配位數(shù)和致密度 配位數(shù)為晶格中與任一個原子相距最近且距離相等的原子數(shù)目。配位數(shù)越大，原子排列緊密程度就越大。體心立方晶格的配位數(shù)為8。晶胞中所包含的原子所占有的體積與該晶胞體積之比稱為致密度(也稱密排系數(shù))。致密度越大，原子排列緊密程度越大。體心立方晶胞的致密度為：

12、68. 0)43(34234233331aaarVnVK圖 面心立方晶胞示意圖（a）剛球模型；（b）質點模型；（c）晶胞中原子數(shù)示意圖 2.面心立方(1)原子半徑 ar42(2)原子數(shù) 4621881n(3)配位數(shù)和致密度配位數(shù)為12 74. 0)42(34434433331aaarVnVK（a）剛球模型；（b）質點模型；（c）晶胞中原子數(shù)示意圖圖 密排六方晶胞示意圖3.密排六方(1)原子半徑 ar21(2)原子數(shù) 632211261n(3)配位數(shù)和致密度配位數(shù)為12 74. 023)2(3463823334633231aaaarVnVK原子半徑 原子數(shù)配位數(shù)致密度體心立方280.68面心立方

13、4120.74密排六方6120.74ar43ar21ar424.晶體中原子堆垛方式和間隙（1）晶體中原子堆垛方式面心立方和密排六方結構的致密度均為面心立方和密排六方結構的致密度均為0.74，是純金屬中，是純金屬中最密集的結構最密集的結構面心立方結構中面心立方結構中111晶面和密排六方結構中晶面和密排六方結構中0001晶面晶面上的原子排列情況完全相同上的原子排列情況完全相同面心立方與密排六方雖然晶體結構不同，但配位數(shù)與致密面心立方與密排六方雖然晶體結構不同，但配位數(shù)與致密度卻相同，為搞清其原因，必須研究晶體中原子的堆垛方度卻相同，為搞清其原因，必須研究晶體中原子的堆垛方式式ABAABCA圖 密排

14、六方晶格密排面的堆垛方式ABA圖 密排六方晶格密排面的堆垛方式ABCA圖 面心立方晶格密排面的堆垛方式（2）晶體中間隙 間隙半徑（間隙半徑（rx）：間隙中所能容納的最大圓球半徑。）：間隙中所能容納的最大圓球半徑。 從晶體原子排列的剛球模型可以看到，在原子球與原子從晶體原子排列的剛球模型可以看到，在原子球與原子球之間存在著不同形貌的間隙球之間存在著不同形貌的間隙 晶體結構中間隙的數(shù)量、位置和每個間隙的大小等也是晶體結構中間隙的數(shù)量、位置和每個間隙的大小等也是晶體的一個重要特征，對于了解金屬的性能、合金相結晶體的一個重要特征，對于了解金屬的性能、合金相結構、擴散、相變等問題很有用處。構、擴散、相變

15、等問題很有用處。 圖 體心立方點陣中的間隙aaa126. 04345間隙半徑為aaa067. 04321間隙半徑為圖 面心立方點陣中的間隙aaa146. 04221間隙半徑為aaa08. 04243間隙半徑為圖 面心立方晶體中間隙的剛球模型 圖 密排六方晶格的間隙位置四、四、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶向指數(shù)和晶面指數(shù)1.晶向指數(shù)(1)建立以晶軸a，b，c為坐標軸的坐標系，各軸上的坐標長度單位分別是晶胞邊長a，b，c，坐標原點在待標晶向上(2)選取該晶向上原點以外的任一點P(xa，yb，zc)(3)將xa，yb，zc化成最小的簡單整數(shù)比u，v，w，且uvw = xaybzc(4)將u，v，w三數(shù)置于方

16、括號內就得到晶向指數(shù)uvw 晶向指數(shù)晶向指數(shù)的說明的說明a.指數(shù)意義：代表相互平行、方向一致的所有晶向。b.負值：標于數(shù)字上方，表示同一晶向的相反方向。c.晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不同的一組晶向。用表示，數(shù)字相同，但排列順序不同或正負號不同的晶向屬于同一晶向族。晶體結構中那些原子密度相同的等同晶向稱為晶向軸，用表示。 100010001001010100100 101110011110101011110011101011101110110 1111111111111111111111111112.晶面指數(shù)(1)(1)建立一組以晶軸建立一組以晶軸a a，b b，c c為坐標軸的坐

