材料化學(xué)第二章

1、材料化學(xué)第二章第1頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 材料通常是由原子或分子結(jié)合而成的，也可以說是由物質(zhì)組成的，而物質(zhì)是由一種或一種以上的元素組成的。按原子或分子的結(jié)合及其在空間排列的不同，材料的組成可分成固溶體、聚集體和復(fù)合體三大類。 2.1 材料的組成第2頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四組元、相和組織 a組成材料最基本、獨(dú)立的物質(zhì)稱為材料的組元（或稱組分）。 b材料中具有相同的化學(xué)成分并且結(jié)構(gòu)相同的均勻部分叫做相。一個(gè)相必須在物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)上都是完全均勻的。 c材料內(nèi)部的微觀形貌稱為材料的組織。它實(shí)際上是指由各個(gè)晶?；蚋鞣N相所形成的圖案。 在不

2、同條件下，材料的組織又可以分為微觀組織 (結(jié)構(gòu)) 和宏觀組織。 2.1.1 材料組元的結(jié)合形式第3頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四表2-1 材料組織的分類第4頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 兩種以上的原子或分子溶合在一起時(shí)的狀態(tài)統(tǒng)稱為溶體。 溶體一般是原子或分子的均勻混合物，不是化合物。液態(tài)溶體稱為溶液；固態(tài)溶體，即溶質(zhì)組元溶入溶劑組元的主晶格中所形成的單相固體稱固溶體。按溶質(zhì)在溶劑中的位置不同，固溶體可分為： 置換型（取代型）固溶體：溶劑A晶格中的原子被溶質(zhì)B的原子所取代形成的固溶體（A與B的原子大小大致相同）； 填充型（間隙型）固溶體：溶劑A晶

3、格間隙內(nèi)由B的原子填入所形成的固溶體（B原子要比A原子小）。固溶體第5頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 由無數(shù)原子或晶粒聚集而成的固體稱為聚集體。一般的材料都是宏觀上的聚集體。其中有的是晶粒間呈連續(xù)變化牢固地結(jié)合在一起（如合金或固溶體）；有的是晶粒間的結(jié)合較微弱（如花崗石等）聚集體第6頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 復(fù)合體（復(fù)合材料）是指由兩種及兩種以上的不同材料通過一定的方式復(fù)合而構(gòu)成的新型材料。各相之間存在明顯的界面。復(fù)合材料中各相不但保持各自的固有特性，而且可最大限度發(fā)揮各種材料相的特性，并賦予單一材料所不具備的優(yōu)良特殊性能。 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)

4、通常是一個(gè)相為連續(xù)相，稱為基體材料，而另一個(gè)相是不連續(xù)相的，以獨(dú)立的形態(tài)分布在連續(xù)相中，也稱為分散相。與連續(xù)相相比，分散相的性能優(yōu)越，會(huì)使材料的性能得到明顯的增強(qiáng)，故常稱為增強(qiáng)材料。 復(fù)合體第7頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四金屬材料的化學(xué)組成 金屬材料是以純金屬和以金屬為基所構(gòu)成的合金。A單質(zhì)金屬：黑色金屬（Fe、Co、Ni）B金屬合金：由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金 屬元素構(gòu)成的具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)叫金屬合金。2.1.2 材料的化學(xué)組成第8頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 無機(jī)非金屬材料包括陶瓷、耐火材料、黏土制品、搪瓷、玻璃和水泥等。 在

5、許多西方國家，陶瓷實(shí)際上是各種無機(jī)非金屬材料的通稱。同金屬材料、高分子材料并稱為現(xiàn)代工程材料的三大柱。 從化學(xué)角度看，無機(jī)非金屬材料都是由金屬元素和非金屬元素的化合物配合料經(jīng)一定工藝過程制得的。通常由金屬氧化物、非金屬氧化物、氫氧化物、碳化物、氮化物等以不同的方式組合而成的?；瘜W(xué)組分幾乎涉及到元素周期表中的所有元素。無機(jī)非金屬材料的化學(xué)組成第9頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 高分子材料的化學(xué)組成 高分子材料是以高分子化合物（亦稱高聚物、聚合物、樹脂）為主要組分的材料。 高分子化合物主要是指相對分子量特別大的有機(jī)物，分子量一般在104以上；另一個(gè)特點(diǎn)是其鏈中不含離子鍵和金

