工程材料-第三章_材料制備的基本過(guò)程

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：l金屬的結(jié)晶l聚合物的合成l陶瓷材料的制備新材料的發(fā)展，不僅與對(duì)材料的成分新材料的發(fā)展，不僅與對(duì)材料的成分結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)性能的研究有著密性能的研究有著密切的關(guān)系，還與其制備方法有著直接的聯(lián)系。切的關(guān)系，還與其制備方法有著直接的聯(lián)系。制備材料的典型工藝過(guò)程：材料的典型工藝過(guò)程：l 金屬材料：金屬材料：凝固凝固l 陶瓷材料：陶瓷材料：燒結(jié)燒結(jié)l 聚合物：聚合物：反應(yīng)合成反應(yīng)合成材料的制備過(guò)程對(duì)其物理、化學(xué)和力學(xué)性能都會(huì)產(chǎn)生較大的影響。材料的制備過(guò)程對(duì)其物理、化學(xué)和力學(xué)性能都會(huì)產(chǎn)生較大的影響。了解材料制備的基本過(guò)程，掌握材料制備的基本理論、技術(shù)和工藝了解材料制備的基本過(guò)程，掌握材料制備

2、的基本理論、技術(shù)和工藝方法，對(duì)于材料的選用，進(jìn)一步提升其使用性能有著重要的意義。方法，對(duì)于材料的選用，進(jìn)一步提升其使用性能有著重要的意義。第三章 材料制備的基本過(guò)程第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶第一節(jié)金屬的結(jié)晶第一節(jié)金屬的結(jié)晶凝固與結(jié)晶：凝固與結(jié)晶：l 凝固凝固（Solidification） 物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程。物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程。l 結(jié)晶結(jié)晶（Crystallization） 晶體物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成晶態(tài)固體的過(guò)程。晶體物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成晶態(tài)固體的過(guò)程。 結(jié)晶是凝固的一種形式。結(jié)晶是凝固的一種形式。第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)

3、晶金屬的結(jié)晶一、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)一、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程有序遠(yuǎn)程有序（長(zhǎng)程有序）（長(zhǎng)程有序）遠(yuǎn)程無(wú)序、近程有序遠(yuǎn)程無(wú)序、近程有序（長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序）（長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序）有序原子團(tuán)有序原子團(tuán)遠(yuǎn)程無(wú)序遠(yuǎn)程無(wú)序（長(zhǎng)程無(wú)序）（長(zhǎng)程無(wú)序）氣體氣體氣體、液體和晶體的分子（原子）排列的特點(diǎn)氣體、液體和晶體的分子（原子）排列的特點(diǎn)晶體（固體）晶體（固體）液體液體第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：l 原子排列的原子排列的遠(yuǎn)程無(wú)序遠(yuǎn)程無(wú)序、近程有序近程有序在液態(tài)金屬中存在著局部規(guī)則排列的有序原子團(tuán)，即近程有序在液態(tài)金屬中存在著局部規(guī)則排列的有序原

4、子團(tuán)，即近程有序（Short-range Ordered）。但整體上，液態(tài)金屬的原子排列是無(wú)序的，。但整體上，液態(tài)金屬的原子排列是無(wú)序的，即遠(yuǎn)程無(wú)序即遠(yuǎn)程無(wú)序（Long-range Random）。l 存在存在結(jié)構(gòu)起伏結(jié)構(gòu)起伏（Structure Fluctuation）液態(tài)金屬中的有序原子團(tuán)瞬間出現(xiàn)、瞬間消失、此起彼伏、變化不液態(tài)金屬中的有序原子團(tuán)瞬間出現(xiàn)、瞬間消失、此起彼伏、變化不定的現(xiàn)象稱(chēng)為結(jié)構(gòu)起伏，或稱(chēng)為相起伏。定的現(xiàn)象稱(chēng)為結(jié)構(gòu)起伏，或稱(chēng)為相起伏。 結(jié)構(gòu)起伏是金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件。結(jié)構(gòu)起伏是金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件。TmT時(shí)時(shí) 間間溫溫 度度T過(guò)冷度過(guò)冷度理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度第三章 材料制