17、標系，為坐標軸的坐標系，令坐標原點不在待標晶面上，各軸上的坐標長度令坐標原點不在待標晶面上，各軸上的坐標長度單位分別是晶胞邊長單位分別是晶胞邊長a a，b b，c c。(2)(2)求出待標晶面在求出待標晶面在a a，b b，c c軸上的截距軸上的截距xaxa，ybyb，zczc。如該晶面與某軸平行，則截距為。如該晶面與某軸平行，則截距為。(3)(3)取截距的倒數(shù)取截距的倒數(shù)1/1/xaxa，1/1/ybyb，1/1/zczc。(4)(4)將這些倒數(shù)化成最小的簡單整數(shù)比將這些倒數(shù)化成最小的簡單整數(shù)比h h，k k，l l，使使h hk kl l= 1/= 1/xaxa1/1/ybyb1/1/zc

18、zc。(5)(5)如有某一數(shù)為負值，則將負號標注在該數(shù)字的如有某一數(shù)為負值，則將負號標注在該數(shù)字的上方，將上方，將h h，k k，l l置于圓括號內，寫成置于圓括號內，寫成( (hklhkl) )，則，則( (hklhkl) )就是待標晶面的晶面指數(shù)。就是待標晶面的晶面指數(shù)。晶面指數(shù)的說明晶面指數(shù)的說明晶面指數(shù)所代表的不僅是某一晶面，而是代表著一組相互平晶面指數(shù)所代表的不僅是某一晶面，而是代表著一組相互平行的晶面行的晶面 。a.a.指數(shù)意義：代表一組平行的晶面；指數(shù)意義：代表一組平行的晶面；b.0b.0的意義：面與對應的軸平行；的意義：面與對應的軸平行；c.c.平行晶面：指數(shù)相同，或數(shù)字相同但

19、正負號相反；平行晶面：指數(shù)相同，或數(shù)字相同但正負號相反；d 晶面族：晶體中具有相同條件（原子排列和晶面間距完全晶面族：晶體中具有相同條件（原子排列和晶面間距完全相同），空間位向不同的各組晶面，用相同），空間位向不同的各組晶面，用hkl表示。表示。 e.e.若晶面與晶向同面，則若晶面與晶向同面，則hu+kv+lw=0;hu+kv+lw=0;f.若晶面與晶向垂直，則若晶面與晶向垂直，則u=h, k=v, w=l。)001()010()100(100) 111() 111 ()111 ()111(111) 110()011 ()101 ()011()101()110(110體心立方、面心立方晶格主要

20、晶面的原子排列和密度體心立方晶格 面心立方晶格 晶面指數(shù) 晶面原子 排列示意圖 晶面原子密度 (原子數(shù)/面積) 晶面原子 排列示意圖 晶面原子密度 (原子數(shù)/面積) 100 110 (111 體心立方、面心立方晶格主要晶向的原子排列和密度體心立方晶格面心立方晶格 晶向指數(shù) 晶向原子 排列示意圖 晶向原子密度 (原子數(shù)/長度) 晶向原子 排列示意圖 晶向原子密度 (原子數(shù)/長度) 五、晶帶五、晶帶相交于某一晶向直線或平行相交于某一晶向直線或平行于此直線的晶面構成一個晶于此直線的晶面構成一個晶帶，此直線稱為晶帶軸。帶，此直線稱為晶帶軸。 設晶帶軸的指數(shù)為設晶帶軸的指數(shù)為uvw，則，則晶帶中任何一個

21、晶面的指數(shù)晶帶中任何一個晶面的指數(shù)（hkl）都必須滿足：）都必須滿足：hu+kv+lw=0，滿足此關系的，滿足此關系的晶面都屬于以晶面都屬于以uvw為晶帶軸為晶帶軸的晶帶。的晶帶。六、晶體的各向異性六、晶體的各向異性在晶體中在晶體中, 不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，它們之間的結合力的大小也不相同它們之間的結合力的大小也不相同，因而金屬晶體不同方向因而金屬晶體不同方向上的性能不同。這種性質叫做晶體的上的性能不同。這種性質叫做晶體的各向異性各向異性。單晶體鐵單晶體鐵(只含一個晶粒只含一個晶粒)的彈性模量，在的彈性模量，在方向上為方向上為2.901

