1、第四章第四章 晶體結構晶體結構一、一、 晶體與非晶體晶體與非晶體1、晶體的定義、晶體的定義u物質的質點物質的質點(分子、原子或離子分子、原子或離子)在三維空間作有規律的周在三維空間作有規律的周期性重復排列所形成的物質叫晶體。期性重復排列所形成的物質叫晶體。u非晶體在整體上是無序的非晶體在整體上是無序的 ；近程有序；近程有序 。材料中原子的排列3、晶體的特征、晶體的特征u（1）周期性（不論沿晶體的哪個方向看去，總是相隔一）周期性（不論沿晶體的哪個方向看去，總是相隔一定的距離就出現相同的原子或原子集團。這個距離稱為周定的距離就出現相同的原子或原子集團。這個距離稱為周期期 ）液體和氣體都是非晶體。）

2、液體和氣體都是非晶體。u（2）有固定的凝固點和熔點）有固定的凝固點和熔點u（3）各向異性（沿著晶體的不同方向所測得的性能通常）各向異性（沿著晶體的不同方向所測得的性能通常是不同的是不同的 ：晶體的導電性、導熱性、熱膨脹性、彈性、強：晶體的導電性、導熱性、熱膨脹性、彈性、強度、光學性質度、光學性質 ）。）。4 4、晶體與非晶體的區別、晶體與非晶體的區別 a a 根本區別：質點是否在三維空間作有規根本區別：質點是否在三維空間作有規則的周期性重復排列。則的周期性重復排列。 b b 晶體具有確定的熔點晶體具有確定的熔點 純金屬緩慢加熱到一定溫度純金屬緩慢加熱到一定溫度, , 固態金屬熔固態金屬熔化成為

3、液態金屬。熔化過程中溫度不變。化成為液態金屬。熔化過程中溫度不變。熔化溫度熔化溫度( (T T0 0) )稱為稱為熔點熔點。晶體和非晶體的熔化曲線晶體和非晶體的熔化曲線 非晶體材料在非晶體材料在加熱時加熱時, , 固態轉變固態轉變為液態時為液態時, , 溫度變溫度變化。化。 c c 晶體具有各向異性晶體具有各向異性 在晶體中在晶體中, , 不同晶面和晶向上原子排列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的方式和密度不同，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上的性小也不相同，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能不同。這種性質叫做晶體的各向異

4、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，的彈性模量， 方向上為方向上為2.902.9010105 5 MPa, MPa, 方向上只有方向上只有1.351.3510105 5 MPaMPa。 單晶體鐵在磁場中沿單晶體鐵在磁場中沿方向磁化容方向磁化容易。制造變壓器用的硅鋼片的易。制造變壓器用的硅鋼片的方向應平方向應平行于導磁方向，以降低變壓器的鐵損。行于導磁方向，以降低變壓器的鐵損。 鋅在鹽酸中溶解時，晶面的溶解速度鋅在鹽酸中溶解時，晶面的溶解速度的次序從大到小是：的次序從大到小是： 各向異性：各向異性：晶體晶體在不同的方向上的力學、在不同的方向上的力學、物理

5、和化學等性能不一樣。物理和化學等性能不一樣。 各向同性：各向同性：非晶體非晶體在各個方向上性能完在各個方向上性能完全相同，這種性質叫非晶體的全相同，這種性質叫非晶體的各向同性各向同性。 實際使用的金屬實際使用的金屬, , 內部由許多晶粒組成，內部由許多晶粒組成，每個晶粒在空間分布的位向不同，在宏觀上每個晶粒在空間分布的位向不同，在宏觀上沿各個方向上的性能趨于相同，晶體的各向沿各個方向上的性能趨于相同，晶體的各向異性顯示不出來。異性顯示不出來。 5、晶體與非晶體的相互轉化、晶體與非晶體的相互轉化u玻璃經高溫長時間加熱后能形成晶態玻璃玻璃經高溫長時間加熱后能形成晶態玻璃u通常呈晶體的物質如果將它從

