材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能課件

1

Chapter2

CompositionStructureandPropertyofMaterials材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能Chapter2Structureandpropertyofmaterials1Chapter2CompositionStruc12

化學(xué)組成組織結(jié)構(gòu)材料性能材料應(yīng)用合成與加工Relationship2化學(xué)組成組織結(jié)構(gòu)材料性能材料應(yīng)用合成Relations23

2.1材料的組成2.1.1材料組元的結(jié)合形式2.1.2材料的化學(xué)組成JJCatalog2.132.1材料的組成2.1.1材料組元的結(jié)合形式2.1.34

組元組成材料最基本、獨(dú)立的物質(zhì) 2.1概述2.1.1材料組元的結(jié)合形式基本概念相材料中具有同一化學(xué)成分并且結(jié)構(gòu)相同的均勻部分組織材料內(nèi)部的微觀形貌Concepts4組元組成材料最基本、獨(dú)立的物質(zhì) 2.1概述2.1.145

Relationofcomponent，phaseandtexturephaseatom組織是材料性能的決定性因素Relationofcomponent，phaseandtextureFigure2-1chemicalelementchemicalsubstancemoleculecomponenttexturesimplex

texturemultiple

texture5Relationofcomponent，phase56

Solidsolution溶液Solidsolution（1）定義6Solidsolution溶液2.1.67

(1)DefinitionSolvent溶劑Solute溶質(zhì)

一個(gè)（或幾個(gè)）組元的原子（化合物）溶入另一個(gè)組元的晶格中，而仍保持另一組元的晶格類型的固態(tài)晶體。固溶體7(1)DefinitionSolvent溶劑Sol78

(2)Characteristic②有一定的成分范圍solidsolubility①溶質(zhì)和溶劑原子占據(jù)一個(gè)共同的晶體點(diǎn)陣，點(diǎn)陣類型和溶劑的點(diǎn)陣類型相同。

③具有比較明顯的金屬性質(zhì)

（2）基本特征結(jié)合鍵主要是金屬鍵8(2)Characteristic②有一定的成分范圍89

(3)Classification按溶質(zhì)原子在點(diǎn)陣中的位置SubstitutionalsolidsolutionInterstitialsolidsolution（3）分類按各組元原子分布的規(guī)律性

DisorderedsolidsolutionOrderedsolidsolution按固溶度FinitesolidsolutionInfinitesolidsolution

9(3)Classification按溶質(zhì)原子在點(diǎn)陣中的910

A、置換型A、置換型固溶體——由溶質(zhì)原子代替一部分溶劑原子而占據(jù)著溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置所組成。10A、置換型A、置換型固溶體——由溶質(zhì)原子代替一部分溶劑1011

Periodictable結(jié)構(gòu)Ni:1s22s22p63s23p63d84s2Cu:1s22s22p63s23p63d94s2半徑Ni：0.1246nmCu：0.1278nm

11Periodictable結(jié)構(gòu)半徑1112

IonicsolidsolutionMgO的結(jié)構(gòu)中Mg2+離子被Fe2+離子所取代。條件：1.半徑相近 2.電荷數(shù)相同Ca2+能取代Mg2+嗎？Li+能取代Mg2+嗎？Ionicsolidsolution12IonicsolidsolutionMgO的結(jié)構(gòu)中1213

形成置換固溶體的影響因素形成置換固溶體的影響因素1.原子或離子尺寸的影響Hume-Rothery經(jīng)驗(yàn)規(guī)則2.晶體結(jié)構(gòu)類型的影響3.離子類型和鍵性4.電價(jià)因素13形成置換固溶體的影響因素形成置換固溶體的影響因素1.1314

Hume-Rothery經(jīng)驗(yàn)規(guī)則以r1和r2分別代表半徑大和半徑小的溶劑(主晶相)或溶質(zhì)(雜質(zhì))原子(或離子)的半徑，當(dāng)時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間可以形成連續(xù)固溶體；當(dāng)時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間只能形成有限型固溶體；當(dāng)時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間很難形成固溶體或不能形成固溶體，而容易形成中間相或化合物。因此Δr愈大，則溶解度愈小。

