福州大学材料科学基础课件金属间化合物.pptVIP

第四节 金属间化合物的晶体结构 一、金属间化合物的概念 1、概念：金属间化合物是合金。构成合金的各组元间可发生化学互相作用，形成晶体结构不同于组元元素的新相，它们的单相区均位于相图的中间部位，所以统称中间相。由于它们都具有金属性，又称为金属间化合物。 2、化学键： 混合键：金属键+其他结合键（离子键，共价键，分子键） 一、金属间化合物的概念 3、金属间化合物的特性： （1）它对金属材料的硬度、强度、耐磨性和脆性有重要的影响。 （2）具有独特的性能：电学、磁学、光学、声学、电子发射、催化等性能。 二、金属间化合物的类型 正常价化合物 电子浓度化合物 受原子尺寸因素控制的化合物 拓扑密堆相 1、正常价化合物 （1）概念： 按照化学上的原子价规律所形成的化合物，称为正常价化合物。即符合定比定律和倍比定律的化合物，称为正常价化合物。 一般是金属与电负性较强IVA、VA、VIA族元素组成的。 金属+ IVA，金属+ VA，金属+ VIA 1、正常价化合物 （2）结构类型 1）NaCl型：属于NaCl型结构，晶胞与NaCl晶胞相同，属于面心立方晶胞，也属面心立方格子。 MgSe、 MnSe、SnTe、PbTe 如 MgSe结构中，以Se离子作面心立方紧密堆积，Mg离子填入堆积所形成全部的八面体空隙中。（对称性、质点坐标、配位数等） 1、正常价化合物 2)β-ZnS型：结构与β-ZnS型相同，属于面心立方格子，以负离子作面心立方紧密堆积，正离子填入1/2的四面体空隙中。 正离子的配位数为4，以负离子的配位数为4。（模型说明） 化合物： MnS、 β-SiC等。 3）六方ZnS型：ZnS、AlN、CdS等。 1、正常价化合物 4）CaF2（AB2）型： AB2型：A离子作面心立方紧密堆积，负离子填入全部四面体空隙中， A离子配位数为8， B离子配位数为4； A离子占据晶胞8个顶点和6个面心的位置， B离子占据面心立方晶胞内8个四面体空隙中，AuAl2、PtSn2等。（模型说明） A2B型：属反CaF2型，B离子占据晶胞8个顶点和6个面心的位置， A离子占据面心立方晶胞内8个四面体空隙中，Mg2Si、Mg2Ge、Mg2Sn、Mg2Pb。 （模型说明） 2、电子化合物 （1）概念：由IB族的贵金属与ⅡB、ⅢA、ⅣA族的元素形成化合物，其电子浓度决定化合物的晶体结构，所以称为电子化合物。（说明） 如：CuZn、CuAl、CuSn等。 电子浓度=e/a=合金中各组元的价电子总数/各组元原子总数={A（100-X)+BX}/100 各组元原子总数为100，溶质原子数为X，溶剂原子数为（100-X）、溶质原子价为B，溶剂原子价为A。（例CuZn计算，公式重写） 2、电子化合物 （2）特点：电子浓度相同的金属间化合物，具有相同类型的结构。 （3）类型 1）电子浓度=21/14=3/2时： ■当两组元的原子半径相近时，形成密排六方结构。如：Cu3Ga、Ag5Sn等 ■当两组元的原子半径相差较大时，形成体心立方结构。 β –CuZn、β-Cu3Al 、β-Cu5Sn、FeAl等。 2、电子化合物 ■少数合金形成复杂立方的β-Mn的结构 如：Cu5Si、Ag3Al。 2）电子浓度=21/13时：形成具有复杂立方γ-黄铜结构，其共有52个原子，其中有20个铜原子和32个锌原子；结构是由27个体心立方晶胞组成的一个大立方晶胞。图2-60 3）电子浓度=21/12时：形成密排六方结构。如：CuZn3、CuCd3、Cu3Sn、CU3Si、AgZn3.。 3、受原子尺寸因素控制的金属间化合物 （1）间隙相 1）概念：由过渡金属A与半径小的非金属B组成的（B是C、H、N等），金属原子占据正常质点位置，非金属原子占据间隙位置。 2）特点：A与B之间电负性差值较大；△γ= γA-γB/γA≥41%；晶胞中A与B比例是一定的。 3、受原子尺寸因素控制的金属间化合物 3）类型： ■ AB型：面心立方结构—CaC、ZrC、TiC、VC、VN、CrN、TiN等；体心立方结构—TaH、NbH等；简单立方结构—WC、MoN等。（说明堆积情况）