6、液態快速冷卻下來也可能得通常呈晶體的物質如果將它從液態快速冷卻下來也可能得 到非晶態到非晶態u獲得非晶態的金屬和合金（采用特殊的制備方法獲得非晶態的金屬和合金（采用特殊的制備方法 ）思考題思考題u常見的金屬基本上都是晶常見的金屬基本上都是晶體體,但為什么不顯示各向異但為什么不顯示各向異性性?u多晶中各個晶粒往往取向多晶中各個晶粒往往取向不同，所以多個晶粒集合不同，所以多個晶粒集合在一起在任一方向上都顯在一起在任一方向上都顯示不出某一個晶向的特性示不出某一個晶向的特性來。來。 空間點陣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，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

7、則排列于空間的無數個幾何點，可把它們抽象為規則排列于空間的無數個幾何點，這些幾何點可以是原子或分子的中心，也可以是彼這些幾何點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，但各個點子的此等同的原子群或分子群的中心，但各個點子的周圍環境必須相同，這種點子的空間排列稱為周圍環境必須相同，這種點子的空間排列稱為空間點陣。其中的每一個點稱為陣點或結點。空間點陣。其中的每一個點稱為陣點或結點。晶格晶格將陣點用一系列平行直線連接起來，將陣點用一系列平行直線連接起來，構成一空間格架叫晶格。構成一空間格架叫晶格。晶胞晶胞從晶格中選取一個能完全反映晶格特征的從晶格中選取一個能完全反映晶格特征的

8、基本單元作為空間點陣的組成單元，這種基本單元作為空間點陣的組成單元，這種最小的幾何單元稱晶胞。最小的幾何單元稱晶胞。 晶格 晶胞晶胞大小和形狀表示方法為：晶胞大小和形狀表示方法為：l晶胞的棱邊長度、（稱為晶胞的棱邊長度、（稱為點陣常數、晶格常數點陣常數、晶格常數）l棱邊的夾角為棱邊的夾角為、（稱為晶軸間夾角）。（稱為晶軸間夾角）。選取晶胞的原則：選取晶胞的原則：l1 1、應反映出點陣的高度對稱性、應反映出點陣的高度對稱性l2 2、棱和角相等的數目最多、棱和角相等的數目最多l3 3、棱邊夾角為直角時，直角數目最多、棱邊夾角為直角時，直角數目最多l4 4、晶胞體積最小、晶胞體積最小晶胞晶胞三斜晶系

9、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 ab bc c，9090a ab cb c，9090，=120=120a ab cb c，9090abcabc， 9090abcabc，9090abcabc， 90 90a ab bc c， 9090空間點陣是晶體中質點排列的幾何學抽象，空間點陣是晶體中質點排列的幾何學抽象，用以描述和分析晶體結構的周期性和對稱性，用以描述和分析晶體結構的周期性和對稱性，由于各陣點的周圍環境相同，它只能有由于各陣點的周圍環境相同，它只能有1414種。種。晶體結構是指晶體中實際質點（原子、離子或晶體結構是指晶體中實際質點（原子、離子或分子）的具體排列情況，它

10、們能組成各種類型分子）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構是無限的。的排列，因此實際存在的晶體結構是無限的。空間點陣空間點陣晶體結構注意：注意： 晶體結構差異很大，而空間點陣可能相同晶體結構差異很大，而空間點陣可能相同 晶體結構相似，而空間點陣可能不同。晶體結構相似，而空間點陣可能不同。圖圖 布拉菲點陣布拉菲點陣晶面晶面晶體結構中一系列原子所構成的平面。晶體結構中一系列原子所構成的平面。晶向晶向通過晶體中任意兩個原子中心連成直線來通過晶體中任意兩個原子中心連成直線來表示晶體結構的空間的各個方向。表示晶體結構的空間的各個方向。晶向指數晶向指數和和晶面指數晶面指數是分別

11、表示晶向和晶面的符號，是分別表示晶向和晶面的符號，國際上用國際上用iller指數指數來統一標定。來統一標定。 晶向指數的標定晶向指數的標定u(1)建立以晶軸建立以晶軸a，b，c為坐標軸的坐標系，各軸上的坐為坐標軸的坐標系，各軸上的坐標長度單位分別是晶胞邊長標長度單位分別是晶胞邊長a，b，c，坐標原點在待標晶向，坐標原點在待標晶向上；上；u(2)選取該晶向上原點以外的任一點選取該晶向上原點以外的任一點P(xa，yb，zc)；u(3)將將xa，yb，zc化成最小的簡單整數比化成最小的簡單整數比u，v，w，且，且u v w = xa yb zc；u(4)將將u，v，w三數置于方括號內就得到晶向指數三

