01 第1章 金属的晶体结构.pptx

第1页：第一章目录

第一章 金属的晶体结构

• 1.1 原子间的键合：金属键、离子键、共价键、氢键、范氏键
• 1.2 晶体学基础：空间点阵与晶胞、晶向指数和晶面指数、晶体的对称性、极射投影
• 1.3 纯金属的晶体结构：三种典型的金属晶体结构、金属的多晶型性
• 1.4 合金相结构：固溶体、中间相

第2页：原子间的键合问题

当两个或多个原子形成分子或固体时，它们是依靠什么样的结合力聚集在一起？这就是原子间的键合问题。

化学键（主价键）

金属键、离子键、共价键

物理键（次价键）

范氏键、氢键

第3页：金属键

金属键

典型金属原子结构的特点是其最外层电子数很少，极易挣脱原子核的束缚而成为自由电子，并在整个晶体内运动形成电子云，这种由自由电子和金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。

基本特点

电子的共有化，以及无饱和性、无方向性。

据此可解释金属的良好导电导热性、良好延展性、金属光泽以及正的电阻温度系数。

第4页：金属键示意图

金属键示意图（黄色代表金属原子，白色代表自由电子）。

第5页：离子键

离子键

正负离子依靠它们之间的静电引力结合在一起。决定离子晶体结构的因素是正负离子的电荷及几何因素。

特点

以离子为结合单位，结合力较强，有较高的配位数，无方向性。

据此可解释离子晶体结合力强、熔点高、强度高、塑性低，固态时为良好绝缘体而熔融态时具有良好导电性。大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键结合。

第6页：Cl与Na形成离子键

Cl与Na形成离子键。

第7页：

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第8页：共价键

共价键

两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键，结合极为牢固。

基本特点

核外电子云达到最大重叠形成"共用电子对"，有确定的方位，配位数较小，有方向性、有饱和性。

共价晶体结构稳定、熔点高、质硬脆，一般是绝缘体，导电性能差。

第9页：SiO2四面体与共价键图

图1.4-5 由共价键方向性特点决定了的SiO₂四面体晶体结构；图1.4-4 形成共价键的SiO₂，蓝色圆圈代表Si的价电子，红色圆圈代表O的价电子。

第10页：

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第11页：范氏键与氢键

范氏键

属物理键、次价键，没有方向性和饱和性，比化学键的键能少1～2个数量级。范德华力借助微弱、瞬时的电偶极矩感应作用把原子或分子结合为一体，包括静电力、诱导力和色散力。

氢键

一种特殊的分子间作用力，由氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子（O、F、N等）相结合而产生，键力比一般次价键大，具有饱和性和方向性。

氢键在高分子材料中特别重要。

第12页：实际材料中的混合键

实际材料（金属和陶瓷）中结合键多为混合键：

• 金属中主要是金属键，还有其他键如共价键、离子键
• 陶瓷化合物中出现离子键和金属键的混合
• 一些气体分子以共价键结合，而分子凝聚时依靠范德华力
• 聚合物的长链分子内部以共价键结合，链与链之间则为范德华力或氢键

第13页：物质的键能与熔点

说明：源文件此页为分项粘连排版，材料名称、键型、熔点与结合能已按材料科学标准值一一对应还原。

第14页：空间点阵与晶胞

1.2 晶体学基础 1.2.1 空间点阵与晶胞

空间点阵

为了便于分析研究晶体中原子或分子的排列情况，可把它们抽象为规则排列于空间的无数个几何点，这些点子可以是原子或分子的中心，也可以是彼此等同的原子群或分子群的中心，但各个点子的周围环境必须相同，这种点子的空间排列称为空间点阵。

