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1、一、原子的结合方式物质是由原子组成原子间键合本质决定了材料的种类，即：金属 陶瓷 高分子 1 1 原子结构原子结构 原子序数原子序数 原子量原子量 阿佛伽德罗常数阿佛伽德罗常数 原子量单位原子量单位 电负性电负性第一节第一节 材料的结合方式材料的结合方式周期表中元素的金属性和非金属性周期表中元素的金属性和非金属性周期表中，已发现的化学元素有109109种，其中有8787种是金属元素。2 2 原子结合键原子结合键结合键：原子（离子或分子）间的作用力可分为：离子键、共价键、金属键 、分子键、氢键。（1 1）离子键与离子晶体）离子键与离子晶体原子结合：原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；
2、电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体：离子晶体：硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如氧化物氧化物陶瓷陶瓷。（2 2）共价键与原子晶体）共价键与原子晶体原子结合：原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原原子子晶晶体体：强强度度高高、硬硬度度高高（金金刚刚石石）、熔熔点点高高、脆脆性性大、导电性差。大、导电性差。如如 金刚石、单质硅、金刚石、单质硅、SiC、H2、O2、碳、碳-氢化合物氢化合物。图 硅原子四个价键 和 硅的键角（3 3）金属键与金属晶体）金属键与金属晶体 金属原子的结构特点是，其最外层的电
3、子数很少，一般为12个，最多不超过3个。由于这些外层电子与原子核的结合力弱，所以很容易脱离原子核的束缚而变成自由电子，此时的原子即变为正离子。金属原子的结构特点金属键金属键: : 金属晶体依靠正离子与自由电子云之间金属晶体依靠正离子与自由电子云之间的相互作用而结合起来的，这种的相互作用而结合起来的，这种自由电子云和正自由电子云和正离子之间以静电引力结合起来的方式称为离子之间以静电引力结合起来的方式称为金属键金属键。 （3 3）金属键与金属晶体）金属键与金属晶体原原子子结结合合：电电子子逸逸出出共共有有，结结合合力力较较大大，无无方方向向性性和和饱和性；饱和性；金属晶体：金属晶体：导电性、导热导
4、电性、导热性、延展性好，熔点较高。性、延展性好，熔点较高。如如金属金属。金属键：金属键：依靠正离子与构依靠正离子与构成电子云的自由电子之间成电子云的自由电子之间的静电引力而使诸原子结的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。合到一起的方式。（4 4）分子键与分子晶体）分子键与分子晶体原子结合原子结合：分子的一部分往往带正电荷，而另一部分：分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的往往带负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间，以微弱静电力相吸引，使之结合在一负电荷部位间，以微弱静电力相吸引，使之结合在一起，称为起，称为分子键分子键（也叫范德瓦尔斯
5、键）。（也叫范德瓦尔斯键）。图图 分子键分子键分子键没有方向性和饱和分子键没有方向性和饱和性。性。比化学键的键能少比化学键的键能少1-21-2个数量级。个数量级。分子晶体分子晶体：熔点低，硬度：熔点低，硬度低。如高分子材料。低。如高分子材料。（5 5）氢氢键键：（离离子子键键、共共价价键键结结合合）X-H-YX-H-Y（氢氢键结合），有方向性，如键结合），有方向性，如O-HOO-HO含含氢氢物物质质中中，分分子子是是通通过过极极性性共共价价键键结结合合，原原子子间间通过氢键结合。通过氢键结合。氢键是较强的有方向性的氢键是较强的有方向性的范德瓦尔斯键，结合力比范德瓦尔斯键，结合力比离子键、共价键
