工程材料-第二章_材料的结构.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章材料的结构,Chapter 2 Structures of Materials,主要内容：,纯金属的晶体结构,合金的晶体结构,高分子聚合物的结构,陶瓷材料的结构,金刚石的晶体结构,石墨的晶体结构,第二章 材料的结构,第一节纯金属的晶体结构,一、晶体的基本概念,1.,晶体与非晶体,晶体,（,Crystal,）,晶体是其内部原子在三维空间呈规则排列的物质。,例如：,所有的金属、食盐等。,晶体的特点：,结构有序；,各向异性；,有固定的熔点。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,各向异性,（,Anisotropy,）,：,在测定材料的性能时，沿不同方向测定所得的结果各不相同，即各向异性。,非晶体,（,Non-crystal,）,非晶体是其内部原子排列无序的物质。,例如：,普通玻璃、松香等。,非晶体的特点：,结构无序；,各向同性；,没有固定的熔点；,热导率,(,导热系数,),和热膨胀性小；,塑性变形大；,组成的变化范围大。,各向同性,（,Isotropy,）,：,在测定材料的性能时沿任何方向测定的结果都是一致的，不因方向而异，即各向同性，或称等向性。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,2.,晶体学的基本知识,晶格,（,Crystal Lattice,）,晶体结构的描述：,将晶体的原子看成是刚性小球；,把原子抽象为几何点；,用假想的直线将几何点连接起来。,晶体模型,晶格：,用以描述晶体中原子排列规律的空间几何格架。,晶格,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,晶胞,（,Unit Cell,）,晶胞在三维空间平移，即可重构晶格。,晶胞,晶格,晶胞：,组成晶格的最小几何单元体。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,晶胞的表示方法,X,Y,Z,c,b,a,a,、,b,、,c,晶格常数（点阵常数）,、,、,夹角,晶格常数,（,Lattice Constant,）,晶格常数：,晶胞的几何尺寸。又称为点阵常数。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,晶面与晶面指数,（,1,）晶面,（,Crystallographic Plane,）,在晶格中由一系列原子所构成的平面，称为晶面。,晶格中由一些原子构成的原子面,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,（,2,）晶面指数,（,Indices of Crystallographic Plane,）,为便于研究和表述给晶面规定的符号。,确定晶面指数的步骤：,求截距,求出待定晶面在三个坐标轴上的截距。,取倒数,将三个截距之值变为倒数。,化简并加圆括号,将三个倒数按比例化为最小整数，并加上一圆括号。,晶面指数的一般形式：,（,hkl,）,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,立方晶格中的三种重要晶面,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,晶向与晶向指数,（,1,）晶向,（,Crystallographic Direction,）,在晶格中，任意两原子之间的连线所指的方向，称为晶向。,晶格中由一些原子构成的原子列,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,（,2,）晶向指数,（,Indices of Crystallographic Direction,）,为便于研究和表述给晶向规定的符号。,确定晶向指数的步骤：,引直线,通过坐标原点引一条直线，使其平行于待求的晶向。,求坐标值,求出所引直线上任意一点的三个坐标值。,化简并加方括号,将三个坐标值按比例化为最小整数，并加上一方括号。,晶向指数的一般形式：,uvw,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,立方晶格中的一些重要晶向,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,关于晶面和晶向的几点说明：,某一晶面指数并不仅代表某一具体的晶面，而是代表一组相互平行的晶面。