先进金属结构材料-金属间化合物结构材料PPT资料.ppt

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复杂化合物uTiAl、Ti3Al，NiAl、Ni3Al，FeAl和和Fe3Al是是其其中中的的典典型代表。

型代表。

金属间化合物简介金属间化合物简介u金属间化合物材料：

金属间化合物材料：

一种新型金属材料一种新型金属材料。

u以前所有的金属材以前所有的金属材料，都是以相图料，都是以相图端端际固溶体际固溶体为基体；

为基体；

u而金属间化合物材而金属间化合物材料，则以中间部分料，则以中间部分的的有序金属间化合有序金属间化合物物为基体。

为基体。

金属间化合物高温材料金属间化合物高温材料：

u许多金属间化合物的屈服强度随温度升高而提高；

许多金属间化合物的屈服强度随温度升高而提高；

u密度低，比刚度高；

密度低，比刚度高；

u铝化物、硅化物还具有良好的铝化物、硅化物还具有良好的抗氧化性能抗氧化性能等；

等；

u其耐热性能介于其耐热性能介于高温合金和陶瓷材料高温合金和陶瓷材料之间，因此之间，因此是一类很有前景的高温材料。

是一类很有前景的高温材料。

u室温脆性和高温强度低室温脆性和高温强度低低密度高温结构金属间化合物材料低密度高温结构金属间化合物材料：

指比重小于指比重小于8.0g/cm3、使用温度在、使用温度在600以上的一类以上的一类高温结构材料。

高温结构材料。

金属间化合物简介金属间化合物简介化合物化合物熔点熔点（）密度密度应用状况应用状况化合物化合物熔点熔点（）密度密度应用状况应用状况Nb5Si324807.16NbCr216257.66Mo5Si321808.20Al3Nb16074.52Ti5Si321304.38Ti3Al16004.20MoSi220306.31ZrAl315824.12Mo3Si20258.97Co2Zr15608.23Nb3Al1963*7.29TiBe1215522.25Nb2Al1940*6.80Al3Ta15506.90NbSi219305.66FeAl15406.70V3Si19256.47TiSi215004.04Nb2Al18716.87TiAl14603.90NbBe171800*3.23Ni3Al13977.41Ti5Ge31800*5.94TiNi313827.80Cr3Si17706.46TiCo13406.60Cr2Nb17207.68CoSi213264.98NbAl31680*4.52GH416912608.24Ti3Sn1680*5.29GH518813009.09NbBe121672*2.48DD613428.90Fe2Zr16457.69Fe3Al13205.60ZrBe131645*2.72TiNi13126.00NiAl16405.88TiCr211525.89高温结构材料发展的示意图高温结构材料发展的示意图2金属间化合物的基本金属间化合物的基本结构和键合特征结构和键合特征晶体结构分为两大类晶体结构分为两大类：

ufcc、bcc、hcp衍生结构衍生结构u复杂结构（拓扑密排相复杂结构（拓扑密排相TCP、硅化物复杂、硅化物复杂结构）结构）金属间化合物的基本结构金属间化合物的基本结构L12亦称亦称Cu3AuI超点阵超点阵L11亦称亦称CuPt的菱方超结构的菱方超结构L10或称或称CuAuI超结构超结构fcc衍生结构衍生结构bcc衍生结构衍生结构hcp衍生结构衍生结构DO3超结构超结构B2，亦称，亦称黄铜超点阵黄铜超点阵DO19或或Mg3Cd型超点阵型超点阵金金属属间间化化合合物物晶晶体体结结构构复杂结构复杂结构基本结构基本结构L12（Cu3AuI超点阵超点阵）u它它相相当当于于有有四四个个简简单单立立方方点点阵阵穿穿插插形形成成的的点点阵阵，而而每每一一简简单单立立方方点点阵阵只只被被一一种种原原子子占占据据。

已已在在60多多个个合合金金系系统统中发现这种结构。

中发现这种结构。

u典典型型的的例例子子有有：

Ni3Al、Al3U、Co3V、FeNi3、FePd3。

AuCu基本结构基本结构L11（CuPt的菱方超结构的菱方超结构）u有有序序化化后后，原原面面心心立立方方的的（111）面面交交替替的的被被Cu及及Pt原原子子所所占占据据，晶晶体体结结构构发发生生变变形形由由立立方方变变成成菱菱方方。

CuPt是唯一的一个例子。

是唯一的一个例子。

基本结构基本结构L10（CuAuI超结构）超结构）u原原面面心心立立方方的的（001）交交替替的的分分别别被被Cu与与Au原原子子占占据据，它它不不再再是是立立方方点点阵阵，而而成成为为四四方方点点阵阵。

如：

AgTi,TiAl,FePt等等。

CuAu基本结构基本结构B2（黄铜超点阵）黄铜超点阵）u有序结构可看成是分别有序结构可看成是分别由由Cu及及Zn组成的简单立组成的简单立方点阵穿插而成。

方点阵穿插而成。

u典型的例子有：

典型的例子有：

-CuZn、-AuCd、-NiAl。

基本结构基本结构DO3超结构：

超结构：

u以以Fe3Al为为其其代代表表。

Al只只占占X之之上上，其其余余为为Fe原原子子所所占占据据。

如如果果增增加加Al含含量量，Al原原子子将将占占据据Y位位置置,直直到到FeAl成成分分，Al原原子子占占满满X和和Y点点阵阵位位置置，就就成成为为B2结结构构。