6、屬鍵。 高分子材料按來源分為天然高分子材料、合成高分子材料。 高分子化合物一般由一種或幾種簡單的低分子化合物（單體和鏈節(jié)）聚合而成。一個(gè)高分子化合物中重復(fù)單元的數(shù)目n 叫做鏈節(jié)數(shù)，又稱為聚合度。 高分子材料按功能分為通用高分子材料、特殊高分子材料、功能高分子和仿生高分子材料（高分子引發(fā)劑、模擬酶等）。第10頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四2.2.1 材料的結(jié)構(gòu)及其層次 材料的內(nèi)部因素一般包括物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)。 所謂結(jié)構(gòu)是指材料系統(tǒng)內(nèi)各組分之間的相互聯(lián)系和相互作用方式。 材料的結(jié)構(gòu)從形式上講，包括晶體結(jié)構(gòu)、非晶體結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)及它們不同形式且錯(cuò)綜復(fù)雜的組合和復(fù)合；從尺寸上講，

7、可分為微觀結(jié)構(gòu)、亞微觀結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)四個(gè)層次。2.2 材料的結(jié)構(gòu)第11頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四表2-2 材料結(jié)構(gòu)層次的劃分及所用觀察設(shè)備第12頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 儀器分析按信息形式分為圖象分析法和非圖象分析法。按工作原理前者主要是顯微術(shù)，后者主要是衍射法和成分譜分析。顯微術(shù)和衍射法基于物理方法，其工作原理是以電磁波（可見光、電子、離子和X-射線等）轟擊樣品激發(fā)產(chǎn)生特征物理信息，這些信息包括電磁波的透射信息、反射信息和吸收信息。將這些信息收集并加以分析從而確定物相組成和結(jié)構(gòu)特征。2.2.2 材料的研究方法第13頁，共76

8、頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四2.2.2 材料的研究方法第14頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 材料中的化學(xué)鍵有金屬鍵、離子鍵、共價(jià)鍵（配位鍵）、氫鍵和范德華力。實(shí)際上有的材料并不是由單一的化學(xué)鍵組成，可同時(shí)兼有幾種鍵。 金屬材料：金屬鍵； 無機(jī)非金屬材料：離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵的雜交； 高分子材料：共價(jià)鍵、氫鍵和范德華力。2.2.3 材料中的化學(xué)鍵合第15頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 A晶體的基本特征：規(guī)則的幾何構(gòu)型、固定的熔點(diǎn)、各向異性。 B七大晶系：立方（3）、四方（2）、三方（1）、單斜（2）、三斜（1）、六方（1）、正交（

9、4）。 C晶體結(jié)構(gòu)的不完整性 a雜原子與固溶體：雜質(zhì)原子與主晶體原子形成固溶體（置換和填隙） b點(diǎn)缺陷：弗倫克爾缺陷和肖特基缺陷 c線缺陷 d面缺陷 2.2.4 晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第16頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 2.2.4 晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第17頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 金屬材料的結(jié)構(gòu)：體心立方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)、緊密堆積六方結(jié)構(gòu)、金剛石結(jié)構(gòu)無機(jī)非金屬材料的結(jié)構(gòu)： 金剛石結(jié)構(gòu)（硅、二氧化硅等） 硅酸鹽結(jié)構(gòu)：以SiO4為單元組成鏈狀、層狀、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu). 玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)：玻璃可以看成是處在過冷狀態(tài)的一種粘度極高的流體，整個(gè)結(jié)構(gòu)不具有晶體的規(guī)則排列。特點(diǎn)是