原子或離子尺寸的影響Hume-Rothery經(jīng)驗(yàn)規(guī)則這是形成連續(xù)固溶體的必要條件，而不是充分必要條件。14Hume-Rothery經(jīng)驗(yàn)規(guī)則以r1和r2分別代表半1415

晶體結(jié)構(gòu)類型的影響晶體結(jié)構(gòu)類型的影響若溶質(zhì)與溶劑晶體結(jié)構(gòu)類型相同，能形成連續(xù)固溶體，這也是形成連續(xù)固溶體的必要條件，而不是充分必要條件。NiO-MgO都具有面心立方結(jié)構(gòu)，且Δr<15%，可形成連續(xù)固溶體；MgO-CaO兩兩結(jié)構(gòu)不同，只能形成有限型固溶體或不形成固溶體。15晶體結(jié)構(gòu)類型的影響晶體結(jié)構(gòu)類型的影響若溶質(zhì)與溶劑晶體結(jié)1516

離子類型和鍵性離子類型和鍵性化學(xué)鍵性質(zhì)相近，即取代前后離子周圍離子間鍵性相近，容易形成固溶體。16離子類型和鍵性離子類型和鍵性化學(xué)鍵性質(zhì)相近，1617

電價(jià)因素電價(jià)因素形成固溶體時(shí)，離子間可以等價(jià)置換也可以不等價(jià)置換。在硅酸鹽晶體中，常發(fā)生復(fù)合離子的等價(jià)置換，如Na++Si4+=Ca2++Al3+，使鈣長(zhǎng)石Ca[Al2Si2O6]和鈉長(zhǎng)石Na[AlSi3O8]能形成連續(xù)固溶體。又如，Ca2+=2Na+，Ba2+=2K+常出現(xiàn)在沸石礦物中。17電價(jià)因素電價(jià)因素形成固溶體時(shí)，離子間可以等價(jià)置換也可1718

注意事項(xiàng)以上幾個(gè)影響因素，并不是同時(shí)起作用，在某些條件下，有的因素會(huì)起主要因素，有的會(huì)不起主要作用。r(Si4+)=0.26埃，r(Al3+)=0.39埃，相差達(dá)45%以上，電價(jià)又不同，但Si—O、Al—O鍵性接近，鍵長(zhǎng)亦接近，仍能形成固溶體，在鋁硅酸鹽中，常見Al3+置換Si4+形成置換固溶體的現(xiàn)象。18注意事項(xiàng)以上幾個(gè)影響因素，并不是同時(shí)起作用，在某些條件1819

B、填隙型固溶體——在溶劑的晶格間隙內(nèi)有溶質(zhì)的原子填入（溶入）形成的固溶體。原子半徑：H:0.046nmB:0.097nmC:0.077nmN:0.071nmB、填隙型19B、填隙型固溶體——在溶劑的晶格間隙內(nèi)有溶質(zhì)的原子填入1920

形成填隙型固溶體的條件形成填隙型固溶體的條件雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)大小即添加的原子愈小，易形成固溶體，反之亦然。

填隙型固溶體的固溶度仍然取決于離子尺寸、離子價(jià)、電負(fù)性，結(jié)構(gòu)等因素。20形成填隙型固溶體的條件形成填隙型固溶體的條件雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)大2021

晶體（基質(zhì)）結(jié)構(gòu)

離子尺寸是與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系密切相關(guān)的，在一定程度上來說，結(jié)構(gòu)中間隙的大小起了決定性的作用。一般晶體中空隙愈大，結(jié)構(gòu)愈疏松，易形成固溶體。

21晶體（基質(zhì)）結(jié)構(gòu)離子尺寸是與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系密切相關(guān)的2122

電價(jià)因素外來雜質(zhì)原子進(jìn)人間隙時(shí)，必然引起晶體結(jié)構(gòu)中電價(jià)的不平衡，這時(shí)可以通過生成空位，產(chǎn)生部分取代或離子的價(jià)態(tài)變化來保持電價(jià)平衡。例如YF3加入到CaF2中：22電價(jià)因素外來雜質(zhì)原子進(jìn)人間隙時(shí)，2223

