工程材料第二章材料的結(jié)構(gòu)

1、工程材料第二章材料的結(jié)構(gòu)第1頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三金剛石的晶體結(jié)構(gòu)石墨的晶體結(jié)構(gòu)第二章 材料的結(jié)構(gòu)第2頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第一節(jié)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體的基本概念1.晶體與非晶體 晶體（Crystal） 晶體是其內(nèi)部原子在三維空間呈規(guī)則排列的物質(zhì)。 例如：所有的金屬、食鹽等。 晶體的特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)有序； 各向異性； 有固定的熔點(diǎn)。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)各向異性（Anisotropy）：在測(cè)定材料的性能時(shí)，沿不同方向測(cè)定所得的結(jié)果各不相同，即各向異性。第3頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期

2、三 非晶體（Non-crystal） 非晶體是其內(nèi)部原子排列無(wú)序的物質(zhì)。 例如：普通玻璃、松香等。 非晶體的特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)無(wú)序； 各向同性； 沒(méi)有固定的熔點(diǎn)； 熱導(dǎo)率(導(dǎo)熱系數(shù))和熱膨脹性?。?塑性變形大； 組成的變化范圍大。各向同性（Isotropy）：在測(cè)定材料的性能時(shí)沿任何方向測(cè)定的結(jié)果都是一致的，不因方向而異，即各向同性，或稱等向性。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第4頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三2.晶體學(xué)的基本知識(shí) 晶格（Crystal Lattice）晶體結(jié)構(gòu)的描述：將晶體的原子看成是剛性小球；把原子抽象為幾何點(diǎn)；用假想的直線將幾何點(diǎn)連接起來(lái)。晶

3、體模型晶格：用以描述晶體中原子排列規(guī)律的空間幾何格架。晶格第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第5頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 晶胞（Unit Cell）晶胞在三維空間平移，即可重構(gòu)晶格。晶胞晶格晶胞：組成晶格的最小幾何單元體。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第6頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三晶胞的表示方法XYZcbaa、 b、 c 晶格常數(shù)（點(diǎn)陣常數(shù)） 、 、 夾角 晶格常數(shù)（Lattice Constant）晶格常數(shù)：晶胞的幾何尺寸。又稱為點(diǎn)陣常數(shù)。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第7頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，

4、5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 晶面與晶面指數(shù)（1）晶面（Crystallographic Plane） 在晶格中由一系列原子所構(gòu)成的平面，稱為晶面。晶格中由一些原子構(gòu)成的原子面第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第8頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三（2）晶面指數(shù)（Indices of Crystallographic Plane）為便于研究和表述給晶面規(guī)定的符號(hào)。 確定晶面指數(shù)的步驟：求截距求出待定晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距。取倒數(shù)將三個(gè)截距之值變?yōu)榈箶?shù)。化簡(jiǎn)并加圓括號(hào)將三個(gè)倒數(shù)按比例化為最小整數(shù)，并加上一圓括號(hào)。 晶面指數(shù)的一般形式：（hkl）第二章 材料的結(jié)構(gòu)

5、2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第9頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三立方晶格中的三種重要晶面第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第10頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 晶向與晶向指數(shù)（1）晶向（Crystallographic Direction） 在晶格中，任意兩原子之間的連線所指的方向，稱為晶向。晶格中由一些原子構(gòu)成的原子列第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第11頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三（2）晶向指數(shù)（Indices of Crystallographic Direction）為便于研究和表述給晶向規(guī)定的

6、符號(hào)。 確定晶向指數(shù)的步驟：引直線通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)引一條直線，使其平行于待求的晶向。求坐標(biāo)值求出所引直線上任意一點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)值?；?jiǎn)并加方括號(hào)將三個(gè)坐標(biāo)值按比例化為最小整數(shù)，并加上一方括號(hào)。 晶向指數(shù)的一般形式： uvw第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第12頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三立方晶格中的一些重要晶向第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第13頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 關(guān)于晶面和晶向的幾點(diǎn)說(shuō)明：某一晶面指數(shù)并不僅代表某一具體的晶面，而是代表一組相互平行的晶面。 所有相互平行的晶面都具有相同的晶面指數(shù)。原子排列情況完全