10、原子排列近程有序、遠(yuǎn)程無序。鍵型有離子鍵、共價(jià)鍵。2.2.5 材料的結(jié)構(gòu)第18頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 高分子化合物是由大量重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元連接而成。高分子材料的結(jié)構(gòu)包括高分子鏈的結(jié)構(gòu)及聚集態(tài)的結(jié)構(gòu)。 a單體：構(gòu)成高聚物的最基本的組成單元； b鏈狀結(jié)構(gòu)：許多高分子是由多價(jià)原子彼此以共價(jià)鍵結(jié)合而成的長鏈狀分子。它可以由一種（均聚物）或多種（共聚物）結(jié)構(gòu)單元組成。熱塑性材料?？煞磸?fù)加工。 c交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)：三維空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。不溶于任何溶劑（僅有一些溶脹），熱固性材料，不能反復(fù)加工使用。 d聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：大分子與大分子之間的相互作用和幾何排列等。是范德華力和氫鍵。包括：非晶

11、態(tài)結(jié)構(gòu)和晶態(tài)結(jié)構(gòu)。 高分子材料的結(jié)構(gòu)第19頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 復(fù)合材料可定義為由兩種或兩種以上獨(dú)立的物理相組合而成。包括粘結(jié)材料（基體）和粒料，纖維晶須或片狀材料所組成的一種固體產(chǎn)物。復(fù)合材料的組織是具有單一組織所不具備的特征復(fù)相組織?？梢允且粋€(gè)連續(xù)的物理相與一個(gè)分散相的復(fù)合。也可以是兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)相與一個(gè)或多個(gè)分散相在兩個(gè)連續(xù)相中復(fù)合的材料。可以組成零維、一維、二維或三維的各類復(fù)合材料。復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)模式第20頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四零維(富勒烯)一維(碳納米管）二維(石墨烯) (單層石墨)三維(金剛石）第21頁，共76頁，2

12、022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 材料的性能是一種參量，用于表征材料在給定外界條件下的行為，它是材料微觀結(jié)構(gòu)特征的宏觀反映。 無機(jī)非金屬材料：是由離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合而成。其性能一般是晶態(tài)或非晶態(tài)的、堅(jiān)硬、耐熱、多數(shù)絕緣。部分有導(dǎo)電性，脆性大，韌性差，但一般都有較好的光學(xué)性能。 金屬材料：由金屬鍵結(jié)合而成。晶態(tài)、延展性好、不透明、高斷裂韌性、電和熱的良導(dǎo)體、一般不透明。 高分子材料：由共價(jià)鍵和范德華力結(jié)合而成。一般是非晶態(tài)（少量區(qū)域晶態(tài)）、較軟、質(zhì)輕、強(qiáng)度較低、中等韌性、易加工，電、熱絕緣。2.3 材料的性能第22頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 材料化學(xué)性能是指材料

13、抵抗各種介質(zhì)作用的能力。包括溶解性、耐腐蝕性、抗?jié)B透性、抗氧化性、催化性、離子交換性能等。 A金屬材料的化學(xué)穩(wěn)定性：對周圍介質(zhì)侵蝕的抵抗能力。主要是耐腐蝕性，包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 B無機(jī)非金屬材料的化學(xué)穩(wěn)定性：具有良好的抗腐蝕能力。但陶瓷材料使用中常遇到氣體腐蝕問題。 C高分子材料的化學(xué)穩(wěn)定性：具有良好的抗腐蝕能力。但高分子材料存在老化。 2.3.1 化學(xué)性能第23頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四A強(qiáng)度與塑性 強(qiáng)度是指在載荷作用下抵抗明顯的塑性形變或破壞的最大能力。強(qiáng)度可分為：壓縮強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等。 塑性是指在載荷作用下，應(yīng)力超過屈服點(diǎn)