5、備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶實(shí)際結(jié)晶溫度實(shí)際結(jié)晶溫度二、金屬的結(jié)晶過(guò)程二、金屬的結(jié)晶過(guò)程1.1.金屬結(jié)晶的宏觀現(xiàn)象金屬結(jié)晶的宏觀現(xiàn)象 純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線：純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線：第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶純金屬結(jié)晶的宏觀現(xiàn)象：純金屬結(jié)晶的宏觀現(xiàn)象：結(jié)晶的宏觀現(xiàn)象主要表現(xiàn)在出現(xiàn)過(guò)冷和產(chǎn)生結(jié)晶潛熱。結(jié)晶的宏觀現(xiàn)象主要表現(xiàn)在出現(xiàn)過(guò)冷和產(chǎn)生結(jié)晶潛熱。l 過(guò)冷現(xiàn)象過(guò)冷現(xiàn)象（Super-cooling）結(jié)晶時(shí)，實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象，稱(chēng)為過(guò)冷。結(jié)晶時(shí)，實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象，稱(chēng)為過(guò)冷。理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之差稱(chēng)為過(guò)冷

6、度理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之差稱(chēng)為過(guò)冷度（Degree of Super-cooling）。 過(guò)冷是金屬結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力，是結(jié)晶的熱力學(xué)條件。過(guò)冷是金屬結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力，是結(jié)晶的熱力學(xué)條件。l 結(jié)晶潛熱結(jié)晶潛熱（Latent Heat in Crystallization）結(jié)晶時(shí)，從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嘁懦鰺崃?，稱(chēng)為結(jié)晶潛熱。結(jié)晶時(shí)，從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嘁懦鰺崃浚Q(chēng)為結(jié)晶潛熱。結(jié)晶潛熱的釋放，補(bǔ)償了散失到周?chē)h(huán)境的熱量，所以在冷卻曲線結(jié)晶潛熱的釋放，補(bǔ)償了散失到周?chē)h(huán)境的熱量，所以在冷卻曲線上出現(xiàn)了平臺(tái)。上出現(xiàn)了平臺(tái)。TFT0T1固相固相液相液相T液體和晶體自由能與溫度的關(guān)系曲線液體和晶體自由能與溫度的關(guān)

7、系曲線T2 金屬結(jié)晶為什么需要過(guò)冷？金屬結(jié)晶為什么需要過(guò)冷？第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶u當(dāng)當(dāng)T TT T0 0時(shí)，時(shí)， F FF F固固F F液液0 0，結(jié)晶不能進(jìn)行。結(jié)晶不能進(jìn)行。u當(dāng)當(dāng)T TT T0 0時(shí)，時(shí)， F FF F固固F F液液0 0，液、固兩相處于動(dòng)態(tài)平衡，液、固兩相處于動(dòng)態(tài)平衡，既能結(jié)晶，也會(huì)熔化。既能結(jié)晶，也會(huì)熔化。u當(dāng)當(dāng)T TT T0 0時(shí)，時(shí)， F FF F固固F F液液0 0，結(jié)晶能夠進(jìn)行。結(jié)晶能夠進(jìn)行。只有當(dāng)液體的過(guò)冷度達(dá)到一定只有當(dāng)液體的過(guò)冷度達(dá)到一定的大小，使結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力的大小，使結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力 F F大于大于建立固相界面所需要

8、的表面能時(shí)，建立固相界面所需要的表面能時(shí)，結(jié)晶過(guò)程才能開(kāi)始進(jìn)行。結(jié)晶過(guò)程才能開(kāi)始進(jìn)行。自然規(guī)律：自然規(guī)律：自然界的自發(fā)過(guò)程進(jìn)行的自然界的自發(fā)過(guò)程進(jìn)行的熱力學(xué)條件都是熱力學(xué)條件都是F F 0 0液體液體形核形核長(zhǎng)大長(zhǎng)大長(zhǎng)大長(zhǎng)大晶核晶核晶核長(zhǎng)大晶核長(zhǎng)大新的晶核新的晶核液體消失液體消失, ,結(jié)晶完成結(jié)晶完成晶體晶體晶粒相互接觸晶粒相互接觸結(jié)晶的一般過(guò)程結(jié)晶的一般過(guò)程形核和長(zhǎng)大形核和長(zhǎng)大液體液體2.2.金屬結(jié)晶的微觀過(guò)程金屬結(jié)晶的微觀過(guò)程金屬的結(jié)晶由金屬的結(jié)晶由晶核的形成晶核的形成和和晶核的長(zhǎng)大晶核的長(zhǎng)大兩個(gè)基本過(guò)程組成。兩個(gè)基本過(guò)程組成。結(jié)晶完成后，一個(gè)晶核結(jié)晶完成后，一個(gè)晶核（Nucleus）長(zhǎng)大

