1、晶體學基礎2022/9/201第1頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四體心立方點陣面心立方點陣密排六方點陣三 金屬晶體結構123面心立方結構（A） face-centred cubic lattice 常見金屬晶體結 體心立方結構（A） body-centred cubic lattice密排立方結構（A） hexagonal close-packed lattice2022/9/202第2頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四三 金屬晶體結構1、面心立方結構A1（fcc） 晶胞中原子數：點陣常數a與原子半徑R有關系： 具有面心立方結構的金屬有：銅、銀、金

2、、鋁、鉛、錳、-鐵等2022/9/203第3頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四三 金屬晶體結構2、體心立方結構A2（bcc）晶胞中原子數：點陣常數a與原子半徑R有關系：2022/9/204第4頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四三 金屬晶體結構3、密排六方結構A3(hcp)晶胞中原子數點陣常數a、c與原子半徑R的關系1）理想情況c/a=1.633,a=2R.2）實際測得軸比c/a1.633,(a2/3+c2/4)1/2=2R 具有密排六方結構的金屬有：鎂、鋅、鎘等2022/9/205第5頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四表2.5三

3、種典型金屬結構的晶體學特點 三 金屬晶體結構2022/9/206第6頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四間隙（Interstice）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三 金屬晶體結構2022/9/207第7頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四三 金屬晶體結構2022/9/208第8頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四三 金屬晶體結構2022/9/209第9頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構合金：由兩種或兩種經上的金屬或

4、金屬與非金屬經熔煉，燒結或其它方法組合而成并具有金屬特性的物質。如碳鋼和鑄鐵是鐵和碳所組成的合金，黃銅是銅和鋅的合金。合金相分為固溶體和中間相兩大類。2022/9/2010第10頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構 （一）固溶體的概念和分類1、概念：在固態條件下，一種組分內“溶解”了其它組分而形成單一、均勻的晶態固體。 溶劑（主晶相） 含量較高的成分。 溶質（雜質） 含量較低的成分。 一 固溶體2022/9/2011第11頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構幾個概念區別：（1）固溶體與機械混合物 二者有本質區別，若由A和B形成

5、固溶體，A與B以原子尺度混合，是均勻的單相材料，而A和B形成機械混合物，不可能是原子尺度混合，它們各自保持自身 的結構與性質，不是單相而是二相或多相。（2）固溶體與化合物 相同：均為單相材料。 異同：A和B形成固溶體后，其結構與主晶體一致，A與B間無確定的摩爾比，可以在一定范圍內波動，如紅寶石，A與B形成化合物AmBn后，生成物結構即不同于A也不同于B，是一種新結構，A與B存在一定摩爾比。2022/9/2012第12頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構2、分類 1）按結構類型分（1）置換型固溶體（2）填隙型固溶體（3）缺位型固溶體2）按溶解能力分連續固溶體：兩

6、種組分可按任意比例混合都能形成均一的固溶體。如：MgO-FeO有限固溶體：兩種組分在一定范圍內可形成均一固溶體。3）按溶質分布無序固溶體溶質雜亂分布，是統計均勻的。 有序固溶體溶質在溶劑中分布均勻。 2022/9/2013第13頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四有序固溶體偏聚有序固溶體短程2022/9/2014第14頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構固溶體的典型結構示意圖2022/9/2015第15頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構（二）置換型固溶體：轉換進去的原子或離子全部在正常位置（點陣結點）上。

7、不存在間隙或缺位情況（原有熱缺陷不算） 影響置換固溶體因素： 1 原子或離子大小：要求對應的原子離子大小越相近，則固溶體越穩定。 （休姆羅瑟里規律） 如：設r1，r2分別為溶劑和溶質的離子半徑，則有經驗規律 形成連續固溶體形成有限固溶體 基本不形成固溶體2022/9/2016第16頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構2022/9/2017第17頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構2 晶體結構類型 對形成連續固溶體，要求結構類型相同，（必要條件） 如 MgO-FeO，MgO-NiO均屬NaCl型結構，形成連續固溶體，CaO-Zr

8、O2，CaO(NaCl型)，ZrO2（螢石型），不形成連續固溶體。 3 離子的類型和鍵性： 要求離子的類型和鍵性相同或相近。4 電價影響 要求取代前后，電價平衡。2022/9/2018第18頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構5 電負性 要求電負性相近。 電負性：微量元素的原子吸附電子的能力。 一般說，電負性相近的組分間易形成固溶體，電負性相差較大的組分間易生成化合物。6 溫度和壓力 溫度是外因，T升高，有利于固溶體生成，壓力也是外因，作用與溫度相反，壓力增加，不利于固溶體生成。 2022/9/2019第19頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星

9、期四四 合金相結構間隙固溶體外來較小雜質進入晶格間隙形成的固溶體。影響間隙固溶體因素： 外來雜質的大小與晶體結構密切相關。 要形成間隙固溶體，添加原子要小，晶體的空隙要大。 （三）間隙固溶體2022/9/2020第20頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構溶質原子、離子的溶入導致固溶體的點陣常數，力學性能，物理和化學性能產生不同程度的變化。1、點陣常數改變 形成固溶體時，由于溶質與溶劑原子大小不同，總會引起點陣畸變并導致點陣常數發生變化。2、產生固溶強化 無論形成哪類固溶體，由于溶質原子溶入，都使晶格產生畸變，使塑變抗力增加，表現為強度增加，硬度變大，塑性降低，