14、后能產(chǎn)生顯著的殘余變形不即行斷裂的性質(zhì)。屈服強(qiáng)度是指材料在外力作用下發(fā)生塑性變形的最小應(yīng)力。 彈性與剛度：材料在載荷作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)載荷除去后能恢復(fù)原狀的能力稱為彈性；剛度則是指材料在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。B硬度 材料抵抗其它較硬物體壓入表面的能力。2.3.2 力學(xué)性能第24頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四2.3.2 力學(xué)性能C斷裂與韌性 斷裂是由于原子間的化學(xué)鍵斷裂引起的，分為脆性斷裂和韌性斷裂 韌性是指材料抵抗裂紋萌生與擴(kuò)展的能力。D疲勞特性與耐磨性 材料在受到拉伸、壓縮、彎曲、扭曲或這些外力的組合反復(fù)作用時(shí)，應(yīng)力的振幅超過某一限度即會(huì)導(dǎo)致材料的斷裂，這一限

15、度稱為疲勞極限。 疲勞壽命指在某一特定壓力下，材料發(fā)生疲勞斷裂前循環(huán)數(shù)，它反映了材料抵抗產(chǎn)生裂縫的能力。 材料對磨損的抵抗能力稱為材料的耐磨性，可用磨損量表示。一般條件下磨損量越小，材料的耐模性越高。第25頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 包括熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱電勢等 A熱容：1mol 物質(zhì)溫度升高1K所吸收的熱量，單位：Jmol-1K-1 B熱膨脹：是物質(zhì)熱脹冷縮（有的相反）的特性參數(shù)，用膨脹系數(shù)表示。 C熱傳導(dǎo)：由于材料相鄰部分間的溫差而發(fā)生的能量遷移。由高溫物體遷移至低溫物體。 熱傳導(dǎo)的機(jī)制：自由電子的傳導(dǎo)（金屬）、晶格振動(dòng)的傳導(dǎo)(晶體)、分子或鏈段的

16、傳導(dǎo)(高分子材料)。 D耐熱性 材料的熔點(diǎn)反映了材料的耐熱性。熔點(diǎn)越高，熔融熱焓越大，耐熱性越好。2.3.3 熱性能第26頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 A導(dǎo)電性能：用電阻率或電導(dǎo)率表示：R=（L/S）=1/ 根據(jù)電阻率的大小，將材料可分為超導(dǎo)體(=0)、導(dǎo)體（=10-810-5）、半導(dǎo)體（=10-5107）和絕緣 體（=1071020） B介電性能 電子材料有：導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體、介電體。 介電性能主要包括介電常數(shù)、介電損耗、介電強(qiáng)度介電材料的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在較大的能隙，所以它們具有高的電阻率。 產(chǎn)生介電作用的原因是電荷的偏移，或稱極化。2.3.4 電性能第27頁

17、，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 C鐵電性 介電常數(shù)大的物質(zhì)，如BaTiO3，當(dāng)電場增強(qiáng)時(shí)，極化程度開始增大，接著突然增大，在電場強(qiáng)度很大時(shí)增加的速度又減小而趨向于極限。除去電場后剩余一部分極化狀態(tài)，必須加上相反的電場才能完全消除極化狀態(tài)， 即出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。與鐵磁體類似，因而稱為鐵電性。 在較強(qiáng)的交變電場作用下，鐵電體的極化強(qiáng)度P隨外電場呈非線性變化,而且在一定的溫度范圍內(nèi)，P表現(xiàn)為電場E的雙值函數(shù)，呈現(xiàn)出滯后現(xiàn)象，這個(gè)PE回線就稱為電滯回線 2.3.4 電性能第28頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四2.3.4 電性能第29頁，共76頁，2022年，5月

18、20日，4點(diǎn)8分，星期四D壓電性 對某些材料施壓力，材料的晶體內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，可測出電壓。如果放在電場中，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，這種具有使機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。由于形變而產(chǎn)生壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)，對材料施加電壓而產(chǎn)生形變時(shí)，稱為逆壓電效應(yīng)。2.3.4 電性能第30頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四（1）光的透射、吸收、反射和散射（2）熒光性 一種物質(zhì)在吸收電能或光能后，通過電子躍遷，再釋放出光的現(xiàn)象。許多稀土化合物本身就是熒光體，一般需要激活劑光或熱或化學(xué)物質(zhì)。（3）非線性光學(xué)性能 事實(shí)上，介質(zhì)在光場中極化時(shí)，極化強(qiáng)度P 并不與 光波電場E 成正比, 尤其當(dāng)光強(qiáng)較大

