第一章 晶体结构09

nullnull材料科学基础主讲：周芳材料与冶金学院null材料科学及其研究目的 材料科学：是研究材料的化学成分、组织结构、制备工艺与性能及应用之间相互关系的科学。 目的和任务：了解、认识材料的各种性能和本质，掌握材料（以金属材料为例）在加工、使用中的变化规律，对材料科学的基本理论和基本知识获得准确的理解和坚实的基础。 (1)合理地选择金属材料； (2)正确地拟定各种加工工艺过程，充分发挥材料的潜力，延长寿命，节约材料； (3)按给定的性能开发新的合金。绪论null绪论材料的含义 广义的材料包括人类思想意识之外的所有物质。 null绪论材料的重要性★ 是人类生产、生活的物质基础★人类社会文明程度的重要标志之一 ★当代社会经济的先导，是科技进步的关键 null材料的结构、组织与性能含义结构组织构成材料的基本质点(离子、原子或分子等)是如何结合与排列的，它表明材料的构成方式。指借助于显微镜所观察到的材料微观组成与形貌---通常称为显微组织。null性能使用性能工艺性能 指在服役条件下，能保证安全可靠工作所必备的性能。力学性能 物理性能 化学性能 强度、硬度、塑性、韧性、蠕变和疲劳 熔点、密度以及电、磁、光和热 耐腐蚀和抗老化 null性能使用性能工艺性能 铸造 塑性加工焊接 液→固；流动性指材料的可加工性 。热处理 粉末冶金 机械加工 nullnullnullnull性能使用性能工艺性能 铸造 塑性加工焊接 液→固；流动性锻、拉、挤、轧、弯 ；延展性 ；变形抗力、变形开裂倾向热处理 粉末冶金 机械加工 nullnull性能使用性能工艺性能 铸造 塑性加工焊接 液→固；流动性锻、拉、挤、轧、弯 ；延展性 ；变形抗力、变形开裂倾向可焊性 热处理 粉末冶金 机械加工 nullnullnullnullnull性能使用性能工艺性能 铸造 塑性加工焊接 液→固；流动性锻、拉、挤、轧、弯 ；延展性 ；变形抗力、变形开裂倾向可焊性 热处理 粉末冶金 机械加工 热诱发组织转变； 经压制、烧结成固体 切削加工null材料的分类结构材料 功能材料 强调利用材料的力学性能来满足工程结构上的需要 强调材料具有光、电、磁、热等特殊的物理性能 性能特点和用途 null材料的分类金属材料 复合材料 材料中原子之间的键合特点 陶瓷材料 高分子材料 金属是具有正的电阻温度系数的物质, 通常具有良好的导电性、导热性、延展性、高的密度和高的光泽 null材料的分类金属材料 复合材料 材料中原子之间的键合特点 陶瓷材料 高分子材料 金属和非金属元素间的化合物。具有很高的强度和硬度，较低的导电、导热性，延性、成型性及耐冲击性都很差。极好的耐高温和耐腐蚀特性,还有一些独特的光学、电学。 null材料的分类金属材料 复合材料 材料中原子之间的键合特点 陶瓷材料 高分子材料 非金属原子共有电子而构成大分子材料称为高分子材料。每个大分子由许多结构相同的单元相互连接而成，因此高分子材料又称为聚合物。它具有较高的强度、良好的塑性、较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。 null材料的分类金属材料 复合材料 材料中原子之间的键合特点 陶瓷材料 高分子材料 复合材料是由两种或两种以上材料组成的，其性能是它的组成材料所不具备的。复合材料可能具有非同寻常的刚度、强度、高温性能和耐蚀性。 null组织结构使用性能热加工工艺锻造铸造焊接热处理null 材料科学是研究各种材料的制备加工工艺、成分与组织结构、性质、使用性能之间关系的科学。 四个要素间的密切关系确定了材料科学与工程这一领域，确定了本课程的教学线索。null学习《材料科学基础》的必要性： 是必修的专业基础课，在整个专业学习过程中起承上启下的作用。 