Transcript 有序固溶体
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固
体
中
的
相
结
构
(1)
基 本 概 念
• 合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属经
一定方法合成的具有金属特性的物质。
• 组元：组成合金最基本的物质。（如一元、二元、
三元合金〕，可以是元素，也可以是化合物。
• 合金系：给定合金以不同的比例而合成的一系列不
同成分合金的总称。如Fe-C，Fe-Cr等。
• 相：任一给定的物质系统中，具有同一化学成分、
同一原子聚集态和性质的均匀连续组成部分。
相的分类：固溶体、化合物、陶瓷晶体相、玻璃相、
分子相。
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第
一
节
固
溶
体
(2)
§2.1.1 什么是固溶体
固溶体：固态下一种组元溶解在另一种组元中形成的
新相。晶格与溶剂晶格类型相同。
溶剂：晶格与固溶体相同的组元。
溶质：
固溶度：溶质原子在溶剂中的最大含量（极限溶解
度）。
固溶体基本特征：
保持原溶剂的晶体结构；
有一定的成份范围；
具有比较明显的金属性质。具有一定的导电和导热
性和一定的塑性等等。这表明，固溶体中的结合键
主要是金属键。
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第
一
节
固
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体
(3)
§2.1.1 什么是固溶体
固溶体分类：
按溶质原子在溶剂点阵中的位置分：
置换固溶体、间隙固溶体
按溶解度分：无限固溶体、有限固溶体
按原子在点阵中排列的秩序性分：
无序固溶体、有序固溶体
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§2.1.2 置换固溶体
(4)
第 • 置换固溶体：溶质原子位于晶格点阵位置的固溶体。
一 • Hume-Rothery三大经验规律：
节
溶剂、溶质原子半径之差与溶剂原子半径比超过14%～
15%时，固溶度极为有限。
固
溶剂和溶质的电化学性质相近。
溶
体
固溶度与元素的原子价有关。
• 影响固溶度的因素
原子尺寸因素：原子半径差越小，固溶度越大。(表2-1)
晶体结构因素：结构相同，溶解度大；间隙原子在FCC中
溶解度大于BCC中溶解度。
负电性因素(化学亲和力)：负电性差越大，溶解度大。
（负电性差很大时，形成化合物）
电子浓度因素：
c=e/a=xu +(1-x)v（电子浓度：合金中两个组元的价电子
总数和原子总数之比。）
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第
一
节
固
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体
§2.1.2 置换固溶体
(5)
以 Cu 为 基
加入元素
以 Ag 为 基
Zn
Gn
Ge
As
Cd
In
Sn
Sb
化合价
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固熔度
38.4
19.3
11.8
7
42
20
12
7
当溶剂为一价面心立方金
属时，不同溶质的最大固
溶度对应的电子浓度具有
一定的极限值；
溶质元素原子价愈高，固
溶度愈小。
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§2.1.3
间隙固溶体
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第
一 •间隙固溶体：原子半径小于0.1nm的非金属元素溶
节 入到溶剂金属晶体点阵的间隙中形成的固溶体。
非金属元素：H, N, C , B, O
固
溶 •溶解度一般都很小，只能形成有限固溶体。
体 •典型间隙固溶体：
碳溶于γ-Fe（八面体间隙）、α-Fe形成固溶体
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第
一
节
固
溶
体
§2.1.4 有序固溶体
(7)
固溶体宏观上均匀，微观上
不均匀
出现偏聚，部分有序，完全
有序等情况。
取决于同类原子结合能(EAA ，
EBB)和异类原子间结合能
(EAB)的相对大小。
若EAA ， EBB >EAB时，则有同
类原子的偏聚区;
若 EAA ，EBB
则呈有序分布。达到一定浓度时，
形成有序固溶体。
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第
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节
固
溶
体
§2.1.4 有序固溶体
(8)
有序固溶体有确定的化学成分，可用化学式表示。
有序化：从无序或短程有序状态转变为长程有序状态
的过程。
有序化温度：有序化的临界转变温度称为。
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§2.1.5 固溶体的性能
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第
一 固溶体的强度和硬度高于纯组元，塑性则较低。
节 • 固溶强化：由于溶质原子的溶入而引起的强化效应。
固
溶
体
间隙固溶体的强化效果高于置换固溶体
原因：柯氏气团钉扎位错
溶质和溶剂原子尺寸相差越大或固溶度越小，固溶
强化越明显。
• 有序强化：有序状态的强度高于无序状态。
EAB>EAA或EBB
物理性能的变化：
