第二章_固體中的相結(jié)構(gòu)

1、 在任一給定的物質(zhì)系統(tǒng)中，在任一給定的物質(zhì)系統(tǒng)中，具有同一化學(xué)具有同一化學(xué)成分、同一原子聚集狀態(tài)和性質(zhì)的均勻連成分、同一原子聚集狀態(tài)和性質(zhì)的均勻連續(xù)組成部分稱為續(xù)組成部分稱為。 從結(jié)構(gòu)上可以將從結(jié)構(gòu)上可以將相分為固熔體、化合物、相分為固熔體、化合物、陶瓷晶體相、玻璃及分子相五類。陶瓷晶體相、玻璃及分子相五類。 2.1 固熔體是固熔體是固態(tài)下一種組元固態(tài)下一種組元(熔質(zhì)熔質(zhì))熔解于另一熔解于另一種組元種組元(熔劑熔劑)中中而形成的新相，特點是固熔而形成的新相，特點是固熔體體具有熔劑組元的點陣類型。熔具有熔劑組元的點陣類型。熔質(zhì)原子在質(zhì)原子在熔熔劑中的最大含量叫極限熔解度或固熔度，劑中的最大含量叫

2、極限熔解度或固熔度，通常用摩爾分?jǐn)?shù)表示。通常用摩爾分?jǐn)?shù)表示。 按按熔熔質(zhì)原子在點陣中的位置分為質(zhì)原子在點陣中的位置分為和和；按；按熔熔解度大小分為解度大小分為和和；按各組元原子在點；按各組元原子在點陣中的排列秩序性分為陣中的排列秩序性分為和和。 2.1.2 置換固熔體：影響置換固熔體的因素置換固熔體：影響置換固熔體的因素很多，不同元素間的原子尺寸、化學(xué)親和很多，不同元素間的原子尺寸、化學(xué)親和力力(電負(fù)性電負(fù)性)、電子濃度和晶體結(jié)構(gòu)等因素對、電子濃度和晶體結(jié)構(gòu)等因素對固熔度都有明顯影響。固熔度都有明顯影響。： 1 熔質(zhì)原子的相對半徑差超過熔質(zhì)原子的相對半徑差超過1415，則，則固熔度固熔度(摩爾

3、分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù))極為有限；極為有限； 2 熔質(zhì)和熔劑的電化學(xué)性質(zhì)要相近；熔質(zhì)和熔劑的電化學(xué)性質(zhì)要相近； 3 兩個給定元素的相互固熔度兩個給定元素的相互固熔度(摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù))與與各自的原子價有關(guān)；各自的原子價有關(guān)； 2.1.2.1 原子尺寸因素：熔質(zhì)和熔劑原子尺原子尺寸因素：熔質(zhì)和熔劑原子尺寸差別越小越容易形成置換固熔體，且固寸差別越小越容易形成置換固熔體，且固熔度越大。熔度越大。 2.1.2.2 晶體結(jié)構(gòu)因素：晶體結(jié)構(gòu)因素：熔質(zhì)和熔劑的晶體熔質(zhì)和熔劑的晶體結(jié)構(gòu)類型相同是形成無限固熔體的必要條結(jié)構(gòu)類型相同是形成無限固熔體的必要條件件。同種間隙原子在面心立方中的熔解度同種間隙原子在面心立方中的熔

4、解度大于在體心立方中的熔解度大于在體心立方中的熔解度。 2.1.2.3 化學(xué)親和力：熔質(zhì)原子與熔劑原子化學(xué)親和力：熔質(zhì)原子與熔劑原子的負(fù)電性相差越大，異種原子間的親和力的負(fù)電性相差越大，異種原子間的親和力越強，有利于增大固熔度。越強，有利于增大固熔度。 2.1.2.4 電子濃度因素：合金中電子濃度因素：合金中兩組元的價兩組元的價電子總數(shù)電子總數(shù)e原子總數(shù)原子總數(shù)a之比稱為之比稱為： c=e/a=xu+(1-x)v (2-1) 式中式中v和和u為熔質(zhì)和熔劑的原子價；為熔質(zhì)和熔劑的原子價；x為熔質(zhì)為熔質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。的摩爾分?jǐn)?shù)。 實驗發(fā)現(xiàn)：實驗發(fā)現(xiàn)：不同熔劑有各自確定的電子濃不同熔劑有各自確定的電子