通过这门课的学习，为专业课的学习打下基础；为今后有关专业的工作和科研提供必需的有关材料学方面的基本知识、基本理论、基本实验技能，提高分析问题和解决问题的能力。 null材料科学（金属学）研究的具体内容： 三大理论： 晶体结构理论（正常结构、晶体缺陷） 结晶理论（纯金属、二元合金、三元合金） 固态中的转变理论（塑变和回复再结晶、扩散） 一大中心：成分、组织、结构、性能关系 二大图形：相图、金属的组织图null参考书： 胡赓祥主编，《材料科学基础》，上海交通大学出版社。 石德珂主编，《材料科学基础》，机械工业出版社。 崔忠圻主编，《金属学与热处理（铸造、焊接专业用）》，机械工业出版社。 《金属学》《材料科学基础》余永宁null本课程考核方法： 30%平时成绩（出勤率、作业和课堂提问）+70%期末成绩null物质是由原子组成的，在材料中，最为关心的是原子的电子结构。 原子的电子结构即为原子间键合本质。它决定了材料的分类： 金属、陶瓷、高分子 材料的性能：物理、化学、力学第一章 材料的晶体结构 1.1 材料结构的基本知识null物质由无数微粒聚集而成。 分子：单独存在，保持物质化学特性。 原子：化学变化中的最小微粒。1879年，J.J Thomson 发现电子,揭示了原子内部秘密 1911年，E.Rutherford提出原子结构有核模型 1913年，N.Bohr将一、物质的组成二、原子的结构材料结构的基本知识nullBohr atomic model材料结构的基本知识null核外电子的排布规律描述原子中一个电子的空间和能量，可用四个量子数表示三、元素周期表三、元素周期表元素：具有相同核电荷的同一类原子总称，共116种，核电荷数是划分元素的依据。 同位素：具有相同的质子数和不同中子数的同一元素的原子。 元素有两种存在状态：游离态和化合态。 7个横行周期按原子序数递增的顺序从左至右排列。 18个纵行16族：7个主族、7个副族、1个Ⅷ族、1个零族，最外层的电子数相同，按电子壳层数递增的顺序从上而下排列。原子序数＝核电荷数 主族序数＝最外层电子数 （价电子数）周期序数＝电子壳层数零族元素最外层电子数为8（氦为2）null§1.2 原子间的结合一、 原子间的键合 离子键 共价键 金属键分子键(范德瓦尔斯力) 氢键二次键一次键null 金属原子将自己的最外层电子给予非金属原子，使自己变为正离子，而非金属原子获得电子后成为带负电的负离子，二者通过静电引力结合在一起。 特点：以离子而不是以原子为结合单元，要求正负离子相间排列，且无方向性，无饱和性。性质：熔点和硬度均较高，良好电绝缘体。1.一次键(primary bonding)1）离子键 多数盐类、碱类和金属氧化物，如NaCl。原子间的结合null2）共价键(covalent bonding)： 亚金属（ C、Si、Sn、 Ge ）、聚合物和无机非金属材料。 实质：相邻原子共享一对电子或几对价电子，使各原子的外层电子结构成为稳定的八电子层,来达到稳定结构，如SiO2。 特点：有饱和性， 配位数较小 ，方向性（s电子除外）。 性质：熔点高、硬而脆、导电能力差。原子间的结合null典型金属原子结构：最外层电子数很少，一般为1~2个，不超过3个。即价电子极易挣脱原子核之束缚而成为自由电子，形成电子云。金属中自由电子与金属正离子之间构成的键合称为金属键。特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性，形成低能量密堆结构。性质：良好导电、导热性能，延展性好，具有特有的金属光泽。3）金属键(metallic bonding)：原子间的结合null1)分子键（范德瓦耳斯键） 从统计学看，电子的分布具有球形对称性，但如果由于近邻原子的相互作用使得原子的正电荷中心和负电荷中心不重叠，则产生一个偶极矩。 这种偶极矩所产生的原子间结合力——范德瓦耳斯键 结合力较弱，如塑料、石蜡等，熔点很低、硬度也低。 