第15页：晶胞的定义

空间点阵 晶胞

晶胞

从晶格中选取一个能完全反映晶格特征的基本单元作为点阵的组成单元，这种最小的几何单元称晶胞。

第16页：晶胞的表示方法

晶胞大小和形状表示方法

晶胞的棱边长度 a、b、c（称为点阵常数、晶格常数）；棱边的夹角 α、β、γ（称为晶轴间夹角）。

选取晶胞的原则

• 应反映出点阵的高度对称性
• 棱和角相等的数目最多
• 棱边夹角为直角时，直角数目最多
• 晶胞体积最小

第17页：七大晶系点阵参数

说明：源文件此页晶系名称与点阵参数分两处排版，已按各晶系的标准点阵参数一一对应。

第18页：布拉菲点阵十四种

按照"每个阵点的周围环境相同"的要求，布拉菲用数学方法推导出能够反映空间点阵全部特征的单位平面六面体只有14种，这14种空间点阵也称为布拉菲点阵。

空间点阵

晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，它只能有14种。

晶体结构

晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况，能组成各种类型的排列，因此实际存在的晶体结构是无限的。

注意：晶体结构差异很大，而空间点阵可能相同；晶体结构相似，而空间点阵可能不同。

第19页：相同点阵的晶体结构图

图1-10 具有相同点阵的晶体结构。

第20页：

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第21页：晶向指数和晶面指数

1.2.2 晶向指数和晶面指数

晶面

晶体结构一系列原子所构成的平面。

晶向

通过晶体中任意两个原子中心连成直线来表示晶体结构的空间的各个方向。

晶向指数和晶面指数是分别表示晶向和晶面的符号，国际上用Miller指数来统一标定。

第22页：立方晶系晶向指数确定步骤

1. 立方晶系中晶向指数：确定立方晶系晶向指数［uvw］的步骤如下：

• 1、设坐标
• 2、求坐标
• 3、化整数
• 4、化为最小整数，列括号［uvw］，负值则在指数上加一负号

第23页：正交晶系部分晶向指数

正交晶系中的部分晶向指数。

第24页：晶向指数的规律

晶向指数有如下规律：

• 某一晶向指数代表一组在空间相互平行且方向一致的所有晶向
• 若晶向所指的方向相反，则晶向数字相同符号相反
• 空间位向不同但原子排列相同的晶向可归为一个晶向族，用〈uvw〉表示。如〈111〉晶向族包括[111]、[T11]、[1T1]、[11T]、[TT1]、[1TT]、[T1T]、[TTT]；〈100〉晶向族包括[100]、[010]、[001]、[T00]、[0T0]、[00T]
• 同一晶向族中晶向上原子排列因对称关系而等同

第25页：立方晶系晶面指数确定步骤

2. 立方晶系中晶面指数：确定立方晶系晶面指数（hkl）的步骤如下：

• 1、设坐标：原点设在待求晶面以外
• 2、求截距：求晶面在三个轴上的截距
• 3、取倒数
• 4、将三个倒数化为互质的整数比，并加上圆括号，记为（hkl）

第26页：晶面指数的规律

晶面指数有如下规律：

• 某一晶面指数代表了在原点同一侧的一组相互平行且无限大的晶面
• 若晶面指数相同但正负符号相反，则两晶面以原点为对称中心且相互平行，如（110）和（TT0）互相平行
• 晶面间距和晶面上原子分布完全相同、只是空间取向不同的晶面可归为同一晶面族，用{hkl}表示，如{100}包括（100）、（010）、（001）、（T00）、（0T0）、（00T）
• 在立方结构中，若晶面指数和晶向指数的指数和符号相同，则该晶向与晶面必定互相垂直，如[111]⊥（111）、[110]⊥（110）、[100]⊥（100）

第27页：六方晶系指数的标定

3. 六方晶系的晶向和晶面指数

六方晶系的晶向指数和晶面指数同样可应用上述方法标定，但按这种方法标定的指数不能显示六方晶系的对称性，同类型的晶面和晶向其指数却不相似，看不出它们之间的等同关系。

例如晶胞的六个柱面是等价的，但按照三轴坐标系确定的晶面指数却分别为（100）、（010）、（T10）、（T00）、（0T0）、（1T0）。为克服这一缺点，通常采用另一专用于六方晶系的指数。

第28页：六方晶系四轴坐标标定

确定步骤和立方晶系一样，但标定六方结构的晶向指数时一般选择四个坐标轴：a₁、a₂、a₃、c，其中a₁、a₂、a₃处于同一底面上且彼此夹角为120°，c轴垂直于底面。则有：