19、時(shí)更是如此, 這時(shí)稱 介質(zhì)產(chǎn)生了非線性極化 。2.3.5 光學(xué)性能第31頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 物質(zhì)磁性可分為： 抗磁性：使磁場減弱； 順磁性：使磁場略有增強(qiáng)； 鐵磁性及亞鐵磁性：使磁場強(qiáng)烈增強(qiáng)。 材料的磁性取決于電子的自旋磁矩以及軌道的運(yùn)動(dòng)磁矩，用磁導(dǎo)率或磁化率表示。 抗磁性是某些材料放入磁場內(nèi)，沿磁場的反方向被磁場微弱磁化，當(dāng)撤去外磁場后，磁化呈可逆消失的現(xiàn)象； 順磁性材料放入磁場內(nèi)，沿磁場的方向被磁場微弱磁化，而當(dāng)撤去外磁場后，磁化可逆消失的性質(zhì)。順磁性物質(zhì)不能被磁場吸引； 2.3.6 磁學(xué)性能第32頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四

20、鐵磁性是一種材料的磁導(dǎo)率非常大，能沿磁場方向被強(qiáng)烈磁化的性質(zhì)，這是因?yàn)殍F磁質(zhì)放入到磁場時(shí)，磁矩平行于磁場方向排列，形成了自發(fā)磁化。 鐵磁性物質(zhì)又分硬磁性物質(zhì)、軟磁性物質(zhì)。 亞鐵磁性是一種材料中部分陽離子的原子磁矩與磁場反向平行，而另一部分則平行取向所致的磁性行為，亞鐵磁性常出現(xiàn)在一些氧化物材料，特別是鐵氧體。MOFe2O3、 MFe12O19等。2.3.6 磁學(xué)性能第33頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四2.3.6 磁學(xué)性能第34頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 材料的制備方法主要涉及到原料的選用與合成和制備工藝流程與方法兩方面的內(nèi)容。另外，選用合適的

21、設(shè)備，也是制備優(yōu)良材料的關(guān)鍵之一。2.4 材料的制備方法第35頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 原材料的選用與合成是材料制備的一個(gè)重要環(huán)節(jié). 原材料包括天然材料和化工原料。 天然材料：天然礦物巖石與動(dòng)植物原料 化工原料（人工合成原料）：采用化學(xué)或物理方法將天然原料加工，又分為無機(jī)化工原料和有機(jī)化工原料。 在選擇原料時(shí)，除了考慮化學(xué)組成，純度，顆粒度等主要因素外，成本也必須考慮。天然原料雜質(zhì)較多，但價(jià)格低；人工合成原料純度較高，但價(jià)格也高。2.4.1 原料的選用與合成第36頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 金屬礦：如鐵礦石、鋁土礦、方鉛礦、黃銅礦等。

22、天然硅酸鹽礦物：石英砂、砂巖、石灰石、長石、粘土等。 合成高分子化合物的基本原料：石油、天然氣，煤，化石以及某些農(nóng)副產(chǎn)品等。 天然礦物原料第37頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 礦石的開采和還原 礦物是指地殼中的化學(xué)元素，經(jīng)過各種地質(zhì)作用形成的，并在一定條件下相對穩(wěn)定的單質(zhì)或化合物。是組成礦石和巖石的基本單元。 選礦方法有： 重選法、浮選法、 磁選法。 天然礦物原料第38頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 可當(dāng)材料使用的天然礦物：石棉（不可燃的天然纖維）云母和頁巖（可撕成薄片），天然巖石（砂巖、花崗巖、大理石等），藍(lán)寶石，紅寶石和金剛石等。天然的材料：

