八面体格隙
在八面体型格隙相中,6个金属原子构成八面体,格隙原子位于八面体中心的间隙位置
在八面体型格隙相中,6个金属原子构成八面体,格隙原子位于八面体中心的间隙位置,具有这种格隙类型的间隙相可以是面心立方、密排六方、正交和体心立方等点阵的碳化物、氮化物以及复杂面心立方结构的M6C型碳化物等。
晶体结构
晶体是由原子、离子、分子或离子基团在空间按一定规律重复排列构成的固体物质。从晶体中无数个重复的等同基本单位抽象出来的无数个点,而且连接其中任意两点的向i平移后能使这组点复原,则这组点称为点阵。
为了便于理解,将晶胞中的原子或离子看成是具有一定半径的球体,将原子或离子问的相互结合看成是球体的相互堆积。当原子或离子相互结合成新化合物时,要求彼此问的引力和斥力达到平衡,以使晶体具有最小的内能。如图所示,这在球体堆积中,就要求球体相互间呈最紧密堆积状态,这些通称为球体紧密堆积原理。
在相等大小的球体紧密堆积中,球体间仍然有间隙存在,这种间隙有两种方式存在,一种是四面体间隙,另一种是八面体格隙。六方紧密堆积和面心立方紧密堆积是两种最简单的堆积方式,其中每个球所接触到的同种球个数为12,空间利用率即致密度为74.05%,空隙占整个晶胞体积的25.95%。但是,体心立方排列不属于紧密堆积,其空间利用率仅为68.02%。
马氏体结构中的八面体格隙
马氏体的形成是由于基体金属铁通过切变发生点阵重构。合金元素碳不能扩散而全部保留在切变后的晶格内部,所以马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体,过饱和程度随钢中碳的质量分数增加而增加。碳位于体心立方晶格的扁八面体格隙中心。
根据计算,扁八面体格隙短轴方向上间隙半径仅为0.019nm,而碳原子半径为0.077nm,因此,Fe的碳溶解度是极小的。碳“挤入”扁八面体格隙中心时,使扁八面体短轴伸长,长轴相应收缩,引起点阵畸变,畸变严重时体心立方点阵变成了体心正方点阵。正方度c/a随溶碳量的提高而增加.如下图示,点阵常数与马氏体中碳的质量分数呈线性关系。因此,可以通过测定正方度来确定马氏体中碳的质量分数。
奥氏体中的八面体格隙
奥氏体学名叫γ-Fe,为面心立方结构,存在八面体格隙和四面体间隙。八面体格隙比四面体间隙大,间隙原子处于八面体格隙中心,即处于面心立方晶胞的体心和棱边的中心。
晶胞中的八面体格隙数为4,理论上一个晶胞可以溶人4个间隙原子,即碳在γ-Fe中的最大溶解度为50%(摩尔分数),质量分数约20%。实际上,即使在1147℃,碳在奥氏体中的最大溶解度也只有2.11%。因为八面体格隙半径仅为0.52nm,而碳的原子半径为0.077nm。所以.碳是强行“挤入”到γ-Fe的晶格间隙中,造成点阵畸变,使邻近间隙继续溶碳困难。事实上,只有约2.5个晶胞才能溶人一个碳原子。碳在八面体格隙位置也是随机的,呈统计性均匀分布,且存在浓度起伏。间隙原子的存在,使奥氏体晶胞膨胀,点阵常数发生变化。随溶碳量的增加,点阵常数变大。
可以通过测量奥氏体点阵常数的变化来确定奥氏体中的碳含量。置换原子也会引起奥氏体晶格畸变和点阵常数变化,但变化相对较小。奥氏体组织形态与奥氏体化前的原始组织、加热温度及加热转变程度等有关,通常是由等轴状多边形晶粒组成,晶界较为平直。有的奥氏体晶内可能存在相变孪晶面。
氧化物晶体的八面体格隙
AB型化合物
从离子堆积来看,半径较大的氯离子呈面心立方紧密堆积,钠离子填充其所有的4个八面体空隙,配位数均为6,静电键强度为1/6。从配位多面体来看,整个NaCl晶体是配位八面[NaCl6]以共用棱的方式整齐地堆积起来的。
A2B3型化合物
A2B3型化合物大多数为离子型化合物,刚玉为其中最典型的一种。α-AlO3是三方晶体结构如图所示,正、负离子半径比为0.432,O2-离子呈六方紧密堆积,Al3+离子则填充在其八面体格隙中,但只填了2/3的间隙,即每一个晶胞中有Al3+离子进人间隙。正、负离子配位数分别为6和4。这就降低了A2B3晶体的对称性,因此得到三方晶体而不是六方晶体。
ABO3型化合物
钙钛矿(CaTiO3)型结构属于ABO3型化合物,O2-离子和较大的正离子A(如Ca2+,Ba2+等)呈立方密堆排列,而较小的正离子B(Ti4+,zr4+等)则填充在1/4八面体格隙中。其点阵结构如图所示,A,B,O离子配位数分别为12,6,6。
参考资料
最新修订时间:2024-03-12 09:05
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