,所有相互平行的晶面都具有相同的晶面指数。,原子排列情况完全相同的所有晶面同属于一个晶面族。,晶面族用,hkl,表示。,某一晶向指数并不仅代表某一具体的晶向，而是代表了一族平行线的位向。,所有相互平行的晶向都具有相同的晶向指数。,原子排列情况完全相同的所有晶向同属于一个晶向族。,晶向族用,uvw,表示。,在立方晶系中，相同指数的晶面和晶向相互垂直。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,晶格结构的表征,晶格尺寸：,以晶格常数表示。,原子半径（,r,）：,代表原子的刚性小球的半径。,晶胞原子数（,n,）：,晶胞内的原子数目。,晶格中原子排列的紧密程度：,配位数（,Z,）,（,Coordination Number,）,晶格中与任一原子等距且最近邻的原子数目。,致密度（,K,）（堆积因子）,（,Packing Fact,）,晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,a,体心立方晶格,二、常见纯金属的晶格类型,1.,体心立方晶格,（,bcc,，,b,ody,-,c,entered,c,ubic,lattice,）,晶格的特征,体心立方晶体模型,具有,bcc,结构的金属：,-,Fe,、,Na,、,K,、,Cr,、,W,、,Mo,、,V,、,Nb,、,Ta,等。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,晶格的基本参数,原子半径,晶胞原子数,n,=1/88+1=2,配位数,Z,8,致密度,0.68,68%,a,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,a,面心立方晶格,2.,面心立方晶格,（,fcc,，,f,ace,-,c,entered,c,ubic,lattice,）,晶格的特征,面心立方晶体模型,具有,fcc,结构的金属：,-,Fe,、,Cu,、,Al,、,Ni,、,Au,、,Ag,、,Pt,、,Pb,等。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,a,晶格的基本参数,原子半径,晶胞原子数,n,=1/88+1/26=4,配位数,Z,=12,致密度,0.74,74%,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,密排六方晶格,两个简单六方晶格穿插,在一起构成密排六方晶格,3.,密排六方晶格,（,hcp,，,h,exagonal,c,lose,-,p,acked,lattice,）,晶格的特征,密排六方晶体模型,a,c,具有,hcp,结构的金属：,Mg,、,Zn,、,Cd,、,Be,、,-,Ti,等。,c,/,a,称为密排六方晶格的轴比,理想的,hcp,晶格的轴比,c,/,a,1.633,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,晶格的基本参数,原子半径,晶胞原子数,n,=1/612+1/22+3=6,配位数,Z,=12,致密度,0.74,74%,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,三、实际金属的晶体结构,1.,单晶体与多晶体,单晶体,（,Single Crystal,）,的特征,晶格排列方位完全一致。,晶体具有各向异性。,例如：,单晶硅,、单晶锗等。,多晶体,（,Polycrystal,）,的特征,晶体由许多小单晶体组成，各单晶体的晶格排列位向不相同。,晶体具有伪各向同性。,例如：,常用的金属等。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,单晶体结构示意图,多晶体结构示意图,晶粒,（,Grain,）,晶界,（,Grain Boundary,）,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,2.,理想晶体与实际晶体,理想晶体,（,Perfect Crystal,）,的概念,原子排列规则、无任何缺陷的晶体，称为理想晶体或完整晶体。,实际晶体中的晶体缺陷,在实际晶体（如实际应用的金属材料）中存在晶体缺陷。,3.,晶体缺陷,（,Crystal Defect,）,原子偏离规则排列的不完整性区域，称为晶体缺陷。,晶体缺陷不仅对金属及合金的性能有重大影响，而且还在扩散、相,变、塑性变形和再结晶等过程中起重要作用。,晶体缺陷根据其几何形态特征，有点缺陷、线缺陷、面缺陷等类别。