12、數置于方括號內就得到晶向指數uvw。晶向指數的標定晶向指數的標定確定確定立方晶系晶向指數立方晶系晶向指數 的步驟如下：的步驟如下：1、設坐標系2、求坐標值3、化整數4、化為最小整數，列括號化為最小整數，列括號 負值則在指數上加一負號。負值則在指數上加一負號。 晶向指數的說明：晶向指數的說明：ua.指數意義：代表相互平行、方向一致的所有晶向。指數意義：代表相互平行、方向一致的所有晶向。ub.負值：標于數字上方，表示同一晶向的相反方向。負值：標于數字上方，表示同一晶向的相反方向。uc.晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不同晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不同 的一組晶向，用的一組晶向

13、，用表示。數字相同，表示。數字相同， 但排列順序不同或正負號不同的晶向屬于但排列順序不同或正負號不同的晶向屬于 同一晶向族。同一晶向族。 晶面指數的標定晶面指數的標定u(1)建立一組以晶軸建立一組以晶軸a，b，c為坐標軸的坐標系。為坐標軸的坐標系。u(2)求出待標晶面在求出待標晶面在a，b，c軸上的截距軸上的截距xa，yb，zc。如。如該晶面與某軸平行，則截距為該晶面與某軸平行，則截距為。u(3)取截距的倒數取截距的倒數1/xa，1/yb，1/zc。u(4)將這些倒數化成最小的簡單整數比將這些倒數化成最小的簡單整數比h，k，l，使，使h k l= 1/xa 1/yb 1/zc。u(5)如有某一

14、數為負值，則將負號標注在該數字的上方，如有某一數為負值，則將負號標注在該數字的上方，將將h，k，l置于圓括號內，寫成置于圓括號內，寫成(hkl)，則，則(hkl)就是待標晶面就是待標晶面的晶面指數。的晶面指數。圖 晶面指數的標定圖 晶面指數的標定 晶面指數的說明：晶面指數的說明：u晶面指數所代表的不僅是某一晶面，而是代表著一組相晶面指數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互平行的晶面 ua.指數意義：代表一組平行的晶面；指數意義：代表一組平行的晶面；ub.0的意義：面與對應的軸平行；的意義：面與對應的軸平行；uc.平行晶面：指數相同，或數字相同但正負號相反；平行晶面：指數相同，

15、或數字相同但正負號相反；ud.晶面族：晶體中具有相同條件（原子排列和晶面間距晶面族：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，用完全相同），空間位向不同的各組晶面，用hkl表示。表示。 ue.若晶面與晶向同面，則若晶面與晶向同面，則hu+kv+lw=0;uf.若晶面與晶向垂直，則若晶面與晶向垂直，則u=h, k=v, w=l。110 晶面族確定確定立方晶系晶面指數（立方晶系晶面指數（hklhkl）的步驟如下：的步驟如下：1、設坐標、設坐標2、求截距、求截距3、取倒數、取倒數4 4、將三個倒數化為互質的整數比，并加上圓、將三個倒數化為互質的整數比，并加上圓括號，即

16、表示該晶面的晶面指數，記為（括號，即表示該晶面的晶面指數，記為（hkl)hkl)原點設在待求晶面以外。原點設在待求晶面以外。求晶面在三個軸上的截距求晶面在三個軸上的截距。晶帶晶帶晶帶定律所有平行或相交于同一直線的晶面所有平行或相交于同一直線的晶面構成一個晶帶，此直線稱為晶帶軸。構成一個晶帶，此直線稱為晶帶軸。屬此晶帶的晶面稱為晶帶面。屬此晶帶的晶面稱為晶帶面。同一晶帶上晶帶軸同一晶帶上晶帶軸uvwuvw和晶帶面和晶帶面（hklhkl）之間存在以下關系：）之間存在以下關系：hu+kv+lw=0hu+kv+lw=0 通過晶帶定理可以：通過晶帶定理可以：1 1、求兩不平行的晶面（、求兩不平行的晶面（