當(dāng)F-進(jìn)入間隙時(shí)，產(chǎn)生負(fù)電荷，由Y3+進(jìn)入Ca2+位置來保持位置關(guān)系和電價(jià)的平衡。填隙型固溶體的生成，一般都使晶格常數(shù)增大，增加到一定的程度，使固溶體變成不穩(wěn)定而離解，所以填隙型固溶體不可能是連續(xù)的固溶體。晶體中間隙是有限的，容納雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的能力≤10%。

23當(dāng)F-進(jìn)入間隙時(shí)，產(chǎn)生負(fù)電荷，2324

Examples晶格結(jié)構(gòu)的空隙越大，越有利于形成固溶體。形成填隙型固溶體的次序？片沸石、CaF2、TiO2、MgO

為什么高溫下碳易于填入鐵晶格的空隙？24Examples晶格結(jié)構(gòu)的空隙越大，形成填隙型固溶體2425

C、無序在熱力學(xué)處于平衡狀態(tài)的固溶體中，溶質(zhì)原子的分布宏觀上是均勻的。C、無序固溶體——各組元原子的分布是隨機(jī)的。25C、無序在熱力學(xué)處于C、無序固溶體——各組元原子的分2526

D、有序D、有序固溶體——組元原子在晶體點(diǎn)陣中不是隨機(jī)分布的，而是出現(xiàn)某種傾向性排列，如異類原子互相吸引形成有規(guī)則的排列結(jié)構(gòu)。Ordering固溶體的有序化26D、有序D、有序固溶體——組元原子在晶體點(diǎn)陣中不是隨機(jī)2627

E、無限F、有限鐵—鉻、鐵—銅、鐵—鎳F、有限固溶體——固溶度小于100%。E、無限固溶體（又稱連續(xù)固溶體）——是由兩個(gè)（或多個(gè)）晶體結(jié)構(gòu)相同的組元形成的，任一組元的成分范圍均為0～100%。銅—鋅、銅—錫27E、無限F、有限鐵—鉻、鐵—銅、鐵—鎳F、有限固溶體2728

Example無限置換固溶體中兩組元素原子置換28Example無限置換固溶體中兩組元素原子置換2829

形成固溶體后對(duì)晶體性質(zhì)的影響形成固溶體后對(duì)晶體性質(zhì)的影響1.穩(wěn)定晶格，阻止某些晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生2.活化晶格3.固溶強(qiáng)化4.形成固溶體后對(duì)材料物理性質(zhì)的影響29形成固溶體后對(duì)晶體性質(zhì)的影響形成固溶體后對(duì)晶體性質(zhì)的影2930

PZT陶瓷穩(wěn)定晶格，阻止某些晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生PZT陶瓷兩者結(jié)構(gòu)相同，Zr4+、Ti4+離子尺寸相差不多，能在常溫生成連續(xù)固溶體Pb(ZrxTi1-x)O3，x=0.1~0.3。在斜方鐵電體和四方鐵電體的邊界組成Pb(Zr0.54Ti0.46)O3處，壓電性能、介電常數(shù)都達(dá)到最大值，燒結(jié)性能也很好。PbTiO3是一種鐵電體，純PbTiO3燒結(jié)性能極差，居里點(diǎn)為490oC，發(fā)生相變時(shí)，晶格常數(shù)劇烈變化，在常溫下發(fā)生開裂。PbZrO3是一種反鐵電體，居里點(diǎn)為230oC。30PZT陶瓷穩(wěn)定晶格，阻止某些晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生PZT陶瓷兩3031

ZrO2ZrO2一種高溫耐火材料，熔點(diǎn)2680oC，但發(fā)生相變時(shí)伴隨很大的體積收縮，這對(duì)高溫結(jié)構(gòu)材料是致命的。若加入CaO，則和ZrO2形成固溶體，無晶型轉(zhuǎn)變，體積效應(yīng)減少，使ZrO2成為一種很好的高溫結(jié)構(gòu)材料。31ZrO2ZrO23132

活化晶格Al2O3熔點(diǎn)高（2050oC），不利于燒結(jié)，若加入TiO2，可使燒結(jié)溫度下降到1600℃，這是因?yàn)锳l2O3與TiO2形成固溶體，Ti4+置換Al3+后，帶正電，為平衡電價(jià)，產(chǎn)生了正離子空位，加快擴(kuò)散，有利于燒結(jié)進(jìn)行。活化晶格形成固溶體后，晶格結(jié)構(gòu)有一定畸變，處于高能量的活化狀態(tài)，有利于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。32活化晶格Al2O3熔點(diǎn)高（2050oC），不利于燒結(jié)，3233