22、05 MPa, 而在而在方向上只有方向上只有1.35105 MPa。 體心立方晶格的金屬最易拉斷或劈裂的晶面體心立方晶格的金屬最易拉斷或劈裂的晶面(稱解理面稱解理面)就是就是100面。面。對于實際使用的金屬對于實際使用的金屬, 內部有許許多多個晶粒組成內部有許許多多個晶粒組成，每個晶每個晶粒在空間分布的位向不同粒在空間分布的位向不同，因而在宏觀上沿各個方向上的性因而在宏觀上沿各個方向上的性能趨于相同能趨于相同，晶體的各向異性顯示不出來。晶體的各向異性顯示不出來。七、多晶型性七、多晶型性1.3 合金的相結構合金的相結構（1）合金：兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬元素與非金屬元素，）合金：兩種或兩

23、種以上的金屬元素，或金屬元素與非金屬元素，經(jīng)熔煉、燒結或其他方法組合而成的具有金屬特性的物質。經(jīng)熔煉、燒結或其他方法組合而成的具有金屬特性的物質。如黃銅是銅鋅合金，鋼、鑄鐵是鐵碳合金。如黃銅是銅鋅合金，鋼、鑄鐵是鐵碳合金。（2）組元：組成合金最基本的獨立物質，一般是組成合金的元素，也）組元：組成合金最基本的獨立物質，一般是組成合金的元素，也可以是穩(wěn)定化合物（一元、二元、三元合金）。可以是穩(wěn)定化合物（一元、二元、三元合金）。（3）相：材料中結構相同、成分和性能均一，并以界面互相分開的組）相：材料中結構相同、成分和性能均一，并以界面互相分開的組成部分。成部分。如單相、兩相、多相合金。由一種相組成的

24、合金叫單相合金，如含鋅如單相、兩相、多相合金。由一種相組成的合金叫單相合金，如含鋅30%w(質量分數(shù)質量分數(shù))的的Cu-Zn合金是單相合金。合金是單相合金。而含鋅而含鋅40%w時則是兩相合金，除生成了固溶體外，還形成了金屬間化時則是兩相合金，除生成了固溶體外，還形成了金屬間化合物。合物。相根據(jù)晶體結構特點可以分為固溶體和金屬化合物相根據(jù)晶體結構特點可以分為固溶體和金屬化合物（中間相）。（中間相）。一、一、固溶體固溶體合金組元通過溶解形成一種成分和性能均勻的、且結構與組合金組元通過溶解形成一種成分和性能均勻的、且結構與組元之一相同的固相稱為固溶體。元之一相同的固相稱為固溶體。與固溶體晶格相同的組

25、元為溶劑，另一組元為溶質。與固溶體晶格相同的組元為溶劑，另一組元為溶質。 固溶體用、等符號表示。A、B組元組成的固溶體也可表示為A(B), 其中A為溶劑, B為溶質。1. 固溶體的分類（1）按溶質原子在溶劑晶格中的位置分置換固溶體溶質原子代換了溶劑晶格某些結點上的原子; 間隙固溶體溶質原子進入溶劑晶格的間隙之中。圖 純銅的晶體結構和 Cu-Ni置換固溶體圖 間隙固溶體 （2）按溶質原子在溶劑中的溶解度分 固溶體可分為有限固溶體和無限固溶體兩種。 若超過溶解度有其它相形成，則此種固溶體為有限固溶體。若溶質可以任意比例溶入，即溶質溶解度可達100%，則固溶體為無限固溶體。 圖 形成無限固溶體時兩組

26、元原子連續(xù)置換示意圖 （3）按溶質原子與溶劑原子的相對分布 固溶體分無序固溶體和有序固溶體兩種。 溶質原子有規(guī)則分布的為有序固溶體；無規(guī)則分布的為無序固溶體。 在一定條件(如成分、溫度等)下，一些合金的無序固溶體可轉變?yōu)橛行蚬倘荏w。這種轉變叫做有序化。 金屬元素彼此之間一般都能形成置換固溶體，但溶解度視不同元素金屬元素彼此之間一般都能形成置換固溶體，但溶解度視不同元素而異，有些能無限溶解，有的只能有限溶解。而異，有些能無限溶解，有的只能有限溶解。影響置換固溶體溶解度的因素（1） 晶體結構因素 晶體結構類型相同是組元間形成無限固溶體的必要條件，結構相同，溶解度大。（2） 原子尺寸因素溶劑原子半徑