随溶质原子的增多，电阻升高。
例题2.1.1：p59
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中
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结
构
(1)
基 本 概 念
• 合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属经
一定方法合成的具有金属特性的物质。
• 组元：组成合金最基本的物质。（如一元、二元、
三元合金〕，可以是元素，也可以是化合物。
• 合金系：给定合金以不同的比例而合成的一系列不
同成分合金的总称。如Fe-C，Fe-Cr等。
• 相：任一给定的物质系统中，具有同一化学成分、
同一原子聚集态和性质的均匀连续组成部分。
相的分类：固溶体、化合物、陶瓷晶体相、玻璃相、
分子相。
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§2.1.1 什么是固溶体
固溶体：固态下一种组元溶解在另一种组元中形成的
新相。晶格与溶剂晶格类型相同。
溶剂：晶格与固溶体相同的组元。
溶质：
固溶度：溶质原子在溶剂中的最大含量（极限溶解
度）。
固溶体基本特征：
保持原溶剂的晶体结构；
有一定的成份范围；
具有比较明显的金属性质。具有一定的导电和导热
性和一定的塑性等等。这表明，固溶体中的结合键
主要是金属键。
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§2.1.1 什么是固溶体
固溶体分类：
按溶质原子在溶剂点阵中的位置分：
置换固溶体、间隙固溶体
按溶解度分：无限固溶体、有限固溶体
按原子在点阵中排列的秩序性分：
无序固溶体、有序固溶体
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§2.1.2 置换固溶体
(4)
第 • 置换固溶体：溶质原子位于晶格点阵位置的固溶体。
一 • Hume-Rothery三大经验规律：
节
溶剂、溶质原子半径之差与溶剂原子半径比超过14%～
15%时，固溶度极为有限。
固
溶剂和溶质的电化学性质相近。
溶
体
固溶度与元素的原子价有关。
• 影响固溶度的因素
原子尺寸因素：原子半径差越小，固溶度越大。(表2-1)
晶体结构因素：结构相同，溶解度大；间隙原子在FCC中
溶解度大于BCC中溶解度。
负电性因素(化学亲和力)：负电性差越大，溶解度大。
（负电性差很大时，形成化合物）
电子浓度因素：
c=e/a=xu +(1-x)v（电子浓度：合金中两个组元的价电子
总数和原子总数之比。）
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固
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体
§2.1.2 置换固溶体
(5)
以 Cu 为 基
加入元素
以 Ag 为 基
Zn
Gn
Ge
As
Cd
In
Sn
Sb
化合价
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固熔度
38.4
19.3
11.8
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当溶剂为一价面心立方金
属时，不同溶质的最大固
溶度对应的电子浓度具有
一定的极限值；
溶质元素原子价愈高，固
溶度愈小。
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§2.1.3
间隙固溶体
(6)
第
一 •间隙固溶体：原子半径小于0.1nm的非金属元素溶
节 入到溶剂金属晶体点阵的间隙中形成的固溶体。
非金属元素：H, N, C , B, O
固
溶 •溶解度一般都很小，只能形成有限固溶体。
体 •典型间隙固溶体：
碳溶于γ-Fe（八面体间隙）、α-Fe形成固溶体
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§2.1.4 有序固溶体
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固溶体宏观上均匀，微观上
不均匀
出现偏聚，部分有序，完全
有序等情况。
取决于同类原子结合能(EAA ，
EBB)和异类原子间结合能
(EAB)的相对大小。
若EAA ， EBB >EAB时，则有同
类原子的偏聚区;
若 EAA ，EBB
则呈有序分布。达到一定浓度时，
形成有序固溶体。
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§2.1.4 有序固溶体
(8)
有序固溶体有确定的化学成分，可用化学式表示。
有序化：从无序或短程有序状态转变为长程有序状态
的过程。
有序化温度：有序化的临界转变温度称为。
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§2.1.5 固溶体的性能
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第
一 固溶体的强度和硬度高于纯组元，塑性则较低。
节 • 固溶强化：由于溶质原子的溶入而引起的强化效应。
固
溶
体
间隙固溶体的强化效果高于置换固溶体
原因：柯氏气团钉扎位错
溶质和溶剂原子尺寸相差越大或固溶度越小，固溶
强化越明显。
• 有序强化：有序状态的强度高于无序状态。
EAB>EAA或EBB
物理性能的变化：
随溶质原子的增多，电阻升高。
例题2.1.1：p59
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