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,点缺陷,（,Point Defect,）,在三维空间各方向上尺寸都很小，亦称为零维缺陷。,点缺陷主要有,空位,、,间隙原子,、,置换原子,等。,空位,（,Vacancy,）,：,晶格中某个原子脱离了平衡位置而形成的空结点。,间隙原子,（,Interstitial Atom,）,：,晶格间隙中挤进的原子。,置换原子,（,Substitutional,Atom,）,：,外来的取代晶格正常阵点上的原子的异类原子。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,晶体中的点缺陷,空位,间隙原子,置换原子,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,点缺陷对晶格规律性的影响：,点缺陷的存在，破坏了原子的平衡，造成晶格局部产生畸变。,点缺陷对晶体性能的影响：,点缺陷提高材料的电阻率、硬度和强度，降低材料的塑性和韧性，,还使材料的密度发生变化。,空位使晶格局部收缩,间隙原子使晶格局部膨胀,置换原子使晶格局部膨胀,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,线缺陷,（,Line Defect,）,在三维空间两个方向上尺寸很小，亦称为一维缺陷。,线缺陷主要是,位错,。,位错,（,Dislocation,）,：,位错是晶体中一列或若干列原子发生有规律的错排现象。,产生位错的主要原因是晶体内部原子的局部滑移，根据局部滑移的方式不同，位错有,刃型位错,、,螺型位错,和由这两种位错混合组成的,混合位错,等类型。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,E,晶体中的刃型位错,位错线,（,Dislocation Line,）,刃型位错,（,Edge Dislocation,）,：,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,多余半原子面,（,Extra Plane),第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,正刃型位错和负刃型位错：,刃型位错的符号：,正,，,负,。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,螺型位错,（,Screw Dislocation,）,：,晶体中的螺型位错,位错对晶体强度的影响,位错对晶格规律性的影响：,在位错线附近，原子的错排使晶格发生畸变。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,位错对晶体性能的影响：,位错的存在可降低晶体的强度。,当位错大量产生后，又可提高晶体,的强度，同时使晶体的塑性和韧性,降低。,注：,位错密度指单位体积晶体,中位错线的总长度。,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,面缺陷,（,Planar Defect,）,在三维空间一个方向上尺寸很小，另外两个方向上尺寸较大。,面缺陷主要有,晶界,、,亚晶界,、,孪晶界,、,相界,、,表面,等。,晶界,（,Grain Boundary,）,：,晶界是晶粒与晶粒之间的界面。,亚晶界,（,Sub-grain Boundary,）,：,晶粒内部位向差很小,(,一般,1,2),的小角度晶界。,在晶粒内部，原子的排列并非完整，在一些局部区域，晶格的位向存,在差异。相对完整的部分称,亚晶粒,，亚晶粒之间的界面就是亚晶界。,相界,（,Phase Boundary,）,：,相与相之间的界面。,晶界,示意图,亚晶,界,示意图,10,10,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,不锈钢中的晶界,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,Cu-Ni,合金中的亚结构,第二章 材料的结构,2.1,纯金属的晶体结构,晶界等面缺陷对晶格规律性的影响：,晶界是不同位向晶粒之间的过渡层，原子排列较紊乱，处于无规则排列状态，或位于两种晶粒位向的折衷位置上。,晶界等面缺陷对晶体性能的影响：,晶界等面缺陷能同时提高晶体的强度和塑性。,细化晶粒是改善金属力学性能的有效手段。,第二节合金的晶体结构,重要概念：,合金,（,Alloy,）,由两种或两种以上的金属，或金属与非金属组成的具有金属特征,的物质。