7、相同的所有晶面同屬于一個(gè)晶面族。 晶面族用hkl表示。某一晶向指數(shù)并不僅代表某一具體的晶向，而是代表了一族平行線的位向。 所有相互平行的晶向都具有相同的晶向指數(shù)。原子排列情況完全相同的所有晶向同屬于一個(gè)晶向族。 晶向族用uvw表示。在立方晶系中，相同指數(shù)的晶面和晶向相互垂直。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第14頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 晶格結(jié)構(gòu)的表征晶格尺寸：以晶格常數(shù)表示。原子半徑（r）：代表原子的剛性小球的半徑。晶胞原子數(shù)（n）：晶胞內(nèi)的原子數(shù)目。晶格中原子排列的緊密程度： 配位數(shù)（Z）（Coordination Number）晶格中與任一原子等

8、距且最近鄰的原子數(shù)目。 致密度（K）（堆積因子）（Packing Fact）晶胞中原子所占體積與晶胞體積之比。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第15頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三a體心立方晶格二、常見(jiàn)純金屬的晶格類型1.體心立方晶格（bcc，body-centered cubic lattice） 晶格的特征體心立方晶體模型具有bcc結(jié)構(gòu)的金屬： -Fe、Na、K、Cr、W、Mo、V、Nb、Ta等。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第16頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 晶格的基本參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù) n =1/88 + 1

9、 = 2配位數(shù) Z8致密度 0.6868% a第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第17頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三a面心立方晶格2.面心立方晶格（fcc，face-centered cubic lattice） 晶格的特征面心立方晶體模型具有fcc結(jié)構(gòu)的金屬： -Fe、Cu、Al、Ni、Au、Ag、Pt、Pb等。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第18頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三a 晶格的基本參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù) n =1/88 + 1/26 = 4配位數(shù) Z =12致密度 0.7474% 第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金

10、屬的晶體結(jié)構(gòu)第19頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三密排六方晶格兩個(gè)簡(jiǎn)單六方晶格穿插在一起構(gòu)成密排六方晶格3.密排六方晶格（hcp，hexagonal close-packed lattice） 晶格的特征密排六方晶體模型ac具有hcp結(jié)構(gòu)的金屬： Mg、Zn、Cd、Be、-Ti等。c /a 稱為密排六方晶格的軸比理想的hcp晶格的軸比c /a 1.633第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第20頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 晶格的基本參數(shù)原子半徑晶胞原子數(shù) n =1/612 + 1/22 + 3 = 6 配位數(shù) Z =12致密度 0.7

11、474%第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第21頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三三、實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.單晶體與多晶體 單晶體（Single Crystal）的特征 晶格排列方位完全一致。 晶體具有各向異性。 例如：?jiǎn)尉Ч琛尉фN等。 多晶體（Polycrystal）的特征 晶體由許多小單晶體組成，各單晶體的晶格排列位向不相同。 晶體具有偽各向同性。 例如：常用的金屬等。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第22頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三單晶體結(jié)構(gòu)示意圖多晶體結(jié)構(gòu)示意圖晶粒（Grain）晶界（Grain Boundary）第

12、二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第23頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三2.理想晶體與實(shí)際晶體 理想晶體（Perfect Crystal）的概念 原子排列規(guī)則、無(wú)任何缺陷的晶體，稱為理想晶體或完整晶體。 實(shí)際晶體中的晶體缺陷在實(shí)際晶體（如實(shí)際應(yīng)用的金屬材料）中存在晶體缺陷。3.晶體缺陷（Crystal Defect ）原子偏離規(guī)則排列的不完整性區(qū)域，稱為晶體缺陷。晶體缺陷不僅對(duì)金屬及合金的性能有重大影響，而且還在擴(kuò)散、相變、塑性變形和再結(jié)晶等過(guò)程中起重要作用。 晶體缺陷根據(jù)其幾何形態(tài)特征，有點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷等類別。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第

