浙大材料科学基础课件part7.doc

浙大材料科学基础课件part7

(六)晶界的特性

晶界的特性：

不完整，畸变较大，存在晶界能，晶粒长大和晶界的平直化能减小晶界总面积，降低晶界总能量；

晶界常温下对塑性变形起阻碍作用，显然，晶粒越细，金属材料的强度、硬度也越高；

晶界有较高动能及缺陷，熔点较低，腐蚀速度较快

第三章固溶体

固溶体：类似于液体中含有溶质的溶液，晶体中含有外来杂质原子的一种固体的溶液

固溶体特点：掺入外来杂质原子后原来的晶体结构不发生转变。但点阵畸变，性能变化

如多数合金，硅中掺入磷和硼都是固溶体

固溶度：外来组分量可在一定范围内变化，不破坏晶体结构的最大溶解度量

中间相：超过固溶体的溶解限度时，可能形成晶体结构不同，处于两端固溶体的中间部位的新相

固溶体分类：置换固溶体，间隙固溶体，缺位固溶体,如REF_Ref475095978h
*MERGEFORMAT错误!未找到引用源。所示

溶体的有序和无序分类：据溶质原子在溶剂晶体结构中排列的有序与否区分。达某一尺度为有序畴；长程有序可为超结构

有限和无限固溶体分类：两组元在固态呈无限溶解，即为（连§3-1影响固溶度的因素

结构相同只是完全固溶的必要条件，不是充分条件

续固溶体）无限固溶体

一、休姆-罗瑟里(Hume-Rothery)规律

固溶体固溶度的一般规律：

1、尺寸因素:当尺寸因素不利时，固溶度很小；

2、化学亲和力:稳定中间相（和组元的化学亲和力有关）会使一次固溶体的固溶度下降（中间相自由能曲线低）；

3、电子浓度:电子浓度（价电子数和原子数的比值）影响固溶度和中间相稳定性，

（溶质价为v，溶剂价为V）。还有适用于某些合金系的“相对价效应”，即高价元素在低价中的固溶度大

二、尺寸因素

尺寸与溶解度关系：溶质与溶剂原子的尺寸相差大，畸变大，稳定性就低，溶解度小

均原子价之和等于6，离子半径符合条件：。

REF_Ref475174195h
*MERGEFORMAT错误!未找到引用源。是PbTiO3-PbZrO3系统的高温相图及常温相图。

一般，不等价离子，又不发生复合取代，很少生成固溶体，即使能生成也只有百分之几范围。也有例外，如MgAl2O4-Al2O3和CaO-ZrO2，基体中产生空位，大的固溶体区域，可能与结构相似有关。

随着离子价差别的增大，中间化合物的数目增多，固溶度则下降

四、电负性因素

化学亲和力对固溶体溶解度的影响：溶质元素与溶剂化学亲和力强，倾向于生成化合物。化合物越稳定，则固溶度越小。见REF_Ref475189995h
*MERGEFORMAT错误!未找到引用源。和表3-1

表3-1镁基固溶体的溶解度与所生成化合物稳定性的关系

化学亲和力与固溶度：通常以电负性因素来衡量。电负性差大，化学亲和力强，化合物越稳定。电负性相近的元素可能具有大的溶解度，电负性之差小于±0.4是一个边界

达肯经验规律：±0.4的边界主要针对金属，对氧化物，更决定于离子尺寸及电价因素。

场强与固溶度：中间化合物的数目与场强之差?(Z/d2)成正比（二元系两种正离子的场强差）。?(Z/d2)=0，固溶度最大，生成完全固溶的固溶体；?(Z/d2)小于10%，互溶或具有大固溶度；?(Z/d2)增大，一个低共熔点?两个低共熔点?许多中间化合物

REF_Ref475201543h
*MERGEFORMAT错误!未找到引用源。是表示氧化物系统的场强差与化合物数目的实验结果的关系。证明场强差大，导致生成化合物的数目增多

§3-2固溶体各论

三类固溶体的区分方法：通过测定固溶体的点阵参数和密度。

固溶体的计算确定：平均原子数n与理论原子数n0比较

n=n0为置换固溶体，nn0为间隙，nn0为缺位固溶体。

()V为晶胞体积，?为固溶体密度

置换固溶体

在金属铁中：

结构相容与置换：晶体结构相同有较好的相容性REF_Ref475208903h
*MERGEFORMAT错误!未找到引用源。。如体心立方的Mo、W、V、Cr等元素在体心立方的?-Fe中溶解度要大于?-Fe中；面心立方结构的Co、Ni、Cu等在?-Fe中的溶解度大于在?-Fe中

尺寸因素分析：原子直径相差都不超过15%有较大固溶度。如Ni、Co、Cr、V等元素与铁无限固溶，原子直径相差都不超过10%；Mg、Ca、Rb、Sr等元素在铁中溶解度均很小，直径相差在15%以上。REF_Ref475211730h
*MERGEFORMAT错误!未找到引用源。可解释，至于C和N在?-Fe中一定的溶解度是形成了间隙固溶体。合金元素在铁中的溶解度如下表所示

表3-2合金元素在铁中的溶解度

在氧化物中：晶体结构相同和尺寸相近有较好的相容性。

MgO和FeO各自具有NaCl型结构，两种离子半径相差