,组元,（,Component,）,组成合金最基本的、独立的物质。,组元可以是元素，也可以是稳定的化合物。,根据组元数，合金有,单元合金,、,二元合金,、,三元合金,、,多元合金,。,合金系,（,Alloy System,）,由给定组元以不同的比例配制而成的一系列成分不同的合金，它,们构成一个合金系统，即合金系。,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,举例：,碳钢,（,Carbon Steel,）,：,由铁（,Fe,）和碳（,C,）所组成的合金。,Fe,和,C,是合金的组元。,Fe,、,C,含量不同的碳钢同属于铁碳合金系。,有,Fe,和,C,两个组元，属于二元合金。,黄铜,（,Brass,）,：,由铜（,Cu,）和锌（,Zn,）所组成的合金。,Cu,和,Zn,是合金的组元。,Cu,、,Zn,含量不同的黄铜同属于铜锌合金系。,有,Cu,、,Zn,两个组元，属于二元合金。,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,相,（,Phase,）,合金中具有同一原子聚集状态、同一化学成分、同一结构和性质，,并以界面相互隔开的均匀组成部分。,合金可以由一种相组成，更多的是由几种相组成。,合金的性能与相的性质、数量、大小、形态及分布密切相关。,显微组织,（,Microscopic Structure,）,通过显微镜等所观察到的材料的微观形貌。,合金组织是由不同性质、数量、大小、形态及分布的各种相组成。,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,举例：,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,显微镜下看到的铸铁的显微组织,石墨,（一种固相）,铁素体,（一种固相）,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,一、固溶体,（,S,olid Solution,）,组成合金的组元在液态和固态下都互相溶解，形成一种成分和性能均匀、晶体结构与其中一个组元相同的固相，这种固相称为固溶体。,溶剂,（,Solvent,）,+,溶质,（,Solute,）,固溶体,与固溶体晶格类型相同的组元,其他组元（一般含量较少）,举例,:,-Fe,+,C,铁素体,固溶体,（体心立方）,溶剂,（体心立方）,溶质,（六方）,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,固溶体的分类：,根据溶质原子在溶剂晶格中所占据的位置，可将固溶体分为：,置换固溶体,和,间隙固溶体,。,置换固溶体,溶剂原子,溶质原子,间隙固溶体,溶剂原子,溶质原子,Cu (,r,Cu,=0.1276nm),Ni (,r,Ni,=0.1244nm),Fe (,r,Fe,=0.1260nm),C (,r,C,=0.0770nm),白铜（铜镍合金）结构示意图,置换固溶体,间隙固溶体,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,举例：,奥氏体结构示意图,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,固溶体的分类：,根据溶质原子在溶剂晶格中分布是否有规律，可将固溶体分为：,有序固溶体,和,无序固溶体,。,Cu,3,Au,的结构示意图,CuAu,的结构示意图,Cu,Au,举例：,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,固溶体的分类：,根据溶质原子在溶剂晶格中的溶解度，可将固溶体分为：,有限固溶体,和,无限固溶体,。,若溶质与溶剂以任何比例都能互,溶，其溶解度达到,100,，则称为,无限固溶体，否则就是有限固溶体。,举例：,铜镍合金,Cu,和,Ni,能按任何比例相互溶解而形成无限固溶体。,溶解度,（,Solubility Limit,）,：,在一定条件下，溶质在固溶体中的极限浓度，又称为,固溶度,（,Solid Solubility,）,。,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,1.,置换固溶体,（,Substitutional,Solid Solution,）,溶质原子占据溶剂晶格的某些结点位置而形成的固溶体。,置换固溶体的形成特征：,r,溶剂,r,溶质,（,r,：,原子的半径）,当溶剂和溶质的原子差别大于,15%,时，就很难形成置换固溶体。