氢原子只有一个电子，当氢原子与一个电负性很强的原子结合成分子（如HF）时，氢原子的一个电子转移到该原子壳层上；HF分子的氢离子一侧实质上是一个裸露的质子，对另一个电负性较大的原子表现出较强的吸引力。 2. 二次键(secondary bonding)2)氢键（hydrogen bonding） 类似于范德瓦耳斯键，结合力比范德瓦耳斯键强。氢键具有饱和性和方向性null3.结合键的特性原子间的结合null二、结合力与结合能 在作用力等于零的平衡距离下，能量达到最低值，体系处于稳定状态。因此，原子间必须保持一定的平衡距离，这是固态金属中的原子趋于规则排列的重要原因。原子间的结合null晶体结构的基本特征：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列 ，即存在长程有序。 性能上两大特点：固定的熔点； 各向异性。1.3 晶体学基础null 指几何点在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维阵列，是人为的对晶体结构的抽象。4)晶胞 构成晶格的最基本单元。 将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点（阵点 ）。每个阵点在空间分布必须具有完全相同的周围环境。 人为地将阵点用一系列相互平行的直线连接起来所形成的空间格架，常用于表示空间点阵的几何规律。一、晶体学的几个概念1)空间点阵2)阵点或结点3)晶格null具有相同点阵的晶体结构NaCl：由Cl-构成面心立方，而Na＋占据其八面体间隙位置； CaF2：由Ca2＋构成面心立方，8个F-则位于该晶胞的8个四面体间隙的中心位置。null晶体结构相似而点阵不同CsCl属于简单立方，Cs＋占据立方体的间隙。★ 晶体结构与空间点阵的区别★ 晶体结构与空间点阵的区别晶体结构和空间点阵，尽管有着密切的联系，仍然是两个不同的概念，不能混淆。二者之间的关系是： 点阵+基元=晶体结构null二、晶胞晶体学基础null选取晶胞原则： 1. 能充分反映整个空间点阵的对称性； 2. 尽可能多的直角； 3. 所选取的晶胞体积最小。晶体学基础只在平行六面体的八个顶角上有阵点简单晶胞null三、晶系和布拉菲点阵 根据晶胞棱边长度之间的关系和晶轴之间夹角对晶体的分类, 所有晶体可归为7个晶系。考虑每个阵点的周围环境，晶体的空间点阵共有14种。 null 用于表示不同晶向和晶面的一种符号 1. 晶向 空间点阵中一个方向，代表晶格中原子列的方向。晶向指数标定 1)建立坐标系； 2)待定晶向上选取一点(最方便的点)，确定其坐标值； 3)将该坐标值化整最小整数并加方括号 [uvw]。OB=PA=[110]OA=[111]四、晶向指数和晶面指数举例：晶体学基础null● 一个晶向指数代表相互平行、方向一致的所有晶向； ● 若晶体中两晶向相互平行但方向相反，则晶向指数中的数字相同，符号相反； ● 晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向称为晶向族 。将u、v、w改变符号和顺序，进行任意排列组合，就可构成这个晶向族所包括的所有晶向的指数。 如立方晶系中：晶向指数的意义：晶体学基础null2.晶面(Crystal planes): 通过空间点阵中的任意一组阵点的原子平面。确定晶面指数(Miller indices for the plane) ：∞ , -1, 1/20, -1, 2 1)建立坐标系，原点要定于待定晶面之外； 2)求待定晶面在三个轴的截距，若该晶面和某坐标轴平行，则在此轴上的截距为∞； 3)取三个截距值的倒数； 4)化整并加园括号 （hkl）晶体学基础null　晶面指数的意义：晶面族{h k l}中的晶面数：● 平行晶面的晶面指数相同——一个晶面指数代表一组相互平行的晶面；● 晶体中原子排列情况相同而只是空间位向不同的各组晶面称为晶面族, { hkl}。