9、成為一個(gè)晶粒。長(zhǎng)大成為一個(gè)晶粒。晶粒晶粒, 構(gòu)成多晶體構(gòu)成多晶體第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶結(jié)晶的基本過(guò)程之一：結(jié)晶的基本過(guò)程之一：l 形核形核（Nucleation） 晶核的形成晶核的形成形核的兩個(gè)條件：形核的兩個(gè)條件：（1 1）結(jié)構(gòu)條件）結(jié)構(gòu)條件結(jié)構(gòu)起伏結(jié)構(gòu)起伏（Structure Fluctuation）（2 2）能量條件）能量條件能量起伏能量起伏（Energy Fluctuation）在一定溫度下，液態(tài)金屬具有的平均自由能是一定的，但在一定溫度下，液態(tài)金屬具有的平均自由能是一定的，但各個(gè)微各個(gè)微小體積所具有的自由能并不相等，有的高于平均值，有的低于平均

10、小體積所具有的自由能并不相等，有的高于平均值，有的低于平均值。這種在液態(tài)金屬值。這種在液態(tài)金屬中各個(gè)微小體積所具有的能量大小不一、起伏中各個(gè)微小體積所具有的能量大小不一、起伏不定、暫短偏離其平均能量的現(xiàn)象稱(chēng)為不定、暫短偏離其平均能量的現(xiàn)象稱(chēng)為能量起伏能量起伏。能量起伏能為晶核形成時(shí)產(chǎn)生新的固相表面提供所需的能量。能量起伏能為晶核形成時(shí)產(chǎn)生新的固相表面提供所需的能量。第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶 形核的兩種方式：形核的兩種方式： （1 1）自發(fā)形核（均勻形核）自發(fā)形核（均勻形核）（Homogeneous Nucleation） 從液態(tài)金屬內(nèi)部自發(fā)地形成晶核的方式

11、。從液態(tài)金屬內(nèi)部自發(fā)地形成晶核的方式。 自發(fā)形核需要的能量大，需要較大的過(guò)冷度才有可能形成晶核。自發(fā)形核需要的能量大，需要較大的過(guò)冷度才有可能形成晶核。 （2 2）非自發(fā)形核（非均勻形核）非自發(fā)形核（非均勻形核）（Heterogeneous Nucleation） 依附于液體中的雜質(zhì)而形成晶核的方式。依附于液體中的雜質(zhì)而形成晶核的方式。 非自發(fā)形核需要的能量小，不需要太大的過(guò)冷度就可以形成晶非自發(fā)形核需要的能量小，不需要太大的過(guò)冷度就可以形成晶 核，在實(shí)際金屬的結(jié)晶中往往起優(yōu)先和主導(dǎo)作用。核，在實(shí)際金屬的結(jié)晶中往往起優(yōu)先和主導(dǎo)作用。自發(fā)形核：自發(fā)形核： 可能需要的過(guò)冷度可能需要的過(guò)冷度 T T

12、200200。非自發(fā)形核：非自發(fā)形核： 可能需要的過(guò)冷度可能需要的過(guò)冷度 T T2020。第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶結(jié)晶的基本過(guò)程之二：結(jié)晶的基本過(guò)程之二：l 長(zhǎng)大長(zhǎng)大（Nuclear Growth） 晶核的生長(zhǎng)晶核的生長(zhǎng) 晶核長(zhǎng)大的實(shí)質(zhì)是，原子由液體向固體表面轉(zhuǎn)移。晶核長(zhǎng)大的實(shí)質(zhì)是，原子由液體向固體表面轉(zhuǎn)移。 晶核長(zhǎng)大的方式：晶核長(zhǎng)大的方式： 樹(shù)枝狀生長(zhǎng)樹(shù)枝狀生長(zhǎng)（Dendritic Growth）：猶如樹(shù)的生長(zhǎng)一樣，晶核在長(zhǎng)大時(shí)，首先生長(zhǎng)成樹(shù)干（一次晶軸），猶如樹(shù)的生長(zhǎng)一樣，晶核在長(zhǎng)大時(shí)，首先生長(zhǎng)成樹(shù)干（一次晶軸），然后樹(shù)干上長(zhǎng)出樹(shù)枝（二次晶軸），隨后，