,影响置换固溶体溶解度的因素：,尺寸因素,r,溶剂,与,r,溶质,相差越小，固溶度越大。,晶体结构因素,溶剂和溶质具有相同的晶格类型，固溶度较大。,电负性因素,溶剂和溶质元素的电负性相差越小，固溶度越大。,电子浓度因素,当电子浓度达到极限值时，固溶度最大。,电子浓度,（,Electron Concentration,）,：,合金中各组成元素的价电子总数与原子总数的比值。,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,结论：,原子尺寸、晶体结构、电负性和电子浓度等四个因素均有利时，固溶体的溶解度越大，越有可能形成无限固溶体。,举例：,铜镍合金,Cu (,r,Cu,=0.1276nm),Ni (,r,Ni,=0.1244nm),铜镍合金结构示意图,Cu,和,Ni,原子的半径相差,2.5%,。,Cu,和,Ni,均为面心立方结构（,fcc,）。,Cu,和,Ni,在元素周期表中相邻，电负性相近。,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,2.,间隙固溶体,（,Interstitial Solid Solution,）,溶质原子进入溶剂晶格中的间隙之中而形成的固溶体。,间隙固溶体的形成特征：,r,溶质,/,r,溶剂,0.59,碳,(C),、氮,(N),、氢,(H),、硼,(B),、氧,(O),等小原子容易进入金属元素的,晶格间隙中而形成间隙固溶体。,间隙固溶体的溶解度：,溶剂晶格的间隙有限，因此，间隙固溶体只能是有限固溶体，其溶,解度通常较小。,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,3.,固溶体的性能,晶格畸变,（,Lattice,Distortion,）,：,虽然溶质原子很小，但仍较溶剂的晶格间隙大，当它们溶入溶剂晶,格的间隙时，都会使溶剂晶格产生畸变，点阵常数增大，畸变能升高。,固溶强化,（,Solution Strengthening,）,：,通过溶入溶质元素形成固溶体而使金属的强度和硬度提高的现象，,称为固溶强化。,机理：,无论是置换固溶体还是间隙固溶体，均会造成晶格畸变。,晶格畸变将增大位错运动的阻力，使金属滑移变形变得更加困难，变形,抗力增大，从而引起固溶体的硬度和强度升高，而塑性和韧性降低。,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,溶质原子溶入溶剂晶格中产生晶格畸变：,溶质原子溶入晶格间隙中,溶质原子替换溶剂原子,溶质原子替换溶剂原子,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,二、金属化合物,（,Intermetallic,Compound,）,金属化合物是合金组元间相互作用所形成的一种晶格类型及性能均不同于任一组元的合金固相。又称为金属间化合物、中间相。,1.,正常价化合物,（,Normal-valence Compound,）,正常价化合物是指那些严格遵守化合价规律的金属化合物。,举例：,Mg,2,Pb,、,Mg,2,Si,、,Mg,2,Sn,、,MnS,等。,2.,电子化合物,（,Electron Compound,）,电子化合物是指那些不遵守一般的化合价规律，但服从电子浓度规律的金属化合物。,举例：,CuZn,、,FeAl,、,NiAl,、,Cu,5,Zn,8,、,CuZn,3,等。,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,3.,间隙化合物,（,Interstitial Compound,）,间隙化合物是由过渡族金属,（如,Fe,、,Cr,、,Mn,、,Mo,、,W,、,V,等）与原子直径较小的非金属元素（,C,、,N,、,H,、,B,等）所,形成的金属化合物。,间隙相,（,Interstitial Phase,）,当非金属元素原子半径与金属元素原子半径之比小于,0.59,时，形成的具有简单晶格的间隙化合物，称为间隙相。,举例：,VC,、,TiC,、,WC,、,NbC,、,TiN,、,Mo,2,N,、,Fe,4,N,等。,间隙化合物,（,Interstitial Compound,）,当非金属元素原子半径与金属元素原子半径之比大于,0.59,时，形成的具有复杂结构的间隙化合物。,举例：,Fe,3,C,、,Cr,23,C,6,、,Cr,7,C,3,、,Mn,3,C,等。,间隙相,VC,的晶体结构,间隙化合物,Fe,3,C,的,晶体结构,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,4.,金属化合物的性能特点,具有一定程度的金属性质。