5、濃度極限度極限，熔質(zhì)元素的原子價越高，同樣數(shù)，熔質(zhì)元素的原子價越高，同樣數(shù)量的熔質(zhì)原子熔解時的電子濃度增加越快，量的熔質(zhì)原子熔解時的電子濃度增加越快，因此其固熔度越小。因此其固熔度越小。(見表見表2-2) 合金系合金系 理論極限固熔度理論極限固熔度 電子濃度電子濃度 Cu-Zn(2) 36 1.388 Cu-Ga(3) 18 1.400 Cu-Ge(4) 12 1.360 Cu-Sn(4) 12 1.276 Cu-As(5) 9 1.258 2.1.3 間隙固熔體：原子半徑小于間隙固熔體：原子半徑小于0.1nm的的非金屬元素非金屬元素(H、N、C、P及及O等等)熔入熔劑熔入熔劑金屬晶體點陣的間

6、隙中形成間隙固熔體。金屬晶體點陣的間隙中形成間隙固熔體。間隙固熔體只能是有限固熔體間隙固熔體只能是有限固熔體。 2.1.4 有序固熔體：有序固熔體：固熔體有序與否取決于固熔體有序與否取決于同類原子同類原子A-A或異類原子或異類原子A-B間的結(jié)合能的間的結(jié)合能的相對大小相對大小。當(dāng)同類原子結(jié)合能小于異類原。當(dāng)同類原子結(jié)合能小于異類原子結(jié)合能時，形成部分有序或完全有序固子結(jié)合能時，形成部分有序或完全有序固熔體。熔體。有序固熔體有確定的化學(xué)成分有序固熔體有確定的化學(xué)成分，可，可用化學(xué)式表達。用化學(xué)式表達。 Cu-Au合金中，當(dāng)原子數(shù)之比等于合金中，當(dāng)原子數(shù)之比等于1:1或或3:1時可分別形成時可分別

7、形成Cu-Au和和Cu3-Au兩種有序固兩種有序固熔體，前者銅金原子分層位于熔體，前者銅金原子分層位于(001)面；后面；后者銅原子在晶胞面心，金原子在頂角。者銅原子在晶胞面心，金原子在頂角。 當(dāng)有序固熔體加熱到某一臨界溫度時，將當(dāng)有序固熔體加熱到某一臨界溫度時，將轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序固熔體；而在緩慢冷卻到這一轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序固熔體；而在緩慢冷卻到這一溫度時，又可轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘垠w。溫度時，又可轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘垠w。 這一轉(zhuǎn)變過程稱為有序化，臨界轉(zhuǎn)變溫度這一轉(zhuǎn)變過程稱為有序化，臨界轉(zhuǎn)變溫度稱為稱為。 2.1.5 固熔體的性能：固熔體的性能：固熔體的硬度和強度固熔體的硬度和強度通常通常高于各單一元素，而塑性較低，這種

8、高于各單一元素，而塑性較低，這種現(xiàn)象叫現(xiàn)象叫。其規(guī)律為：。其規(guī)律為： 1) 間隙式原子的強化效果高于置換式原子，間隙式原子的強化效果高于置換式原子，熔熔質(zhì)與質(zhì)與熔熔劑原子的尺寸相差越大效果越明顯。劑原子的尺寸相差越大效果越明顯。原因是原因是間隙式原子往往擇優(yōu)分布于位錯線間隙式原子往往擇優(yōu)分布于位錯線上，形成間隙原子上，形成間隙原子“”，造成位錯釘，造成位錯釘扎而強化扎而強化。 2) 某些具有無序某些具有無序-有序轉(zhuǎn)變的固熔體，其有序轉(zhuǎn)變的固熔體，其有有序態(tài)強度高于無序態(tài)強度。這種現(xiàn)象叫序態(tài)強度高于無序態(tài)強度。這種現(xiàn)象叫。其原因為：有序態(tài)中相鄰原子為。其原因為：有序態(tài)中相鄰原子為異種原子，異種原

