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材料科学基础
一、名词解释:
(1)固溶体和化合物
答:固溶体是以某一组元(原子或化合物)为溶剂,其他组元为溶质溶入其晶体点阵中所形成的与溶剂具有相同晶体结构的均匀的固态溶体。化合物是指两种或两种以上元素(原子、离子)以一定的组成比通过化学键形成的物质。
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【补充:】【材料的相结构部分】
1)什么是相? 答:相是指具有同意聚集状态、同一晶体结构和性质、以界面相互隔开的均匀组成部分。
2)什么是相结构? 答:由于相的数量、大小、形状和分布方式所构成的材料的组织形貌。
3)什么是材料的组织结构,对材料的性能影响?答:材料的组成和合成条件的不同,使得各相的数量、大小、形状和分布方式有很大区别,这些要素构成了材料的显微组织结构;由于材料组织结构的多样性,使得材料性能也各有不同,材料的电学、光学性能等也随之改变。
4)什么是固溶体和中间相?答:相结构基本分为两大类:固溶体和中间相。固溶体是以某一组元(原子或化合物)为溶剂,其他组元为溶质溶入其晶体点阵中所形成的与溶剂具有相同晶体结构的均匀的固态溶体。中间相是指两组元A和B组成合金时,除了形成以A为基或B为基的固溶体之外,还可能形成的晶体结构与A、B两组元均不相同的新相,它可以是化合物,也可以使化合物为基的固溶体,通常用化合物的化学式来表示。
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5)固溶体小结:

a固溶体的分类:
(1)按溶质质点在溶剂晶格中的位置划分: 置换型固溶体、间隙型固溶体
(2)按溶质在溶剂中的溶解度分类: 连续固溶体、有限固溶体
(3)根据固溶体在相图中的位置划分: 端部固溶体、中间固溶体
(4)根据各组元分布的规律性划分: 有序固溶体、无序固溶体
b置换固溶体:溶质原子置换了溶剂点阵中的部分溶剂原子而形成的固溶体。
c间隙固溶体:溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。
d置换固溶体溶解度影响因素:(不一定同时作用,有主导因素和非主要因素之分)
①晶体结构:晶体结构相同则可无限溶解,晶体结构不同则最多有限溶解。
②原子尺寸:原子半径差Δr<15%利于形成无限固溶体,Δr>30%不生成置换固溶体,此间的易形成有限固溶体。
③化学电负性:组元间电负性差越大,越不易于形成固溶体而容易形成化合物。
④溶质原子价:Cu、Ag、Au等为基的固溶体,溶质原子价越高,溶解度越小合金中价电子数目与原子数目比值
为电子浓度e/a=A(1-x)+Bx x为溶质原子分数,,超过则固溶体不稳定。
⑤温度:一般地,温度升高,固溶度升高,对于少数含有中间相的复杂合金则情况相反。
e间隙固溶体溶解度影响因素:
Δr>41%,溶质原子可能进入溶剂晶格间隙形成间隙固溶体,溶质原子一般比晶格间隙大,会引起溶剂点阵畸变,
点阵常数变大,畸变能升高,故间隙固溶体都是有限固溶体且溶解度很小。
①溶质原子的大小: 溶质原子尺寸越小则越易形成。
②溶剂晶体结构: 晶体中空隙形状和大小因素,空隙越大,结构越疏松,易形成。
③电价因素:溶质原子进入间隙,引起电价不平衡,产生空位保持电价平衡。

简述影响固溶体溶解度的因素:
对于置换型固溶体,主要影响因素为晶体结构、原子尺寸因素、化学电负性因素、原子价因素和温度等;
对于间隙型固溶体,主要影响因素为溶质原子大小、晶体结构中间隙大小及形状分布、电价因素等。
f固溶体与纯金属相比,在结构和性能的区别:
①点阵常数变化:点阵畸变,隙性固溶体点阵常数总是增大,置换型固溶体点阵常数变化和A、B半径大小有关。
②固溶强化:和纯金属相比,由于溶质原子溶入,固溶体强度和硬度提升,称为固溶强化。
③稳定晶格:阻止了某些晶型转变,如加入CaO的ZrO2固溶体,在高温下不发生晶型转变,体积效应减小。
④活化晶格:固溶体形成过程中,晶体结构有畸变,处于高能量的活化状态,利于化学反应进行。
⑤物化性能:固溶体的电热磁等物理性质随成分而变化