材料科学基础课件上13-2.32拓扑超结构32z

1、 组成:由两种大小不同的金属原子构成 大小原子通过适当配合构成空间利用率和配位数都很高的复杂结构，简称TCP (Topologically Close-packed Phase) 2.3.3.5 拓扑密堆相结构特点(1) 由配位数(CN)为12，14，15，16的配位多面体 堆垛而成，由不规则的四面体填充空间的密堆结构12.3 合金相的晶体结构2.3.1 合金中的相2.3.2 固溶体2.3.3 中间相 2-29/4拓扑密堆相的配位多面体形状2面数F =20 24 26 28由5(6)个面配置成的顶点数V =12(0) 12(2) 12(3) 12(4)棱边数E=30 36 39 42欧拉(Eu

2、ler)方程： V-E+F=23234568791011112结构特点(2)层状结构 半径小的原子构成密排面，其中嵌镶有半径大的原子，由这些密排层按一定顺序堆垛，构成空间利用率很高且只有四面体间隙的密堆结构。4几种类型的原子密排层的网格结构及表示方法5结构特点(2) 原子密排层由三角形、正方形或六角形组合起来的网格结构，可用一定的符号加以表示：取网格中的任一原子，依次写出围绕着它的多边形类型。类型 拉弗斯相(如MgCu2 MgNi2 MgZn2 TiFe2) 相(如FeCr，FeV，FeMo，CrCo，WCo) 相(如Fe7W6，Co7Mo6) Cr3Si型相(如Cr3Si，Nb3Sn，Nb3

3、Sb) R相(如Cr18Mo31Co51) P相(如Cr18Ni40Mo42)6(1)拉弗斯（Laves）相典型分子式为AB2（二元合金中两种金属元素组成的中间相）形成条件： *原子尺寸因素 A原子半径略大于B原子，其理论比值应为rArB=1.255，实际值约1.05-1.68 *电子浓度 结构类型与电子浓度对应 三种典型拉弗斯相的结构类型和电子浓度范围7晶体结构：复杂立方空间点阵：面心立方(节点上原子团为Mg2Cu4)8MgCu2立方晶胞中Mg (A)，Cu (B)原子的分布 Mg原子占据fcc点阵节点 和晶胞4面体间隙的一半 构成金刚石结构，8个Mg Cu原子占据剩余4个四面体间隙，在每个

4、间隙处，4个Cu原子占据1/8小立方体的四面体间隙的一半，构成正四面体 4*4=16个Cu910 8个 16个(-110)111xyzPQRDE10Mg(A)原子周围有位于四面体间隙处的12个(=3*4)Cu原子和4个Mg原子，16个原子构成CN16配位多面体； Cu原子周围是6个Mg(3个在面心Q、D、E处，3个在小立方体中心 )和6个Cu原子，即CN12；CN16与CN12两种配位多面体相互配合形成拉弗斯相结构PQRMgCu2结构中B(Cu)原子构成的层网结构11Cu原子在(111)面的分布是3 6 3 6型密排层（三角形中心原子未画出）-211xzyMNB(Cu)原子构成的四面体AB C

5、ED-211xzy13沿111 Cu堆垛顺序为abcCu原子在(111)面的分布是3 6 3 6型密排层-211Cu沿-211每层相对移动1/6-211距离沿111 Cu堆垛顺序为abcCu原子在(111)面的分布是3 6 3 6型密排层AB C14Cu(111)面沿111方向原子堆垛和四面体堆垛15CBA16Mg原子分布和双原子层沿方向堆垛 (111)xyz(-110)ZYX111A BQCPabc 拉弗斯（Laves）相是镁合金中的重要强化相 在高合金不锈钢和铁基、镍基高温合金中，有针状拉弗斯相分布在固溶体基体上，当其数量较多时会降低合金性能，应适当控制。17ENDMg原子位于Cu的小四面