27、rA與溶質原子半徑rB的相對差(rArB)rA對固溶體的固溶度起重要影響。當相對差不超過14-15有利于大量固溶，反之固溶度非常有限 。以鐵為基的固溶體中，當相對差小于8，且其他因素滿足也較好時，才能形成無限固溶體 。（3）電負性因素 元素的電負性是表示它在和其他元素形成化合物或固溶體時吸引電子的能力 兩元素間的電負性相差越小，越易形成固溶體，溶解度越大 （4）電子濃度因素價電子濃度（或簡稱電子濃度）是指合金中每個原子平均的價電子數(shù)，用e/a表示對于一價金屬的每種晶體結構都有一極限電子濃度，面心立方為1.36、體心立方為1.48，密排六方為1.75。溶質原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體稱為

28、間隙固溶體。原子半徑小于0.1nm的非金屬元素如H，O，N，C，B占據(jù)間隙位置，溶劑多為過渡族元素。一般間隙半徑較小，非金屬原子溶入時，將使晶胞脹大，造成點陣畸變，故固溶度受到限制。只有溶質與溶劑的原子半徑比值小于0.59，才有可能形成間隙固溶體。圖圖 形成置換固溶體時的點陣畸變形成置換固溶體時的點陣畸變 4.固溶體的結構（1）晶格畸變（2）偏聚與有序（）完全無序（）偏聚（）部分有序圖固溶體中溶質原子分布示意圖 5.固溶體的性能固溶體隨著溶質原子的溶入晶格發(fā)生畸變。晶格畸變增大位錯運動的阻力，使金屬的滑移變形變得更加困難，從而提高合金的強度和硬度。通過形成固溶體使金屬強度和硬度提高的現(xiàn)象稱為通

29、過形成固溶體使金屬強度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固固溶強化。溶強化。在溶質含量適當時，可顯著提高材料的強度和硬度，而塑性和韌性沒有明顯降低。二、金屬化合物二、金屬化合物金屬化合物是由金屬與金屬，或金屬與類金是由金屬與金屬，或金屬與類金屬元素之間形成的化合物，也稱為金屬間化合屬元素之間形成的化合物，也稱為金屬間化合物或中間相。物或中間相。金屬化合物的結合鍵主要為金屬鍵，兼有離的結合鍵主要為金屬鍵，兼有離子鍵，共價鍵。子鍵，共價鍵。金屬化合物具有金屬的性質，通常具有高熔具有金屬的性質，通常具有高熔點、高硬度，常作合金中的強化相。點、高硬度，常作合金中的強化相。1、 正常價化合物正常價化合物 形成：金屬與

30、周期表中IVA，VA，VIA族的一些元素形成的化合物為正常價化合物。由元素周期表中相距較遠、電負性相差較大的兩元素組成，嚴格遵守化合價規(guī)律，嚴格遵守化合價規(guī)律，可用確定的化學式表示。大多數(shù)金屬和A族、族、A族元素生成Mg2Si、Mg2Sb3、Mg2Sn、Cu2Se、ZnS、AlP及-SiC等。性能特點是硬度高、脆性大。2. 電子化合物電子化合物不遵守化合價規(guī)律但符合于一定電子濃度不遵守化合價規(guī)律但符合于一定電子濃度(化合物中價電子化合物中價電子數(shù)與原子數(shù)之比數(shù)與原子數(shù)之比)的化合物叫做的化合物叫做電子化合物電子化合物。一定電子濃度的化合物相應有確定的晶體結構一定電子濃度的化合物相應有確定的晶體

31、結構, 并且還可溶并且還可溶解其組元解其組元, 形成以電子化合物為基的固溶體。生成這種合金形成以電子化合物為基的固溶體。生成這種合金相時相時, 元素的每個原子所貢獻的價電子數(shù)元素的每個原子所貢獻的價電子數(shù)Au、Ag、Cu為為1個個, Be、Mg、Zn為為2個個, Al為為3個個, Fe、Ni為為0個。個。電子化合物主要以金屬鍵結合電子化合物主要以金屬鍵結合, 具有明顯的金屬特性具有明顯的金屬特性, 可以可以導電。它們的熔點和硬度較高，塑性較差，在許多有色金屬導電。它們的熔點和硬度較高，塑性較差，在許多有色金屬中為重要的強化相。中為重要的強化相。3、 間隙相與間隙化合物間隙相與間隙化合物 過渡族