固溶強(qiáng)化溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的強(qiáng)度、硬度升高。固溶強(qiáng)化33固溶強(qiáng)化溶質(zhì)原子的溶入，固溶強(qiáng)化3334

形成固溶體后對(duì)材料物理性質(zhì)的影響固溶體的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等物理性質(zhì)也隨成分而連續(xù)變化，但一般都不是線性關(guān)系。固溶體的強(qiáng)度與硬度往往高于各組元，而塑性則較低。34形成固溶體后對(duì)材料物理性質(zhì)的影響固溶體的電學(xué)、熱學(xué)、磁3435

AggregateAggregate石英和云母純金屬和合金聚集體——由無數(shù)的原子或晶粒聚集而成的固體。

35AggregateAg3536

CompositeComposite復(fù)合體由兩種或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，各相之間存在著明顯的界面。36CompositeCo3637

Example骨骼——天然的納米復(fù)合材料37Example骨骼——天然的納米復(fù)合材料3738

Characteristic特點(diǎn)保持各相的固有特性；各相原有特性的強(qiáng)化（協(xié)同效應(yīng)）；賦予單一材料所不具備的特殊性能。38Characteristic特點(diǎn)保持各相的固有特性；3839

2.1.2Thestructureofmaterials2.1.2TheChemicalStructureofMaterials金屬材料的化學(xué)組成無機(jī)非金屬材料的化學(xué)組成高分子材料的化學(xué)組成392.1.2Thestructureofmate3940

Importance單質(zhì)金屬

金屬材料的化學(xué)組成

金屬合金

鐵、鉻、錳屬于黑色金屬，其余都屬有色金屬合金可以固溶體、共熔金、金屬間化合物以及聚集體形式存在40Importance單質(zhì)金屬2.1.24041

Importance金屬元素化合物

無機(jī)非金屬材料的化學(xué)組成

非金屬元素化合物

經(jīng)一定工藝過程制得41Importance金屬元素化合物2.4142

ImportanceC、H、O為主

高分子材料的化學(xué)組成

S、P、Cl、F、Si等具體見表2－442ImportanceC、H、O為主2.4243

2.2材料的結(jié)構(gòu)2.2.1材料中的化學(xué)鍵合2.2.2晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)JJCatalog2.1J2.2.3材料的結(jié)構(gòu)432.2材料的結(jié)構(gòu)2.2.1材料中的化學(xué)鍵合2.2.4344

Bonds

材料中的化學(xué)鍵合MetallicbondIonicbondCovalentbondHydrogenbondVanderWaalsbond

44Bonds材料中的化學(xué)4445

每個(gè)原子都提供少數(shù)價(jià)電子，作為自由電子，共用于整個(gè)晶體。其特點(diǎn)是具有鍵作用的電子并不固定在一定的原子上，而是可以在金屬格子之間自由活動(dòng)。45每個(gè)原子都提供少數(shù)價(jià)電子，作為自由電子，共用于整個(gè)晶體4546

Characteristic&properties高導(dǎo)電率和高導(dǎo)熱率不透明性金屬表面的高反射性延展性金屬鍵的特點(diǎn)金屬的特性電子的離域性鍵的球?qū)ΨQ性質(zhì)46Characteristic&properties4647

(2)Ionicbond（2）Ionicbond

離子鍵的特點(diǎn)飽和性和無定向性

離子化合物的特性配位數(shù)高、堆積致密

本質(zhì)上可以歸結(jié)于靜電引力47(2)Ionicbond（2）Ionicbond4748

Example離子鍵CsCl結(jié)構(gòu)示意圖48Example離子鍵CsCl結(jié)構(gòu)示意圖4849

Formation離子鍵的形成49Formation離子鍵的形成4950

Formation50Formation5051

Coulombgravitation&distancebetweenions庫(kù)侖引力與離子間距離的關(guān)系51Coulombgravitation&dista5152