6、小的多。离子键、共价键小的多。类类 型型作用力来源作用力来源键合强弱键合强弱形成晶体的特点形成晶体的特点离子键离子键 原子得、失电子后形成原子得、失电子后形成负、正离子，正负离子负、正离子，正负离子间的库仑引力间的库仑引力 强强 无方向性键、高配位数、无方向性键、高配位数、高熔点、高强度、高硬高熔点、高强度、高硬度、固态不导电、熔态度、固态不导电、熔态离子导电离子导电 共价键共价键 相邻原子价电子各处于相邻原子价电子各处于相反的自旋状态，原子相反的自旋状态，原子核间的库仑引力核间的库仑引力 最强最强 有方向性键、低配位数、有方向性键、低配位数、高熔点、高强度、高硬高熔点、高强度、高硬度、即使在
7、熔态也不导度、即使在熔态也不导电电 金属键金属键 自由电子气与正离子实自由电子气与正离子实之间的库仑引力之间的库仑引力 较强较强 无方向性键、配位数高、无方向性键、配位数高、塑性较好、有光泽、好塑性较好、有光泽、好的导热、导电性的导热、导电性 分子键分子键 原子间瞬时电偶极矩的原子间瞬时电偶极矩的感应作用感应作用 最弱最弱 无方向性键、结构密堆、无方向性键、结构密堆、高熔点、绝缘高熔点、绝缘 金属具有良好的导电性、导热性、延展性（塑性）、金属光泽和正的电阻温度系数。二、金属的特性导电性：自由电子在外电场作用下，沿着电场方向作定向运动，形成电流。导热性：自由电子的运动和正离子的振动可以传递热能。
8、塑性：金属发生塑性变形后，正离子与自由电子间仍能保持金属键的结合。金属光泽：自由电子吸收可见光的能量并跳到较高能级，当它重新跳回原来低能级时，把吸收的能量，以电磁波形式辐射出来，宏观上表现为金属光泽。 如何用金属键来解释金属所具有特性呢？如何用金属键来解释金属所具有特性呢？一、晶体学基础根据原子的排列方式不同，可将物质分为晶体和非晶体根据原子的排列方式不同，可将物质分为晶体和非晶体两大类。两大类。 晶体晶体: : 是指原子呈规则排列的固体。是指原子呈规则排列的固体。天然金刚石、结天然金刚石、结晶盐、水晶、常态下的金属。晶盐、水晶、常态下的金属。晶体的特征：晶体的特征：微观上原子呈规则排列，宏观
9、上有固定微观上原子呈规则排列，宏观上有固定的熔点、规则的外形和各向异性。的熔点、规则的外形和各向异性。 1.1.晶体与非晶体晶体与非晶体第二节第二节 晶体结构晶体结构非晶体：非晶体：是指原子呈无序排列的固体。是指原子呈无序排列的固体。松香、玻璃、松香、玻璃、沥青沥青 非晶体的特征：非晶体的特征：微观上原子呈无规则排列，宏观上没有微观上原子呈无规则排列，宏观上没有固定的熔点、无规则的外形和各向同性。固定的熔点、无规则的外形和各向同性。 注意，晶体和非晶体在一定条件下可以互相转化。例如注意，晶体和非晶体在一定条件下可以互相转化。例如玻璃经高温长时间加热能变为晶态玻璃。玻璃经高温长时间加热能变为晶态
10、玻璃。 金属的结构金属的结构晶态晶态非晶态非晶态Si2O的结构的结构2. 2. 空间点阵与晶体结构空间点阵与晶体结构（1 1）空间点阵）空间点阵 空间点阵：空间点阵：若将其中每个原子或原子团抽象为纯几何点，则可得到一个由无数几何点在三维空间规则排列的阵列，这种阵列称为空间点阵。 特征：特征：a a 原子的理想排列；原子的理想排列；b b 有有1414种。种。 阵点：阵点：将构成晶体的实际质点（原子、离子、分子）抽象成纯粹的几何点称为阵点。空间点阵中的点。它是纯空间点阵中的点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。粹的几何点，各点周围环境相同。晶格（空间格子）晶格（空间格子）用假想的的直线把阵点连