13、樹(shù)枝還可以長(zhǎng)出更小的樹(shù)然后樹(shù)干上長(zhǎng)出樹(shù)枝（二次晶軸），隨后，樹(shù)枝還可以長(zhǎng)出更小的樹(shù)枝（三次晶軸），依次類(lèi)推，直至晶間被填滿，液體完全消失。至此，枝（三次晶軸），依次類(lèi)推，直至晶間被填滿，液體完全消失。至此，結(jié)晶過(guò)程結(jié)束。結(jié)晶過(guò)程結(jié)束。 按樹(shù)枝狀生長(zhǎng)的晶粒稱(chēng)為樹(shù)枝晶或枝晶按樹(shù)枝狀生長(zhǎng)的晶粒稱(chēng)為樹(shù)枝晶或枝晶（Dendrite）。第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶晶核的樹(shù)枝狀長(zhǎng)大晶核的樹(shù)枝狀長(zhǎng)大第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶金屬的樹(shù)枝晶金屬的樹(shù)枝晶金屬的樹(shù)枝晶金屬的樹(shù)枝晶冰的樹(shù)枝

14、晶冰的樹(shù)枝晶金屬的樹(shù)枝晶金屬的樹(shù)枝晶形核形核長(zhǎng)大長(zhǎng)大長(zhǎng)大長(zhǎng)大第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶結(jié)晶終了結(jié)晶終了結(jié)晶的過(guò)程結(jié)晶的過(guò)程三、晶粒大小的控制三、晶粒大小的控制1.1.晶粒大小對(duì)金屬性能的影響晶粒大小對(duì)金屬性能的影響在常溫下，金屬的晶粒越細(xì)小，其綜合力學(xué)性能越好。即金屬的晶在常溫下，金屬的晶粒越細(xì)小，其綜合力學(xué)性能越好。即金屬的晶 粒被細(xì)化，不僅能提高強(qiáng)度和硬度，還能同時(shí)提高塑性和韌性。粒被細(xì)化，不僅能提高強(qiáng)度和硬度，還能同時(shí)提高塑性和韌性。2.2.晶粒大小的評(píng)定晶粒大小的評(píng)定l 晶粒度晶粒度（Grain Size）評(píng)定晶粒大小的指標(biāo)是晶粒度，一般用晶粒的平均

15、直徑或平均面積評(píng)定晶粒大小的指標(biāo)是晶粒度，一般用晶粒的平均直徑或平均面積 來(lái)表示。來(lái)表示。工業(yè)上通常采用晶粒度等級(jí)表示晶粒大小。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度分為八級(jí)工業(yè)上通常采用晶粒度等級(jí)表示晶粒大小。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度分為八級(jí)， 1 1級(jí)最粗，級(jí)最粗，8 8級(jí)最細(xì)。級(jí)最細(xì)。第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級(jí)1 級(jí)級(jí)2 級(jí)級(jí)3 級(jí)級(jí)4 級(jí)級(jí)8 級(jí)級(jí)7 級(jí)級(jí)6 級(jí)級(jí)5 級(jí)級(jí)第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶l 影響晶粒度的因素影響晶粒度的因素 （1 1）形核率（）形核率（N N）（Nucleation Rate）單位時(shí)間、單位體積液態(tài)金屬

