金属间化合物-PPT.ppt
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1、金属间化合物1定义 金属间化合物是指由两个或更多的金属组元或类金属组元按比例组成的具有金属基本特性金属基本特性和不同于其组元的长程有序长程有序晶体结构的化合物。TiAl(L10)2金金 属属间间 化化合物合物几何密排相几何密排相拓扑密排相拓扑密排相以以面面心心立立方方结结构构为为基的长程有序结构基的长程有序结构以以体体心心立立方方结结构构为为基的长程有序结构基的长程有序结构以以密密排排六六方方结结构构为为基的长程有序结构基的长程有序结构长周期超点阵长周期超点阵Cu3Au型(型(L12型)型)CuAu型(型(L10型)等型)等CuPt型(型(L11型)型)CuZn型(型(B2型)型)Fe3Al型
2、(型(D03型)型)Cu2MnAl型(型(L21型)等型)等Mg3Cd型(型(D019型)等型)等CuAu型等型等laves相相相相相相Cr3Si(-W)相)相 相等相等MgCu2相相MgZn2相相MgNi2相相2晶体结构分类n几何密排相 n拓扑密排相32.1晶体结构分类n几何密排相 定义:由密排面密排面按不同方式堆垛堆垛而成的。类型:面心立方、体心立方、密排六方结 构为基的长程有序结构和长周期超点阵。特点:较高的对称性对称性,位错运动滑移面滑移面较多,是有利于得到塑性。42.1晶体结构分类n堆垛密排相定义:由不规则的四面体填充空间的密堆结构。类型:laves相,相,相,-W相等。特点:晶体中
3、的间隙完全由不规则的四面体间隙组成,没有八面体间隙,配位数12,致密度0.74;原子间距极短,原子间电子交互作用强烈,对称性低,滑移系少,塑性差。52.2.1几何密排相特点n以面心立方结构为基的长程有序结构 Cu3Au型(L12型)化学式为A3B。面心立方晶胞的面心位置由Cu原子占有,而其顶角位置由Au原子占据。典型的例子有Ni3Al,Ni3Mn,Ni3Fe等。Cu3Au型(L12型)62.2.1几何密排相特点n以面心立方结构为基的长程有序结构CuPt型(L11型)化学式为AB。面心立方的(111)面被仅由Cu原子组成的原子面及仅由Pt原子组成的原子面交替重叠堆垛而成。CuPt型(L11型)7
4、大家应该也有点累了,稍作休息大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流82.2.1几何密排相特点n以面心立方结构为基的长程有序结构CuAu型(L10型)化学式为AB。原面心立方(001)面被仅由Cu原子组成的原子面及仅由Au原子组成的原子面交替重叠堆垛而成。典型的例子有CuAu,TiAl等。CuAu型(L10)CuAu型(L10型)92.2.1几何密排相特点n以体心立方结构为基的长程有序结构 CuZn型(B2型)化学式为AB。Cu原子占据体心位置,Zn原子占据各顶角,典型例子有AlNi,AuCd等。CuZn型(B2型)102
5、.2.1几何密排相特点n以体心立方结构为基的长程有序结构Fe3Al型(D03型)化学式为A3B。Al占据X位置,其余位置为Fe原子所占据;如果增加Al含量,Al原子将占据Y位置,直到Al原子占满X和Y点阵位置。当Al原子占满X和Y位置时,就成为了B2结构,化学式为FeAl。典型例子有Cu3Al,Li3Be,Fe3Si等。Fe3Al型(D03型)112.2.1几何密排相特点n以体心立方结构为基的长程有序结构 Cu2MnAl型(L21型)化学式为A2BC。Al原子占据B位置,Mn原子占据C位置,Cu原子占据A位置。典型例子有Cu2MnAl,Cu2MnSn,Ni2TiAl等。Cu2MnAl型(L21
6、型)BAC122.2.1几何密排相特点n以密排六方结构为基的长程有序结构 Mg3Cd型(D019型)化学式为A3B。由4个密排六方单胞组成1个大单胞,Cd原子占据大单胞8个顶点以及1个小单胞的位置,其余点阵位置全部由Mg原子占据。典型例子有Mg3Cd,Ni3Sn,Ni3In等。Mg3Cd型(D019型)132.2.1几何密排相特点n长周期超点阵 有些长程有序结构以一定大小的区域改变其位向交替地在一维或二维周期排列,这称为长周期超结构。典型的一维长周期超结构的例子是CuAu型结构。这种超结构单胞中原子排列和CuAu型相同,但沿着010方向经过5个晶胞后的5个晶胞的取向是(010)面作(a+c)/
7、2位移;然后按此方法不断重复。142.2.2拓扑密排相特点nLaves相 以面心立方、体心立方和密排六方为基础的结构,并且广泛存在的典型结构,化学式为AB2。其典型代表分别为MgCu2,MgZn2和MgNi2,分别称为C14型、C15型和C36型结构,其中最简单的是六方晶系MgZn2结构 MgZn2结构152.2.2拓扑密排相特点nMgZn2结构 原子半径小的Zn原子形成四面体,原子半径大的Mg原子占据四面体间隙之中,本身构成一个四面体骨架。每个Zn原子与6个Mg原子和6个Zn原子相邻,Zn原子的配位数为12;每个Mg原子与4个Zn原子和12个Mg原子相邻,Mg原子的配位数为16。MgZn2结
8、构162.3晶体结构的稳定性 n外因:温度,压强n内因:原子百分比,结合能因素,原子尺寸因素,原子序数因素,负电性,电子浓度。D019L10D022内在因素相互关联并非独立参量。172.3晶体结构的稳定性晶体结构的形成条件是什么?采用吉布斯自由能函数通过一些容易计算的参量来判断相结构,如原子半径,负电性,电子浓度。这一做法并不全面。182.3晶体结构的稳定性 根据相平衡时系统总的吉布斯自由能最低,由原子百分比和各相的吉布斯自由能曲线这两个因素,则可确定金属间化合物的相结构。192.3晶体结构的稳定性 牛津大学的D.G.Pettifor引入了另一个独立因素(Chemical Scale),并利用
9、这个因素将所有已知二元化合物的相结构进行排序,设计思路如下:第一第一、利用门捷列夫的元素周期表,略加修改后将每个元素排序,序号即为独立因素,也称为门捷列夫序数(the Mendeleev number)。因素为纯粹的由实验得到的,但它基本符合元素周期表的排列顺序,因此它包含了原子大小及原子外层电子的排布规律。202.3晶体结构的稳定性门捷列夫序数(门捷列夫序数(the Mendeleev number),因素),因素212.3晶体结构的稳定性Pettifor Structure Maps第二、将所有已知二元化合物写成A1-xBx的形式,x值相同的所有二元化合物编为一组,建立直角坐标系,其中横坐
10、标为A元素对应的门捷列夫序数(A值),纵坐标为B元素对应的门捷列夫序数(B值),坐标系内的点对应A1-xBx的相结构例如:Ti3Al:Ti1-0.75Al0.25,TiAl:Ti1-1Al1A1-xBx222.3晶体结构的稳定性 Pettifor Structure Maps只是一种将已知二元化合物的相结构的事实积累,并非一种科学规律的提炼,尽管它为揭示内在规律、预测未知化合物的相结构提供了有益的参考。Pettifor也只用了两个独立因素就确定了相结构。考虑外在因素(温度和压强),相结构是温度,压强,原子百分比和表示原子之间相互作用能的参数的函数,即:其中:W为相结构参数,P为压强,T为温度,
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