11、接起来，构成一个三维的几何格架称为晶格。描述晶体中原子排列规律的空间格架。描述晶体中原子排列规律的空间格架。晶胞晶胞a. .晶胞定义晶胞定义：在空间点阵中，能代表空间点阵结构特点的小平行六面体，反映晶格特征的最小几何单元。b.b.与晶格的关系：与晶格的关系：整个空间点阵可由晶胞作三维的重复堆砌而构成c.c.晶胞选取原则：晶胞选取原则：能够充分反映空间点阵的对称性；能够充分反映空间点阵的对称性；相等的棱和角的数目最多；相等的棱和角的数目最多；具有尽可能多的直角；具有尽可能多的直角；体积最小。体积最小。晶胞参数：晶胞参数：表示晶胞的形状和大小形状和大小有三个棱边的长度有三个棱边的长度a,b,ca,
12、b,c及及其夹角其夹角,表示。表示。（2 2）晶体结构：）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列阵的实际排列方式。 特征：特征：a a 可能存在局部缺陷；可能存在局部缺陷； b b 可有无限多种。可有无限多种。晶胞中点的位置表示（坐标法）晶胞中点的位置表示（坐标法）任一阵点的位置，r ruvw=Ua a+Vb b+Wc c U、V、W：阵点坐标晶体结构与空间点阵晶体结构与空间点阵 图1-3 晶体中原子排列示意图a）原子堆垛模型 b）晶格 c）晶胞3 3 布拉菲点阵布拉菲点阵 根根据据晶晶胞胞参参数数不不同同，将将晶晶体体分分为为七七种种晶晶系系，有有14
13、14种种点阵点阵。4 4 晶向指数与晶面指数晶向指数与晶面指数（1）晶面晶面：晶体中由一系列原子所构成的平面 （2）晶向晶向：晶体中任意两个原子之间连线所指的方向 （3）晶面指数晶面指数：表示晶面的符号（4）晶向指数晶向指数：表示晶向的符号国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。（1）定定原原点点，列列坐坐标标。以晶胞的某一结点为原点，过原点的棱边为坐标轴，边长为坐标单位。 应选在坐标原点待定晶向上（2）求坐标。求坐标。在待定晶向上选取任意一点，确定该点的三个坐标值；（3）化整数。化整数。将这三个坐标值化为最小整数 u，v，w，（4）加括号。加括号。加上方括号，uv
14、w即为待定晶向的晶向指数。（1 1）晶向指数的标定）晶向指数的标定说明：说明： a a 指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。向。 b b 负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。向。 c c 晶向族：晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向。用同的一组晶向。用 表示，数字相同，但排列顺序表示，数字相同，但排列顺序不同或正负号不同的晶向属于同一晶向族。不同或正负号不同的晶向属于同一晶向族。立方晶系常见的晶向为：（2 2）晶面指数的标定）晶面指数的标定（1 1
15、）定定原原点点，列列坐坐标标。以以晶晶胞胞上上某某一一结结点点为为原原点点，以以过过原原点点的棱边为坐标轴，边长为坐标单位。的棱边为坐标轴，边长为坐标单位。 注意不能将坐标原点选在待定晶面上；注意不能将坐标原点选在待定晶面上；（2 2）求求截截距距。求求出出待待定定晶晶面面在在坐坐标标轴轴上上的的截截距距，若若晶晶面面与与坐坐标轴平行，则截距为标轴平行，则截距为；（3 3）取倒数。取倒数。取三个截距的倒数；取三个截距的倒数；（4 4）化整数。化整数。将这三个倒数化为最小整数将这三个倒数化为最小整数 h h，k k，l l。（5 5）加括号。加括号。加上圆括号，加上圆括号，( (hklhkl)
16、)即为待定晶面的晶面指数。即为待定晶面的晶面指数。 XYZ说明：说明： a a 指数意义：代表一组平行的晶面；指数意义：代表一组平行的晶面； b 0b 0的意义：面与对应的轴平行；的意义：面与对应的轴平行； c c 平平行行晶晶面面：指指数数相相同同，或或数数字字相相同同但但正正负负号号相相反；反； d d 晶晶面面族族：晶晶体体中中具具有有相相同同条条件件（原原子子排排列列和和晶晶面面间间距距完完全全相相同同），空空间间位位向向不不同同的的各各组组晶晶面面。用用 hklhkl 表示。表示。 e e 若晶面与晶向同面，则若晶面与晶向同面，则hu+kv+lwhu+kv+lw=0;=0; f f