13、24頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 點(diǎn)缺陷（Point Defect） 在三維空間各方向上尺寸都很小，亦稱為零維缺陷。 點(diǎn)缺陷主要有空位、間隙原子、置換原子等。 空位（Vacancy）： 晶格中某個(gè)原子脫離了平衡位置而形成的空結(jié)點(diǎn)。 間隙原子（Interstitial Atom）： 晶格間隙中擠進(jìn)的原子。 置換原子（Substitutional Atom）： 外來(lái)的取代晶格正常陣點(diǎn)上的原子的異類原子。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第25頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三晶體中的點(diǎn)缺陷空位間隙原子置換原子第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬

14、的晶體結(jié)構(gòu)第26頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三點(diǎn)缺陷對(duì)晶格規(guī)律性的影響：點(diǎn)缺陷的存在，破壞了原子的平衡，造成晶格局部產(chǎn)生畸變。點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性能的影響：點(diǎn)缺陷提高材料的電阻率、硬度和強(qiáng)度，降低材料的塑性和韌性， 還使材料的密度發(fā)生變化。空位使晶格局部收縮間隙原子使晶格局部膨脹置換原子使晶格局部膨脹第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第27頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 線缺陷（Line Defect）在三維空間兩個(gè)方向上尺寸很小，亦稱為一維缺陷。線缺陷主要是位錯(cuò)。 位錯(cuò)（Dislocation）：位錯(cuò)是晶體中一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)

15、排現(xiàn)象。產(chǎn)生位錯(cuò)的主要原因是晶體內(nèi)部原子的局部滑移，根據(jù)局部滑移的方式不同，位錯(cuò)有刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)和由這兩種位錯(cuò)混合組成的混合位錯(cuò)等類型。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第28頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三E晶體中的刃型位錯(cuò)位錯(cuò)線（Dislocation Line）刃型位錯(cuò)（Edge Dislocation）：第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)多余半原子面（Extra Plane)第29頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)正刃型位錯(cuò)和負(fù)刃型位錯(cuò)：刃型位錯(cuò)的符號(hào)：正，負(fù) 。第30頁(yè)，共74

16、頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)螺型位錯(cuò)（Screw Dislocation）：晶體中的螺型位錯(cuò)第31頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三位錯(cuò)對(duì)晶體強(qiáng)度的影響位錯(cuò)對(duì)晶格規(guī)律性的影響： 在位錯(cuò)線附近，原子的錯(cuò)排使晶格發(fā)生畸變。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)位錯(cuò)對(duì)晶體性能的影響： 位錯(cuò)的存在可降低晶體的強(qiáng)度。 當(dāng)位錯(cuò)大量產(chǎn)生后，又可提高晶體 的強(qiáng)度，同時(shí)使晶體的塑性和韌性 降低。 注：位錯(cuò)密度指單位體積晶體 中位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度。第32頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1

17、 純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 面缺陷（Planar Defect）在三維空間一個(gè)方向上尺寸很小，另外兩個(gè)方向上尺寸較大。面缺陷主要有晶界、亞晶界、孿晶界、相界、表面等。 晶界（Grain Boundary）：晶界是晶粒與晶粒之間的界面。 亞晶界（Sub-grain Boundary）：晶粒內(nèi)部位向差很小(一般12)的小角度晶界。在晶粒內(nèi)部，原子的排列并非完整，在一些局部區(qū)域，晶格的位向存在差異。相對(duì)完整的部分稱亞晶粒，亞晶粒之間的界面就是亞晶界。 相界（Phase Boundary）：相與相之間的界面。第33頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三晶界示意圖亞晶界示意圖10 10 第二章

18、 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第34頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)不銹鋼中的晶界第35頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)Cu-Ni 合金中的亞結(jié)構(gòu)第36頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.1 純金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶界等面缺陷對(duì)晶格規(guī)律性的影響：晶界是不同位向晶粒之間的過(guò)渡層，原子排列較紊亂，處于無(wú)規(guī)則排列狀態(tài)，或位于兩種晶粒位向的折衷位置上。晶界等面缺陷對(duì)晶體性能的影響：晶界等面缺陷能同時(shí)提高晶體的強(qiáng)度和塑性。細(xì)化晶粒是

