Интерметаллический - Intermetallic

Cr 11 Ge 19

Интерметаллический (также называемые интерметаллическое соединением , интерметаллический сплавом , заказал интерметаллический сплав , а дальний-упорядоченный сплав ) представляет собой тип металлического сплава , который образует упорядоченной твердотельное соединение между двумя или более металлическими элементами. Интерметаллиды обычно твердые и хрупкие, с хорошими механическими свойствами при высоких температурах. Их можно разделить на стехиометрические или нестехиометрические интерметаллические соединения.

Хотя термин «интерметаллические соединения» применительно к твердым фазам используется в течение многих лет, о его введении сожалели, например, Хьюм-Ротери в 1955 году.

Определения

Определение исследования

Шульце в 1967 году определил интерметаллические соединения как твердые фазы, содержащие два или более металлических элемента, необязательно с одним или несколькими неметаллическими элементами, кристаллическая структура которых отличается от кристаллической структуры других составляющих . В это определение входят:

  1. Электронные (или Юма-Розери ) соединения
  2. Фазы упаковки размера. например , фазы Лавеса , Франк-Kasper фаза и фазы Новотны
  3. Фазы Zintl

Считается, что определение металла включает:

  1. постпереходные металлы , то есть алюминий , галлий , индий , таллий , олово , свинец и висмут .
  2. металлоиды , например кремний , германий , мышьяк , сурьма и теллур .

Однородные и гетерогенные твердые растворы металлов и межузельные соединения (такие как карбиды и нитриды ) исключаются из этого определения. Однако включены межузельные интерметаллические соединения, а также сплавы интерметаллических соединений с металлом.

Общего пользования

В общем, исследовательское определение, включающее постпереходные металлы и металлоиды , расширено и включает такие соединения, как цементит , Fe 3 C. Эти соединения, иногда называемые межузельными соединениями , могут быть стехиометрическими и обладают свойствами, аналогичными определенным интерметаллическим соединениям. выше.

Комплексы

Термин интерметаллический используется для описания соединений, включающих два или более металлов, таких как циклопентадиенильный комплекс Cp 6 Ni 2 Zn 4 .

Би 2

В2 интерметаллическое соединение имеет одинаковое число атомов двух металлов , таких как алюминий и железо, расположенных в виде двух взаимопроникающих простых кубических решеток компонентов металлов.

Свойства и приложения

Интерметаллические соединения обычно хрупкие при комнатной температуре и имеют высокие температуры плавления. Режимы раскола или межкристаллитного разрушения типичны для интерметаллидов из-за ограниченных независимых систем скольжения, необходимых для пластической деформации. Однако есть несколько примеров интерметаллидов с вязкими режимами разрушения, таких как Nb – 15Al – 40Ti. Другие интерметаллиды могут проявлять улучшенную пластичность за счет легирования с другими элементами для увеличения когезии границ зерен. Легирование других материалов, таких как бор, для улучшения когезии границ зерен может улучшить пластичность многих интерметаллидов. Они часто предлагают компромисс между керамическими и металлическими свойствами, когда твердость и / или устойчивость к высоким температурам достаточно важны, чтобы принести в жертву прочность и простоту обработки. Они также могут демонстрировать желаемые магнитные , сверхпроводящие и химические свойства из-за их сильного внутреннего порядка и смешанной ( металлической и ковалентной / ионной ) связи соответственно. Интерметаллиды привели к появлению различных новых материалов. Некоторые примеры включают алнико и материалы для хранения водорода в никель-металлогидридных батареях. Ni 3 Al , который является упрочняющей фазой в знакомых никелевой основе жаропрочных сплавов , а также различный титан алюминиды также привлекли интерес для лопаток турбины приложений, в то время как последний также используются в очень небольших количествах для измельчения зерна из титановых сплавов . Силициды , интерметаллические соединения с участием кремния, используются в качестве барьерных и контактных слоев в микроэлектронике .