17、若晶面与晶向垂直，则若晶面与晶向垂直，则u=h, k=v, w=lu=h, k=v, w=l。 平移坐标原点平移坐标原点：为了标定方便。：为了标定方便。立方晶系常见的晶面为：（3 3）六方系晶向指数和晶面指数）六方系晶向指数和晶面指数a a 六方系指数标定的特殊性：六方系指数标定的特殊性：四轴坐标系四轴坐标系。采用a1a1、a2a2、a3a3及C C四个晶轴，a1a1、a2a2、a3a3之间的夹角均为120。b b 晶面指数的标定晶面指数的标定 标法与立方系相同标法与立方系相同( (四个截距四个截距) )；用四个数字用四个数字( (hkilhkil) )表示；表示；i=-(i=-(h+kh+k
18、) )。晶面指数确定方法与三 轴系一致六个柱面的指数可确定为：截距 指数1， -1， （ ） ，1， -1 ， （ ）-1 ， 1 ， （ ）-1 ， 1， （ ） -1 1 （ ）1 -1 ( )这六个晶面可归并为 晶面族。c c 晶向指数的标定晶向指数的标定 标法与立方系相同标法与立方系相同( (四个坐标四个坐标) )；用四个数字；用四个数字( (uvtwuvtw) )表示；表示；t=-(t=-(u+wu+w) )。 依次平移法：适合于已知指数画晶向（末点）。依次平移法：适合于已知指数画晶向（末点）。 坐标换算法：坐标换算法： UVWUVWuvtwuvtw u=(2U-V)/3, v=(2
19、V-U)/3, t=-(U+V)/3, w=Wu=(2U-V)/3, v=(2V-U)/3, t=-(U+V)/3, w=W。 （4 4）晶带）晶带 a a晶带：晶带：平行于某一晶向直线所有晶面的组合。平行于某一晶向直线所有晶面的组合。 晶带轴晶带轴 晶带面晶带面 b b 性质：性质：晶带用晶带轴的晶向指数表示；晶带面晶带用晶带轴的晶向指数表示；晶带面/晶带轴；晶带轴； hu+kv+lwhu+kv+lw=0=0 c c 晶带定律晶带定律 凡满足上式的晶面都属于以凡满足上式的晶面都属于以 uvwuvw 为晶带轴的晶带。推论：为晶带轴的晶带。推论： （a a） 由两晶面由两晶面(h(h1 1k k
20、1 1l l1 1) (h) (h2 2k k2 2l l2 2) )求其晶带轴求其晶带轴 uvwuvw ：u=ku=k1 1l l2 2-k-k2 2l l1 1; v=l; v=l1 1h h2 2-l-l2 2h h1 1; w=h; w=h1 1k k2 2-h-h2 2k k1 1。 （b b） 由两晶向由两晶向uu1 1v v1 1w w1 1uu2 2v v2 2w w2 2 求其决定的晶面求其决定的晶面( (hklhkl) )。H=vH=v1 1w w1 1-v-v2 2w w2 2; k=w; k=w1 1u u2 2-w-w2 2u u1 1; l=u; l=u1 1v v
21、2 2-u-u2 2v v1 1。（5 5）晶面间距）晶面间距：定义：两近邻平行晶面间的垂直距离，用dhkl表示正交晶系立方晶系六方晶系注：以上公式是针对简单晶胞而言的，如为复杂晶胞，例如体心、面心，在计算时应考虑晶面层数增加的影响，对于面心立方hkl不全为偶、奇数、体心立方h+k+l=奇数时，dhkl=d/2。 。低指数晶面的面间距较大；低指数晶面的面间距较大；晶面间距越大晶面间距越大, ,该面上原子排列越紧密该面上原子排列越紧密; ;原子线密度最大的晶向上面间距最大。原子线密度最大的晶向上面间距最大。三、典型的金属晶体结构1.1.三种常见晶体结构三种常见晶体结构 面心立方（面心立方（A1,