,具有较高的熔点。,具有较高的硬度。,具有较大的脆性。,机械混合物,（,Mechanical Mixture,）,：,绝大多数的工业合金，其组织均为固溶体与少量金属化合物所构成的,机械混合物。合金的性能就取决于它们的性质、形态、大小、数量等。,分析：,合金仅由金属化合物组成，虽然有很高的硬度，但脆性太大，,无法应用。合金仅由固溶体组成，则往往强度、硬度等不够高，使用受,到一定限制。,小结：,两类合金相,固溶体,和,金属化合物,的比较：,晶体结构：,固溶体的晶体结构特征：,与组元之一的溶剂的晶体结构相同。,金属化合物的晶体结构特征：,与任一组元的晶体结构都不相同，而是,一种新的结构。,性能：,固溶体的性能特点：,强度和硬度较低、塑性和韧性较高。,金属化合物的性能特点：,熔点和硬度较高、脆性较大。,在合金中的作用：,固溶体通常作为合金的,基体,。,金属化合物通常作为合金中的,强化相,。,第二章 材料的结构,2.2,合金的晶体结构,第三节高分子聚合物的结构,一、高分子材料的基本概念,1.,高分子化合物,（,Macromolecular Compound,）,由一种或多种简单低分子化合物聚合而成的相对分子质量很大的化合物称为高分子化合物。又称聚合物,（,Polymer,）,、高聚物,（,High Polymer,）,。,许多化合物的分子量比较小，可以称作低分子：,水（,H,2,O,）：,18,石英（,Si,2,O,）：,60,高分子化合物相对分子质量很多在,5000,以上：,聚苯乙烯（,PS,）：,10000,300000,聚氯乙烯（,PVC,）：,20000,160000,第二章 材料的结构,2.3,高分子聚合物的结构,高分子化合物的结构特点：,高分子化合物一般以某些简单的结构单元重复连接而成。,举例：,聚乙烯：,聚氯乙烯：,CH,2,CH,2,乙烯,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,n,CH,2,CH,2,n,Cl,CH,2,CH,n,CH,2,CH,n,Cl,氯乙烯,大分子链,聚乙烯,第二章 材料的结构,2.3,高分子聚合物的结构,几个重要名词：,单体,（,Monomer,）,组成聚合物的简单低分子化合物。,链节,（,Monomer Unit,）,大分子链中的重复单元。,聚合度（,n,）,（,Degree of Polymerization,）,一条高分子链中所含有的链节数目。,举例：,第二章 材料的结构,2.3,高分子聚合物的结构,CH,2,CH,2,n,CH,2,CH,2,n,单体,链节,聚合度,2.,高分子材料的分类,按来源分类,按用途分类,天然高分子材料,（如橡胶）,人工合成高分子材料,（如塑料、尼龙）,高分子材料,橡胶,（具有高弹性的物质）,塑料,（具有可塑性的物质）,纤维,（具有柔韧、纤细特性的物质）,第二章 材料的结构,2.3,高分子聚合物的结构,高分子材料,按热性能分类,按结构分类,高分子材料,热塑性聚合物,热固性聚合物,高分子材料,聚合物的主链,碳链聚合物,杂链聚合物,聚合物的分子结构,元素聚合物,线型分子结构,（直链）,支链型分子结构,（主链之间不连接）,体型分子结构,（主链之间连接）,第二章 材料的结构,2.3,高分子聚合物的结构,3.,高分子材料的命名,习惯命名法,在原料单体名称前加“聚”字。,举例：,聚乙烯、聚氯乙烯。,专用名称命名法,以专用名称命名。,举例：,纤维素、蛋白、淀粉。,均聚物,（,Homopolymer,）,：,由一种单体合成的聚合物。,共聚物,（,Copolymer,）,：,由两种或多种单体合成的聚合物。,第二章 材料的结构,2.3,高分子聚合物的结构,商品名称命名法,以商品名称作为聚合物的名称。,举例：,类比：,第二章 材料的结构,2.3,高分子聚合物的结构,聚合物,商品名称,聚己内酰胺,尼龙、锦纶、卡普隆,聚乙烯醇缩甲醛,维尼纶,聚丙烯腈,腈纶、奥纶,聚对苯二甲酸乙二酯,涤纶、的确良,聚甲基丙烯酸甲酯,有机玻璃,药名,药品商标,多潘立酮,吗丁啉,头孢呋辛酯,西力欣,二、高分子链的化学组成,1.,碳链高分子,主链由碳原子一种元素组成：,C,C,C,C,C,C,举例：,乙烯基高分子：,H,R,C,H,C,H,官能团,（,Functional Group,）,侧基,（,Side Group,）,R,H,：聚乙烯,R,Cl,：聚氯乙烯,R,OH,：聚乙烯醇,R,CH,3,：聚丙烯,第二章 材料的结构,2.3,高分子聚合物的结构,2.,杂链高分子,主链除碳外，还有其他元素：,C,C,O,C,C,C,C,H,C,C,C,C,S,C,C,举例：,聚酯：,3.,元素有机高分子,主链由氧和其他元素组成：,O,Si,O,Si,O,O,C,O,C,O,N,H,第二章 材料的结构,2.3,高分子聚合物的结构,尼龙：,三、高分子链的结构,1.,键接方式,均聚物的连接方式：,头,尾,头,尾,头,尾,尾,头,共聚物的连接方式：,无规共聚：,A,B,B,A,B,A,A,A,B,B,交替共聚：,A,B,A,B,A,B,A,B,A,B,嵌段共聚：,A,A,A,A,B,B,B,B,A,A,接枝共聚：,Cl,CH,2,CH,头,尾,AAAAAAAAAA,B B B,B,B,B,B,第二章 材料的结构,2.3,高分子聚合物的结构,2.,空间构型,根据官能团所处位置不同，有不同的立体构型。