17、h h1 1k k1 1l l1 1）和（）和（h h2 2k k2 2l l2 2）的晶帶軸。）的晶帶軸。 2 2、求兩個不平行的晶向、求兩個不平行的晶向uu1 1v v1 1w w1 1 和和uu2 2v v2 2w w2 2 所決定的晶面。所決定的晶面。3 3、判斷某一晶向是否在某個晶面上。、判斷某一晶向是否在某個晶面上。4 4、判斷幾個晶面是否屬于同一晶帶。、判斷幾個晶面是否屬于同一晶帶。晶面間距晶面間距相鄰兩個平行晶面之間的距離，相鄰兩個平行晶面之間的距離，用用d dhklhkl表示。表示。低指數的晶面間距較大，高指低指數的晶面間距較大，高指數的則較小。數的則較小。晶面間距最大的面總

18、是原子密排面。晶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。晶面間距越小則晶面上的陣點就越稀疏。 上述晶面間距的計算公式只適應上述晶面間距的計算公式只適應簡單晶胞簡單晶胞。復雜晶胞由。復雜晶胞由于中心型原子的存在而使晶面層數增加，應根據具體情況對于中心型原子的存在而使晶面層數增加，應根據具體情況對上述計算公式進行修正。上述計算公式進行修正。三、純金屬晶體結構 決定晶體結構類型的內在因素是原子（分子、離決定晶體結構類型的內在因素是原子（分子、離子）間結合鍵的類型以及鍵的強弱。金屬晶體的結合子）間結合鍵的類型以及鍵的強弱。金屬晶體的結合鍵是金屬鍵，由于金屬鍵沒有方向性，使金屬

19、內部的鍵是金屬鍵，由于金屬鍵沒有方向性，使金屬內部的原子趨向于緊密排列，構成高度對稱性的簡單晶體結原子趨向于緊密排列，構成高度對稱性的簡單晶體結構。構。金屬在固態下一般都是晶體。決定晶體結構的內在因素是原子，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，從而使金屬內部的原子趨于緊密排列，構成高度對稱性的簡單晶體結構：密排六方結構密排六方結構 A3 A3 或或 hcp hcp 六方晶系六方晶系體心立方結構體心立方結構 A2 A2 或或 bcc bcc 立方晶系立方晶系面心立方結構面心立方結構 A1 A1 或或 fcc fcc 立方晶系立方晶系配

20、位數和致密度配位數和致密度原子半徑原子半徑 R(R(原子的半徑原子的半徑)()(和點陣常數關系和點陣常數關系) )晶胞中原子數晶胞中原子數點陣參數點陣參數 ( (晶格常數和晶軸間夾角晶格常數和晶軸間夾角) )原子的堆垛方式原子的堆垛方式密排方向和密排面密排方向和密排面晶體結構中間隙晶體結構中間隙 ( (大小和數量大小和數量) )晶胞中原子的排列方式晶胞中原子的排列方式 ( (原子所處的位置原子所處的位置) )原子半徑原子半徑晶胞中相距最近的兩個原子之晶胞中相距最近的兩個原子之 間距離的一半稱為原子半徑間距離的一半稱為原子半徑( (r r原子原子) )。致密度致密度晶胞中原子占有的體積與該晶胞體

21、積之晶胞中原子占有的體積與該晶胞體積之 比稱為致密度比稱為致密度( (也稱密排系數也稱密排系數) )。 致密度越大，原子排列緊密程度越大。致密度越大，原子排列緊密程度越大。配位數配位數為晶格中與任一個原子相距最近且距離為晶格中與任一個原子相距最近且距離 相等的原子數目。相等的原子數目。 配位數越大，原子排列緊密程度就越大。配位數越大，原子排列緊密程度就越大。面心（面心（fccfcc、A1) A1) 體心（體心（bccbcc、A2) (A2) (密排六方（密排六方（hcphcp、 A3)A3)1 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、晶胞中原子排列：在立方體的八個頂角和六個面的