null** [uvw]晶向与(hkl)晶面平行时,有 hu+kv+lw=0。 如立方晶系中：晶向指数与晶面指数的某些关系:** 在立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面必定相互垂 直。(hkl)[hkl]null3. 六方晶系的晶向指数和晶面指数三轴系 a1， a2 ， c；四轴系 a1 ，a2 ， a3 ， c确定六方晶系晶面指数步骤： 晶面指数与三轴坐标系相同，取晶面在四个坐标轴上的截距即可得（h k i l）。四轴晶面指数(hkil)特点 ： 同一平面上的h、k、i三个坐标中有一个是不独立的。 i= ― (h+k)null六方晶系晶向指数特点： 用 [uvtw] 表示晶向， t = ― (u+v)确定六方晶系晶向指数步骤： 1) 确定坐标系； 2) 再确定三轴坐标系的晶向指数 [UVW]，然后换算成四轴坐标系的晶向指数 [uvtw]。 u = （2U ― V）/3， v = （2V ― U）/3， t = ― (u+v)， w = Wnull练习12、画出六方晶系的下列晶向和晶面。 、 、 。 、 、 。null4. 晶面间距（inter-planer spacing）： 相邻两个平行晶面之间的距离。晶面间距越大，晶面上原子排列越密集。 即低指数的晶面间距较大，而高指数的晶面间距则较小。null 上述公式仅适用于简单晶胞,对于复杂晶胞则要考虑附加面的影响。当h、k、l不全为奇、偶数时，有附加面：如{100}，{110}当h＋k＋l＝奇数时，有附加面：如{100}，{111}。 立方晶系：fcc:bcc:null5. 晶带 相交于某一晶向直线的所有晶面的组合称为晶带，该直线称为晶带轴，所有的这些晶面都称为共带面。 晶带用晶带轴的晶向指数表示： [uvw] 晶带轴[uvw]与该晶带中任一晶面（hkl）之间有： hu + kv + lw = 0 晶带定律：凡满足上式的晶面都属于以 [uvw] 为晶带轴的晶带。六方晶系 null，则三个晶轴同在一个晶面上。，则三个晶面同属一个晶带。3. 已知三个晶轴[u1v1w1]、[u2v2w2]、[u3v3w3]，若：4. 已知三个晶面(h1k1l1)、(h2k2l2)、(h3k3l3)，若：推论： 1. 若已知有两个不平行的晶面(h1k1l1)和(h2k2l2)，则其晶带轴的晶向指数[uvw]可从下式求得： 2. 若已知有两个晶向[u1v1w1][u2v2w2]，则由此二晶向所决定的晶面指数(hkl)为： 五、其他晶体学概念 五、其他晶体学概念 两晶向之间的夹角： 在立方晶系中按矢量关系，晶向[u1v1w1]与[u2v2w2]之间的夹角满足关系： 在立方晶系，晶面之间的夹角也就是为其法线的夹角，用对应的晶向同样可以求出。 非立方晶系，晶面或晶向之间的夹角可以计算，但要复杂许多。null练习2null一、典型的晶体结构 1.4 纯金属的晶体结构面心立方结构 （face-centered cubic ，fcc，A1） 具有面心立方结构的金属有铜、银、金、铝、铅、铑、γ-铁、β-钴、γ-锰……等。null点阵常数 :a晶胞中的原子数： 晶体结构中任一原子周围 最近邻且等距离的原子数。致密度K:顶角原子 1/8 × 8 = 1面心位置原子 1/2 × 6 = 3412配位数(CN, coordination number) ：面心立方结构（fcc）null体心立方结构（ body-centered cubic ， bcc， A2） 具有体心立方结构的金属有： 钒、铌、钽、钼、钡、 β -钛（>880℃ ）、α -铁（<910℃ ）、δ -铁（>1400℃ ）、α -钨…等。 