Coulombgravitation&distancebetweenions52Coulombgravitation&dista5253

共價(jià)鍵的特點(diǎn)方向性和飽和性

共價(jià)鍵晶體的特性

很高的熔點(diǎn)和硬度良好的光學(xué)特性不良的導(dǎo)電性53共價(jià)鍵的特點(diǎn)共價(jià)鍵晶體的特性5354

Example54Example5455

Example金剛石中的共價(jià)鍵55Example金剛石中的共價(jià)鍵5556

Example甲烷的電子層結(jié)構(gòu)56Example甲烷的電子層結(jié)構(gòu)5657

(4)Hydrogenbond（4）Hydrogenbond兩個(gè)條件

分子中必須含氫

另一個(gè)元素必須是顯著的非金屬元素有方向性57(4)Hydrogenbond（4）Hydroge5758

Example水分子之間的氫鍵58Example水分子之間的氫鍵5859

(5)VanderWaals

bond（5）VanderWaals

bond

電中性的分子之間的長(zhǎng)程作用力，絕大多數(shù)的有機(jī)化合物，其分子的原子之間由共價(jià)鍵連結(jié)，而分子間靠范德華鍵聯(lián)系。

JohannesDiderikVanderWaals1837–1923TheNobelPrizeinPhysics1910“forhisworkontheequationofstateforgasesandliquids”

59(5)VanderWaalsbond（5）Va5960

Example范德華鍵范德華鍵分子鏈?zhǔn)芰瑒?dòng)聚氯乙烯分子間的范德華鍵60Example范德華鍵范德華鍵分子鏈?zhǔn)芰瑒?dòng)聚氯乙烯6061

(5)Physicalbonds&chemicalbonds（6）Comparison物理鍵化學(xué)鍵離子鍵共價(jià)鍵金屬鍵范德華鍵氫鍵61(5)Physicalbonds&chemic6162

Comparison表2-1.各種結(jié)合鍵主要特點(diǎn)比較類型作用力來源鍵合強(qiáng)弱形成晶體的特點(diǎn)離子鍵原子得、失電子后形成負(fù)、正離子，正負(fù)離子間的庫(kù)侖引力最強(qiáng)無方向性鍵、高配位數(shù)、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、固態(tài)不導(dǎo)電、熔態(tài)離子導(dǎo)電共價(jià)鍵相鄰原子價(jià)電子各處于相反的自旋狀態(tài)，原子核間的庫(kù)侖引力強(qiáng)有方向性鍵、低配位數(shù)、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、在熔態(tài)也不導(dǎo)電金屬鍵自由電子氣與正離子實(shí)之間的庫(kù)侖引力較強(qiáng)無方向性鍵、結(jié)構(gòu)密堆、配位數(shù)高、塑性較好、有光澤、良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性范德華鍵原子間瞬時(shí)電偶極矩的感應(yīng)作用最弱無方向性鍵、結(jié)構(gòu)密堆、高熔點(diǎn)、絕緣氫鍵氫原子核與極性分子間的庫(kù)侖引力弱

62Comparison表2-1.各種結(jié)合鍵主要特點(diǎn)6263

Bondsinactualmaterials實(shí)際材料中的結(jié)合鍵63Bondsinactualmaterials實(shí)際6364

2.2Crystal&non-crystal非晶體2.2.2晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

晶體與非晶體的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)固態(tài)物質(zhì)原子或分子聚集狀態(tài)不同

晶體642.2Crystal&non-crystal非晶6465

Concepts長(zhǎng)程有序（1）晶體（2）非晶體原子或原子團(tuán)、離子或分子在空按一定規(guī)律呈周期性地排列構(gòu)成原子、分子或離子無規(guī)則地堆積在一起所形成長(zhǎng)程無序短程有序65Concepts長(zhǎng)程（1）晶體（2）非晶體原子或原子6566

Comparison（3）Comparison方石英石英玻璃石英凝膠2θ(°)衍射強(qiáng)度CurveofX-rayDiffraction66Comparison（3）方石英石英玻璃石英凝膠2θ6667

2.3.1CrystalstructureCrystalStructure（briefintroduction）

Lattice&CrystalSystem空間點(diǎn)陣SpaceLattice點(diǎn)陣點(diǎn)

