
合金配比中的 at% 按原子数统计,wt% 按质量统计,换算需要各元素的摩尔质量。一张图纸和一张报价单即使都写 Ti/Al=50/50,若计量基准不同,表达的组成也不同。采购合金靶材、金属粉末或其他合金材料时,应把计量基准写进订单和检测要求。
at% 与 wt% 分别统计什么
at% 表示某元素的原子数占所定义元素集合总原子数的百分比。在以原子为计数对象的元素组成中,它等于相应物质的量分数乘以 100%。IUPAC 对物质的量分数的定义,同时说明了它与粒子数分数的关系。
wt% 是材料文件中常见的质量百分比写法,表示某组分质量占所定义总质量的百分比。IUPAC 将质量分数定义为组分质量与混合物总质量之比。为了减少歧义,中文技术协议可以直接写“质量分数”,再注明用百分数表示。
Ti 50 at%、Al 50 at% 表示两种元素的原子数相等;Ti 50 wt%、Al 50 wt% 表示两者质量相等。由于两种元素的原子量不同,这两组数字对应不同的组成。元素顺序也应明确,单独写“50/50”无法保留这些信息。
原子百分比换成质量百分比
设 xᵢ 为元素 i 的原子分数,wᵢ 为质量分数,Mᵢ 为相应元素原子的摩尔质量。使用同一组元素,并统一 M 的单位,可由各元素的相对质量贡献归一化得到:
wᵢ = xᵢMᵢ / Σⱼ(xⱼMⱼ)
分数形式的 xᵢ 合计为 1,结果乘以 100% 后表示为 wt%。在表格中也可先用 at% 的数值分别乘以 M,再除以所有乘积之和,最后乘以 100;中间不要混用分数与百分数。
以下是仅含 Ti、Al 的教学组成,未考虑杂质,不对应科跃产品或批次。参照 CIAAW 标准原子量表,将换算所用的摩尔质量数值近似取为 Ti 47.87、Al 26.98,单位为 g/mol。对于 Ti 50 at%、Al 50 at%:
- Ti 的相对质量贡献为 0.5×47.87=23.935。
- Al 的相对质量贡献为 0.5×26.98=13.49。
- 两者合计 37.425,换算结果约为 Ti 63.95 wt%、Al 36.05 wt%。
这只是同一组成的另一种表达。换算过程没有测量样品,也不能证明合金的物相、成分均匀性或实际性能。正式文件应注明原子量来源、采用的精度及最终修约规则。

质量百分比换成原子百分比
反向换算时,先用各元素质量分数除以相应摩尔质量,再将得到的物质的量比例归一化:
xᵢ = (wᵢ/Mᵢ) / Σⱼ(wⱼ/Mⱼ)
例如从 Ti 50 wt%、Al 50 wt% 出发,用同样的近似值计算,可得 Ti 约 36.05 at%、Al 约 63.95 at%。它与上一节的 Ti 50 at%、Al 50 at% 不同。表格换算完成后,应检查合计是否接近 100%,并用反向计算复核;修约会造成末位差异,不能靠提前截断中间数来凑合计。
多元合金也使用相同公式,分母需包含本次组成定义中的全部元素。若材料涉及特殊同位素组成,应另行确认适用的原子量,不直接套用普通材料的标准值。
检测报告为什么会出现两套成分数字
检测软件可以把同一组分析结果按不同基准显示。比如 Oxford Instruments 的 EDS 软件资料列有 atomic%、weight% 和 oxide% 等输出选项。对照报告时,先找到列标题和结果说明,再决定哪些数字能与订单比较。
还应核对结果是否归一化,以及分母包含哪些元素。仅将 Ti 与 Al 归一化到 100% 的结果,和把氧等元素一并计入的结果,分母不同。不能把两列数字直接比较,也不能从所选元素合计为 100% 推断样品没有其他成分。
确认报告对应的是原料、靶材本体、某个测点还是沉积薄膜。成分表达的数学换算,不会把单点结果变成整批均匀性证明;靶材的目标组成也不能直接当作膜层实测组成。验收需要的取样位置、数量和方法,应在下单前约定。
成分比例、纯度与公差要分开写
合金中 Ti 与 Al 的目标比例是一项要求,非目标杂质的限制是另一项要求。询价时分别列明主组元组成、统计基准、允许偏差和关键杂质上限,避免用一个没有定义的“纯度”数值替代它们。
同样需要澄清“±1%”的意思:它可以指相对偏差,也可能指相应百分含量的绝对增减,即百分点。这两种写法产生不同的验收区间。将上下限直接写出,并在每个值后注明 at% 或 wt%,比只写一个模糊公差更便于双方核对。本文不设通用的成分合格限值。
“±1%”与“±1 个百分点”的区间示例
仅为解释写法,假设某元素目标含量为 20 wt%:
- 若约定相对于目标值的 ±1%,增减量为 20×1%=0.2 个百分点,区间为 19.8 wt% 至 20.2 wt%。
- 若约定 ±1 个百分点,区间为 19 wt% 至 21 wt%。
这两个区间不是材料推荐公差,也不表示科跃可承诺的成分精度。多元组成的上下限还需与总量约束一并核对,不能将各元素彼此独立的极限值任意组合。
可直接用于询价的成分表述
可以按以下顺序提交需求,尚未确定的项目留作评审项:
- 列明材料名称和各元素的完整目标比例,注明 at%、wt% 或其他明确基准。
- 说明比例是按全部元素、仅金属元素,还是双方另行定义的集合计算;对化合物另行说明按元素还是按化合物组分统计。
- 分别提供各主组元上下限和关键杂质要求,写清修约及判定方式。
- 附产品形态、图纸版本、数量,以及所需检测方法、取样安排和报告内容。
可复制的询价模板
将方括号内容替换为实际需求;未确定项标明“待确认”,不要把示例组成当作可供规格。
材料与形态:[材料名称;靶材、粉末或其他形态]
目标组成:[逐元素列明数值及 at% / wt%]
统计元素范围:[全部元素 / 指定元素集合,并列明]
组成上下限与杂质:[逐项填写;注明相对偏差或百分点]
图纸、尺寸及数量:[图号/版本;尺寸要求;采购数量]
检测与验收:[方法、取样位置/数量、修约规则、报告要求;未知项待确认]
上述字段用于表达需求,可供范围与验收方法仍需逐项确认。采购 TiAl 体系时,可从钛铝靶材产品页进入产品询价;阴极、结构和反应沉积的核对事项,可参阅现有 AlTi 靶材选型文章。如需确认一份图纸中的成分写法,请通过本页发送询盘,附原始比例、单位和报告,供双方核对。