null点阵常数 顶角原子（ corner atoms） 1/8 ×8 = 1 　　体心位置原子（body-centered atom） 1配位数：致密度：8晶胞中的原子数： 2体心立方结构（bcc）null密排六方结构（the hexagonal close-packed crystal structure， hcp， A3） 具有密排六方结构的金属有： 铍、镁、锌、镉、α -Ti、α-Co…等。 null点阵常数： a=b≠c a=2r, c=1.633a（理想状况） 顶角原子（ corner atoms） 1/6 ×12 = 2 底心位置原子（center face atom） 1/2 × 2 = 1 中间层原子(midplane interior atom) 3配位数：致密度： 晶胞中的原子数：126K=74%密排六方结构（hcp）应当指出，在hcp结构中只有当c/a＝1.633时，配位数才为12。若c/a≠1.633，则有6个最近邻原子（同一层的原子）和6个次近邻原子（上、下层的各3个原子），其配位数应记为6＋6。null 二、原子堆垛方式(atom packed structure) 三种晶体结构中各有一组原子密排面和原子密排方向，晶体结构可以视为原子密排面在空间沿其法线方向一层层平行堆垛的结果。 面心立方结构的最密排面是 {111}，密排面上每个原子和最近邻的原子之间都是相切的。面心立方结构就是最密排面 {111} 按一定的次序堆垛起来的 。 null 第一层 {111} 面上有两个可堆放 的位置：Δ和∇位置，在第二层只能放在一种位置，在第二层上的每个球和下层3个球相切，也和上层 3个球相切 。面心立方结构堆垛方式null第一层为 A； 第二层放在B位置； 第三层放C位置； 第 四层再放回A位置。{111}按 …ABCABC…顺 序排列，这就形成面心立方结构。面心立方结构堆垛方式null面心立方结构堆垛方式null 也是一种密堆结构，它的(0001)面和面心立方{111}面具有相同的最紧密排列方式, (0001)面每两层就重复堆垛，即(0001)面…AB ABAB…的顺序堆垛。 密排六方结构null体心立方堆垛方式 对于体心立方晶胞，除位于体心的原子与位于顶角上的8个原子相切外，8个顶角原子间并不相切。其堆垛方式为…ABAB…。null面心立方结构（fcc）的间隙三、晶体结构中的间隙八面体间隙： 由6个面心原子组成的八面体所围的间隙，它们的中心位置是1/2、 1/2、 1/2及其等效位置（即晶胞各个棱的中点）。在一个晶胞内有4个八面体间隙。 尽管面心立方结构是最紧密排列的结构，但它的致密度也只有0.74，说明晶体结构中仍有空隙。面心立方晶胞中有两种间隙:null 八面体间隙中心到最近邻原子中心的方向是<100>方向，在 a<100>长度内包含一个原子直径和一个间隙直径。所以，八面体间隙半径为:原子中心到间隙中心的距离为 :面心立方结构的间隙null 它是由4个原子（1个顶角，3个面心）组成的四面体所围的间隙。它们的中心位置是1/4、 1/4、 1/4及其等效位置。在1个晶胞内有8个四面体间隙。 在八面体间隙和四面体间隙中常常可以容纳某些半径较小的溶质或杂质原子。四面体间隙： 四面体间隙中心到最近邻原子中心的方向是<111>方向，在 a<111> /4 长度内包含1个原子半径和1个四面体间隙半径，所以四面体间隙半径为：面心立方结构的间隙null体心立方结构（bcc）的间隙 由6个原子（4个顶角，2个体心）组成的八面体所围的间隙，它的中心位置位于晶胞立方体棱边的中心及立方体6个面的中心。即1/2、 1/2 、1/2及其等效位置。在一个晶胞内有6个八面体间隙。扁八面体间隙：八面体间隙半径r八面为：null四面体间隙： 由4个（2个顶角，2个体心）原子围成，它们的中心的坐标是(1/2, 1/4, 0)以及等效位置。