合金的晶體結(jié)構(gòu):金屬化合物
構(gòu)成合金的各組元間除了相互溶解而形成固溶體外,當(dāng)超過(guò)固溶體的*大溶解度時(shí),還可能形成新的合金相,又稱為中間相。這種合金相包括化合物和以化合物為溶劑而以其中某一組元為溶質(zhì)的固溶體,它的成分可在一定范圍內(nèi)變化。在該化合物中,除了離子鍵、共價(jià)鍵外,金屬鍵也參與作用,因而它具有一定的金屬性質(zhì),有時(shí)就叫做金屬化合物。中間相的晶格類型和性能均不同于任一組元,通?捎没衔锏幕瘜W(xué)分子式表示。碳鋼中的Fe3C、黃銅中的CuZn、鋁合金中的CuAl2等都是金屬化合物。
結(jié)合鍵和晶格類型的多樣性,使金屬化合物具有許多特殊的物理化學(xué)性能,其中已有不少正在開(kāi)發(fā)應(yīng)用中,作為新的功能材料和耐熱材料,對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步起著重要的推動(dòng)作用。中間相一般具有以下幾種特點(diǎn):它們?cè)诙鄨D上所處的位置總是在兩個(gè)端際固溶體之間的中間部位,所以將它們統(tǒng)稱為中間相;中間相大多數(shù)是由不同的金屬或金屬與亞金屬組成的化合物,這類中間相也稱金屬間化合物;中間相具有完全不同于各組成元素的晶體結(jié)構(gòu),各組元原子按一定規(guī)則在晶格中呈有序排列,這是與固溶體*重要的區(qū)別;中間相的結(jié)合鍵取決于組元元素之間的電負(fù)性差,電負(fù)性相近的元素,形成的中間相多以金屬鍵為主,而電負(fù)性相差較大時(shí),傾向于以離子鍵或共價(jià)鍵結(jié)合,但一般都具有一定程度的金屬性;中間相的原子通常按一定或大致一定比例組成,可以用化學(xué)分子式表示,但是除正常價(jià)化合物以外,大多數(shù)中間相的分子式不遵循化學(xué)價(jià)規(guī)則,許多中間相的成分可以在一定范圍內(nèi)變化,在相圖上表現(xiàn)為一個(gè)區(qū)域,形成以化合物為基的二次固溶體,比分子式原子比多出的某組元的原子可以占據(jù)中間相中其他組元的位置,或者中間相中某一不足原子比的組元所占據(jù)的位置空缺,形成所謂缺位固溶體;中間相的性能明顯不同于各組成元素的性能,一般是硬而脆。某些中間相還具有特殊的性能,如超導(dǎo)性、形狀記憶效應(yīng)等。例如具有半導(dǎo)體性能的金屬化合物GaAs,其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了目前廣泛應(yīng)用的硅半導(dǎo)體材料,目前正應(yīng)用在發(fā)光二極管的制造上,作為超高速電子計(jì)算機(jī)的器件已引起了世界的關(guān)注。此外,能記住原始形狀的記憶合金NiTi 和CuZn,具有低熱中子俘獲截面的核反應(yīng)堆材料Zr3Al,能作為新一代能源的儲(chǔ)氫材料LaNi5等等。對(duì)于工業(yè)上應(yīng)用*廣泛的結(jié)構(gòu)材料和工具材料,由于金屬化合物一般均具有較高的熔點(diǎn)和硬度,當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物相時(shí),將使合金的強(qiáng)度、硬度、耐磨性及耐熱性提高(但塑性韌性有所降低),因此金屬化合物已是這些材料中不可缺少的合金相。