23、木材，天然橡膠，天然纖維。 天然礦物原料第39頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 粘土類：主要成分是SiO2、Al2O3及H2O，還含有Na2O、 K2O、CaO、MgO及有色氧化物Fe2O3、TiO2等。 石英類：主要成分是SiO2， 少量雜質(zhì)，主要形態(tài)有水晶 （最純）、脈石英、砂巖、石英砂、硅藻土、燧 石、硅石等。 長石類：主要是不含水的堿金屬和A的鋁硅酸鹽。鉀長 石，鈣長石，鈉長石，鋇長石 碳酸鹽類：白云石、方解石、菱鎂石、石灰石、硅質(zhì)、灰 巖、白堊和貝殼等。 其他原料：滑石、蛇紋石、硅灰石、透輝石、透閃石、骨 灰、磷灰石和 螢石等。硅酸鹽礦物原料第40頁，共76頁，

24、2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 常見的工業(yè)廢渣有：粉煤灰，石煤，爐渣，鋁渣，電石渣，糖濾泥，磷礦渣，螢石礦渣，碎玻璃，其他。工業(yè)廢渣的利用第41頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四（1）氧化物原料 單一氧化物和復(fù)合氧化物（2）非氧化物原料 類金屬難熔化合物、非金屬難熔化合物和金屬互化物.（3）其他化工原料：碳酸鋇、碳酸鍶、稀土氧化物及其鹽等。無機(jī)合成原料第42頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四（1）天然纖維：植物纖維、動(dòng)物纖維、礦物纖維（2）天然樹脂：由植物或動(dòng)物的分泌物再加工而 成，包括松香、蟲膠、火漆、琥珀等。（3）天然橡膠：異戊二烯聚合物（

25、4）生物膠 植物膠：阿拉伯樹膠、山達(dá)膠、桃膠、淀粉等； 動(dòng)物膠：蟲膠、魚膠、蛋白質(zhì)、明膠等。天然高分子化合物第43頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 合成高分子化合物主要指合成樹脂、合成橡膠和合成纖維三大類，還包括粘合劑、涂料及功能性高分子。 高分子材料的單體可以從煤、石油、天然氣和農(nóng)副產(chǎn)品中制取。 塑料的原料是合成樹脂和助劑。助劑包括穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、增塑劑、填料以及防靜電劑、抗老化劑和防霉劑等。 合成橡膠制品和合成橡膠和助劑。助劑包括補(bǔ)強(qiáng)劑、填充劑、硫化劑、硫化促進(jìn)劑、助促進(jìn)劑、防老化劑、軟化劑和著色劑等。 合成纖維制品包括合成纖維和助劑。助劑包括消光劑、防靜電劑

26、和溶劑等。有機(jī)合成原料第44頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 合成高分子化合物的主要原料叫單體。A石油化工路線 石腦油裂解生成芳烴、低碳烴和裂解汽油等 以石油合成的基本有機(jī)原料為基礎(chǔ)合成的單體和高分子化合物（1）生產(chǎn)單體的原料路線第45頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 合成高分子化合物的主要原料叫單體。A石油化工路線（a) 石腦油裂解生成芳烴、低碳烴和裂解汽油等 以石油合成的基本有機(jī)原料為基礎(chǔ)合成的單體和高分子化合物（1）生產(chǎn)單體的原料路線第46頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四第47頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分

27、，星期四（1）生產(chǎn)單體的原料路線 B.以石油合成的基本有機(jī)原料（乙烯、丙烯、丁二烯等）為基礎(chǔ)合成的單體和高分子化合物第48頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四第49頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四第50頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四B煤炭原料路線 煤通過干餾得到煤氣、焦碳和煤焦油（1）生產(chǎn)單體的原料路線第51頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四第52頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四第53頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四C其它原料路線 從植物和農(nóng)副產(chǎn)品中得到合成高分子的單

28、體原料a淀粉、b糠醛、c糠醇、d木糖和木糖醇、e羧甲基纖維素、f人造棉、g甲殼素和殼聚糖、（1）生產(chǎn)單體的原料路線第54頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 加聚反應(yīng)：自由基型(活性中心為自由基)和離子型聚合。 單體通過加成聚合反應(yīng)形成的產(chǎn)物稱為加聚物。A加聚反應(yīng)的原理：鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止和鏈轉(zhuǎn)移.B加聚反應(yīng)的分類：均聚和共聚C加聚反應(yīng)的特點(diǎn) a.加聚反應(yīng)的單體一般都具有不飽和結(jié)構(gòu)或環(huán)狀結(jié)構(gòu)。 b.加聚反應(yīng)屬于連鎖反應(yīng)，生成的高分子的相對分子量與時(shí)間無關(guān)，單體的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間而增加。 c.高聚物的鏈節(jié)與單體具有相同的化學(xué)組成。 d.加聚反應(yīng)過程中無小分子副產(chǎn)物生成。（2）高

