燃气轮机材料基础课件：固溶体

固溶体一、固溶体的分类1.按溶剂分类

（1）一次固溶体、边（端）际固溶体结构类型与主组元结构相同

（2）二次固溶体、中间固溶体结构类型与主、副组元结构都不同2.按固溶度（溶解度）分类

（1）有限固溶体溶质组元的浓度有限度

（2）无限固溶体溶质可以任何比例溶入溶剂3.按溶质原子在晶体点阵中所占的位置分类

（1）代位固溶体溶质原子与溶剂原子占据等同的点阵位置

（2）间隙固溶体溶质原子填入溶剂原子间的间隙位置

（3）缺位固溶体在一些二次固溶体中，当化合物的组元之一溶入化合物时，另一组元形成缺位，如FeO4.按溶质原子与溶剂原子的相对分布分类

（1）无序固溶体随机分布

（2）有序固溶体溶质原子按适当比例、并按一定顺序和一定方向，围绕着溶剂原子分布

固溶体二、影响固溶度的因素针对一次固溶体，介绍主要影响因素及一般规律，会有例外。1.原子尺寸因素有利于形成具有显著固溶度的代位固溶体：（D溶剂-D溶质）组元原子直径间的相对差━━━━━━<±14～15％

D溶剂溶质与溶剂原子直径比D溶质/D溶剂=0.85～1.15

有利于形成具有相当固溶度的间隙固溶体：（D溶剂-D溶质）组元原子直径间的相对差━━━━━━>41％

D溶剂溶质与溶剂原子直径比D溶质/D溶剂

<0.59

不同类型的金属（开放型、封闭型）判据可能有差别固溶体2.负电性因素元素的负电性：表示这个元素的原子在异类原子的集合体中或分子中能够吸引电子作为自身所有的一种能力。负电性的量化指标(泡林规定标准）：

若A-B两种原子以共价相结合，以△E表示A-B键能与A-A键能和B-B键能平均值之差：△E=UA-B-½

(UA-A+UB-B)则两元素负电性的差与△E成正比例，并以氟的负电性4.0来作为统一的对比标准。元素之间在周期表中相距越远，负电性相差越大，越不利于形成固溶体，但有利于形成化合物。组元间负电性相差越大，有利于形成化合物，不利于形成固溶体。形成的化合物越稳定，固溶体的固溶度越小。只有负电性相近的元素，才有可能获得较大的固溶度。

VIAS、Se、Te

金属元素+VAP、As、Sb、Bi

IVASi、Ge、Sn、Pb固溶度增大负电性减小元素周期表中同一周期原子序数

负电性

同一族原子序数

负电性

固溶体3.电子浓度原子价效应：高价溶质原子加到低价溶剂原子中，溶质原子价越高，最大固溶度越小。

电子浓度的升高有限度，C电子接近定值。

2个1价原子被1个2价原子取代比4个1价原子被1个4价原子取代容易

Zn2+Ga3+Ge4+As5+inCu1+

38.5％19.5％11.8％7％相对价效应：高价组元在低价组元中的固溶度>

低价组元在高价组元中的固溶度电子浓度增加的限度>电子浓度减小的限度去除2个1价组元、加入1个2价组元→易Zn2+inCu1+38.5%Zn

去除1个2价组元、加入2个1价组元→难Cu1+inZn2+2.5%Cu

更敏感地反映到结构的不稳定。固溶体固溶体无限互溶固溶体的先决条件：两组元的原子价必须相等，晶体结构也应相同。4.晶体结构晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件；组元间的晶体结构类型不同，形成固溶体的溶解度有限。形成有限固溶体时，溶质元素与溶剂元素的结构类型相同，则溶解度通常比不同结构时为大。5.温度溶质元素在溶剂溶体中的溶解度随温度的高低而变化。6.压力溶质元素在溶剂溶体中的溶解度随压力的大小而变化。固溶体固溶体三、固溶体在结构上的变化

1.点阵畸变溶剂原子排列的正常规律性受到不同程度的干扰。大原子空位、小原子代位周围原子受张力大原子代位、小原子填隙

周围原子受压力

受张力受压力固溶体2.点阵常数的变化点阵发生畸变则取得的平均点阵常数发生变化。代位固溶体的点阵常数，浓度很低时，视为理想代位溶体，溶质原子尺寸大，点阵常数增大。浓度高时与直线有或正或负的偏差。间隙固溶体的点阵常数一般总是随浓度而增大。3.偏聚与有序化同种原子间作用力>异种原子间作用力溶质原子易于分区聚拢，形成许多偏聚区━━━互不相溶异种原子间作用力>同种原子间作用力溶质原子易于彼此远离，紧邻、近邻为溶剂原子，小范围有序分布、短程有序━━━长程有序、有序固溶体、形成化合物极端极端固溶体4.有序固溶体当固溶体有序化到这样一个程度，以致在整个晶体点阵中溶质和溶剂原子都按统一的确定顺序分布时，即达到长程有序时，这样的固溶体就叫有序固溶体，有时也叫超点阵或越结构。有序固溶体中，组元原子间的相对比例是确定的，像正常价化合物。几种常见的有序固溶体结构：①体心立方AB型━CsCl型以FeAl为代表

Fe━顶角

Al━体心e.g.AgZn、AgCd、CuZn、

CuBe、AuCd…

…。固溶体②体心立方A3B型以Fe3Al为代表八个体心立方体构成一个大晶胞

Fe━八个体心立方顶角、四个不相邻的体心

Al━其余四个不相邻的体心

e.g.Cu3Al、Fe3Si

…

…。

③面心立方AB型以CuAu为代表

Cu原子与Au原子交替地沿[001]方向成层分布

Au原子>Cu原子,立方系变为正方系

e.g.AgTi、AlTi、CuAuI、NiPt、

……。固溶体④面心立方A3B型以Cu3Au为代表

Cu━六个面心位置（A位）

Au━八个顶角位置（B位）

e.g.

Co3Al、Ni3Al、Ni3Si

…

…。⑤密集六方A3B型以Mg3Cd为代表四个六方晶胞构成一个大复合体（四个四棱柱）以（0001）面按ABABAB序列堆砌

e.g.

Cd3Mg、Mg3Cd、Co3Mo、Co3W、

Ni3In、Ni3Sn、Pt3V……。固溶体四、固溶体在性能方面的特点

优越的综合力学性能：强度方面：屈服强度、抗拉强度、硬度

>（优于）两纯组元的平均