• 晶面指数（h k i l），其中 i＝－（h＋k）
• 晶向指数[u v t w]，其中 t＝－（u＋v）

第29页：六方晶系指数的转换

六方晶系按两种晶轴系所得的晶面指数和晶向指数可相互转换。

• 对晶面指数而言，从（hkil）转换成（hkl）只要去掉i即可，反之则加上 i＝－（h＋k）
• 对晶向指数而言，[UVW]与[uvtw]之间存在确定的转换关系

说明：源文件此页的转换公式为图片形式，未提取到文字，建议对照原图补充。

第30页：六方晶系指数示意图

六方晶系的晶向（面）指数示意图。

第31页：六方晶系的一些指数

六方晶系的一些晶向（面）指数。

第32页：晶带与晶带定律

4. 晶带

晶带

所有平行或相交于同一直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴，属此晶带的晶面称为共带面。

晶带定律

同一晶带上晶带轴[uvw]和晶带面（hkl）之间存在以下关系：hu＋kv＋lw＝0

第33页：晶带定理的应用

通过晶带定理可以：

• 求两不平行的晶面（h₁k₁l₁）和（h₂k₂l₂）的晶带轴
• 求两个不平行的晶向[u₁v₁w₁]和[u₂v₂w₂]所决定的晶面
• 判断某一晶向是否在某个晶面上
• 判断几个晶面是否属于同一晶带

第34页：晶面间距

5. 晶面间距

晶面间距

晶面指数为（hkl）的晶面相邻两个晶面之间距离，用 d_hkl 表示。

• 低指数的晶面面间距较大，高指数的则较小
• 面间距最大的面总是原子密排面
• 晶面间距越小则晶面上的阵点就越稀疏

第35页：晶面间距公式的适用范围

上述晶面间距的计算公式只适应简单晶胞。复杂晶胞由于中心型原子的存在而使晶面层数增加，应根据具体情况对上述计算公式进行修正。

第36页：晶面夹角与晶向夹角

6、晶面夹角（晶向夹角）

除了晶面间距可以通过上述方法和公式进行计算外，两个晶面之间的夹角同样也可以通过类似的几何关系推出。

• 对于立方晶系：有相应的夹角计算公式
• 对于正交晶系：有相应的夹角计算公式

说明：源文件此页的夹角公式为图片形式，未提取到文字，建议对照原图补充。

第37页：晶体的宏观对称元素

7 晶体的对称性

晶体的对称性

晶体中存在着或可分割成若干相同部分，这些部分借助于假想的点、线、面而重复排列，假想的点、线、面称为对称元（要）素。

1）宏观对称元素——反映出晶体外形和其宏观性质的对称性。

• 回转对称轴：晶体绕某一轴回转而能完全复原，晶体中可能存在的对称轴有1、2、3、4、6共五种
• 对称面：晶体各对应点经此平面反映后都能重合一致，用m表示
• 对称中心：晶体中的点在经过某一点反演后能复原，用符号i表示
• 回转—反演轴：绕某一轴回转一定角度，再以轴上一个中心点作反演之后能复原

第38页：微观对称元素与点群空间群

2）微观对称元素

滑动面

由一个对称面加上沿着此面的平移所组成，晶体结构借此面的反映并沿此面平移一定距离而复原。如平移a/2、b/2、c/2写作a、b、c；沿对角线平移1/2写作n；沿面对角线平移1/4写作d。

螺旋轴

由回转轴和平行于轴的平移所构成，绕螺旋轴回转360/n角度同时沿轴平移一定距离而重合，有2次、3次、4次、6次等几种。

2. 点群及空间群

• 点群：一个晶体中所有点对称元素的集合，宏观上表现为晶体外形的对称，有32种点群
• 空间群：用以描述晶体中原子组合的所有可能方式，由宏观和微观元素在三维空间组合而得出，有230种空间群

第39页：极射投影原理

8 极射投影

1、极射投影原理：先在参考球中选定一条过球心的直线AB，过A点作一平面与参考球相切，该平面即为投影面（极射面）。若球面上有一极点P，连接BP并延长之，使其与投影面相交于P′，P′即为极点P在投影面上的极射投影。

