文档介绍：第二章材料的组成、结构与性能
材料的宏观性能是由化学组成和组织结构决定的。
材料的组成
材料的结构
材料的性能
材料的组成
按原子或分子的结合与结构分布状态的不同,材料的组成可分成固溶体、聚集体和复合体。
1、组元、相、组织
组成材料最基本、独立的物质称为材料的组元(或称组分)。组元可以是纯元素,也可以是稳定的化合物。
材料中具有同一化学成分并且结构相同的均匀部分叫做相。相与相之间有明显的界面,在界面上,性质的改变是突变的。
若材料是由成分、结构均相同的同种晶粒构成的,尽管各晶粒之间有界面隔开,但它们仍属于同一种相。若材料是由成分、结构都不同的几种晶粒构成的,则它们属于几种不同的相。
一个相必须在物理性质和化学性质上都是完全均匀,但不一定只含有一种物质。
材料内部的微观形貌称为材料的组织。晶粒和相形成的图案。又可分为,微观组织(结构)10-7~10-9m,晶体、非晶态(无定形结构)。宏观组织,单一、复合。
宏观组织结构:用肉眼或放大镜能观察到的晶粒、相的集合状态。
显微组织结构:或称亚微观结构。借助光学或电子显微镜可观察到的晶粒、相的集合状态或材料内部的微区结构,尺寸约为107104m。
微观结构:比显微组织结构更细的一层结构,包括原子、分子结构及原子和分子的排列结构。
2、固溶体
将外来组元引入晶体结构,占据主晶相质点位置一部分或间隙位置一部分,仍保持一个晶相,这种晶体称为固溶体(即溶质溶解在溶剂中形成固溶体),也称为固体溶液。
固溶体的分类
一、根据外来组元在主晶相中所处位置,可分为置换固溶体和间隙固溶体。
二、按外来组元在主晶相中的固溶度,可分为连续型(无限型)固溶体和有限型固溶体。
(一)、根据溶质原子在主晶相中所处位置分:
1、置换式固溶体,亦称替代固溶体,其溶质原子位于点阵结点上,替代(置换)了部分溶剂原子。
金属和金属形成的固溶体都是置换式的。如,Cu-Zn系中固溶体都是置换式固溶体。
在金属氧化物中,主要发生在金属离子位置上的置换,如:MgO-CaO,MgO-CoO,PbZrO3-PbTiO3,Al2O3-Cr2O3等。
2、间隙式固溶体,亦称填隙式固溶体,其溶质原子位于点阵的间隙中。
金属和非金属元素H、B、C、N等形成的固溶体都是间隙式的。如,在Fe-C系的固溶体中,(体心立方结构)点阵的八面体间隙中。
(二)、根据外来组元在主晶相中的固溶度
1、有限固溶体(不连续固溶体、部分互溶固溶体),其固溶度小于100%。
两种晶体结构不同或相互取代的离子半径差别较大,只能生成有限固溶体。如MgO-CaO系统,虽然都是NaCl型结构,但阳离子半径相差较大,rMg2+=8nm,rCa2+=10nm,取代只能到一定限度。
2、无限固溶体(连续固溶体、完全互溶固溶体),是由两个(或多个)晶体机构相同的组元形成的,任一组元的成分范围均为0~100%。
Cu-Ni 系、Cr-Mo 系、Mo-W系、Ti-Zr系等在室温下都能无限互溶,形成连续固溶体。
MgO-CoO系统,MgO、CoO同属NaCl型结构,rCo2+= 8nm ,rMg2+= 8nm ,形成无限固溶体,分子式可写为MgxNi1-xO,x=0~1;
PbTiO3与PbZrO3也可形成无限固溶体,分子式写成:Pb(ZrxTi1-x)O3,x=0~1。
形成置换固溶体的影响因素
1. 原子或离子尺寸的影响
2、晶体结构类型的影响
3、离子类型和键性
4、电价因素