19、改善金屬力學(xué)性能的有效手段。第37頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二節(jié)合金的晶體結(jié)構(gòu)重要概念： 合金（Alloy） 由兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬組成的具有金屬特征 的物質(zhì)。 組元（Component） 組成合金最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)。 組元可以是元素，也可以是穩(wěn)定的化合物。 根據(jù)組元數(shù)，合金有單元合金、二元合金、三元合金、多元合金。 合金系（Alloy System） 由給定組元以不同的比例配制而成的一系列成分不同的合金，它 們構(gòu)成一個(gè)合金系統(tǒng)，即合金系。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)第38頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 舉

20、例： 碳鋼（Carbon Steel）：由鐵（Fe）和碳（C）所組成的合金。 Fe和C是合金的組元。 Fe、C含量不同的碳鋼同屬于鐵碳合金系。 有Fe和C兩個(gè)組元，屬于二元合金。 黃銅（Brass）：由銅（Cu）和鋅（Zn）所組成的合金。 Cu和Zn是合金的組元。 Cu、Zn含量不同的黃銅同屬于銅鋅合金系。 有Cu、Zn兩個(gè)組元，屬于二元合金。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)第39頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 相（Phase） 合金中具有同一原子聚集狀態(tài)、同一化學(xué)成分、同一結(jié)構(gòu)和性質(zhì)， 并以界面相互隔開的均勻組成部分。 合金可以由一種相組成，更多的是由幾種相

21、組成。 合金的性能與相的性質(zhì)、數(shù)量、大小、形態(tài)及分布密切相關(guān)。 顯微組織（Microscopic Structure）通過(guò)顯微鏡等所觀察到的材料的微觀形貌。合金組織是由不同性質(zhì)、數(shù)量、大小、形態(tài)及分布的各種相組成。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)第40頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三舉例：第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)顯微鏡下看到的鑄鐵的顯微組織石墨（一種固相）鐵素體（一種固相）第41頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)一、固溶體（Solid Solution）組成合金的組元在液態(tài)和固態(tài)下都互

22、相溶解，形成一種成分和性能均勻、晶體結(jié)構(gòu)與其中一個(gè)組元相同的固相，這種固相稱為固溶體。溶劑（Solvent）+溶質(zhì)（Solute）固溶體與固溶體晶格類型相同的組元其他組元（一般含量較少） 舉例:-Fe +C鐵素體固溶體（體心立方）溶劑（體心立方）溶質(zhì)（六方）第42頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)固溶體的分類： 根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占據(jù)的位置，可將固溶體分為： 置換固溶體和間隙固溶體。置換固溶體溶劑原子溶質(zhì)原子間隙固溶體溶劑原子溶質(zhì)原子第43頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三Cu (rCu=0.1276n

23、m) Ni (rNi=0.1244nm) Fe (rFe=0.1260nm) C (rC=0.0770nm) 白銅（銅鎳合金）結(jié)構(gòu)示意圖置換固溶體間隙固溶體第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)舉例：奧氏體結(jié)構(gòu)示意圖第44頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)固溶體的分類： 根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中分布是否有規(guī)律，可將固溶體分為： 有序固溶體和無(wú)序固溶體。Cu3Au的結(jié)構(gòu)示意圖CuAu的結(jié)構(gòu)示意圖CuAu舉例：第45頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)固溶體的分類： 根據(jù)溶質(zhì)

24、原子在溶劑晶格中的溶解度，可將固溶體分為： 有限固溶體和無(wú)限固溶體。 若溶質(zhì)與溶劑以任何比例都能互 溶，其溶解度達(dá)到100， 則稱為 無(wú)限固溶體，否則就是有限固溶體。 舉例： 銅鎳合金 Cu和Ni能按任何比例相互溶解而形成無(wú)限固溶體。溶解度（Solubility Limit）：在一定條件下，溶質(zhì)在固溶體中的極限濃度，又稱為固溶度（Solid Solubility）。第46頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)1.置換固溶體（Substitutional Solid Solution） 溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格的某些結(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體。