22、面心各有一個原子。有一個原子。2 2、晶胞中原子數、晶胞中原子數: n=8: n=81/81/86 61/2=4 1/2=4 個個3 3、密排面和密排方向：、密排面和密排方向：111 111 4 4、點陣常數與原子半徑的關系：、點陣常數與原子半徑的關系：5 5、配位數與致密度、配位數與致密度 配位數配位數 CN=12CN=12 致密度致密度 k=0.74k=0.746 6、原子堆垛方式：、原子堆垛方式：ABCABCABCABC7 7、間隙：八面體間隙、四面體間隙、間隙：八面體間隙、四面體間隙Ra42 n=8n=81/81/86 61/2=4 1/2=4 個個密排面：111 密排方向：面心立方點

23、陣常數與原子半徑的關系面心立方點陣常數與原子半徑的關系Ra42 配位數為12致密度74.0VnvK面心立方結構中原子密排面的堆垛順序面心立方結構中原子密排面的堆垛順序位于晶胞體中心和每個棱邊的中點，由位于晶胞體中心和每個棱邊的中點，由 6 6 個面心原子所個面心原子所圍成圍成, ,大小大小r rB B=0.414R=0.414R，r rB B為間隙半徑，為間隙半徑，R R為原子半徑。為原子半徑。由一個頂點原子和三個面心原子圍成，其大小：由一個頂點原子和三個面心原子圍成，其大小：r rB B=0.225R=0.225R。aRaR43,341 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

24、子。、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 2、晶胞中原子數、晶胞中原子數: n=8: n=81/81/81=2 1=2 個個3 3、密排面和密排方向：、密排面和密排方向：110 110 4 4、點陣常數與原子半徑的關系：、點陣常數與原子半徑的關系：5 5、配位數與致密度、配位數與致密度 配位數配位數 CN=8CN=8 致密度致密度 k=0.68k=0.686 6、間隙：八面體間隙、四面體間隙、間隙：八面體間隙、四面體間隙n=8n=81/81/81=2 1=2 個個密排面110 密排方向體心立方晶格中點陣常數和原子半徑的關系體心立方晶格中點陣常數和原子半徑的關系aRaR43

25、,34體心立方結構的配位數及致密度體心立方結構的配位數及致密度配位數為8致密度為0.68四面體間隙由兩個體心原子和兩個頂角原子所圍成，四面體間隙由兩個體心原子和兩個頂角原子所圍成，大小大小rB=0.291R,rB=0.291R,有有 12 12 個。個。1 1、晶胞中原子排列：正六棱柱體、晶胞中原子排列：正六棱柱體 12 12 個頂角和上下底中心各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有一個原子，正六棱柱體中心有三個原子2 2、晶胞中原子數、晶胞中原子數: n=12: n=121/61/62 21/2 + 3 = 6 1/2 + 3 = 6 個個3 3、密排面和密排方向：、

26、密排面和密排方向：0001 0001 4 4、點陣常數與原子半徑的關系：、點陣常數與原子半徑的關系：a=2R (c/a=1.633)a=2R (c/a=1.633)5 5、配位數與致密度、配位數與致密度 配位數配位數 CN=12CN=12 致密度致密度 k=0.74k=0.746 6、原子堆垛方式：、原子堆垛方式：ABABABAB7 7、間隙：八面體間隙、四面體間隙、間隙：八面體間隙、四面體間隙2n=12n=121/61/62 21/2 + 3 = 6 1/2 + 3 = 6 個個密排面0001 密排方向2密排六方晶格中點陣常數和原子半徑的關系密排六方晶格中點陣常數和原子半徑的關系a = 2R

27、 (c/a=1.633)配位數為12致密度 74.0VnvK密排六方結構中原子密排面的堆垛順序密排六方結構中原子密排面的堆垛順序ABABABAB八面體間隙有八面體間隙有6 6個，當個，當c/a=1.633c/a=1.633時，時，r rB B=0.414=0.414r rA A四面體間隙有四面體間隙有1212個，當個，當c/a=1.633c/a=1.633時，時，r rB B=0.225=0.225r rA A0.74126密排六方密排六方0.74124面心立方面心立方0.6882體心立方體心立方致密度致密度配位數配位數原子數原子數原子半徑原子半徑ar43ar21ar42u分別畫出面心立方晶格