16、中形成的晶核的數(shù)目稱(chēng)為形核率。單位時(shí)間、單位體積液態(tài)金屬中形成的晶核的數(shù)目稱(chēng)為形核率。 形核率越大，結(jié)晶完成后的晶粒數(shù)目越多，則晶粒越細(xì)小。形核率越大，結(jié)晶完成后的晶粒數(shù)目越多，則晶粒越細(xì)小。 （2 2）長(zhǎng)大速度（）長(zhǎng)大速度（G G）（Crystal Growth Velocity）單位時(shí)間內(nèi)晶體生長(zhǎng)的長(zhǎng)度稱(chēng)為長(zhǎng)大速度。單位時(shí)間內(nèi)晶體生長(zhǎng)的長(zhǎng)度稱(chēng)為長(zhǎng)大速度。晶體長(zhǎng)大速度越快，結(jié)晶完成后的晶粒越粗大。晶體長(zhǎng)大速度越快，結(jié)晶完成后的晶粒越粗大。形核率與長(zhǎng)大速度的比值形核率與長(zhǎng)大速度的比值（N/GN/G）越越大，則結(jié)晶后獲得的晶粒越細(xì)大，則結(jié)晶后獲得的晶粒越細(xì)小，反之晶粒則越粗大。小，反之晶粒則越粗

17、大。第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶3.3.控制晶粒大小的方法控制晶粒大小的方法l 控制過(guò)冷度控制過(guò)冷度措施：措施：降低澆注溫度（實(shí)際凝固的溫度），以增大過(guò)冷度（降低澆注溫度（實(shí)際凝固的溫度），以增大過(guò)冷度（T） 。原理：原理：提高冷卻速度可以降低澆注溫度，使提高冷卻速度可以降低澆注溫度，使T 增增大，（大，（N/GN/G）增大。）增大。l 變質(zhì)處理變質(zhì)處理措施：措施：向液態(tài)金屬中加入變質(zhì)劑。向液態(tài)金屬中加入變質(zhì)劑。原理：原理：變質(zhì)劑作為非自發(fā)形核的核心，提高了變質(zhì)劑作為非自發(fā)形核的核心，提高了形核率，（形核率，（N/GN/G）增大。）增大。l 振動(dòng)、攪拌振動(dòng)、攪

18、拌措施：措施：對(duì)即將凝固的金屬進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)或電磁攪拌。對(duì)即將凝固的金屬進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)或電磁攪拌。 原理：原理：通過(guò)振動(dòng)或攪拌，一方面使生長(zhǎng)中的枝晶破碎，從而增加形核率；通過(guò)振動(dòng)或攪拌，一方面使生長(zhǎng)中的枝晶破碎，從而增加形核率；另一方面可以輸入能量以促進(jìn)自發(fā)形核。兩者均使另一方面可以輸入能量以促進(jìn)自發(fā)形核。兩者均使（N/GN/G）增大。）增大。第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶NGTGN過(guò)冷度對(duì)形核率和長(zhǎng)大速度的影響過(guò)冷度對(duì)形核率和長(zhǎng)大速度的影響第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶四、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變四、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1.1.

19、同素異構(gòu)現(xiàn)象與同素異構(gòu)體同素異構(gòu)現(xiàn)象與同素異構(gòu)體l 同素異構(gòu)同素異構(gòu)（Allotropy）有些金屬在固態(tài)下，存在兩種或兩種以上的晶格類(lèi)型，這種現(xiàn)象稱(chēng)有些金屬在固態(tài)下，存在兩種或兩種以上的晶格類(lèi)型，這種現(xiàn)象稱(chēng)為同素異構(gòu)，又稱(chēng)為同素異晶、多晶型性。為同素異構(gòu)，又稱(chēng)為同素異晶、多晶型性。l 同素異構(gòu)體同素異構(gòu)體（Allotrope）在固態(tài)下，以不同晶格類(lèi)型存在的同一種金屬的晶體互稱(chēng)為該金屬在固態(tài)下，以不同晶格類(lèi)型存在的同一種金屬的晶體互稱(chēng)為該金屬的同素異構(gòu)體。的同素異構(gòu)體。第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶2.2.同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（Allotropic Trans