25、置換固溶體的形成特征：r溶劑 r溶質(zhì) （r：原子的半徑） 當(dāng)溶劑和溶質(zhì)的原子差別大于15%時(shí)，就很難形成置換固溶體。 影響置換固溶體溶解度的因素： 尺寸因素r溶劑與r溶質(zhì)相差越小，固溶度越大。 晶體結(jié)構(gòu)因素溶劑和溶質(zhì)具有相同的晶格類型，固溶度較大。 電負(fù)性因素溶劑和溶質(zhì)元素的電負(fù)性相差越小，固溶度越大。 電子濃度因素當(dāng)電子濃度達(dá)到極限值時(shí)，固溶度最大。電子濃度（Electron Concentration）：合金中各組成元素的價(jià)電子總數(shù)與原子總數(shù)的比值。第47頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu) 結(jié)論： 原子尺寸、晶體結(jié)構(gòu)、電負(fù)性和電

26、子濃度等四個(gè)因素均有利時(shí)，固溶體的溶解度越大，越有可能形成無(wú)限固溶體。 舉例： 銅鎳合金Cu (rCu=0.1276nm) Ni (rNi=0.1244nm) 銅鎳合金結(jié)構(gòu)示意圖Cu和Ni原子的半徑相差2.5%。Cu和Ni均為面心立方結(jié)構(gòu)（fcc）。Cu和Ni在元素周期表中相鄰，電負(fù)性相近。第48頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)2.間隙固溶體（Interstitial Solid Solution） 溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格中的間隙之中而形成的固溶體。 間隙固溶體的形成特征： r溶質(zhì) / r溶劑 0.59 碳(C)、氮(N)、氫(H)

27、、硼(B)、氧(O)等小原子容易進(jìn)入金屬元素的 晶格間隙中而形成間隙固溶體。 間隙固溶體的溶解度： 溶劑晶格的間隙有限，因此，間隙固溶體只能是有限固溶體，其溶 解度通常較小。第49頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)3.固溶體的性能 晶格畸變（Lattice Distortion）： 雖然溶質(zhì)原子很小，但仍較溶劑的晶格間隙大，當(dāng)它們?nèi)苋肴軇┚?格的間隙時(shí)，都會(huì)使溶劑晶格產(chǎn)生畸變，點(diǎn)陣常數(shù)增大，畸變能升高。 固溶強(qiáng)化（Solution Strengthening）： 通過(guò)溶入溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象， 稱為固溶強(qiáng)

28、化。 機(jī)理：無(wú)論是置換固溶體還是間隙固溶體，均會(huì)造成晶格畸變。晶格畸變將增大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬滑移變形變得更加困難，變形 抗力增大，從而引起固溶體的硬度和強(qiáng)度升高，而塑性和韌性降低。第50頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中產(chǎn)生晶格畸變：溶質(zhì)原子溶入晶格間隙中溶質(zhì)原子替換溶劑原子溶質(zhì)原子替換溶劑原子第51頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)二、金屬化合物（Intermetallic Compound）金屬化合物是合金組元間相互作用所形成的一種晶格類型

29、及性能均不同于任一組元的合金固相。又稱為金屬間化合物、中間相。1.正常價(jià)化合物（Normal-valence Compound）正常價(jià)化合物是指那些嚴(yán)格遵守化合價(jià)規(guī)律的金屬化合物。 舉例：Mg2Pb、Mg2Si、Mg2Sn、MnS 等。2.電子化合物（Electron Compound）電子化合物是指那些不遵守一般的化合價(jià)規(guī)律，但服從電子濃度規(guī)律的金屬化合物。 舉例：CuZn、FeAl、NiAl、Cu5Zn8、CuZn3 等。第52頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)3.間隙化合物（Interstitial Compound）間隙化合

30、物是由過(guò)渡族金屬（如Fe、Cr、Mn 、 Mo、W、V等）與原子直徑較小的非金屬元素（C、N、H、B等）所形成的金屬化合物。 間隙相（Interstitial Phase） 當(dāng)非金屬元素原子半徑與金屬元素原子半徑之比小于0.59時(shí)，形成的具有簡(jiǎn)單晶格的間隙化合物，稱為間隙相。 舉例：VC、TiC、WC、NbC、TiN、Mo2N、Fe4N 等。 間隙化合物（Interstitial Compound） 當(dāng)非金屬元素原子半徑與金屬元素原子半徑之比大于0.59時(shí)，形成的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。 舉例： Fe3C、Cr23C6、Cr7C3、Mn3C 等。第53頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，2