22、 FCCA1, FCC）体心立方（体心立方（A2, BCCA2, BCC）密排六方（密排六方（A3, HCPA3, HCP）（1 1）面心立方晶格）面心立方晶格 (FCC (FCC A1) ) （ faced-faced-centredcentred cubic cubic ）晶格常数：晶格常数：a a晶胞原子数：晶胞原子数：4 4配位数：配位数： 1212致密度：致密度：0.740.74常见金属：常见金属： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb等原子半径原子半径：配位数（配位数（CNCN）：）：晶体结构中任一原子周围最近且等距晶体结构中任一原子周围最近且等距离的原子数。离的原子数。致密度（致密度（
23、K K）：）：晶体结构中晶体结构中原子体积占总体积的百分数。原子体积占总体积的百分数。K=K=nvnv/V/V。fccfcc致密度致密度：fccfcc配位数配位数：CN=12CN=12（2 2）体心立方晶格）体心立方晶格 (BCC (BCC A1) ) （ body-body-centredcentred cubic cubic ）晶格常数：a a(a=b=c)原子半径：原子个数：2 2配位数： 8 8致密度：0.680.68常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等bccbcc致密度致密度： bcc bcc 配位数配位数： CN=8 配位数（配位数（CNCN）：）：晶体结构中任一原子周围最
24、近且等距晶体结构中任一原子周围最近且等距离的原子数。离的原子数。致密度（致密度（K K）：）：晶体结构中晶体结构中原子体积占总体积的百分数。原子体积占总体积的百分数。K=K=nvnv/V/V。原子个数：原子个数：6 6晶格常数：晶格常数：底面边长底面边长 a a 和高和高 c c， c/a=1.633 c/a=1.633 （理想情况） （3 3）密排六方晶格密排六方晶格 (HCP (HCP A3) ) （ hexagonal close-packed hexagonal close-packed ）配位数：配位数： 1212致密度：致密度：0.740.74常见金属：常见金属： MgMg、ZnZ
25、n、 BeBe、CdCd等等原子半径：原子半径：配位数（配位数（CNCN）：）：晶体结构中任一原子周围最近且等距晶体结构中任一原子周围最近且等距离的原子数。离的原子数。致密度（致密度（K K）：）：晶体结构中晶体结构中原子体积占总体积的百分数。原子体积占总体积的百分数。K=K=nvnv/V/V。HCPHCP致密度致密度： HCPHCP 配位数配位数： CN=12 结构类型结构类型 晶胞原晶胞原子数子数晶格晶格常数常数原子半原子半径径配位配位数数致密致密度度体心立方体心立方 2 a3a/4 8 0.68面心立方面心立方 4 a2a/4 12 0.74密排六方密排六方 6 a，c a/2 12 0
26、.74 金属中常见的三种晶体结构特征小结金属中常见的三种晶体结构特征小结2.晶体中原子的堆垛方式对晶体的配位数和致密度分析计算表明，Fcc和Hcp的配位数和致密度最高。因此， FCC和HCP结构均属于最紧密排列结构。图1-10 密排面上原子排列示意图图1-11 FCC和HCP结构的原子堆垛方式（1）密排六方：密排面为（0001）,密排面的堆垛顺序是 AB AB ABAB ABAB图1-12 HCP密排面的堆垛方式（2）面心立方：密排面为111密排面的堆垛顺序是 ABCABCABCABCABCABCABAABCA3.晶体结构中的间隙分为四面体间隙和八面体间隙面心立方结构中间隙的刚球模型八面体间隙
27、面心立方结构中间隙的刚球模型四面体间隙1面心立方八面体间隙：位置是立方体的正中心和每一个棱边中心，其数目=1+121/4=4 4 设原子半径为rA，间隙中能容纳的最大圆球子半径rB，则rB / rA = 0.414棱边长b.面心立方四面体间隙：位于由一个顶角原子和三个面中心原子连接成的正四面体中心，数目为8， rB / rA =0.2252密排六方间隙： 与面心立方结构的八面体和四面体的形状完全相似，但位置不同， 八面体间隙 rB / rA = 0.414 四面体间隙 rB /rA = 0.225一个密排六方晶胞含有正八面体间隙数为6，正四面体间隙数为123体心立方八面体间隙：位于立方体每个面