20、formation）同一種金屬的同素異構(gòu)體在一定的條件下能相互轉(zhuǎn)化。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同一種金屬的同素異構(gòu)體在一定的條件下能相互轉(zhuǎn)化。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變就是這種在固態(tài)下金屬隨溫度改變由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象。就是這種在固態(tài)下金屬隨溫度改變由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶1394912(bcc)(bcc)(bcc)(bcc)(fcc)(fcc) -Fe -Fe -Fe第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶13941538溫溫度度時(shí)間時(shí)間912 -Fe -Fe -Fe純鐵的同

21、素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變3.3.同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的結(jié)晶過(guò)程相似，故稱(chēng)為二次結(jié)晶金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的結(jié)晶過(guò)程相似，故稱(chēng)為二次結(jié)晶或重結(jié)晶?；蛑亟Y(jié)晶。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變具有固定的轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變發(fā)生時(shí)需要過(guò)冷，并放同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變具有固定的轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變發(fā)生時(shí)需要過(guò)冷，并放出潛熱；出潛熱；同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?cè)诠虘B(tài)下進(jìn)行，因此轉(zhuǎn)變需要較大的過(guò)冷度；同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?cè)诠虘B(tài)下進(jìn)行，因此轉(zhuǎn)變需要較大的過(guò)冷度；同素異構(gòu)體的形成經(jīng)過(guò)形核、長(zhǎng)大過(guò)程，新相晶核往往在母相的同素異構(gòu)體的形成經(jīng)過(guò)形核、長(zhǎng)大過(guò)程，新相晶核往往在母相的晶界或某些特定晶面上形成；晶界或某些特定晶面上形

22、成；同一種金屬的同素異構(gòu)體通常具有不同的晶格致密度，因此比容同一種金屬的同素異構(gòu)體通常具有不同的晶格致密度，因此比容也不同，轉(zhuǎn)變前后往往伴隨著體積的變化，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。也不同，轉(zhuǎn)變前后往往伴隨著體積的變化，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。第三章 材料制備的基本過(guò)程3.1 3.1 金屬的結(jié)晶金屬的結(jié)晶比容比容（Specific Volume ） ：?jiǎn)挝恢亓康奈镔|(zhì)所占有的體積稱(chēng)為比容。單位重量的物質(zhì)所占有的體積稱(chēng)為比容。第二節(jié)聚合物的合成第二節(jié)聚合物的合成聚合物的合成是指把單體聚合起來(lái)形成高聚物的過(guò)程。其所進(jìn)行聚合物的合成是指把單體聚合起來(lái)形成高聚物的過(guò)程。其所進(jìn)行的反應(yīng)稱(chēng)為聚合反應(yīng)。的反應(yīng)稱(chēng)為聚合反應(yīng)。合

23、成高聚物的方法很多，從最基本的化學(xué)反應(yīng)來(lái)看，主要有加聚合成高聚物的方法很多，從最基本的化學(xué)反應(yīng)來(lái)看，主要有加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)兩類(lèi)。反應(yīng)和縮聚反應(yīng)兩類(lèi)。第三章 材料制備的基本過(guò)程3.2 3.2 聚合物的合成聚合物的合成聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)加成聚合反應(yīng)加成聚合反應(yīng)逐步聚合反應(yīng)逐步聚合反應(yīng)一、加聚反應(yīng)一、加聚反應(yīng)（Addition Polymerization） 加聚反應(yīng)是由一種或幾種單體相互加成而連接成聚合物的反應(yīng)。加聚反應(yīng)是由一種或幾種單體相互加成而連接成聚合物的反應(yīng)。乙烯乙烯（單體）通過(guò)加聚反應(yīng)生成（單體）通過(guò)加聚反應(yīng)生成聚乙烯聚乙烯（聚合物）（聚合物）加入引發(fā)劑加入引發(fā)劑, 使碳使碳的雙鍵打開(kāi)成