9、子，A-B鍵強于鍵強于A-A鍵。鍵。 熔質(zhì)原子的引入還會引起固熔體某些物理熔質(zhì)原子的引入還會引起固熔體某些物理性能發(fā)生變化。如熔質(zhì)原子增加會引起材性能發(fā)生變化。如熔質(zhì)原子增加會引起材料電阻率升高，且電阻值與溫度關(guān)系不大。料電阻率升高，且電阻值與溫度關(guān)系不大。Fe-Cr-Al和和Cr-Ni電阻絲皆為固熔體合金。電阻絲皆為固熔體合金。 2.2 金屬間化合物金屬間化合物 金屬與金屬，或金屬與類金屬之間所形成金屬與金屬，或金屬與類金屬之間所形成的化合物統(tǒng)稱的化合物統(tǒng)稱。是高合金鋼。是高合金鋼及高溫合金、功能材料中重要的組成相及高溫合金、功能材料中重要的組成相 。 由于由于金屬間化合物常處于相圖中的中間

10、位金屬間化合物常處于相圖中的中間位置，因此也稱為置，因此也稱為。其結(jié)構(gòu)與熔劑的。其結(jié)構(gòu)與熔劑的結(jié)構(gòu)不同。結(jié)構(gòu)不同。 決定金屬間化合物相結(jié)構(gòu)的主要因素有電決定金屬間化合物相結(jié)構(gòu)的主要因素有電負(fù)性、尺寸因素和電子濃度等。負(fù)性、尺寸因素和電子濃度等。 金屬間化合物中的原子結(jié)合具金屬間化合物中的原子結(jié)合具有很大程度的金屬有很大程度的金屬性性，故具有金屬光澤、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。但其電，故具有金屬光澤、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。但其電子云分布并非完全均勻，存在一定的方向性，故子云分布并非完全均勻，存在一定的方向性，故具具有一定程度的共價鍵特征有一定程度的共價鍵特征，導(dǎo)致熔點升高及原，導(dǎo)致熔點升高及原子鍵合的方向性。金

11、屬間化合物的化學(xué)組成往往子鍵合的方向性。金屬間化合物的化學(xué)組成往往在一定的化學(xué)成分范圍內(nèi)變化，同時往往可固溶在一定的化學(xué)成分范圍內(nèi)變化，同時往往可固溶入化學(xué)性質(zhì)相近的其它元素。入化學(xué)性質(zhì)相近的其它元素。金屬間化合物可分金屬間化合物可分為為和和，前者，前者主要使用其高溫力學(xué)性能，而后者主要使用其某主要使用其高溫力學(xué)性能，而后者主要使用其某種特殊的物理或化學(xué)性能。種特殊的物理或化學(xué)性能。 金屬間化合物分為正常價化合物、電子化合物和金屬間化合物分為正常價化合物、電子化合物和間隙化合物三大類。間隙化合物三大類。 2.2.1 正常價化合物：符合原子價規(guī)則的化正常價化合物：符合原子價規(guī)則的化合物，在合物，

12、在AmBn中，正離子的價電子數(shù)恰好中，正離子的價電子數(shù)恰好使負(fù)離子具有穩(wěn)定的電子層結(jié)構(gòu)：使負(fù)離子具有穩(wěn)定的電子層結(jié)構(gòu)： mec=n(8-eA) (2-2) 式中式中ec及及eA分別為非電離態(tài)的正離子和負(fù)分別為非電離態(tài)的正離子和負(fù)離子中的價電子數(shù)。離子中的價電子數(shù)。其穩(wěn)定性與兩組元的其穩(wěn)定性與兩組元的電負(fù)性差值大小有關(guān)。差值越大越穩(wěn)定電負(fù)性差值大小有關(guān)。差值越大越穩(wěn)定。 正常價化合物的分子式只有正常價化合物的分子式只有AB，A2B(或或AB2)兩種。兩種。常見結(jié)合類型常見結(jié)合類型為氯化鈉型，氟為氯化鈉型，氟化鈣型，閃鋅礦型硫鋅礦型?；}型，閃鋅礦型硫鋅礦型。 NaCl結(jié)構(gòu)是典型的結(jié)構(gòu)是典型的 離

