发布时间 : 星期六 文章上海交大考研材料科学基础总结 - 图文更新完毕开始阅读
属特性的物质
2.3.1固溶体 Solid solution
固溶体：溶质原子(solute atom)溶入基体(matrix)中所形成的均匀结晶相。晶体结构保持 基体金属的结构
1.置换固溶体 Substitutional solid solution 溶质原子置换了部分的溶剂原子 影响溶解度的因素：
ⅰ) 组元的晶体结构crystal structure of components
晶体结构相同是组元之间形成无限固溶体的必要条件 ⅱ）原子尺寸因素the size factor effect
Δr＜14～15％才有可能形成溶解度较大甚至无限固溶的固溶体 ⅲ）化学亲和力（电负性因素）the electrochemical effect
在不形成化合物的条件下，电负性差值增大，溶解度增大 在形成化合物的条件下，电负性差值增大，溶解度减小 ⅳ）电子浓度（原子价因素）the relative valency effect
合金中各组元的价电子总和（e）与组元的原子数总和（a）之比
V(100?x)?vxe/a?
100
极限电子浓度（临界电子浓度）与溶剂晶体点阵类型有关 对一价溶剂而言 fcc:1.36; bcc:1.48; hcp:1.75
2. 间隙固溶体 Interstitial solid solution
间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体 溶质原子 （R<0.1nm）
如： H B C N O 0.046 0.097 0.077 0.071 0.060
※间隙固溶体都是有限固溶体，且溶解度很小 溶解度不仅与溶质原子大小有关，溶解度还与溶剂元素的晶格类型密切相关 C 在α-Fe（bcc） 0.0218 wt % Page 9 of 61
ν-Fe (fcc) 2.11 wt % 3.固溶体的微观不均匀性
※长程有序固溶体——超结构
4. 固溶体的性质
⑴点阵畸变 点阵常数 间隙原子 ⑵固溶强化 HV，
⑶物理化学性能 ρ μ 电极电位 ⑷有序化影响 ρ HV 磁性
2.3.2中间相 Intermediate Phase
中间相：两组元A和B组成合金时，除了形成以A为基或以B为基的固溶体外，还可以形成晶体结构与A、B两组元均不相同的新相。由于它们在二元相图的位置是位于中间，故通常把这些相称为中间相。 中间相的特征：具有不同于组元的晶体结构可用化学分子式表示，但并不一定符合化合价规律
原子间的结合方式：(金属键＋其他键）混合，具有金属性
1.正常价化合物（electrochemical compounds） M ＋ Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ族元素
按化学上的正常原子价规律形成
成分可用分子式来表示：Mg2Pb，Mg2Sn，Mg2Ge，Mg2Si 负电性差愈大，化合物愈稳定，愈趋于离子键结合 负电性差愈小，化合物愈不稳定，愈趋于金属键结合 2.电子化合物
对应于同类分子式的离子化合物结构
特点：凡具有相同电子浓度，则相的晶体结构类型相同 3.原子尺寸因素化合物 Size factor Compounds
(1)间隙相和间隙化合物 Interstitial Phase and Compounds 原子半径较小的非金属元素占据晶格的间隙，然而间隙相，间隙化合物的晶格与组成他们的任一组元晶格都不相同。他们成分可在一定范围内波动，但组成他们的组元大致都具有一定的原子组成比,可用化学分子式来表示。
(2)拓扑密堆相 Topological close-packed phase 由两种大小不同的原子所构成的一类中间相，其中大小原子通过适当的配合构成空间利用率和配位数很高的复杂结构，具有拓扑学特点。
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a）结构特点
大小原子的适当配合，由四面体间隙组成的晶体点阵，配位数可以达12、14、15及16 ①配位多面体：把晶体点阵中一个原子周围最近邻原子的中心彼此用 直线连接起来所构成的多面体
