3.1.2. Электронные соединения

Этот вид соединений образуется между двумя металлами, причем природа их определяется электронной концентрацией, т.е. отношением числа валентных электронов к числу атомов. В электронных соединениях участвуют, как правило, металлы двух групп: переходные металлы и металлы I группы периодической системы (Cu, Ag, Fe, Co, Ni, Pd, Pt), с одной стороны, и элементов 2-5-групп периодической системы (Be, Mg, Zn, Cd, Mg, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb), с другой стороны.

Рассмотрим электронные соединения на примере сплавов меди. Если мы добавляем к меди цинк (двухвалентный), то сначала образуется твердый раствор с ГЦК-решеткой. Однако при увеличении содержания цинка и по достижении определенной ион-концентрации С₁, кристаллическая решетка изменяется – образуется -фаза с ОЦК-решеткой (см.рис.3.3). Дальнейшее увеличение концентрации приводит вновь к изменению решетки при концентрации С₂, образуется -фаза (сложная кубическая решетка. Далее при концентрации С₃ появляется -фаза с гексагональной решеткой.

Теперь рассмотрим сплав меди с трехвалентным алюминием. Оказывается, здесь наблюдаются те же фазовые переходы, однако концентрации, соответствующие появлению новых фаз, другие. Тот же ряд фаз наблюдается в сплавах меди с четырехвалентным кремнием, но концентрации отличаются от предыдущих. Однако, если теперь привести концентрации различных легирующих элементов к электронной концентрации ( - отношение числа электронов к числу атомов), то оказывается, что фазовые переходы в разных сплавах происходят в одних и тех же точках – при одной и той же концентрации. Переход при отношении , равном (это соответствует соединению CuZn – 2 атома и 3 электрона; Cu₃Al – 4 атома и 6 электронов; Cu₅Sn – 6 атомов и 9 электронов); переходу - электронная концентрация равная .

3.1.3. Фазы Лавеса

Фазы этого типа образуют металлы с существенно различающимися (на 20-30%) размерами атомов. При этом состав фаз соответствует формуле АВ₂.

Типичным примером фазы Лавеса является соединение MgCu₂ (рис.3.4). В структуре MgCu₂ большие атомы магния занимают места в вершинах куба и центрах граней. Если теперь мысленно разделим кубическую ячейку на восемь малых кубических ячеек, то центры не соприкасающихся между собой четырех малых ячеек занимают также атомы магния, общее количество которых оказывается равным 8. В четырех других малых ячейках размещаются по 4 атома меди, общее количество которых 16, и таким образом, получается формула соединения АВ₂.

Для того, чтобы получить данный тип кристаллической решетки, требуются определенные соотношения между размерами “большого” (Mg) и “малого” (Cu) атомов. Как видно из рисунка, на половине пространственной диагонали куба помещаются два больших атома, а четыре малых атома размещаются на диагонали грани. В таком случае отношение радиусов атомов должно быть равно: .

3.1.4. Фазы внедрения

Фазы внедрения, как и твердые растворы внедрения, образуются при взаимодействии переходных металлов с металлоидами, если атомный размер последних не превышает 0,59 от размера атомов металла.

Однако, в отличие от твердых растворов, фазы внедрения имеют свою специфическую кристаллическую решетку, отличную от решетки металла. В качестве примеров фаз внедрения можно указать на TiC, ZrC, NbC, TiN и другие.

Большинство фаз внедрения являются фазами переменного состава, т.е. сохраняют кристаллическую решетку и свойства в достаточно широкой области концентрации компонентов.

Многие фазы внедрения имеют кристаллические решетки типа ГЦК, ГПУ и реже, ОЦК, характерные для металлического типа связи. В этой связи следует отметить, что хотя фазы внедрения содержат иногда до 50-60% неметаллических атомов, они обладают металлическими свойствами – металлическим блеском, высокой электропроводностью. Это позволяет предполагать, что атомы неметаллов в фазах внедрения как бы “металлизируются”, отдавая часть своих валентных электронов в электронные энергетические полосы кристалла.