每个晶胞有12个四面体间隙。 间隙半径为r四面：体心立方结构的间隙null 虽然体心立方结构的致密度比面心立方结构的低，但它的间隙比较分散，每个间隙的相对体积比较小，因此在体心立方结构中可能填入杂质或溶质原子的数量比面心立方结构的少。 null多晶型性：同种金属在不同温度和压力下具有不同的晶体结构； 这种转变称为同素异构转变，转变的产物为同素异构体。四、多晶型性和同素异构如：Fe，Mn，Ti，Sn ……null 由于不同的晶体结构具有不同的致密度，因而当发生多晶型转变时，将伴有比热容或体积的突变，另外还会引起其他性能的变化。null2、已知Cu是面心立方结构的金属，其原子半径为0.1278nm，摩尔质量为63.54g/mol。求Cu原子所占的体积密度。练习33、Mn的同素异构体有一种为立方结构，其晶格常数a＝0.632nm，ρ＝7.26g/cm3，r=0.122nm，Mn的原子量为54.94。问Mn晶胞中有几个原子，其致密度为多少？1、试计算面心立方晶体的(100)，(110)，(111)等晶面的面间距和面致密度。null合金（alloy）：组元（component）：相（phase）：1.5 合金相结构两种或两种以上的金属（或金属与非金属）经熔炼或其它方法制成的具有金属特性的物质。组成合金的基本的、独立的物质，组元可以是纯金属、非金属元素或化合物。合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。null固溶体（solid solution）： 以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其它组元原子(溶质原子)所形成的与溶剂有相同的晶体结构的均匀混合的固相。中间相（ intermediate phase ）： 组成合金的异类原子有固定的比例，所形成的固相的晶体结构与所有组元均不同，且这种相的成分多数处于相图的中间位置，故称为中间相。null固溶体中间相(金属化合物)间隙固溶体置换固溶体相 单相合金：多相合金：由一种相组成的合金。由几种不同的相组成的合金。null1.5.1 固溶体（solid solution） 一、固溶体的分类1. 按溶质原子在溶剂晶格中的位置，固溶体可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。 间隙固溶体置换固溶体溶质原子占据溶剂点阵的阵点溶质原子分布于溶剂晶格间隙null2. 按溶质原子在固体中的溶解度，固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体两种。3. 按溶质原子在固溶体内分布是否有规则，固溶体分为有序固溶体和无序固溶体两种。 4. 其他分类： （1）一次固溶体或端际固溶体：以纯金属为基的固溶体。 （2）二次固溶体或中间相：以化合物为基的固溶体。null1. 影响置换固溶体溶解度的因素： (1) 晶体结构(crystal structure)： 相同可形成无限固溶体，不同则只能形成有限固溶体。(2) 原子尺寸因素(atomic size factor)： 原子半径差< 8 %时，可形成无限固溶体； 原子半径差≤15%时，可形成溶解度较大的固溶体； 原子半径差>15%时，半径差越大，溶解度越低； 原因：点阵畸变随原子半径差增大而增加，晶格畸变能越高，晶格 越不稳定。当晶格畸变能高至溶剂晶格不再维持时，便达到了固溶体的固溶度极限。(3) 化学亲和力（chemical affinity, 电负性因素, electronegativity）： 溶剂和溶质之间的化学亲和力越大，越容易形成化合物； 电负性相近的元素间可能有较大的固溶度。同一族中，由上至下，电 负性减小；同一周期，由左至右，电负性增大。二、置换固溶体绝大多数金属元素之间都形成置换固溶体，其差别仅在于固溶度上。