672.3.1CrystalstructureCrys6768

Crystallattice晶格CrystalLattice三維空間點(diǎn)陣68Crystallattice晶格三維空間點(diǎn)陣6869

Typesoflattice表2-5.7種晶系和14種點(diǎn)陣類型

CrystalSystem點(diǎn)陣參數(shù)間的關(guān)系LatticetypeCubica=b=c,

=

=

=90°P、I、FTetragonala=b

c,

=

=

=90°P、IHexaganola=b

c,

=

=90°,

=120°PRhombohedrala=b=c,

=

=

90°P、(R)Orthorhombica

b

c,

=

=

=90°P、C、I、FMonoclinica

b

c,

=

=90°,

90°P、CTriclinica

b

c,

90°P69Typesoflattice表2-5.7種晶系6970

2.4.1Classification點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)缺陷(本征缺陷)

線缺陷雜質(zhì)原子與固溶體面缺陷2.2.2.2

缺陷的分類702.4.1Classification點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)缺陷7071

點(diǎn)缺陷——發(fā)生在晶格中一個(gè)原子尺寸范圍內(nèi)的一類缺陷，亦稱零維缺陷，例如空位、間隙原子等。線缺陷——缺陷只在一個(gè)方向上延伸，或稱一維缺陷，主要是各種形式的“位錯(cuò)”，例如晶格中缺少一列粒子即形成線缺陷。面缺陷——晶體內(nèi)部偏離周期性點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的二維缺陷，即在堆積過程中偶爾有一個(gè)晶面不按規(guī)定的方式來堆積，于是這一層之間就產(chǎn)生了面缺陷。雜質(zhì)原子與固溶體71點(diǎn)缺陷——發(fā)生在晶格中一個(gè)原子尺寸范圍內(nèi)的一類缺陷，亦7172

PointdefectA。PointDefect概念72PointdefectA。Poin7273

B。Dislocation從滑移角度看，位錯(cuò)是滑移面上已滑移和未滑移部分的交界，即晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。晶體中的線缺陷是各種類型的位錯(cuò)，其特點(diǎn)是原子發(fā)生錯(cuò)排的范圍，在一個(gè)方向上尺寸較大，而另外兩個(gè)方向上尺寸較小，是一個(gè)直徑約在3～5個(gè)原子間距、長(zhǎng)幾百到幾萬個(gè)原子間距的管狀原子畸變區(qū)。73B。Dislocation7374

A、Edgedislocation刃型位錯(cuò)EdgeDislocation74A、Edgedislocation刃型位錯(cuò)7475

B、Screwdislocation螺旋位錯(cuò)ScrewDislocation75B、Screwdislocation螺旋位錯(cuò)7576

Planardefect晶核晶體生長(zhǎng)長(zhǎng)成的晶體顯微圖樣C。PlanarDefect76Planardefect晶核晶體生長(zhǎng)7677

材料的表面是最顯而易見的面缺陷。在垂直于表面方向上，平移對(duì)稱性被破壞了。由于材料是通過表面與環(huán)境及其它材料發(fā)生相互作用，所以表面的存在對(duì)材料的物理化學(xué)性能有重要的影響。常見的氧化、腐蝕、磨損等自然現(xiàn)象都與表面狀態(tài)有關(guān)。77材料的表面是最顯而易見的面缺陷。7778

多晶材料的光學(xué)顯微組織78多晶材料的光學(xué)顯微組織7879

Structure2.2.3材料的結(jié)構(gòu)金屬材料的結(jié)構(gòu)CoordinationNumberAtomicPackingFactor

見書中圖2－1079Structure2.2.3材料的結(jié)構(gòu)Coordin7980

(1)bcc（1）bccbody-centeredcubicstructure堿金屬、α-Fe、難熔金屬（V，Nb，Ta，Cr，Mo，W）等

80(1)bcc（1）bcc堿金屬、α-Fe、8081

a：晶格單位長(zhǎng)度R：原子半徑單位晶胞原子數(shù)n

=2bcc81a：晶格單位長(zhǎng)度單位晶胞原子數(shù)n=2bcc8182

(2)fcc（2）fccface-centeredcubicstructureAl，Ni，Pb，Pd，Pt，貴金屬以及奧氏體不銹鋼等

82(2)fcc（2）fccAl，Ni，8283

fccn=483fccn=48384

(3)hcp（3）hcphexagonalclose-packedstructureα-Ti，α-Co，α-Zr，Zn，Mg等

84(3)hcp（3）hcpα-Ti，8485

hcpn=685hcpn=68586

InorganicnonmetalliccrystalmaterialsInorganicNonmetallicCrystalMaterials（1）DiamondTypeStructureDiamond86Inorganicnonmetall8687