6、体中心(2)相组成:组元A为、等B族元素 组元B为A和B族元素分子式: AB或AxBx 存在于过渡族金属元素组成的合金中，如FeCr，FeV，FeMo，MoCrNi，WCrNi，(Cr，Mo，W)x(Fe，Co，Ni)y 等，有一定的成分范围18相的晶体结构:复杂正(四)方，c/a=0.52， 晶胞内有30个原子 相在常温下硬而脆，对合金性能有害 不锈钢:相会引起晶间腐蚀和脆性； Ni基高温合金和耐热钢(成分或热处理控制不当): 沉淀片状相，使材料变脆。19END2.3.3.6 超结构(超点阵、有序固溶体)成分接近一定原子比的无序固溶体，从高温缓冷至某临界温度以下，溶质原子由统计随机分布状态过

7、渡到规则排列状态，即发生有序化过程，形成有序固溶体(1)类型： 20体心立方点阵的超点阵（1） 黄铜（CuZn）型超点阵470以下有序化与电子化合物黄铜有何区别?晶体结构：体心立方空间点阵：简单立方21体心立方点阵的超点阵（2） Fe3Al型超点阵晶体结构：体心立方空间点阵：面心立方22 4个Al原子占据4个不相邻的小立方体体心位置，大晶胞的四面体间隙的一半 12个Fe原子 4+8/8*8=12面心立方点阵的超点阵（1） Cu3Au 型晶体结构：面心立方空间点阵：简单立方23面心立方点阵的超点阵（2）CuAu型晶体结构：面心立方空间点阵：底心正交24面心立方点阵的超点阵（3）CuAu型晶体结构

8、：面心立方空间点阵：简单正交25CuAu型晶胞每隔5个在(010)面做1/2(a+c)位移无序到有序转变过程依赖于原子迁移，是形核长大过程形核：形成短程有序的微小区域，称为有序畴长大：各个核心独自长大，直至相互接壤 两个有序畴的边界是同类原子相遇而构成的明显分界面，称为反相畴界，反相畴界两边的有序畴称为反相畴。反相畴结构26面心立方点阵的超点阵（4） Cu和Pt层(111)面交替堆垛(a)CuPt型超结构 (b)Cu3Pt5型超结构27Cu3Pt5富铜(111)面和全部是Pt原子的(111) 面交替堆垛密排六方点阵的超点阵MgCd3（ Mg3Cd ）与相-CuZn3电子化合物有何区别?28(2

9、)有序化 在一定条件下，溶质原子在固溶体中从统计随机分布的无序状态过渡到占有一定位置的规则排列长程有序状态转化的过程叫有序化有序化的基本条件： 异类原子之间的相互吸引大于同类原子间的吸引作用，使有序固溶体的自由能低于无序态长程有序度参数S式中P为A原子在正确位置 (即在完全有序时此位置应为A原子所占据)上出现的几率； XA为A原子在合金中的原子数分数。 完全有序时，P=1， 此时S1 完全无序时，PXA，此时S0292EAB(EAA+EBB)合金成分 偏离理想成分，长程有序度参数S降低温 度 温度升高，S降低冷却速度 冷却速度快，S降低塑性变形 变形量增大，S降低(3)影响有序化的因素30长程

10、有序度参数S与短程序参数有何不同？2.3.3.7 金属间化合物的性质和应用 (1)超导性质 Nb3Ge，Nb3Al，Nb3Sn，V3Si，NbN等； (2)特殊电学性质InTe-PbSe，GaAs-ZnSe等应用于半导体材料 (3)强磁性 稀土元素（Ce，La，Sm，Y等)和Co的化合物，具有特别优异的永磁性能； (4)吸释氢特性(贮氢材料) LaNi5，FeTi，R2Mg17和R2Ni2Mg15等(R代表稀土La，Ce，Pr，Nd或混合稀土)是一种很有前途的储能和换能材料； (5)耐热特性 Ni3A1，NiAl，TiAl，Ti3Al，FeAl，Fe3Al，MoSi2等，具有很好的高温强度和塑性； (6)耐蚀特性 某些金属碳化物、硼化物、氮化物和氧化物等，若涂覆表面可提高被涂覆件的耐蚀性能； (7)形状记忆