13、子結(jié)構(gòu)，每種離離子結(jié)構(gòu)，每種離 子沿立方體的棱邊子沿立方體的棱邊 交替排列，或看成交替排列，或看成 是是由兩種離子面心由兩種離子面心 立方結(jié)構(gòu)穿插而成立方結(jié)構(gòu)穿插而成。 在在CaF2結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)中，Ca+離子構(gòu)成面心立方結(jié)離子構(gòu)成面心立方結(jié)構(gòu)，而構(gòu)，而8個個F-離子位于該面心立方晶胞內(nèi)離子位于該面心立方晶胞內(nèi)8個四面體間隙的中心。因此晶胞中個四面體間隙的中心。因此晶胞中Ca+與與F-離子數(shù)的離子數(shù)的 比值為比值為4:8，即，即1:2。 所謂反所謂反CaF2結(jié)構(gòu)就結(jié)構(gòu)就 是兩種原子調(diào)換的是兩種原子調(diào)換的 結(jié)果。結(jié)果。 在在ZnS立方結(jié)構(gòu)立方結(jié)構(gòu)(閃鋅礦閃鋅礦)中，每個原子具有中，每個原子具有4個

14、相鄰的異類原子，也是由兩種原子各自個相鄰的異類原子，也是由兩種原子各自的面鋅立的面鋅立 方點陣穿插而方點陣穿插而 成。若晶胞由成。若晶胞由 同類原子組成，同類原子組成， 則為金剛石結(jié)則為金剛石結(jié) 構(gòu)。構(gòu)。 六方六方ZnS(硫鋅礦硫鋅礦)結(jié)構(gòu)中，每一個原子也具結(jié)構(gòu)中，每一個原子也具有有4個相鄰的異類個相鄰的異類 原子。兩種原子各原子。兩種原子各 自組成密排六方結(jié)自組成密排六方結(jié) 構(gòu)，但彼此沿構(gòu)，但彼此沿c軸方軸方 向錯開一個距離。向錯開一個距離。 本圖只畫了六方晶本圖只畫了六方晶 胞的胞的1/3。 *注意：前面所講的四種正常價化合物都是常用的注意：前面所講的四種正常價化合物都是常用的基本結(jié)構(gòu)例子

15、，基本結(jié)構(gòu)例子，它們本身不一定是金屬間化合物它們本身不一定是金屬間化合物。 以正常價化合物形態(tài)存在的金屬間化合物，其晶以正常價化合物形態(tài)存在的金屬間化合物，其晶體結(jié)構(gòu)具有這四個例子中的某一種基本結(jié)構(gòu)形式。體結(jié)構(gòu)具有這四個例子中的某一種基本結(jié)構(gòu)形式。 如如NaCl型碳化物型碳化物 NaCl type carbide。通常也稱。通常也稱為立方為立方MC型碳化物型碳化物(如如TiC)，原子排列為，原子排列為NaCl型型面心立方點陣結(jié)構(gòu)的碳化物，屬于間隙相，面心立方點陣結(jié)構(gòu)的碳化物，屬于間隙相，C原原子與金屬原子的原子比為子與金屬原子的原子比為1：1， C原子與金屬原原子與金屬原子的半徑比小于子的半徑

16、比小于0.59。實際晶體中碳原子往往存。實際晶體中碳原子往往存在一定程度的缺位。在一定程度的缺位。 * TiC namopowder納米碳化鈦純度高，粒徑小，分布均勻，比表面積大，表納米碳化鈦純度高，粒徑小，分布均勻，比表面積大，表面活性高，用于鍍膜，制造器件，可提高硬度、熔點及化面活性高，用于鍍膜，制造器件，可提高硬度、熔點及化學(xué)穩(wěn)定性等。是一種很好的耐熔耐磨材料。另外，納米碳學(xué)穩(wěn)定性等。是一種很好的耐熔耐磨材料。另外，納米碳化鈦具有良好的導(dǎo)電性，可用作熔鹽電解的電極和電觸頭化鈦具有良好的導(dǎo)電性，可用作熔鹽電解的電極和電觸頭等導(dǎo)電材料。納米碳化鈦替代微米級碳化鈦可以降低燒結(jié)等導(dǎo)電材料。納米碳

17、化鈦替代微米級碳化鈦可以降低燒結(jié)溫度，提高燒結(jié)性能；用納米碳化鈦作為增強相，可有效溫度，提高燒結(jié)性能；用納米碳化鈦作為增強相，可有效提高金屬、陶瓷基體材料的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能。提高金屬、陶瓷基體材料的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能。 主要用途主要用途:納米碳化鈦主要用于：金屬刀具、牙科材料的表面涂層，納米碳化鈦主要用于：金屬刀具、牙科材料的表面涂層，起到耐磨、耐腐蝕、提高硬度及仿金的裝飾作用，可替代起到耐磨、耐腐蝕、提高硬度及仿金的裝飾作用，可替代金剛石等昂貴材料。碳化鈦也作為添加劑在鋼鐵工業(yè)中有金剛石等昂貴材料。碳化鈦也作為添加劑在鋼鐵工業(yè)中有所應(yīng)用。所應(yīng)用。 2.2.2 電子化合物：電子化合物：。不遵