32、金屬可與過渡族金屬可與H，B，C，N等原子半徑甚小的非金屬等原子半徑甚小的非金屬元素形成化合物（間隙相、間隙化合物元素形成化合物（間隙相、間隙化合物 ）。 當金屬當金屬(M)與非金屬與非金屬(X)的原子半徑比的原子半徑比rxrM 0.59時，其結構復雜，通常稱為間時，其結構復雜，通常稱為間隙化合物。隙化合物。 間隙相（VC)和復雜結構的間隙化合物(Fe3C)1.4 金屬晶體的缺陷金屬晶體的缺陷與理想晶體相比，實際晶體中會有正常位置空著或與理想晶體相比，實際晶體中會有正常位置空著或空隙位置填進一個額外質點，或雜質進入晶體結構空隙位置填進一個額外質點，或雜質進入晶體結構中等等不正常情況，熱力學計算

33、表明，這些結構中中等等不正常情況，熱力學計算表明，這些結構中對理想晶體偏離的晶體才是穩(wěn)定的，而理想晶體實對理想晶體偏離的晶體才是穩(wěn)定的，而理想晶體實際上是不存在的。際上是不存在的。缺陷存在的比例畢竟只是一個很小的量缺陷存在的比例畢竟只是一個很小的量 。從占有原子百分數(shù)來說，晶體中的缺陷在數(shù)量上是從占有原子百分數(shù)來說，晶體中的缺陷在數(shù)量上是微不足道的。微不足道的。晶晶體體缺缺陷陷點點缺缺陷陷線線缺缺陷陷面面缺缺陷陷空位空位間隙原子間隙原子置換原子置換原子刃型位錯刃型位錯螺型位錯螺型位錯晶體表面晶體表面晶界晶界亞晶界亞晶界實際晶體中的缺陷一、點缺陷一、點缺陷點缺陷：在三維方向上尺寸都很小（遠小于晶

34、點缺陷：在三維方向上尺寸都很小（遠小于晶體或晶粒的線度）的缺陷。體或晶粒的線度）的缺陷。 金屬中常見的基本點缺陷有：空位、間隙原子金屬中常見的基本點缺陷有：空位、間隙原子和置換原子。和置換原子。 空位空位 （空位就是未被占據(jù)的原子位置空位就是未被占據(jù)的原子位置 ）。）。間隙原子（間隙原子可以是晶體中正常原子離間隙原子（間隙原子可以是晶體中正常原子離位產(chǎn)生，也可以是外來雜質原子）。位產(chǎn)生，也可以是外來雜質原子）。置換原子：位于晶體點陣位置的異類原子。置換原子：位于晶體點陣位置的異類原子。1.空位原子的熱振動 （以一定的頻率和振幅作振動）原子被束縛在它的平衡位置上，但原子卻在做著掙脫束縛的努力 在

35、外界驅動力作用下，哪個原子能夠掙脫束縛，脫離平衡位置是不確定的，宏觀上說這是一種幾率分布在某一溫度下的某一瞬間，總有一些原子具有足夠的能量，以克服周圍原子對它的約束，脫離開原來的平衡位置遷移到別處，在原來的位置上形成了空位圖 (a) 肖脫基空位 (b) 弗蘭克爾空位（a）原來位置； （b）中間位置； （c）遷移后位置圖 空位從位置A遷移到B 1.電阻的變化 引起電阻的增加2.密度的變化 引起密度的減小3.屈服強度的變化 過飽合點缺陷（如淬火空位，輻照產(chǎn)生的大量間隙原子空位對）還可提高金屬屈服強度。二、線缺陷二、線缺陷晶體中的線缺陷就是各種類型的位錯。位錯的特點：是一個直徑為35個原子間距，長幾

36、百到幾萬個原子間距的管狀原子畸變區(qū)（晶體中某處一列或若干列原子發(fā)生的有規(guī)律的錯排現(xiàn)象）。位錯種類很多，但最簡單，最基本的類型有兩種：一種是刃型位錯，另一種是螺型位錯。位錯對于金屬的強度、斷裂和塑性變形有重要影響。（a）立體模型 （b）平面圖圖 刃型位錯示意圖 1.刃型位錯圖 含有刃型位錯的晶體結構晶體在塑性變形時，局部區(qū)域的晶體發(fā)生滑移，即可形成晶體在塑性變形時，局部區(qū)域的晶體發(fā)生滑移，即可形成錯。可以把位錯理解為晶體中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界。錯。可以把位錯理解為晶體中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界。在位錯線周圍一個有限區(qū)域內，原子離開了原來的平衡位在位錯線周圍一個有限區(qū)域內，原子離開了原來的平衡