29、分子化合物的合成第55頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 縮聚反應(yīng)(縮合聚合反應(yīng))：由具有兩個(gè)以上官能團(tuán)的低分子化合物聚合成高分子化合物，同時(shí)析出小分子物質(zhì)A分類：均縮聚、混縮聚和共縮聚。a.均縮聚：含兩種及以上官能團(tuán)的一種單體進(jìn)行的縮聚反應(yīng)。b.混縮聚：又叫雜縮聚。兩種不同單體分子間的縮聚反應(yīng)。c.共縮聚：在均縮聚或混縮聚中加入其它種類的單體。B特點(diǎn)：a.單體含兩個(gè)以上的官能團(tuán)。b.可逆逐步反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率與時(shí)間無關(guān)，M 與t有關(guān)。c.鏈節(jié)的化學(xué)組成與單體的不相同。d.伴有小分子副產(chǎn)物析出。（2）高分子化合物的合成第56頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四（

30、一）氣相法 (物理氣相法、化學(xué)氣相法)（1）物理氣相沉積法（PVD）：利用電弧、高壓電場或等離子體等高溫源將物料加熱到高溫使之氣化或形成等離子體，然后通過驟冷，使之凝聚成各種形態(tài)的材料 PVD法包括三個(gè)步驟： a.蒸發(fā)、升華或用陰極濺射等方法產(chǎn)生蒸氣； b.減小大氣壓強(qiáng)而使之氣化，材料從供給源轉(zhuǎn)移到襯底； c.凝結(jié)發(fā)生在襯底上，通過異相成核作用和膜生長形成一種沉積膜。 PVD法制備單一氧化物、復(fù)合氧化物、碳化物，特別適用于用液相法或固相法難以直接合成的非氧化物系列(合金、氮化物、碳化物等)的超細(xì)粉。2.4.2 制造工藝過程及方法第57頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四2.4

31、.2 制造工藝過程及方法第58頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四（2）化學(xué)氣相沉積法（CVD）：利用氣相反應(yīng)制備材料的重要合成方法。 CVD原理：涉及反應(yīng)化學(xué)、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、轉(zhuǎn)移機(jī)理、膜生長現(xiàn)象和反應(yīng)工程。a.反應(yīng)類型：熱分解反應(yīng)(制備外延生長薄膜、多晶硅薄膜等)b.化學(xué)合成反應(yīng)：兩種或兩種以上氣體之間的相互反應(yīng)。 CVD的工藝流程與設(shè)備 影響CVD的參數(shù)：反應(yīng)體系成分、氣體的組成、壓力和溫度等。2.4.2 制造工藝過程及方法第59頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四 CVD法的特點(diǎn)：合成溫度低（低于材料熔點(diǎn)）、組分可調(diào)、控制晶體結(jié)構(gòu)沿特定方向排列、控制

32、材料的形態(tài)、不需燒結(jié)助劑、合成高純高密度材料、控制晶粒大?。ㄗ钚】蛇_(dá)0.1nm）；制備復(fù)雜形狀品、進(jìn)行多層涂覆、合成亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)和新材料。2.4.2 制造工藝過程及方法第60頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四2.4.2 制造工藝過程及方法第61頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四（3）氣相聚合 流化床氣相聚合（傳熱性好、溫度均勻），如乙烯的聚合。2.4.2 制造工藝過程及方法第62頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四(1) 熔融法：將礦物投入高溫爐內(nèi)，使其發(fā)生各種反應(yīng)。 A.高溫熔融法、B.粉體聚合或熔融聚合 (2) 溶液法 A.溶液聚合：