31、0點(diǎn)8分，星期三間隙相VC的晶體結(jié)構(gòu)間隙化合物Fe3C 的晶體結(jié)構(gòu)第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)第54頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)4.金屬化合物的性能特點(diǎn)具有一定程度的金屬性質(zhì)。具有較高的熔點(diǎn)。具有較高的硬度。具有較大的脆性。機(jī)械混合物（Mechanical Mixture）：絕大多數(shù)的工業(yè)合金，其組織均為固溶體與少量金屬化合物所構(gòu)成的 機(jī)械混合物。合金的性能就取決于它們的性質(zhì)、形態(tài)、大小、數(shù)量等。分析：合金僅由金屬化合物組成，雖然有很高的硬度，但脆性太大， 無(wú)法應(yīng)用。合金僅由固溶體組成，則往往強(qiáng)度、硬度等不夠高，使

32、用受 到一定限制。第55頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三小結(jié)：兩類合金相固溶體和金屬化合物的比較：晶體結(jié)構(gòu)： 固溶體的晶體結(jié)構(gòu)特征：與組元之一的溶劑的晶體結(jié)構(gòu)相同。 金屬化合物的晶體結(jié)構(gòu)特征：與任一組元的晶體結(jié)構(gòu)都不相同，而是一種新的結(jié)構(gòu)。性能： 固溶體的性能特點(diǎn)：強(qiáng)度和硬度較低、塑性和韌性較高。 金屬化合物的性能特點(diǎn)：熔點(diǎn)和硬度較高、脆性較大。在合金中的作用： 固溶體通常作為合金的基體。 金屬化合物通常作為合金中的強(qiáng)化相。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.2 合金的晶體結(jié)構(gòu)第56頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三第三節(jié)高分子聚合物的結(jié)構(gòu)一、高分子材料的基本概

33、念1.高分子化合物（Macromolecular Compound）由一種或多種簡(jiǎn)單低分子化合物聚合而成的相對(duì)分子質(zhì)量很大的化合物稱為高分子化合物。又稱聚合物（Polymer）、高聚物（High Polymer）。 許多化合物的分子量比較小，可以稱作低分子： 水（H2O）：18石英（Si2O）：60 高分子化合物相對(duì)分子質(zhì)量很多在5000以上： 聚苯乙烯（PS）：10000300000 聚氯乙烯（PVC）：20000160000第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.3 高分子聚合物的結(jié)構(gòu)第57頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 高分子化合物一般以某些簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單

34、元重復(fù)連接而成。 舉例： 聚乙烯： 聚氯乙烯：CH2CH2乙烯 CH2CH2CH2CH2 CH2CH2CH2CH2nCH2CH2nClCH2CHnCH2 CHnCl氯乙烯大分子鏈聚乙烯第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.3 高分子聚合物的結(jié)構(gòu)第58頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三幾個(gè)重要名詞： 單體（Monomer） 組成聚合物的簡(jiǎn)單低分子化合物。 鏈節(jié)（Monomer Unit） 大分子鏈中的重復(fù)單元。 聚合度（n）（Degree of Polymerization） 一條高分子鏈中所含有的鏈節(jié)數(shù)目。 舉例：第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.3 高分子聚合物的結(jié)構(gòu)CH2CH2nCH2CH2n單

35、體鏈節(jié)聚合度第59頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 2.高分子材料的分類 按來(lái)源分類 按用途分類天然高分子材料（如橡膠）人工合成高分子材料（如塑料、尼龍）高分子材料橡膠（具有高彈性的物質(zhì)）塑料（具有可塑性的物質(zhì)）纖維（具有柔韌、纖細(xì)特性的物質(zhì)）第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.3 高分子聚合物的結(jié)構(gòu)高分子材料第60頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 按熱性能分類 按結(jié)構(gòu)分類高分子材料熱塑性聚合物熱固性聚合物高分子材料聚合物的主鏈碳鏈聚合物雜鏈聚合物聚合物的分子結(jié)構(gòu)元素聚合物線型分子結(jié)構(gòu)（直鏈）支鏈型分子結(jié)構(gòu)（主鏈之間不連接）體型分子結(jié)構(gòu)（主鏈之間連接）第二章