过球心作一平面与AB垂直（与投影面平行），它在球面上形成直径与球径相等的圆，称大圆；大圆在投影面上的投影称为基圆。所有位于左半球球面上的极点投影后均落在基圆之内。然后将投影面移至B点并以A点为投影点，将右半球球面上的极点投射到位于B处的投影面上并冠以负号，最后将两处的极射投影图重叠画在一张图上。

若把参考球视为地球，过球心的投影面就是赤道平面，以地球的一个极为投射点将球面投射到赤道平面上称为极射赤面投影；投影面不是赤道平面的则称为极射平面投影。

第40页：

第41页：吴氏网

吴氏网（分度为2°）。

第42页：吴氏网与参考球的关系

吴氏网和参考球的关系：使用吴氏网时，应特别注意使两极点位于吴氏网经线或赤道上，才能正确度量晶面或晶向之间的夹角。

第43页：

第44页：三种典型金属晶体结构

1.3 三种典型金属的晶体结构

决定晶体结构类型的内在因素是原子（分子、离子）间结合键的类型以及键的强弱。金属晶体的结合键是金属键，由于金属键没有方向性，使金属内部的原子趋向于紧密排列，构成高度对称性的简单晶体结构。

第45页：金属晶体结构类型

金属在固态下一般都是晶体。金属晶体以金属键结合，由于金属键具有无饱和性和无方向性的特点，使金属内部的原子趋于紧密排列，构成高度对称性的简单晶体结构：

• 面心立方结构 A1 或 fcc：立方晶系
• 体心立方结构 A2 或 bcc：立方晶系
• 密排六方结构 A3 或 hcp：六方晶系

第46页：晶体结构的分析内容

对三种典型的晶体结构从以下几个方面进行分析：

• 晶胞中原子的排列方式（原子所处的位置）
• 晶胞中原子数
• 点阵参数（晶格常数和晶轴间夹角）
• 原子半径R（与点阵常数关系）
• 配位数和致密度
• 原子的堆垛方式
• 密排方向和密排面
• 晶体结构中间隙（大小和数量）

第47页：三种晶体结构刚球模型

三种典型金属晶体结构刚球模型：面心（fcc、A1）、体心（bcc、A2）、密排六方（hcp、A3）。

第48页：面心立方结构特征

1. 面心立方结构（特征）

• 晶胞中原子排列：在立方体的八个顶角和六个面的面心各有一个原子
• 晶胞中原子数：n＝8×1/8＋6×1/2＝4个
• 密排面和密排方向：{111}、〈110〉
• 配位数与致密度：配位数CN＝12，致密度k＝0.74
• 原子堆垛方式：ABCABC……
• 间隙：八面体间隙、四面体间隙

第49页：面心立方晶格原子位置

面心立方晶格原子位置（fcc）。

第50页：面心立方晶胞原子数

面心立方晶格晶胞原子数（fcc）：n＝8×1/8＋6×1/2＝4个。

第51页：面心立方密排面与方向

面心立方密排面及密排方向（fcc）：密排面 {111}，密排方向 〈110〉。

第52页：面心立方点阵常数与原子半径

面心立方点阵常数与原子半径的关系（fcc）。

说明：源文件此页的关系式为图片形式，未提取到文字，建议对照原图补充。

第53页：面心立方配位数与致密度

面心立方原子配位数及致密度（fcc）：配位数为12。

说明：源文件此页的致密度数值为图片形式，未提取到文字，建议对照原图补充。

第54页：面心立方堆垛顺序

面心立方结构中原子密排面的堆垛顺序（fcc）：ABCABC……

第55页：面心立方八面体间隙

面心立方八面体间隙（fcc）：位于晶胞体中心和每个棱边的中点，由6个面心原子所围成，大小 r_B＝0.414R（r_B为间隙半径，R为原子半径），间隙数量为4个。