28、和體心立方晶格分別畫出面心立方晶格和體心立方晶格100, 110, 100, 110, 111111晶面上原子排列示意圖。晶面上原子排列示意圖。思考題思考題 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構。指某些金屬在不同溫度和壓力下具有不同的晶體結構。 多晶型性轉變多晶型性轉變指金屬在外部條件指金屬在外部條件 ( (如如 T T 和和 P) P) 改變時，其內部改變時，其內部從一種晶體結構向另一種晶體結構的轉變從一種晶體結構向另一種晶體結構的轉變, ,又稱同素異構轉變。又稱同素異構轉變。例如純鐵例如純鐵: :)(bccFe)(bccFe)(fccFe1394C912 C具有多

29、晶型性的金屬還有具有多晶型性的金屬還有MnMn、TiTi、SnSn、ZrZr等。等。 概述概述合金合金：兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬 經熔煉或其它方法制成的具有金屬特性的物質。組元組元：組成合金的基本的獨立的物質， 組元可以是純金屬、非金屬元素、或化合物。相相：合金中具有同一聚集狀態、同一晶體結構 和性質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。 固溶體固溶體中間相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（溶質原子）所形成的均勻混合的固態溶體，組元原子（溶質原子）

30、所形成的均勻混合的固態溶體，它保持著溶劑的晶體結構類型。它保持著溶劑的晶體結構類型。兩組元兩組元ABAB組成合金時，除了可形成以組成合金時，除了可形成以A A為基或以為基或以B B為基的固溶為基的固溶體，還可能形成晶體結構與體，還可能形成晶體結構與A A、B B兩組元均不相同的新相。由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。相。中間相可以是化合物，也可以是以化合物為基的固溶體。固溶體固溶體固溶體 合金組元通過溶解形成一種成合金組元通過溶解形成一種成分和性

31、能均勻的、且結構與組元之一相分和性能均勻的、且結構與組元之一相同的固相。同的固相。溶劑溶劑 與固溶體晶格相同的組元與固溶體晶格相同的組元溶質溶質 其他另一組元（含量較少）其他另一組元（含量較少） 固溶體用固溶體用、等符號表示。等符號表示。A A、B B組元組成的固溶體也可表示為組元組成的固溶體也可表示為A(B), A(B), 其中其中A A為為溶劑溶劑, B, B為溶質。為溶質。 例如銅鋅合金中鋅溶入銅中形成的固溶例如銅鋅合金中鋅溶入銅中形成的固溶體一般用體一般用表示表示, , 亦可表示為亦可表示為Cu(Zn)Cu(Zn)。 1. 1. 固溶體的分類固溶體的分類 （1 1）按溶質原子在溶劑晶格

32、中的位置分）按溶質原子在溶劑晶格中的位置分 置換固溶體置換固溶體: :溶質原子代換了溶劑晶格某些溶質原子代換了溶劑晶格某些結點上的原子結點上的原子; ; 間隙固溶體間隙固溶體溶質原子進入溶劑晶格的間隙溶質原子進入溶劑晶格的間隙之中。之中。置換固溶體置換固溶體 間隙固溶體間隙固溶體 （2 2）按溶質原子在溶劑中的溶解度分）按溶質原子在溶劑中的溶解度分 有限固溶體、無限固溶體有限固溶體、無限固溶體兩種。兩種。 固溶體中溶質的含量即為固溶體的固溶體中溶質的含量即為固溶體的濃度濃度，用，用質量分數或摩爾分數表示。質量分數或摩爾分數表示。 在一定溫度和壓力條件下，溶質在固溶體中在一定溫度和壓力條件下，溶

33、質在固溶體中的的極限濃度極限濃度即為溶質在固溶體中的即為溶質在固溶體中的溶解度溶解度。 有限固溶體有限固溶體 超過溶解度有其它相形成。超過溶解度有其它相形成。 無限固溶體無限固溶體 溶質可以任意比例溶入，即溶質可以任意比例溶入，即溶質溶解度可達溶質溶解度可達100%100%。 （3 3）按溶質原子在固溶體中分布是否規律分）按溶質原子在固溶體中分布是否規律分 無序固溶體：無序固溶體：溶質原子無規則分布溶質原子無規則分布 有序固溶體：有序固溶體：溶質原子規則分布溶質原子規則分布無序固溶體無序固溶體有序固溶體有序固溶體有序化轉變：有序化轉變：在一定條件下，一些合金的無序在一定條件下，一些合金的無序固