10、韌性降低，這種現象稱固溶強化。（四）固溶體的性質2022/9/2021第21頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四2022/9/2022第22頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構3、物理和化學性能變化 由于固溶，產生畸變，點陣常數變化，使物理，化學性能變化。 如：Si溶入-Fe中，磁導率增加，含2%-4%Si的硅鋼片是一種應用廣泛的軟磁材料。 Cr溶入-Fe中，含13%Cr的不銹鋼可有效抵抗空氣、水氣、稀硝酸等腐蝕。 2022/9/2023第23頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構 兩組元A、B組成合金時 固

11、溶體（結構與溶劑相同 ) 新相（結構不同A、B）中 間相中間相：A、B組成的新相在二元相圖上的位置總是位于中間。金屬間化合物：金屬與金屬、金屬與準金屬形成的化合物（是一種新相，晶格類型和性能不同A、B）二、中間相（金屬間化合物）2022/9/2024第24頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構共同特： 結合鍵是金屬鍵與其它鍵（離子、共價、分 子 鍵）相混合。 不一定都符合化合價規律，：如Fe3C、CuZn. 具有金屬性。中間相分為：正常價化合物，電子化合物，原子尺寸因素有關的化合物和超結構（有序固溶體）。2022/9/2025第25頁，共49頁，2022年，5月

12、20日，1點37分，星期四四 合金相結構1 正常價化合物符合原子價規則的化合物，成分可用分子式表達，AB、AB2、A2B3構成：金屬與電負性較強的A、A、A族元素組成。如：Mg2Pb、Mg2Sn、Mg2Ge、Mg2Si等。特點：晶體結構對應于同類分子式的離子化合物。如：NaCl、ZnS、CaF2型等。穩定性與組元間電負性差有關，S降低，不穩定。如：Mg2Si最穩定，熔點1102，而Mg2Pb是5502022/9/2026第26頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構2 電子化合物 Electron compound由電子濃度決定的化合物，電子濃度相同，相的晶體結構

13、類型相同。電子濃度e/a，（e 價電子數，a 原子數）特點：電子濃度是決定結構的主要因素，以金屬鍵為主有明顯的金屬特性，一般不符合化合價規律，可視為以化合物為基的固溶體。2022/9/2027第27頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四相:電子濃度為21/12的電子化合物.密排六方結構相:電子濃度為21/13的電子化合物.具有復雜立方結構.相:電子濃度為21/14的電子化合物.具有體心立方結構2022/9/2028第28頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四2022/9/2029第29頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構3

14、與原子尺寸因素有關的化合物 一些化合物類型與組成元素的原子尺寸差別有關，當兩種原子半徑差很大的元素形成化合物時，傾向形成拓撲密排相。1） 間隙相和間隙化合物 由過渡族元素與碳、氮、氫、硼等原子半徑較小的非金屬元素形成的化合物稱為間隙化合物。間隙相 當非金屬原子半徑與金屬原子半徑之比小于0.59時，形成具有簡單晶格的間隙化合物，稱為間隙相。一些間隙相及晶格類型見表。間隙相具有金屬特性，有極高的熔點及硬度，非常穩定。2022/9/2030第30頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四2022/9/2031第31頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四 間隙相具有比較

15、簡單的晶體結構,面心立方,密排六方,體心立方或簡單六方結構. 間隙相的分子式一般為M4X,M2X,MX,MX22022/9/2032第32頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四化學式類型鋼中可能遇到的間隙相化學式晶格類型M4XFe4 N ，Nb4 C， Mn4 C面心立方M2XFe2 N，Cr2N，W2C，Mo2C密排六方MXTaC，TiC，ZrC，VCTiN，ZrN，VNMoN，CrN，WC面心立方體心立方簡單六方MX2VC2，CeC2，ZrH2，TiH2，LaC2面心立方四 合金相結構2022/9/2033第33頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四類型

16、簡單結構間隙化合物復雜結構間隙化合物化學式TiCZrCVCNbCTaCWCMoCCr23 C6Fe3 C硬度HV28502840201020501550173014801650800熔點/3080347220265036805039802785 5252715771227四 合金相結構2022/9/2034第34頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四復雜結構的間隙化合物 當非金屬原子半徑與金屬原子半徑之比大于0.59時，形成具有復雜結構的間隙化合物。鋼中的Fe3C、Cr23C6、FeB、Fe4W2C、Cr7C3、Fe2B等均屬于這類化合物。 四 合金相結構2022/9/203

17、5第35頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四2）、拓撲密堆相 拓撲密堆相:是由兩種大小不同的金屬原子所構成的一類中間相,其中大小原子通過適當配合構成空間利用率和配位數都很高的復雜結構.由于這類結構具有拓撲特征,故稱這些相為拓撲密堆相,簡稱TCP相. 特點: (1)由配位數為12,14,15,16的配位多面體堆垛而成. (2)呈層狀結構：原子半徑小的原子構成密排面，其中嵌鑲有原子半徑大的原子，由這些密排層按一定順序堆垛而成，從而構成空間利用率很高，只有四面體間隙的密排結構。2022/9/2036第36頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構202

18、2/9/2037第37頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構2022/9/2038第38頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構4 超結構（有序固溶體） 長程有序的固溶體在X射線上產生外加衍射線條，稱超結構線，所以有序固溶體稱超結構或超點陣。2022/9/2039第39頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構1）、面心立方結構為基的超結構（1） Cu3Au型2022/9/2040第40頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構（2） CuAu型（3） CuPt型2022/9/2041第41頁，共49頁，2022年，5月20日，1點37分，星期四四 合金相結構2） 、體心立方結構為基的超結構 1）CuZn型 2）Fe3Al型3）、密排六方為基的超結構2022/9/2042第42頁，共49頁，2022年，5月20