特点：凸出的面，呈三角形；每个顶角至少连接五个三角形 ②原子密堆层
TCP相可以看作由两种排列不同的原子层相间地组成密集层状结构。主层系由三角形、四边形、六边形组成起来的网状结构。系由原子半径较小组元构成的密堆层；次层则由较大原子组成并分布于主层的大空隙中（由小原子组成三维配位多面体的中心位置） 4.超结构（有序固溶体） 有序化影响因数：
1.温度升高，原子热运动提高，S降低
2.冷却速度 Tc 以上温度快速冷却→无序
3.合金成分 例：对 CuAu 合金 Cu:Au＝3:1 或 1:1 时完全有序
2.4离子晶体结构 Ionic Crystal
这类晶体是以正离子（cation)、负离子(anions) 为结合单元，即依靠正、负 离子之间的库仑作用结合。例如 NaCl晶体 Na＋、Cl－为单元结合成的。
陶瓷材料(Ceramics)的晶体结构，大多属离子晶体，部分则为共价晶体。 离子键没有方向性和饱和性 离子晶体的配位数也较高
典型结构有四种：AB、AB2、A2B3、AB2O4 2.4.1离子晶体结构规则
1.Pauling第一规则－负离子配位多面体规则 在离子晶体中，正离子（cations）的周围形成一个负离子（anions)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。
r+/r- 0~0.155 0.155~0.255 0.255~0.414 0.414~0.732 0.732~1 1
配位数 2 3 4 6 8 12 形状 哑铃状 三角形 四面体 八面体 立方体 立方八面体
2. Pauling第二规则－电价规则 3. Pauling第三规则－负离子多面体共用顶、棱和面规则 在一个配位结构中，共用棱特别是共用面的存在，结构稳定性降低。对电价高，配位数低的正离子，此效应尤为显著
4. Pauling第四规则－不同种类正离子多面体间连接规则 在含多种正负离子的离子晶体中，电价高、配位数低的正离子配位多面体间，尽量互不结合 5. Pauling第五规则－节约规则
同一晶体同种正离子与同种负离子的结合方式应最大限度的趋于一致
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2.4.2典型的离子晶体结构 1.AB型化合物结构
CsCl型结构 ：Cs+ 和 Cl— 各自组成简单立方，套配而成的复式简单立方点阵
NaCl型结构：由 Na＋ 和 Cl－ 各自组成的两个fcc叠加而成的：其中一个不动，而另一个fcc的所有阵点都相对于第一个点阵平移一个点阵矢量
2.4.3硅酸盐(Silicate)晶体结构 基本特点：
(1) 基本结构单元[SiO4]4-四面体Silicon-oxygen tetrahedron (2) 每个O2-最多只能为两个[SiO4]4-四面体所共有
(3) 可共用四面体顶点彼此连接成单链、双链或成层状、网状复杂结构，不能共棱和共
面连接，且同一类硅酸盐中[SiO4]4-四面体间连接只有1种 (4) [SiO4]4-四面体中的Si-O-Si结合键 通常呈键角为145o的折线。 1.孤岛状硅酸盐
特点 ：[SiO4]4-以孤立态存在，即[SiO4]4-只通过与其他正离子连接，而使化合物达到饱和，可以是单一四面体，成对或环状四面体 2.组群状硅酸盐
特点：通过共用氧而连接成2个，3个，4个或6个硅氧组群。 3.链状硅酸盐
特点：通过桥氧在一维方向伸展或单链或双链 4.层状硅酸盐
特点：[SiO4]4-的某一面在平面内以共用顶点方式连接成六角对称的二维结构即层状结构。 5.架状硅酸盐
特点：每个[SiO4]4-四面体中的氧离子全部都被共用。[SiO4]4-四面体连成无限六元环状。
2.5共价晶体结构 Covalent Crystal
※金刚石结构
碳的价电子数为4，按8-N规则， 其配位数为8-4=4 复杂立方晶体结构
该结构可视为两个面心立方晶胞沿体对角线相对位移1/4长度穿插而成。碳原子在胞内除按
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