null(4) 原子价因素（或电子浓度因素）： 电子浓度：定义为晶体结构中价电子总数与原子总数的比值。 x为溶质B的原子数； A、B分别为溶剂和溶质的原子价。 溶质元素的价电子数越高，其固溶度越小。 试验规律表明，超过一定的极限电子浓度（约1.4），固溶体不稳定，可能形成新相。 * 这里讲的原子价是用来表示形成合金时，每一原子平均贡献出的公有电子数（或参加结合键的电子数），与化学反应时表现出的价数不尽一致。第Ⅷ族过渡族金属的价电子数规定为零。因为过渡族元素d层电子不满，它既可贡献电子，又可能是吸收电子的阱，可近似认为它们吸收和贡献的电子数相同。表1 元素的原子价null 溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体； ● 溶质原子半径小，且与溶剂原子半径差大于41% ； 一般为原子半径小于0.1nm的一些非金属元素，如： H、B、C、N、O（0.046、0.097、0.077、0.071、0.061nm）● 间隙固溶体为有限固溶体，产生较大的晶格畸变，有较大的强化效果。● 间隙固溶体的溶解度不仅与溶质大小有关，也与溶剂晶体结构有关。 C在α-Fe的溶解度为 0.0218% C在γ-Fe的溶解度为 2.11%三、间隙固溶体原因：固溶于α-Fe和γ-Fe中的碳原子均处于八面体间隙，而γ-Fe的八面体间隙尺寸为0.414r，α-Fe的八面体间隙扁八面体，短边间隙为0.154r，长边为0.633r。溶质原子更易溶入γ-Fe中。null四、有序固溶体 超结构：溶质原子和溶剂原子分别占据固定位置，而且晶胞中溶质和溶剂原子之比都是一定的，又称有序固溶体。　　　 通常，固溶体的溶质原子呈统计分布——无序的。无序分布偏聚分布短程有序分布 但其实际分布却总是在一定程度上偏离完全无序状态，即存在短程有序现象，甚至有时还出现偏聚现象。null有序畴：当合金缓冷经过某一临界温度时，各个短程有序的微小区域慢慢独立长大，直至相互接壤，形成的小块有序区域。反相畴：当两个有序畴同时长大相遇时，如果其边界恰好是同类原子相遇而构成一个明显的分界面，称为反相畴界。反相畴界两边的有序畴称为反相畴。 nullEAA≈EBB≈EAB：无序分布； EAA>EAB，EBB>EAB：部分有序或完全有序态； EAB>EAA, EAB>EBB：偏聚态。 溶质原子的分布状态，与原子间的结合能EAA、 EBB 、EAB的相对大小有关。影响有序化的因素影响有序化的因素温度：T升高，α↓；某一温度后α=0，但有短程有序。 冷却速度：有序化依赖于原子迁移。快冷，有序化受到控制，甚至保持高温无序态。低于临界温度保温一定时间，才发生有序化。 合金成分：合金成分偏离化学式（如AB或AB3），则有序度降低。 变形：变形后，有序度降低。有序化对合金性能的影响电阻率降低；硬度增加；有磁性。null 由于溶质B与溶剂原子A的大小不同，引起点阵畸变，导致点阵常数发生变化。 对置换固溶体而言，当rB>rA时，溶质原子周围点阵膨胀，平均点阵常数增大；当rB0.59时形成的具有复杂晶体结构的相。 2. 间隙化合物 (interstitial compound)(1) Cr、Mn、Fe的碳化物、过渡族金属的硼化物都是间隙化合物。 (2) 晶体结构复杂 。 a. M3C型：Fe3C，复杂正交点阵； b. M23C6型：Cr23C6，复杂立方点阵； c. M6C型：以W、Mo为主，Fe3W3C，Fe4W2C，复杂六方结构； d. M7C3型：Cr7C3，复杂六方点阵。 (3) 硬度、熔点较高，是钢中的强化相。 特点：null间隙化合物的晶体结构通常较复杂 null由两种大小不同的金属原子按照拓扑学，形成空间利用率很高、配位数很大的一类复杂结构。由配位数为12，14，15，16的配位多面体堆垛而成。 