,全同立构（,a,）,间同立构（,b,）,无规立构（,c,）,官能团,R,全部位于主链的同一侧,官能团,R,相间地分布在主链的两侧,官能团,R,在主链的两侧作不规则的分布,（,a,）,（,b,）,（,c,）,第二章 材料的结构,2.3,高分子聚合物的结构,3.,高分子链的几何形状,线型分子结构：由许多链节组成的长链，通常卷曲成线团状。,特点：,弹性、塑性好，硬度低。属,热塑性高聚物,。如聚乙烯、聚氯乙烯。,支链型分子结构：在主链上带有支链。,特点：,性能和加工接近于线型分子结构。属,热塑性高聚物,。,体型分子结构：分子链之间有许多链节互相交联，呈三维网络结构。,特点：,硬度高，脆性大，无弹性和塑性。属,热固性高聚物,。如酚醛树脂、,环氧树脂。,高分子链的几何形状,第二章 材料的结构,2.3,高分子聚合物的结构,高聚物的晶区和非晶区,结晶区,非晶区,四、高分子的聚集态结构,聚合物的聚集态结构包括结晶态结构、非晶态结构和取向结构。,结晶高聚物的结构中通常同时存在结晶区和非晶区。,第二章 材料的结构,2.3,高分子聚合物的结构,聚集态：,（,State of Aggregation,）,众多聚合物分子链在空间排列和堆砌的状态。,结晶度：,（,Degree of,Crystallinity,）,高聚物结构中结晶部分在总体中所占的比例。,第四节陶瓷材料的结构,一、陶瓷材料的结构特点,陶瓷,（,Ceramics,）,是由金属和非金属组成的化合物。这些化合物由离子键和共价键结合在一起。,陶瓷材料的显微组织特点：,陶瓷中有晶体相、玻璃相（非晶体相）、气相（气孔）等组织。,这些相的相对量变化很大，分布不均匀，对陶瓷的性能有很大影响，其中，晶体相的性质是决定陶瓷性能的重要因素。,第二章 材料的结构,2.4,陶瓷材料的结构,1.,晶体相,（,Crystal Phase,）,陶瓷材料中的晶体相主要有陶瓷晶体和硅酸盐化合物。,陶瓷晶体,（,Ceramic Crystal,）,有,AX,型陶瓷晶体和,A,m,X,p,型陶瓷晶体两类。,（,1,）,AX,型陶瓷晶体,AX,型陶瓷晶体,的结构类型有,CsCl,型（简单立方晶系）、,NaCl,型（面心立方晶系）、,ZnS,（闪锌矿型）和非立方型等。,（,2,）,A,m,X,p,型陶瓷晶体,A,m,X,p,型陶瓷晶体,的结构类型有萤石（,CaF,2,）型和刚玉（,Al,2,O,3,）型等，其结构比较复杂。,第二章 材料的结构,2.4,陶瓷材料的结构,第二章 材料的结构,2.4,陶瓷材料的结构,硅酸盐化合物,（,Silicate,）,硅酸盐的基本结构单元为（,SiO,4,),4,四面体，其中,O,2,位于四面体的顶角，,Si,4,位于四面体的中间间隙位置，它们通过离子键和共价键连接在一起，因此结构很牢固。,O,2,Si,4+,硅氧四面体的结构,硅酸盐化合物有孤立状硅酸盐、复合状硅酸盐、球状和链状硅酸盐、层状硅酸盐、立体网络状硅酸盐等几种类型。,2.,玻璃相,（,Glass Phase,）,玻璃相是陶瓷原料中部分组分及其他杂质在烧结过程中形成的非晶态物质，通常富含氧化硅和碱金属氧化物。,材料能否形成玻璃或非晶态，与材料在凝固点时的粘度和冷却速度有关。,玻璃相主要包裹在晶体相的晶粒周围，在陶瓷中的含量一般在,15%,35%,之间。,举例：,SiO,2,等氧化物粘度很高，凝固时容易形成玻璃，往往是陶瓷材料中 典型的玻璃相。,第二章 材料的结构,2.4,陶瓷材料的结构,3.,气孔,（,Pore,）,陶瓷材料中的气相是指陶瓷孔隙中存在的气体，是烧结的陶瓷坯体中常见的组分。,气孔的类型：,陶瓷中的气孔有开放气孔和封闭气孔两种。,气孔对陶瓷材料性能的影响：,陶瓷中的气孔对陶瓷的性能影响十分显著。,过多的气孔将使陶瓷密度降低，从而使陶瓷的强度降低，电性能,变坏。,气孔的形状、分布、相对量等对陶瓷性能也有影响。,一般要求陶瓷中孔隙率在,5%,10%,以下，气孔呈细小球形，且在陶瓷中均匀分布。,第二章 材料的结构,2.4,陶瓷材料的结构,