24、單鍵的雙鍵打開(kāi)成單鍵CHHCHH單體單體（乙烯）（乙烯）CHHCHH鏈節(jié)鏈節(jié)CHHCHHCHHCHHCHHCHHCHH聚合物聚合物（聚乙烯）（聚乙烯）鏈節(jié)不穩(wěn)定鏈節(jié)不穩(wěn)定, 與與其他鏈節(jié)聚合其他鏈節(jié)聚合第三章 材料制備的基本過(guò)程3.2 3.2 聚合物的合成聚合物的合成第三章 材料制備的基本過(guò)程3.2 3.2 聚合物的合成聚合物的合成1.1.加聚反應(yīng)的類(lèi)型加聚反應(yīng)的類(lèi)型l 均聚反應(yīng)均聚反應(yīng) 由一種單體通過(guò)加聚反應(yīng)生成高聚物的反應(yīng)。由一種單體通過(guò)加聚反應(yīng)生成高聚物的反應(yīng)。 生成物：生成物：均聚物均聚物。l 共聚反應(yīng)共聚反應(yīng) 由兩種或兩種以上單體通過(guò)加聚反應(yīng)生成高聚物的反應(yīng)。由兩種或兩種以上單體通過(guò)

25、加聚反應(yīng)生成高聚物的反應(yīng)。 生成物：生成物：共聚物共聚物。2.2.加聚反應(yīng)的特點(diǎn)加聚反應(yīng)的特點(diǎn) 反應(yīng)一旦開(kāi)始，就進(jìn)行得很快，直到形成最后產(chǎn)物為止，中間不反應(yīng)一旦開(kāi)始，就進(jìn)行得很快，直到形成最后產(chǎn)物為止，中間不 能停在某一階段上，也得不到中間產(chǎn)物；能停在某一階段上，也得不到中間產(chǎn)物； 鏈節(jié)的化學(xué)結(jié)構(gòu)與單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)相同；鏈節(jié)的化學(xué)結(jié)構(gòu)與單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)相同； 沒(méi)有小分子副產(chǎn)物生成。沒(méi)有小分子副產(chǎn)物生成。二、縮聚反應(yīng)二、縮聚反應(yīng)（Condensation Polymerization） 縮聚反應(yīng)是由一種或多種單體相互混合而連接成聚合物，同時(shí)析出縮聚反應(yīng)是由一種或多種單體相互混合而連接成聚合物，同時(shí)析

26、出（縮去）某種低分子物質(zhì)的反應(yīng)。（縮去）某種低分子物質(zhì)的反應(yīng)。 縮聚反應(yīng)的特點(diǎn)：縮聚反應(yīng)的特點(diǎn)： 縮聚反應(yīng)由若干個(gè)聚合反應(yīng)構(gòu)成的，每一個(gè)反應(yīng)逐步進(jìn)行，反應(yīng)可縮聚反應(yīng)由若干個(gè)聚合反應(yīng)構(gòu)成的，每一個(gè)反應(yīng)逐步進(jìn)行，反應(yīng)可 以停在某一階段，可得到中間產(chǎn)物；以停在某一階段，可得到中間產(chǎn)物； 縮聚產(chǎn)物鏈節(jié)的化學(xué)結(jié)構(gòu)與單體的不完全相同；縮聚產(chǎn)物鏈節(jié)的化學(xué)結(jié)構(gòu)與單體的不完全相同； 在縮聚過(guò)程中總有小分子副產(chǎn)物析出。在縮聚過(guò)程中總有小分子副產(chǎn)物析出。第三章 材料制備的基本過(guò)程3.2 3.2 聚合物的合成聚合物的合成HCHOHCOCOCHHOH對(duì)苯二甲酸脂對(duì)苯二甲酸脂CHHOHCHHHO乙二醇乙二醇CHHOHCOCOCHHOCHHHO聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（滌綸、的確良）聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（滌綸、的確良）HCHHHO甲醇（副產(chǎn)品）甲醇（副產(chǎn)品） 對(duì)苯二甲酸脂對(duì)苯二甲酸脂和和乙二醇乙二醇通過(guò)縮聚反應(yīng)形成通過(guò)縮聚反應(yīng)形成聚對(duì)苯二甲酸乙二酯聚對(duì)苯二甲酸乙二酯第三章 材料制備的基本過(guò)程3.2 3.2 聚合物的合成聚合物的合成第三節(jié)陶瓷材料的制備第三節(jié)陶瓷材料的制備陶瓷材料的典型制備方法是燒結(jié)成型，即由研磨得十分細(xì)小的顆粒陶瓷材料的典型制備方法是燒結(jié)成型，即由研磨得十分細(xì)小的顆粒焙燒成陶瓷制品。焙燒成陶瓷制品。一