28、中心和每根棱中间，数目为6。间隙大小： rB / rA = 0.15， rB / rA = 0.633 体心立方四面体间隙 位于两个体心原子和两个顶角原子所组成的四面体中心，数目为12。 rB / rA = 0.29u(1)fcc和和hcp都是密排结构，而都是密排结构，而bcc则是比较则是比较“开放开放”的结的结构，因为它的间隙较多。因此，碳、氮、氢、氧、硼等原构，因为它的间隙较多。因此，碳、氮、氢、氧、硼等原子半径较小的元素（即间隙原子）在子半径较小的元素（即间隙原子）在bcc金属中的扩散速率金属中的扩散速率往往比在往往比在fcc及及hcp金属中高得多。金属中高得多。u(2)fcc和和hcp
29、金属中的八面体间隙大于四面体间隙，故这些金属中的八面体间隙大于四面体间隙，故这些金属中的间隙原子往往位于八面体间隙中。金属中的间隙原子往往位于八面体间隙中。u(3)fcc和和hcp中的八面体间隙远大于中的八面体间隙远大于bcc中的八面体或四面中的八面体或四面体间隙，因而间隙原子在体间隙，因而间隙原子在fcc和和hcp中的固解度往往比在中的固解度往往比在bcc中大得多。中大得多。晶体结构中的间隙的几点说明晶体结构中的间隙的几点说明:u(4)在在bcc晶体中，四面体间隙大于八面体间隙，因而间隙晶体中，四面体间隙大于八面体间隙，因而间隙原子应占据四面体间隙位置。但另一方面，由于原子应占据四面体间隙位
30、置。但另一方面，由于bcc的八的八面体间隙是不对称的，即使上述间隙原子占据八面体间隙面体间隙是不对称的，即使上述间隙原子占据八面体间隙位置，也只引起距间隙中心为的两个原子显著地偏离平衡位置，也只引起距间隙中心为的两个原子显著地偏离平衡位置。因此，在有些位置。因此，在有些bcc金属中，间隙原子占据四面体间金属中，间隙原子占据四面体间隙位置（如碳在钼中），在另一些隙位置（如碳在钼中），在另一些bcc晶体中，间隙原子晶体中，间隙原子占据八面体间隙位置（如碳在占据八面体间隙位置（如碳在-铁中）。铁中）。u(5)fcc和和hcp晶体中的八面体间隙大小彼此相等，四面体晶体中的八面体间隙大小彼此相等，四面体
31、间隙大小也相等，其原因在于这两种晶体的原子堆垛方式间隙大小也相等，其原因在于这两种晶体的原子堆垛方式非常相像。非常相像。四、 同素异晶转变 ( (多晶型转变多晶型转变 ) )1.1.同素异晶转变：同素异晶转变：物质在固态下晶体结构随温度变化的现象。2. 2. 铁的同素异晶转变铁的同素异晶转变铁在固态冷却过程中有两次晶体结构变化，其变化为：13941394912912 -Fe -Fe -Fe -Fe -Fe-Fe -Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方结构(FCC)。都是铁的同素异晶体。钢铁材料之所以能通过热处理来改变性能，原因之一就是因其具有同素晶构转变。纯铁的同素异晶转变
32、纯铁的同素异晶转变 1.晶体具有各向异性的原因，是由于在不同晶向上的原子紧密程度不同所致。原子的紧密程度不同，意味着原子之间的距离不同，则导致原子间结合力不同，从而使晶体在不同晶向上的物理、化学和力学性能不同。五、晶体的各向异性2 晶体的各向异性晶体的各向异性 不同晶面和晶向上原子密度不同，不同晶面和晶向上原子密度不同， 原子原子间距离不同，结合力不同。间距离不同，结合力不同。 不同方向上的性能有所差异不同方向上的性能有所差异 称为各向异性。称为各向异性。 - -Fe单晶体，单晶体， 111 的弹性模量的弹性模量E=2.9105MN/m2 100 的的E=1.35105MN/m2。1.3.2合