第56页：面心立方四面体间隙

面心立方四面体间隙（fcc）：由一个顶点原子和三个面心原子围成，其大小 r_B＝0.225R，间隙数量为8个。

第57页：体心立方晶格特征

2. 体心立方晶格（特征）

• 晶胞中原子排列：在立方体的八个顶角和体心各有一个原子
• 晶胞中原子数：n＝8×1/8＋1＝2个
• 密排面和密排方向：{110}、〈111〉
• 配位数与致密度：配位数CN＝8，致密度k＝0.68
• 间隙：八面体间隙、四面体间隙

第58页：体心立方晶格原子位置

体心立方晶格原子位置（bcc）。

第59页：体心立方晶胞原子数

体心立方晶格晶胞中原子数（bcc）：n＝8×1/8＋1＝2个。

第60页：体心立方密排面与方向

体心立方晶格密排面及密排方向（bcc）：密排面 {110}，密排方向 〈111〉。

第61页：体心立方点阵常数与原子半径

体心立方晶格中点阵常数和原子半径的关系（bcc）。

说明：源文件此页的关系式为图片形式，未提取到文字，建议对照原图补充。

第62页：体心立方配位数与致密度

体心立方结构的配位数及致密度（bcc）：配位数为8。

说明：源文件此页的致密度数值为图片形式，未提取到文字，建议对照原图补充。

第63页：体心立方八面体间隙

体心立方八面体间隙（bcc）：位于晶胞六面体每个面的中心和每条棱的中心，由一个面上四个角和相邻两个晶胞体心共6个原子围成，数量为6。大小为 r_B＝0.154R（在〈100〉）或 r_B＝0.633R（在〈110〉）。

第64页：体心立方四面体间隙

体心立方四面体间隙（bcc）：由两个体心原子和两个顶角原子所围成，大小 r_B＝0.291R，有12个。

第65页：密排六方晶格特征

3. 密排六方晶格（特征）

• 晶胞中原子排列：正六棱柱体12个顶角和上下底中心各有一个原子，正六棱柱体中心有三个原子
• 晶胞中原子数：n＝12×1/6＋2×1/2＋3＝6个
• 密排面和密排方向：{0001}、〈110〉
• 点阵常数与原子半径的关系：a＝2R（c/a＝1.633）
• 配位数与致密度：配位数CN＝12，致密度k＝0.74
• 原子堆垛方式：ABAB……
• 间隙：八面体间隙、四面体间隙

第66页：密排六方晶格原子位置

密排六方晶格原子位置（hcp）。

第67页：密排六方晶胞原子数

密排六方晶格晶胞原子数（hcp）：n＝12×1/6＋2×1/2＋3＝6个。

第68页：密排六方密排面与方向

密排六方晶格密排面及密排方向（hcp）：密排面 {0001}，密排方向 〈110〉。

第69页：密排六方点阵常数与原子半径

密排六方晶格中点阵常数和原子半径的关系（hcp）：a＝2R（c/a＝1.633）。

第70页：密排六方配位数与致密度

密排六方晶格原子配位数及致密度（hcp）：配位数为12。

说明：源文件此页的致密度数值为图片形式，未提取到文字，建议对照原图补充。

第71页：密排六方堆垛顺序

密排六方结构中原子密排面的堆垛顺序（hcp）：ABAB……

第72页：密排六方八面体间隙

密排六方晶格八面体间隙（hcp）：有6个，当 c/a＝1.633 时，r_B＝0.414r_A。

第73页：密排六方四面体间隙

密排六方晶格四面体间隙（hcp）：有12个，当 c/a＝1.633 时，r_B＝0.225r_A。

第74页：金属的多晶型性

1.4.2 多晶型性

多晶型性

指某些金属在不同温度和压力下具有不同的晶体结构。

多晶型性转变

指金属在外部条件（如温度和压力）改变时，其内部从一种晶体结构向另一种晶体结构的转变，又称同素异构转变。

例如纯铁在 912°C 和 1394°C 发生转变。具有多晶型性的金属还有 Mn、Ti、Sn、Zr 等。

第75页：合金与相的基本概念

1.4 合金相结构 概述

合金

两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼或其它方法制成的具有金属特性的物质。

组元

组成合金的基本的独立的物质，可以是纯金属、非金属元素或化合物。

相

合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。

单相合金

由一种相组成的合金。

多相合金

由几种不同的相组成的合金。

第76页：固溶体与中间相

固溶体

以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。

中间相

两组元A、B组成合金时，除可形成以A为基或以B为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A、B两组元均不相同的新相。由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常称为中间相。中间相可以是化合物，也可以是以化合物为基的固溶体。