33、單體和引發(fā)劑在適當(dāng)溶劑中進(jìn)行聚合。 B.溶液縮聚：純?nèi)軇┗蚧旌先軇┲羞M(jìn)行的縮聚反應(yīng)。(3)界面法：在各種界面條件下發(fā)生反應(yīng)來制備材料的方法。 A.懸浮聚合：單體以小液滴狀態(tài)懸浮在水中進(jìn)行的聚合。 B.乳液聚合：借助于機(jī)械攪拌和劇烈震蕩使單體在介質(zhì)（水）中由乳化劑分散成乳液狀態(tài)進(jìn)行的聚合。 C.界面縮聚：將兩種單體分別溶解在兩種互不相溶的溶劑（如水和烷類）中，兩種單體在兩相交界處發(fā)生反應(yīng)。2.4.2 制造工藝過程及方法（二）液相法第63頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四（4）液相沉淀法： 在原料溶液中添加適當(dāng)?shù)某恋韯∣H-, CO32-, C2O42-, SO42-等）使原

34、料中的陽離子形成沉淀物，即通過與沉淀劑之間的反應(yīng)或水解產(chǎn)生沉淀，形成不溶性產(chǎn)物。 沉淀反應(yīng)的類型有：A直接沉淀法、B共沉淀法、C均勻沉淀法、D水解法、E膠體化學(xué)法、F沉淀聚合2.4.2 制造工藝過程及方法（二）液相法第64頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四（5）溶膠凝膠法（Sol-Gel法）A基本原理 所謂溶膠（Sol）是線度在1100 nm的固體顆粒在適當(dāng)液體介質(zhì)中形成的分散體系，這些固體顆粒一般由103109個(gè)原子組成，稱為膠體。當(dāng)膠體中的液相受到溫度變化、攪拌作用、化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)平衡作用的影響而部分失去，導(dǎo)致體系粘度增大到一定程度時(shí)，便形成具有一定強(qiáng)度的固體凝膠塊。

35、2.4.2 制造工藝過程及方法第65頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四SolGel法的特點(diǎn)： 制備溫度低；高均勻性；高純度；可制得傳統(tǒng)方法得不到的玻璃品種或具有特殊組成、結(jié)構(gòu)、性能的材料；開辟了制備一類稱為“無機(jī)有機(jī)聚合物”的非晶態(tài)材料的可能性，為合成具有預(yù)先指定性能的材料提供了基礎(chǔ)。缺點(diǎn)：成本較高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)，制備過程中收縮量大，不易制得大尺寸產(chǎn)品。材料中殘余氣孔、殘余羥基和殘余碳含量較高，處理時(shí)間較長，有機(jī)溶液對人體危害等。2.4.2 制造工藝過程及方法第66頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四2.4.2 制造工藝過程及方法第67頁，共76頁，2

36、022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四SolGel法的應(yīng)用： a 特殊組分和特殊性能的塊狀玻璃；b 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷；c涂層薄膜；d 特殊纖維；e 高溫超導(dǎo)材料；f 新型復(fù)合材 料。發(fā)展趨勢： a 電子光學(xué)材料；b 光電子學(xué)材料；c 彩色照相材料；d電致變色材料；e 壓電體；f 導(dǎo)電體；g 光敏材料；i 非線形光學(xué)材料；j 梯度光學(xué)材料；k 超導(dǎo)體，2.4.2 制造工藝過程及方法第68頁，共76頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)8分，星期四（6）水熱法 水溶液中或大量水蒸汽存在下，高溫變壓或高溫常壓下所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)過程。水熱法應(yīng)用于制備無機(jī)材料超細(xì)粉及晶體材料。水熱條件下（高溫高壓）可以加速水溶液中的離子反應(yīng)和促進(jìn)水解反應(yīng)，有利于原子，離子的再分配和重結(jié)晶，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。根據(jù)水熱反應(yīng)的類型不同可以分為：水熱氧化、水熱沉淀、水熱合成、水熱還原、水熱分解和水熱結(jié)