(1)DiamondtypestructureGraphiteC6087(1)DiamondtypestructureG8788

(2)Silicatestructure（2）SilicateStructure88(2)Silicatestructure（2）Si8889

Silicatestructure硅酸鹽結(jié)構(gòu)類型島狀

鏈狀

層狀

網(wǎng)絡(luò)狀

89Silicatestructure硅酸鹽結(jié)構(gòu)類型島8990

(2)Silicatestructure（3）玻璃結(jié)構(gòu)無機(jī)玻璃可以看成是處在過冷狀態(tài)的一種粘度極高的液體，整個(gè)結(jié)構(gòu)不具有晶體的規(guī)則排列。見圖2－17，18（4）陶瓷結(jié)構(gòu)由晶相，固溶體相，玻璃相，少量或極少量的氣相組成。90(2)Silicatestructure（3）玻璃9091

2.5Noncrystalmaterials鈉玻璃石英玻璃石英晶體912.5Noncrystalmaterials鈉玻璃9192

(2)Silicatestructure高分子材料的結(jié)構(gòu)A.單體C.交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)B.鏈狀結(jié)構(gòu)幾種模型見書中圖2－19鏈的柔順性與外力、溫度、大分子鏈的結(jié)構(gòu)的關(guān)系？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92(2)Silicatestructure2.2.39293

(2)Silicatestructure多相復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)模式93(2)Silicatestructure2.2.39394

2.1.3Propertyofmaterials2.3PropertyofMaterials2.3.1各類材料的一般特性Figure2-2GeneralCharactersofMaterials942.1.3Propertyofmaterials9495

Chemicalperformance溶蝕性耐腐蝕性抗?jié)B透性抗氧化性2.3.1ChemicalPerformance材料抵抗各種介質(zhì)作用的能力化學(xué)穩(wěn)定性95Chemicalperformanc9596

(1)Chemicalstabilityofmetalmaterials氧化物成核生長(zhǎng)氧溶解氧化膜生長(zhǎng)內(nèi)氧化縫隙孔洞微裂紋宏觀裂紋吸附A.化學(xué)腐蝕（1）金屬材料的化學(xué)穩(wěn)定性

金屬氧化反應(yīng)的主要過程示意圖96(1)Chemicalstabilityofm9697

ElectrochemistrycorrosionSO2氣體對(duì)鐵的侵蝕過程B.電化學(xué)腐蝕97ElectrochemistrycorrosionS9798

Example海水對(duì)金屬的侵蝕示意圖98Example海水對(duì)金屬的侵蝕示意圖9899

A.材斜的化學(xué)成分和礦物組成（2）無機(jī)非金屬材料的化學(xué)穩(wěn)定性耐酸材料

以酸性氧化物SiO2為主耐堿材料

含有大量堿性氧化物如CaO、MgO(2)Chemicalstabilityofnon-metalmaterials99A.材斜的化學(xué)成分和礦物組成（2）無機(jī)非金屬材料的化99100

Materialstructure&corrosionmediumB.材料孔隙和結(jié)構(gòu)結(jié)晶的二氧化硅（石英）和無定形二氧化硅（普通玻璃）C.腐蝕介質(zhì)100Materialstructure&corro100101

(3)Chemicalstabilityofpolymers化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸耐堿（3）高分子材料的化學(xué)穩(wěn)定性主鏈原子以共價(jià)鍵結(jié)合長(zhǎng)分子鏈對(duì)反應(yīng)基團(tuán)的保護(hù)電絕緣性，無電化學(xué)腐蝕

101(3)Chemicalstabilityof101102

MechanicalpropertyMechanicalProperty材料受外力作用時(shí)的變形行為及其抵抗破壞的能力（1）IntensityandPlasticity102Mechanicalpropert102103