第77页：固溶体的分类

1.4.1 固溶体：固溶体的最大特点是保持溶剂的晶体结构。

• 按溶质原子在点阵中所占位置：置换固溶体、间隙固溶体
• 按溶解度：有限固溶体（溶解量有上限）、无限固溶体（如Cu—Ni、Au—Ag、Ti—Zr，结构相同）
• 按溶质原子分布特点：无序固溶体、有序固溶体
• 按基体类型：一次固溶体（以纯金属为基）、二次固溶体（以化合物为基）

第78页：置换固溶体与间隙固溶体图

固溶体的两种类型（置换和间隙）。

第79页：影响置换固溶体溶解度的因素

影响置换固溶体溶解度的因素（1、置换固溶体）：

晶体结构因素

结构相同可形成无限固溶体，不同则只能形成有限固溶体。

原子尺寸因素

原子半径差小于15%可形成溶解度较大的固溶体；半径差大于15%时，半径差越大溶解度越低，原因是点阵畸变随原子半径差增大而增加。

电负性因素

溶剂和溶质之间的化学亲和力越大越容易形成化合物；电负性相近的元素间可能有较大的固溶度。

原子价因素

当原子尺寸因素较为有利时，在某些以一价金属为基的固溶体中，溶质的原子价越高其固溶度越小。

第80页：置换溶质原子的点阵畸变

置换固溶体中大小溶质原子引起的点阵畸变。

第81页：间隙固溶体

• 间隙固溶体的溶质原子是一些原子半径小于0.1nm的非金属元素（如C、N、O、H、B）
• 其形成条件是 Δr＞41% 或 r_质/r_剂＜0.59
• 间隙固溶体只能是有限固溶体，一般溶解度较小。如碳原子在α－Fe（最大 Wt＝0.0218%）和γ－Fe（最大 Wt＝2.11%）中形成的间隙固溶体为有限固溶体

第82页：间隙固溶体中的点阵畸变

间隙固溶体中的点阵畸变。

第83页：固溶体的微观不均匀性

3. 固溶体的微观不均匀性

固溶体中溶质原子的分布并不是完全无序的。一般认为热力学上平衡状态的无序固溶体，溶质原子分布在宏观上是均匀的，在微观上是不均匀的。

在一定条件下，溶质原子和溶剂原子在整个晶体中按一定的顺序排列起来，形成有序固溶体。有序固溶体中溶质原子和溶剂原子之比是固定的，可以用化学分子式来表示，因此把有序固溶体结构称为超点阵。例如在Cu－Al合金中，Cu：Al原子比是1：1或3：1时，从液态缓冷条件下可形成有序的超点阵结构，用CuAl或Cu₃Al来表示。

第84页：固溶体的性质

4、固溶体的性质：固溶体中由于含有溶质原子会引起点阵常数、性能的变化，表现为以下几个方面：

• 点阵常数改变：置换固溶体中 r_质＞r_剂 则 a 增大，r_质＜r_剂 则 a 减小；间隙固溶体中 a 始终随溶质原子溶入而增大
• 固溶强化：溶质原子溶入使其硬度和强度升高
• 物理化学性能改变

第85页：中间相的概念与分类

1.4.2 中间相

• 中间相是合金组元间发生相互作用而形成的一种新相，可以是化合物，也可以是以化合物为基的固溶体（二次固溶体），一般可用化学分子式表示，但不一定符合化合价规律
• 中间相中原子的结合方式为金属键与其它结合键相混合的方式，它们都具有金属特性
• 中间相分类：正常价化合物、电子化合物、与原子尺寸有关的化合物（间隙相、间隙化合物、TCP相）、超结构