另另外一个例子是外一个例子是Fe3Si。

基本结构基本结构DO19或或Mg3Cd型超点型超点阵阵u相相当当四四个个密密堆堆六六角角亚亚点点阵阵穿穿插插组组成成。

其其中中Cd占占据据一一个个亚亚点点阵阵，Mg占据三个亚点阵。

占据三个亚点阵。

基本结构基本结构拓扑密排相（拓扑密排相（TCP相）相）（自学自学）uTCP相相必必须须用用若若干干结结构构单单元元描描述述其其晶晶体体结结构构，即即：

间隙空洞，原子配位多面体，主骨架和原子层间隙空洞，原子配位多面体，主骨架和原子层等。

等。

uTCP相相典典型型结结构构类类型型有有Cr3Si（-W）结结构构，Laves相相、相，以及相，以及,P,R,M,，等相。

等相。

uTCP相相的的共共同同特特征征是是晶晶体体中中的的间间隙隙完完全全由由四四面面体体空空洞组成，所以他们的结构是高度密排的。

洞组成，所以他们的结构是高度密排的。

原子配位多面原子配位多面u一一个个原原子子的的配配位位多多面面体体是是以以该该原原子子为为中中心心与与围围绕绕它它的的近近邻邻原原子子的的中中心心连连线线所所构构成成的的一一个个多多面面体体。

对对于于配配位位数数为为12的的fcc和和hcp结结构构，有有12个个近近邻邻原原子子组组成成的的多多面面体体分分别别是是立立方方八八面面体体（Cubo-octahedron）和和孪孪生生立立方方八八面面体体（TwinnedCubo-octahedron）在空间中有多面体堆垛而成一点阵。

在空间中有多面体堆垛而成一点阵。

u对对于于TCP结结构构，我我们们会会碰碰到到第第三三种种配配位位数数为为12的的多多面面体体，该该多面体全部由三角形的面构成，称为二十面体多面体全部由三角形的面构成，称为二十面体（CN12）。

u为为了了满满足足TCP中中只只能能出出现现四四面面体体空空洞洞的的要要求求，除除了了许许多多原原子子具具有有二二十十面面体体环环境境外外，有有些些原原子子必必须须具具有有更更高高的的配配位位体体多多面面体的环境。

体的环境。

主骨架主骨架u当当相相邻邻原原子子具具有有五五个个面面配配位位时时每每个个原原子子的的CN为为12。

称称CN12的位置为次位置，而的位置为次位置，而CN大于大于12的为主位置。

的为主位置。

u主主位位置置适适合合比比较较大大尺尺寸寸的的原原子子，它它们们由由主主配配位位线线连连接接，次次位置由次配位相连接。

位置由次配位相连接。

u在在这这些些结结构构中中往往往往有有一一个个或或一一个个以以上上由由主主配配位位线线联联结结而而成成的网格，这些网格总称为结构的主骨架。

的网格，这些网格总称为结构的主骨架。

原子层原子层uTCP相一般都具有层状结构。

相一般都具有层状结构。

u主主原原子子层层是是有有一一列列列列原原子子层层构构成成六六角角形形、五五角角形形和三角形的花样。

这种原子层称主原子层。

和三角形的花样。

基本结构基本结构Cr3Si（-W）结构结构uCr3Si相相属属于于-W型型的的结结构构，Cr3Si结结构构一一般般不不总总是是发发生生在在正正化化学学比比A3B处处。

其其初初基基单单胞胞含含有有8个个原原子子。

设设其其原原点点处处于于中中心心，则则单胞内原子位置为：

单胞内原子位置为：

2个个B原子原子：

0,0,0;

1/2,1/2,1/2;

6个个A原子原子：

1/4,0,1/2;

1/2,1/4,0;

0,1/2,1/4;

3/4,1/2,0;

1/2,3/4,0;

0,1/2,3/4。

基本结构基本结构Laves相晶体结构相晶体结构uLaves相相的的分分子子式式为为AB2型型，他他们们的的结结构构都都与与Mg基基的的以以下下三三种种典典型型结结构构相相关关：

MgCu2，MgZn2和和MgNi2。

相晶体结构相晶体结构u相相是是在在过过渡渡族族金金属属之之间间形形成成的的一一种种TCP相相，如如FeCr,FeMo,CrMn等。

u相相的的结结构构几几乎乎与与-U的的结结构构相相同同，但但由由于于相相不不像像Cr3Si和和Laves相相那那样样有有确确定定的的化化学学成成分分，所所以以人人们们并并不期望不期望相具有完全的有序化。

相具有完全的有序化。

键合特征键合特征u从从键键合合特特征征这这一一角角度度和和层层次次去去理理解解金金属属间间化化合合物物的的相相稳稳定定性性以以及及一一些些重重要要的的力力学学性性能能，对对于于有有效效改改善善材材料料性性能能和和更更好好地地进进行行合合金金设设计具有重要意义。

计具有重要意义。

u高高温温结结构构金金属属间间化化合合物物，其其键键合合特特征征既既不不同同于于一一般般的的有有序序合合金金，又又不不同同于于普普通通的的共共价价或或离子化合物。

离子化合物。

键键合合特特征征离子键离子键共价键共价键金属键金属键电荷转移电荷转移成键方向成键方向电荷转移电荷转移u已已开开展展的的有有关关金金属属间间化化合合物物键键合合特特征征的的研研究究表表明明，在在多多数数金金属属间间化化合合物物中中，尤尤其其是是过过渡渡金金属属铝铝化化物物，其其成成键键是是金金属属键键与与共共价价键键的的混混合合，TM（过过渡渡金金属属）与与Al所所形形成成的的具具有有共共价价特特征征的键合显著影响这类化合物的力学性能及相稳定性。

的键合显著影响这类化合物的力学性