配位多面体：以某一原子为中心，将其周围紧密相邻的各原子中心用一些直线连接起来所构成的多面体，每个面都是三角形。 拓扑结构也可以看作层状结构，主要原子层通常由较小的原子所组成。具有一定的形状，常常包含有六角形、四角形和三角形的图案。次层由大原子组成并分布于主层的大空隙中。 拓扑密堆结构相通常有下面几种：Cr3Si结构；拉弗斯相：如MgZn2、MgCu2、MgNi2等；σ相：如FeCr、FeV、FeMo等；μ相、R相、P相等。四、拓扑密堆相(TCP相)null1.6 离子晶体结构 陶瓷材料属于无机非金属材料，是由金属与非金属元素通过离子键或兼有离子键和共价键的方式结合起来的。陶瓷的晶体结构大多属于离子晶体。一、离子晶体的结构规则1. 负离子配位多面体规则——鲍林第一规则 在离子晶体中，正离子的周围形成一个负离子配位多面体，正负离子间的平衡距离取决于离子半径之和，而正离子的配位数则取决于正负离子的半径比。 离子晶体结构可视为由负离子配位多面体按一定方式连接而成，正离子则处于负离子多面体的中央。 离子晶体中，正离子的配位数通常是4和6，但也有少数为3，8，12。null2. 电价规则——鲍林第二规则 在一个稳定的离子晶体结构中，每个负离子的电价Z_等于或接近等于与之邻接的各正离子静电强度S的总和：式中，Si为第i种正离子静电强度，Z+为正离子的电荷，n为正离子配位数。 静电强度实际是离子键强度，因此在具有大的正电位的地方，放置带有大负电荷的负离子，将使晶体的结构趋于稳定。3. 负离子多面体共用顶、棱和面的规则——鲍林第三规则 在一配位结构中，共用棱特别是共用面的存在，会降低这个结构的稳定性。对于电价高，配位数低的正离子来说，这个效应尤为显著。null5. 节约规则——鲍林第五规则4. 不同种类正离子配位多面体间连接规则——鲍林第四规则 在含有一种以上正负离子的离子晶体中，一些电价较高，配位数较低的正离子配位多面体之间，有尽量互不结合的趋势。 —— 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 了不同种类正离子配位多面体的连接规则 在同一晶体中，同种正离子与同种负离子的结合方式应最大限度地趋于一致。null二、典型的离子晶体结构1. NaCl晶型 NaCl 型结构可以想象为2个互相穿插的fcc点阵，每个点阵由一种离子构成，每个点阵占据另一点阵的八面体间隙位置。正负离子的配位数均为6。 结构符号为B1。 在陶瓷中，如MgO、CaO、FeO和NiO等均属此种晶型。null2. CsCl晶型 Cl-构成简单立方点阵，Cs＋占据立方体的间隙。正负离子的配位数均为8。 结构符号为B2。 CsBr、CsI等亦属于此种晶型。null3. 闪锌矿（立方ZnS）晶型 属面心立方结构，由S2-构成面心立方，Zn2＋则交叉分布于其四面体间隙中。正负离子的配位数为4。 III~V族半导体化合物，如GaAs、AlP等均属此种结构。null4. 纤锌矿（六方ZnS）晶型 属简单六方结构，由S2-和Zn2＋各自形成的密排六方点阵穿插而成，其中一个点阵相对于另一个点阵沿C轴位移了三分之一的点阵矢量。正负离子的配位数为4。 ZnO、SiC等均属此种结构。null 属面心立方结构，由Ca2＋构成面心立方，8个F-则位于该晶胞的8个四面体间隙的中心位置。正负离子的配位数为8、4。结构符号为C1。 陶瓷中ZrO2、ThO2等，合金中Mg2Si、CuMgSb等均属此种结构。5. 萤石（CaF2）晶型null练习41. MgO具有NaCl结构，Mg2＋的离子半径为0.078nm，O2－的离子半径为0.132nm，试求MgO的密度（ρ）和致密度（K）。2. 铯（Cs）和氯（Cl）的离子半径分别为0.167nm，0.181nm。试问：在CsCl内离子在<100>或<111>方向是否相接触？每个单位晶胞内有几个离子？