第86页：正常价化合物

1. 正常价化合物

• 是一些金属与电负性较强的ⅥA、ⅤA、ⅣA族元素按照化学上的原子价规律所形成的化合物，具有严格的化合比、成分固定不变，一般为AB型、AB₂型或A₂B型、A₃B₂型
• 晶体结构通常对应于同类分子式的离子化合物结构，如A₂B型 Mg₂Pb、Mg₂Sn、Mg₂Ge、Mg₂Si，AB型 MgS、MnS、FeS
• 常温时有很高的硬度和脆性，在工业合金中起提高强度和硬度的作用，称为强化相，如Al－Mg－Si合金中Mg₂Si；但有时也是有害相，如钢中FeS会引起钢的脆性

第87页：电子价化合物

2. 电子价化合物：由ⅠB族（Cu、Au、Ag）或过渡族金属（Fe、Co、Ni）与ⅡB、ⅢA、ⅣA族元素形成的金属化合物，不遵循原子价规律，电子浓度是决定其晶体结构的主要因素。电子浓度＝化合物元素价电子总数/化合物原子数（计算时过渡族元素价电子数视为0）。

电子价化合物具有金属特性，具有高熔点、高硬度但塑性低，与固溶体适当搭配使合金得到强化，是非Fe合金中重要组成相。

第88页：间隙相与间隙化合物

3. 与原子尺寸因素有关的化合物

间隙相和间隙化合物

由过渡族金属与原子半径很小的非金属元素（C、H、N、B等）组成。

• r_x/r_m＜0.59 时形成简单结构的间隙相
• r_x/r_m＞0.59 时形成复杂结构的间隙化合物

第89页：间隙相

a、间隙相

间隙相的晶格类型比较简单且与组元的结构不同。在间隙相晶格中金属原子占据正常位置，非金属原子占据间隙位置，有如下规律：

• r_x/r_m＜0.414 时进入四面体间隙
• r_x/r_m＞0.414 时进入八面体间隙
• 化学式：M₄X、M₂X、MX、MX₂，其化学式与晶格类型有一定的对应关系

间隙相具有金属特性，如有金属光泽、良好的导电性、极高的硬度和熔点，是合金工具钢、硬质合金和高温金属陶瓷材料的重要组成相。

第90页：间隙化合物

b 间隙化合物

间隙化合物的晶体结构比较复杂，其表达式有如下类型：M₃C、M₇C₃、M₂₃C₆、M₆C。间隙化合物中金属元素M常被其它金属元素所代替，形成化合物为基的固溶体（二次固溶体）。

• H和N的原子半径很小，与所有过渡族金属都满足 r_x/r_m＜0.59，故过渡族金属的氢化物、氮化物都为间隙相
• 硼原子半径较大，r_B/r_m＞0.59，硼化物均为间隙化合物
• 碳原子半径处于中间，某些碳化物为间隙相，某些为间隙化合物

间隙化合物的熔点、硬度较高，也是强化相。

第91页：TCP相

（2）TCP相

TCP相的特点

由配位数为12、14、15、16的配位多面体堆垛而成；呈层状结构。

TCP相的类型

Lavs相（AB₂型，镁合金、不锈钢中出现）；σ相（AB型或A_xB_x型，有害相）。

第92页：超结构（有序固溶体）

4. 超结构—有序固溶体

长程有序的固溶体在其X射线衍射图上会产生外加的衍射线条，称为超结构线，所以有序固溶体通常称为超结构或超点阵。

第93页：金属间化合物的性质与应用

5、金属间化合物的性质及应用

由于原子键合和晶体结构的多样性，金属间化合物具有许多特殊的物理、化学性能，不少特别是超结构已作为新的功能材料和耐热材料被开发应用：

• 具有超导性质的金属间化合物：Nb₃Ge、Nb₃Al、Nb₃Sn 等
• 具有特殊电学性质的金属间化合物：InTe-PbSe、GaAs-ZnSe 等在半导体材料中的应用
• 具有耐热特性的金属间化合物：Ni₃Al、NiAl、TiAl、Ti₃Al 不仅具有较高的高温强度，而且在高温下也具有较好的塑性