33、金相结构合金相结构u合合金金：是是指指由由两两种种或或两两种种以以上上元元素素组组成成的的具具有有金金属特性的物质。属特性的物质。u组组成成合合金金的的元元素素可可以以是是全全部部是是金金属属，也也可可是是金金属属与非金属。与非金属。u如如钢与铸铁是铁、碳合金钢与铸铁是铁、碳合金；黄铜是铜、锌合金。黄铜是铜、锌合金。 表 工业纯Fe、Al、Cu合金化前后b的变化u组组元元：组组成成合合金金的的最最简简单单、最最基基本本而而且且能能独独立立存存在在的物质称为组元。的物质称为组元。u组元就是组成合金的元素，也可是稳定的化合物组元就是组成合金的元素，也可是稳定的化合物。u组成合金元素相互作用可形成不
34、同的相组成合金元素相互作用可形成不同的相（合金相合金相）。合合金金相相（简简称称相相）：指指金金属属或或合合金金中中凡凡成成分分相相同同、结结构构相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。相同，并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。合金在固态下形成的合金相分为合金在固态下形成的合金相分为固溶体固溶体和和金属化合物金属化合物两类。两类。一、一、固溶体固溶体1.1.固固溶溶体体：溶溶质质原原子子溶溶入入到到溶溶剂剂组组元元的的晶晶体体点点阵阵中中所形成的具有溶剂晶格结构的固相。所形成的具有溶剂晶格结构的固相。把把与与合合金金晶晶体体结结构构相相同同的的元元素素称称作作溶溶剂剂。其其它它元元素素称
35、称作作溶质溶质。2.2.固溶体的分类固溶体的分类 a.按溶质原子所处位置分为按溶质原子所处位置分为置换固溶体置换固溶体和和间隙固溶体间隙固溶体 置换固溶体置换固溶体: 溶质原子占据溶剂晶格某些结点位溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。置所形成的固溶体。置换固溶体置换固溶体u间隙固溶体间隙固溶体溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。形成间隙固溶体的形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的溶质元素是原子半径较小的非金属元素非金属元素，如，如C C、N N、B B等，而等，而溶剂元素一般是溶剂元素一般是过渡族元素。过渡族元素。形成间隙固溶体的一般
36、规律为：形成间隙固溶体的一般规律为：r r质质/ /r r剂剂0.590.590.59时形成复杂结构间隙化合物。时形成复杂结构间隙化合物。间间隙隙化化合合物物具具有有复复杂杂的的晶晶体体结结构构，合合金金钢钢中中常常出出现现的间隙化合物有的间隙化合物有M3C型、型、M7C3型、型、M23C6、M6C。化合物也可溶入其它元素原子，形成以化合物为基化合物也可溶入其它元素原子，形成以化合物为基的固溶体。的固溶体。如如 MnMn溶入溶入Fe3CFe3C中，形成合金渗碳体（中，形成合金渗碳体（FeFe，MnMn）3C3C 间隙化合物具有很高的熔点和硬度，加热时易分解间隙化合物具有很高的熔点和硬度，加热时易分解 图 Fe3C晶体结构1.4 1.4 实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构( (一一) ) 多晶体与单晶体多晶体与单晶体单晶体单晶体：其内部晶格方位完全一致的：其内部晶格方位完全一致的晶体。晶体。多晶体多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。由多晶粒组成的晶体结构。晶粒晶粒：实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成，形不规则的小晶体组成， 这些小晶体称为晶粒。这些小晶体称为晶粒。实际金属通常是多晶体结构实际金属通常是多晶体结构 。习题1答案