37、位置，即產(chǎn)生了晶格畸變，并且在額外半原子面左右兩邊的畸置，即產(chǎn)生了晶格畸變，并且在額外半原子面左右兩邊的畸變是對稱的。變是對稱的。刃型位錯的應力場可以與間隙原子和置換原子發(fā)生彈性交刃型位錯的應力場可以與間隙原子和置換原子發(fā)生彈性交互作用。各種間隙原子及尺寸較大的置換原子，它們的應力互作用。各種間隙原子及尺寸較大的置換原子，它們的應力場是壓應力，這些點缺陷大多易于被吸引而跑到正刃型位錯場是壓應力，這些點缺陷大多易于被吸引而跑到正刃型位錯的下半部分，或者負刀型位錯的上半部分聚集起來。對于尺的下半部分，或者負刀型位錯的上半部分聚集起來。對于尺寸較小的置換原子來說，則易于聚集于刃型位錯的另一半受寸較小

38、的置換原子來說，則易于聚集于刃型位錯的另一半受壓應力的地方。壓應力的地方。正因為如此，所以刃型位錯往往總是攜帶著大量的溶質原正因為如此，所以刃型位錯往往總是攜帶著大量的溶質原子，形成所謂的子，形成所謂的“柯氏氣團柯氏氣團”。 從以上的刃型位錯模型中，可以看出其具有以下幾個從以上的刃型位錯模型中，可以看出其具有以下幾個重要持征：重要持征： 刃型位錯有一額外半原子面；刃型位錯有一額外半原子面； 位錯線是一個具有一定寬度的細長的晶格畸變管道，位錯線是一個具有一定寬度的細長的晶格畸變管道，其中既有正應變，又有切應其中既有正應變，又有切應變。對于正刃型位錯，滑移面之上晶格受到壓應力，滑移變。對于正刃型位

39、錯，滑移面之上晶格受到壓應力，滑移面之下為拉應力，滑移面上為切應力。負刃型位錯與此相面之下為拉應力，滑移面上為切應力。負刃型位錯與此相反；反； 位錯線與晶體滑移的方向相垂直，即位錯線運動的方位錯線與晶體滑移的方向相垂直，即位錯線運動的方向垂直于位錯線。向垂直于位錯線。（a）立體圖； （b）頂視圖圖 螺型位錯的原子組態(tài) 2.螺型位錯螺位錯同樣是晶體中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界。晶體中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界。由于位錯線附近的原于是按螺旋型排列的，所以這種位錯叫做螺型位錯。根據(jù)位錯線附近呈螺旋型排列的原子的旋轉方向的不同，螺型位錯可分為左螺型位錯和右螺型位錯兩種。通常用拇指代表螺旋的前進方向，而以其

40、余四指代表螺旋的旋轉方向。凡符合右手法則的稱為右螺型位錯，符合左手法則的稱為左螟型位錯。螺型位錯與刃型位錯不同，它沒有額外半原子面。在晶格畸變的細長管道中，只存在切應變，而無正應變，并且位錯線周圍的彈性應力場呈軸對稱分布。螺位錯的特點：螺位錯的特點：螺型位錯沒有額外半原子面；螺型位錯沒有額外半原子面；螺型位錯線是一個具有一定寬度的細長的晶格螺型位錯線是一個具有一定寬度的細長的晶格畸變管道，其中只有切應變，而無正應變；畸變管道，其中只有切應變，而無正應變；位錯線與滑移方向平行，位錯線運動的方向與位錯線與滑移方向平行，位錯線運動的方向與位錯線垂直。位錯線垂直。 柏氏矢量，不但可以表示位錯的性質，而且可以表示柏氏矢量，不但可以表示位錯的性質，而且可以表示晶格畸變的大小和方向。晶格畸變的大小和方向。確定方法為：確定方法為： 在實際晶體中，從距位錯一定距離的任一原子在實際晶體中，從距位錯一定距離的任一原子M出發(fā)，出發(fā)，以至相鄰原子為一步，沿逆時針方向環(huán)繞位錯線作一閉合以至相鄰原子為一步，沿逆時針方向環(huán)繞位錯線作一閉合回路，稱之為柏氏回路。回路，稱之為柏氏回路。 在完整晶體中以同樣的方向和步數(shù)作相同的回路，此時在完整晶體中以同樣的方向和步數(shù)作相同的回路，此時的回路沒有封閉。的回路沒有封閉。 由完整晶體的回路終點由完整晶體的回路終點Q到始點到始點M引一矢量引一矢量b，使該