36、材料的結(jié)構(gòu)2.3 高分子聚合物的結(jié)構(gòu)第61頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 3.高分子材料的命名 習(xí)慣命名法 在原料單體名稱前加“聚”字。 舉例：聚乙烯、聚氯乙烯。 專用名稱命名法 以專用名稱命名。 舉例：纖維素、蛋白、淀粉。均聚物（Homopolymer）：由一種單體合成的聚合物。共聚物（Copolymer） ：由兩種或多種單體合成的聚合物。第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.3 高分子聚合物的結(jié)構(gòu)第62頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 商品名稱命名法 以商品名稱作為聚合物的名稱。 舉例： 類比：第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.3 高分子聚合物的結(jié)構(gòu)聚合物商品名稱聚己

37、內(nèi)酰胺尼龍、錦綸、卡普隆聚乙烯醇縮甲醛維尼綸聚丙烯腈腈綸、奧綸聚對(duì)苯二甲酸乙二酯滌綸、的確良聚甲基丙烯酸甲酯有機(jī)玻璃藥名藥品商標(biāo)多潘立酮嗎丁啉頭孢呋辛酯西力欣第63頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三二、高分子鏈的化學(xué)組成1.碳鏈高分子 主鏈由碳原子一種元素組成： CCCCCC 舉例： 乙烯基高分子：HRCHCH官能團(tuán)（Functional Group）側(cè)基（Side Group）RH：聚乙烯RCl：聚氯乙烯ROH：聚乙烯醇RCH3：聚丙烯第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.3 高分子聚合物的結(jié)構(gòu)第64頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 2.雜鏈高分子 主鏈除碳外，

38、還有其他元素： CCOCC CCHCC CCSCC 舉例：聚酯： 3.元素有機(jī)高分子 主鏈由氧和其他元素組成： OSiOSiOOCOCONH第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.3 高分子聚合物的結(jié)構(gòu)尼龍：第65頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三三、高分子鏈的結(jié)構(gòu)1.鍵接方式 均聚物的連接方式： 頭尾頭尾 頭尾尾頭 共聚物的連接方式： 無(wú)規(guī)共聚： ABBABAAABB 交替共聚： ABABABABAB 嵌段共聚： AAAABBBBAA 接枝共聚： ClCH2CH頭尾AAAAAAAAAA B B BBBBB第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.3 高分子聚合物的結(jié)構(gòu)第66頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20

39、日，20點(diǎn)8分，星期三2.空間構(gòu)型 根據(jù)官能團(tuán)所處位置不同，有不同的立體構(gòu)型。全同立構(gòu)（a）間同立構(gòu)（b）無(wú)規(guī)立構(gòu)（c）官能團(tuán)R全部位于主鏈的同一側(cè)官能團(tuán)R相間地分布在主鏈的兩側(cè)官能團(tuán)R在主鏈的兩側(cè)作不規(guī)則的分布（a）（b）（c）第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.3 高分子聚合物的結(jié)構(gòu)第67頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三 3.高分子鏈的幾何形狀 線型分子結(jié)構(gòu)：由許多鏈節(jié)組成的長(zhǎng)鏈，通常卷曲成線團(tuán)狀。特點(diǎn)：彈性、塑性好，硬度低。屬熱塑性高聚物。如聚乙烯、聚氯乙烯。 支鏈型分子結(jié)構(gòu)：在主鏈上帶有支鏈。特點(diǎn)：性能和加工接近于線型分子結(jié)構(gòu)。屬熱塑性高聚物。 體型分子結(jié)構(gòu)：分子鏈之間有許多鏈節(jié)互相交聯(lián)，呈三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：硬度高，脆性大，無(wú)彈性和塑性。屬熱固性高聚物。如酚醛樹脂、 環(huán)氧樹脂。高分子鏈的幾何形狀第二章 材料的結(jié)構(gòu)2.3 高分子聚合物的結(jié)構(gòu)第68頁(yè)，共74頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)8分，星期三高聚物的晶區(qū)和非晶區(qū)結(jié)晶區(qū)非晶區(qū) 四、高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)包括結(jié)晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)和取向結(jié)構(gòu)。結(jié)晶高聚物的