Физические свойства интерметаллидов
Интерметаллическое соединение Температура плавления

(° C)

Плотность

(кг / м 3 )

Модуль Юнга (ГПа)
FeAl 1250–1400 5600 263
Ti 3 Al 1600 4200 210
MoSi 2 2020 г. 6310 430

Примеры

  1. Магнитные материалы , например алнико , сендаст , Permendur, FeCo, Terfenol-D
  2. Сверхпроводники, например фазы A15 , ниобий-олово
  3. Хранение водорода, например, соединения AB 5 ( никель-металлогидридные батареи )
  4. Сплавы с памятью формы, например Cu-Al-Ni (сплавы Cu 3 Al и никеля), нитинол (NiTi)
  5. Материалы покрытия, например, NiAl
  6. Высокотемпературные конструкционные материалы, например алюминид никеля , Ni 3 Al
  7. Стоматологические амальгамы , представляющие собой сплавы интерметаллидов Ag 3 Sn и Cu 3 Sn.
  8. Контакт затвора / барьерный слой для микроэлектроники, например TiSi 2
  9. Лавеса фаз (AB 2 ), например, MgCu 2 , MGZN 2 и MgNi 2 .

Образование интерметаллидов может вызвать проблемы. Например, интерметаллиды золота и алюминия могут быть серьезной причиной нарушений соединения проводов в полупроводниковых устройствах и других устройствах микроэлектроники . Управление интерметаллическими соединениями является серьезной проблемой в обеспечении надежности паяных соединений между электронными компонентами.

Интерметаллические частицы

Интерметаллические частицы часто образуются во время затвердевания металлических сплавов и могут использоваться в качестве механизма дисперсионного упрочнения .

История

Примеры интерметаллидов в истории включают:

  1. Римская желтая латунь , CuZn
  2. Китайская бронза с высоким содержанием олова , Cu 31 Sn 8
  3. Тип металл , СбСн

Металл немецкого типа описывается как бьющийся, как стекло, не гнущийся, более мягкий, чем медь, но более плавкий, чем свинец. Химическая формула не соответствует приведенной выше; однако свойства соответствуют интерметаллическому соединению или его сплаву.

Смотрите также

Рекомендации

  • Герхард Заутхофф: Интерметаллические соединения, Wiley-VCH, Weinheim 1995, 165 страниц.
  • Интерметаллиды , Герхард Заутхофф, Энциклопедия промышленной химии Ульмана, Wiley Interscience. (Требуется подписка)
  1. ^ а б в г Аскеланд, Дональд Р .; Райт, Венделин Дж. «11-2 Интерметаллические соединения». Наука и техника материалов (Седьмое изд.). Бостон, Массачусетс. С. 387–389. ISBN 978-1-305-07676-1. OCLC  903959750 .
  2. ^ Группа по разработке интерметаллических сплавов, Комиссия по инженерным и техническим системам (1997). Разработка интерметаллических сплавов: оценка программы . Национальная академия прессы. п. 10. ISBN 0-309-52438-5. OCLC  906692179 .
  3. ^ Soboyejo, WO (2003). «1.4.3 Интерметаллиды». Механические свойства конструкционных материалов . Марсель Деккер. ISBN 0-8247-8900-8. OCLC  300921090 .
  4. ^ Электроны, атомы, металлы и сплавы W. Hume-Rothery Publisher: Louis Cassier Co. Ltd 1955
  5. ^ GER Schulze: Metallphysik, Akademie-Verlag, Berlin 1967
  6. ^ Коттон, Ф. Альберт ; Уилкинсон, Джеффри ; Мурильо, Карлос А .; Бохманн, Манфред (1999), Advanced Inorganic Chemistry (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5
  7. ^ «Стальные крылья: сплав железа и алюминия так же хорош, как титан, за одну десятую его стоимости» . Экономист . 7 февраля 2015 года . Проверено 5 февраля 2015 года . E02715
  8. ^ Soboyejo, WO (2003). «12.5 Разрушение интерметаллидов». Механические свойства конструкционных материалов . Марсель Деккер. ISBN 0-8247-8900-8. OCLC  300921090 .
  9. ^ Мурарка С.П. Теория и практика металлизации для СБИС и ULSI . Баттерворт-Хайнеманн, Бостон, 1993.
  10. ^ Милтон Оринг, Материаловедение тонких пленок , 2-е издание, Academic Press, Сан-Диего, Калифорния, 2002, стр. 692.
  11. ^ [1] Типографский набор «Penny Cyclopædia» Общества распространения полезных знаний Общества распространения полезных знаний (Великобритания), Джордж Лонг, опубликованный в 1843 г.

Внешние ссылки