間隙相和間隙化合物應用及特性？

　　間隙化合物主要受組元的原子尺寸因素控制，通常由過渡族金屬與原子甚小的非金屬元素H、N、C、B形成化合物，它們具有金屬的性質、很高的熔點和極高的硬度。如FeC、Cr23C6、Cr7C3、WC、Mo2C、VC 等都是間隙化合物。根據非金屬元素(以X 表示)與金屬元素(以M 表示)原子半徑的比值，可將其分為兩類：當rX/rM＜0.59時，化合物具有比較簡單的晶體結構，稱為簡單間隙化合物(或間隙相)；當rX/rM＞0.59 時，其結構很復雜，稱為復雜間隙化合物(或間隙化合物)。由于H、N 的原子半徑較小，所以過渡族金屬的氫化物和氮化物都是間隙相。B 的原子*大，所以過渡族金屬的硼化物都是間隙化合物。C 的原子半徑比H、N大，但比B小，所以一部分碳化物是間隙相，另一部分是間隙化合物。

間隙相
　　間隙相具有比較簡單的晶體結構，間隙相具有面心立方、體心立方、簡單六方、密排六方四種晶格類型，多數為面心立方和密排六方結構，少數具有體心立方和簡單六方結構。金屬原子位于晶格的正常位置上，非金屬原子則位于該晶格的間隙位置，從而構成了一種新的晶體結構。間隙相的化學成分可以用簡單的分子式表示，如M4X、M2X、MX、MX2。但是它們的成分可以在一定的范圍內變動，這是由于間隙相的晶格中的間隙未被填滿，即某些本應為非金屬原子占據的位置出現空位，相當于以間隙相為基的固溶體，這種以缺位方式形成的固溶體稱為缺位固溶體。

　　在面心立方結構中，八面體間隙數與金屬原子數相同，四面體間隙數是金屬原子數的2 倍。所以當非金屬原子填滿所有八面體間隙或占據一半的四面體間隙位置時，形成MX間隙相。它們的晶體結構分別具有NaCl 型和ZnS 型。當非金屬原子完全填滿四面體間隙時，則形成MX2間隙相。它具有CaF3型結構。非金屬原子也可能是成對地填入八面體間隙，此時，M:X=1:2，仍符合MX2化學分子式。在這種情況下，金屬原子點陣將產生不對稱畸變。晶胞由立方變成四方，故得到變形的NaCl 結構。間隙相M2X 中金屬原子通常按密排六方結構排列，但也有形成面心立方的。非金屬原子填入密排六方點陣中的八面體間隙。

　　間隙相不但可以溶解組元元素，而且可以溶解其他間隙相，有些具有相同結構的間
隙相甚至可以形成無限固溶體，如TiC-ZrC、TiC-VC、TiC-NbC、TiC-TaC、ZrC-NbC、
VC-TaC、VC-NbC、VC-TaC 等。
　　
　　應當指出，間隙相與間隙固溶體之間有著本質的區別，間隙相是一種化合物，它具有與其組元完全不同的晶體結構，而間隙固溶體則仍保持著溶劑組元的晶格類型。

　　間隙相具有極高的熔點和硬度，但很脆。許多間隙相具有明顯的金屬特性，如金屬的光澤、較高的導電性、正的電阻溫度系數等。這些特性表明，間隙相的結合既具有共價鍵性質，又帶有金屬鍵性質。

　　間隙相的高硬度在一些合金工具鋼和硬質合金中得到了應用。間隙相作為其顯微組織中的第二相，不僅具有強化效果而且可以保證工具的耐磨性要求。生產中，通過制備的間隙相粉末及其與黏結劑混合加壓燒結，獲取硬質合金或具有特殊性能的粉末冶金制品。另外，利用沉積、濺射等涂層方法，使工具和零件表面形成含有間隙相的薄層，可顯著增加鋼的表面硬度和耐磨性，延長零件的使用壽命。

間隙化合物
　　間隙化合物一般具有復雜的晶體結構，Cr、Mn、Fe的碳化物均屬此類。間隙化合物的類型很多，合金鋼中常遇到的間隙化合物有M3C型(如Fe3C、Mn3C)、M7C3型(如Cr7C3)、M23C6型(如Cr23C6)、M6C 型(如Fe3W3C、Fe4W2C)等，在這些碳化物中，基體金屬原子M可表示一種金屬元素，也可以表示有幾種金屬元素固溶在內。式中Fe3C是鋼鐵材料中一種基本組成相，稱為滲碳體，其中Fe 原子可被Mn、Cr、Mo、W 等原子所置換，形成以間隙化合物為基的固溶體，如(Fe、Mn)3C、(Fe、Cr)3C 等，而當合金中含有某些原子半徑較小的非金屬元素時，也可處于C 原子的位置上，如Fe3(C、N)等，這種以滲碳體為基的金屬間化合物稱為合金滲碳體。滲碳體的硬度為950HV~1050HV。

　　M23C6 多是以鉻為主的碳化物Cr23C6 形式存在，常存在于高合金工具鋼、不銹鋼以及鐵基、鎳基高溫合金中，此時，部分Cr 可被Fe、Mo、W等原子所置換，如(Cr、Fe)23C6、Cr21Mo2C6或(Cr、Mo、W)23C6等。Cr23C6的熔點較低，與Fe 的熔點在同一數量級，硬度約為1050HV。

　　M6C 也是一種常見的碳化物類型，通常為多元，即由兩種以上的金屬元素M′、M′′與C 組合而成。例如M′為Fe、Co、Ni 等元素，M′′為Mo、W 等元素。M6C 的成分一般為M′4M′2′C6或 3 3 6 M′M′′C ，是高速工具鋼中的重要組成相，在一些含 W和 Mo 的耐熱鋼或高溫合金中也會出現，具有較高的硬度，約為1000HV。

拓撲密堆相

　　在單元素組成的晶體中，由等徑剛球模型堆積所能得到的*密集結構就是面心立方和密排六方結構，致密度0.74 及配位數12 已是*大值了，結構中存在著較大的八面體間隙和較小的四面體間隙。當組成合金的異類原子尺寸不同時，采用大、小兩種剛球的適當配合，可得到主要為四面體間隙而八面體間隙很少或沒有的復雜相結構，即按拓撲學的配合規律形成空間利用率很高和配位數超過12(如12、14、15、16 等)的一類化合物，由于其結構具有拓撲學特點而被稱之為拓撲密堆(Topologically Close-Packed)相，簡稱TCP 相，以區別于通常的幾何密堆相。它的空間利用率和原子配位數比由純金屬原子構成的面心立方和密排六方構的幾何密堆結構還要高。TCP 相的類型很多，常見的有拉氏(Laves)相，σ 相、μ相以及χ相、P 相、R相、M 相等。

　　TCP 相結構的共同特征是半徑較小的原子構成密排層，半徑較大的原子嵌鑲于這些密排層之間，以達到高度密堆。