18、守化合價規(guī)律，晶格類型隨。不遵守化合價規(guī)律，晶格類型隨化合物電子濃度而變?；衔镫娮訚舛榷?。 電子濃度為電子濃度為3/2時呈時呈； 電子濃度為電子濃度為21/13時呈時呈； 電子濃度為電子濃度為21/12時為時為； 表表2-3列出部分典型電子化合物。列出部分典型電子化合物。 電子濃度為電子濃度為3/2的的相，受原子尺寸、溶質(zhì)相，受原子尺寸、溶質(zhì)原子價和溫度等因素影響，還可能呈現(xiàn)原子價和溫度等因素影響，還可能呈現(xiàn)或或。一般說來，。一般說來，B族元素的價越高，尺寸族元素的價越高，尺寸因素因素 (異類原子半徑差異類原子半徑差)越小，溫度越低，越小，溫度越低，越不利于形成越不利于形成相，而越利于形成

19、相，而越利于形成相和相和相。相。 電子化合物是電子化合物是以化合物為基體以化合物為基體的固熔體的固熔體。 電子化合物中電子化合物中以金屬鍵為主以金屬鍵為主，因此，因此有明顯有明顯的金屬特性的金屬特性。 尺寸因素、溫度對形成相的影響舉例尺寸因素、溫度對形成相的影響舉例： 1 CuGa低溫時為密排六方結(jié)構(gòu)低溫時為密排六方結(jié)構(gòu)(相相)，中高，中高溫時為體心立方結(jié)構(gòu)溫時為體心立方結(jié)構(gòu)(相相)； 2 |RCu-RGe|RCu-Rsi|，Cu5Ge只有密排六只有密排六方結(jié)構(gòu)方結(jié)構(gòu)(相相)，而，而Cu5Si有體心立方結(jié)構(gòu)有體心立方結(jié)構(gòu)(相相)和復(fù)雜立方結(jié)構(gòu)和復(fù)雜立方結(jié)構(gòu)(相相)兩種。兩種。 *拓?fù)涿芘畔嗤負(fù)?/p>

20、密排相 topological close-packed phase(TCP phase)晶體結(jié)構(gòu)主要取決于原子尺寸因素、原子排列符合拓?fù)鋵W(xué)晶體結(jié)構(gòu)主要取決于原子尺寸因素、原子排列符合拓?fù)鋵W(xué)(只研究圖形各部分位置的相對次序，而不考慮它們尺寸只研究圖形各部分位置的相對次序，而不考慮它們尺寸大小的幾何學(xué)大小的幾何學(xué))規(guī)律的具有高度密排的晶體結(jié)構(gòu)的一類金規(guī)律的具有高度密排的晶體結(jié)構(gòu)的一類金屬間化合物，由兩類不同大小的原子所組成，原子配位數(shù)屬間化合物，由兩類不同大小的原子所組成，原子配位數(shù)均大于或等于均大于或等于12，最高可達，最高可達16。主要包括。主要包括相、相、Laves 相、相、相、相、相等。

21、相等。相相: phase副族元素以及副族元素以及副族的副族的Mn元素與元素與、副族的元素形副族的元素形成的一類金屬間化合物，具有正方晶體結(jié)構(gòu)（成的一類金屬間化合物，具有正方晶體結(jié)構(gòu)（c/ a0.52），），每個晶胞有每個晶胞有30個原子，不同原子的配位數(shù)在個原子，不同原子的配位數(shù)在12至至15之間，之間，其化學(xué)組成式一般為其化學(xué)組成式一般為AB或或AxBy（x、y的數(shù)值相對較為接的數(shù)值相對較為接近）。一般具有很高的硬度，在鋼中出現(xiàn)時往往導(dǎo)致明顯近）。一般具有很高的硬度，在鋼中出現(xiàn)時往往導(dǎo)致明顯的脆化傾向。的脆化傾向。 *Laves 相相: laves phase 化學(xué)組成式為化學(xué)組成式為AB2