Experiment樣品拉伸實(shí)驗(yàn)示意圖103Experiment樣品拉伸實(shí)驗(yàn)示意圖103104

沖擊實(shí)驗(yàn)裝置Experiment104沖擊實(shí)驗(yàn)裝置Experiment104105

Othermechanicalproperties（2）硬度（3）斷裂與韌性脆性斷裂和韌性斷裂（4）疲勞特性與耐磨性材料抵抗其他較硬物體壓入表面的能力105Othermechanicalpropertie105106

表2-2.硬度試驗(yàn)106表2-2.硬度試驗(yàn)106107

ThermalpropertyHeatCapacityThermalExpansionThermalProperty107ThermalpropertyHe107108

Examples熱傳導(dǎo)耐熱性由材料熔融或分解所需溫度的高低反映出來

108Examples熱傳導(dǎo)耐熱性由材料熔融或分解所需溫度108109

Electricalproperty（1）ElectricalConductivity金屬：導(dǎo)體、半導(dǎo)體（半導(dǎo)體金屬砷、碲等）陶瓷：絕緣體、半導(dǎo)體高分子材料：絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體其它：硅、鍺（半導(dǎo)體），石墨（導(dǎo)體）ElectricalProperty109Electricalpropert109110

σ電導(dǎo)率σ/S·m-1110σ電導(dǎo)率σ/S·m-1110111

Superconductmaterials氧化物超導(dǎo)體YBa2Cu3O7：92K

Bi2Sr2Ca2Cu3O10：110K

Tl2Ba2Ca2Cu3O10：125K

HgBa2Cu2O8：153K

111Superconductmaterials氧化物超111112

(2)DielectricProperty

（2）DielectricProperty表2-3.某些介電材料的性能112(2)DielectricProperty（2112113

Experiment113Experiment113114

(3)Ferroelectricity（3）Ferroelectricity鐵電滯后現(xiàn)象溫度對(duì)介電常數(shù)的影響114(3)Ferroelectricity（3）Fer114115

(4)PiezoelectricityBaTiO3PbTiO3

PbZrO3NH4H2PO4（4）Piezoelectricity外力→極化→電場(chǎng)115(4)PiezoelectricityBaTiO3115116

OpticalpropertyOpticalProperty表2-4.光的反射、吸收和透過的特征116Opticalproperty2.1163/13/200511:43:30PM

Chapter2,ChemistryofMaterials2005,ceszzh@

117

2.6材料結(jié)構(gòu)的表征2.6材料結(jié)構(gòu)的表征2.6.1材料化學(xué)組成的表征化學(xué)分析法儀器分析法3/13/200511:43:30PMChapter21173/13/200511:43:30PM

Chapter2,ChemistryofMaterials2005,ceszzh@

118

2.6.2材料結(jié)構(gòu)的表征（1）晶體結(jié)構(gòu)的研究和表征（2）材料顯微結(jié)構(gòu)的研究3/13/200511:43:30PMChapter2118119

2.6.2材料結(jié)構(gòu)的表征（1）晶體結(jié)構(gòu)的研究和表征（2）材料顯微結(jié)構(gòu)的研究1192.6.2材料結(jié)構(gòu)的表征（1）晶體結(jié)構(gòu)的研究和表征119120

①形貌觀察及物相(組成、含量)分析；②晶體結(jié)構(gòu)(類型、點(diǎn)陣常數(shù))的測(cè)定；③固體結(jié)合鍵的類型；④雜質(zhì)含量及分布情況；⑤晶粒形態(tài)、大小、取向及義分布特征；⑥晶粒中的晶格畸變相缺陷情況；⑦晶體結(jié)構(gòu)和相結(jié)構(gòu)及其分布特征；⑧材料的應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)變。120①形貌觀察及物相(組成、含量)分析；120121

2.6.3材料結(jié)構(gòu)表征的基本步驟和方法（1）如果材料是晶態(tài)，則要確定是單晶還是多晶，晶粒的數(shù)目、大小、形狀和分布的情況；（2）晶體結(jié)構(gòu)的類型、點(diǎn)陣常數(shù)等；（3）晶體缺陷的性質(zhì)、數(shù)目和分布以及晶格畸變的情況；（4）固體中結(jié)合鍵的類型和鍵力大?。唬?）雜質(zhì)的含量及分布情況；（6）