34、溶體可轉變為有序固溶體。固溶體可轉變為有序固溶體。2. 2. 影響置換固溶體溶解度的因素影響置換固溶體溶解度的因素電負性原子尺寸晶體結構原子價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，溶質的原子價越高，其固溶度越小。 3. 3. 固溶體的性能固溶體的性能 固溶體隨著溶質原子的溶入晶格發生畸變。固溶體隨著溶質原子的溶入

35、晶格發生畸變。 晶格畸變增大位錯運動的阻力，使金屬的滑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移變形變得更加困難，從而提高合金的強度和硬度。度。通過形成固溶體使金屬強度和硬通過形成固溶體使金屬強度和硬度提高的現象稱為度提高的現象稱為固溶強化固溶強化。 固溶強化是金屬強化的一種重要形式。固溶強化是金屬強化的一種重要形式。 在溶質含量適當時，可顯著提高材料的強在溶質含量適當時，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。度和硬度，而塑性和韌性沒有明顯降低。 如：如： 純銅的純銅的b b為為220 MPa, 220 MPa, 硬度為硬度為40 HB,

36、 40 HB, 斷面收縮率斷面收縮率為為70%70%。 當加入當加入1%1%的鎳形成單相固溶體后的鎳形成單相固溶體后, , 強強度升高到度升高到390 MPa, 390 MPa, 硬度升高到硬度升高到70 HB, 70 HB, 而斷而斷面收縮率仍有面收縮率仍有50%50%。 固溶體綜合機械性能很好固溶體綜合機械性能很好, , 常作為結構常作為結構合金的基體相。合金的基體相。 固溶體與純金屬相比固溶體與純金屬相比, , 物理性能有較大物理性能有較大的變化的變化, , 如電阻率上升如電阻率上升, , 導電率下降導電率下降, , 磁矯磁矯頑力增大。頑力增大。v中間相是合金組元間發生相互作用而形成的一

37、種新相中間相是合金組元間發生相互作用而形成的一種新相, ,它它可以是化合物可以是化合物, ,也可以是以化合物為基的固溶體也可以是以化合物為基的固溶體( (二次固溶二次固溶體體),),一般可以用化學分子式來表示一般可以用化學分子式來表示, ,但不一定符合化合價但不一定符合化合價規律。規律。v中間相中原子的結合方式為金屬鍵與其它結合鍵相混合的中間相中原子的結合方式為金屬鍵與其它結合鍵相混合的方式。它們都具有金屬特性。方式。它們都具有金屬特性。v中間相分類：正常價化合物、電子化合物、原子尺寸有關中間相分類：正常價化合物、電子化合物、原子尺寸有關化的化合物化的化合物( (間隙相、間隙化合物間隙相、間隙

38、化合物) )、超結構。、超結構。是一些金屬與電負性較強的是一些金屬與電負性較強的AA、AA、AA族的一些元素按照化學上的原子價規律所形成的化合物。族的一些元素按照化學上的原子價規律所形成的化合物。其特點是符合化合物規律。具有嚴格的化合比、成分固其特點是符合化合物規律。具有嚴格的化合比、成分固定不變，成分可用化學式表示定不變，成分可用化學式表示, ,一般為一般為ABAB型、型、ABAB2 2型或型或A A2 2B B型、型、A A3 3B B2 2型。型。例如。例如:A:A2 2B B型型 MgMg2 2Pb MgPb Mg2 2Sn MgSn Mg2 2Ge Ge MgMg2 2Si ABSi AB型型 MgS MnS FeSMgS MnS FeS。在工業合。在工業合金中金中, ,能起到提高材料強度和硬度的作用能起到提高材料強度和硬度的作用, ,稱為強化相。稱為強化相。如如AlAlMgMgSiSi合金中合金中MgMg2 2SiSi；但有時也是有害相；但有時也是有害相, ,如鋼中如鋼中FeSFeS會引起鋼的脆性。會引起鋼的脆性。 是由是由BB族（族（CuCu、AuAu、AgAg）或過）或過 渡族金屬（渡族金屬（FeFe、CoCo、NiNi）與）與BB、AA、AA族元素形成的金屬化合物。電子價化合物的特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