22、且由于且由于A、B原子半徑的差別可形成高原子半徑的差別可形成高度密排的晶體結(jié)構(gòu)的一類金屬間化合物度密排的晶體結(jié)構(gòu)的一類金屬間化合物，A、B原子半徑原子半徑的理論比值為的理論比值為1.225，實際比值則在，實際比值則在1.051.68之間，具有之間，具有三種類型的晶體結(jié)構(gòu)：三種類型的晶體結(jié)構(gòu)：MgCu2型復(fù)雜立方點陣；型復(fù)雜立方點陣；MgZn2型型復(fù)雜六方點陣；復(fù)雜六方點陣；MgNi2型復(fù)雜六方點陣。每個晶胞均具有型復(fù)雜六方點陣。每個晶胞均具有24個原子，其中大原子個原子，其中大原子8個，小原子個，小原子16個，大原子的配位個，大原子的配位數(shù)為數(shù)為16，小原子的配位數(shù)為，小原子的配位數(shù)為12。有

23、序相有序相: ordered phase性質(zhì)介于有序固熔體和化合物之間的過渡狀態(tài)的一類金屬性質(zhì)介于有序固熔體和化合物之間的過渡狀態(tài)的一類金屬間化合物。某些在高溫下具有短程有序的固溶體，當(dāng)其成間化合物。某些在高溫下具有短程有序的固溶體，當(dāng)其成分接近一定的原子比（如分接近一定的原子比（如AB、AB2、AB3）時，在低于一）時，在低于一定的臨界溫度下，將轉(zhuǎn)變?yōu)殚L程有序的固定的臨界溫度下，將轉(zhuǎn)變?yōu)殚L程有序的固 熔體，即有序熔體，即有序相，也稱為超結(jié)構(gòu)。主要包括以面心立方結(jié)構(gòu)為基的相，也稱為超結(jié)構(gòu)。主要包括以面心立方結(jié)構(gòu)為基的Cu3Au型、型、CuAu型、型、CuPt型有序相，以體心立方結(jié)構(gòu)為型有序相，

24、以體心立方結(jié)構(gòu)為基的基的CuZn型、型、Fe3Al型有序相，以密排六方結(jié)構(gòu)為基的型有序相，以密排六方結(jié)構(gòu)為基的Ni3Sn型有序相。型有序相。 2.2.3 間隙化合物：間隙化合物：通常由過渡族金屬原子通常由過渡族金屬原子 (M)與與原子半徑很小的非金屬原子原子半徑很小的非金屬原子(X)C、N、B、H等組等組成，后者處于化合物的晶格間隙中成，后者處于化合物的晶格間隙中。 金屬原子排列成密排結(jié)構(gòu)（面心立方或六方）或金屬原子排列成密排結(jié)構(gòu)（面心立方或六方）或稍有畸變的密排結(jié)構(gòu)（復(fù)雜密排結(jié)構(gòu)）并稍有畸變的密排結(jié)構(gòu)（復(fù)雜密排結(jié)構(gòu)）并仍然保仍然保持金屬鍵結(jié)合持金屬鍵結(jié)合，非金屬元素原子往往存在于其間非金屬元

25、素原子往往存在于其間隙位置且與金屬原子之間存在共價鍵結(jié)合隙位置且與金屬原子之間存在共價鍵結(jié)合。間隙。間隙化合物的形成主要由原子間相互尺寸因素來決定，化合物的形成主要由原子間相互尺寸因素來決定，鋼中通常出現(xiàn)的碳化物、氮化物、硼化物等均屬鋼中通常出現(xiàn)的碳化物、氮化物、硼化物等均屬于間隙化合物。于間隙化合物。 RX/RM0.59且且(RX-RM)/RM15%時，即使兩種固熔體的結(jié)構(gòu)相同，相時，即使兩種固熔體的結(jié)構(gòu)相同，相互間的熔解度也是很小的?；ラg的熔解度也是很小的。 表表2-4為鋼中常見間隙相。為鋼中常見間隙相。 2.2.3.2 復(fù)雜間隙化合物：主要是鉻、錳、復(fù)雜間隙化合物：主要是鉻、錳、鐵、鈷的

26、碳化物以及鐵的硼化物等。在合鐵、鈷的碳化物以及鐵的硼化物等。在合金鋼中常見的有金鋼中常見的有M3C型型(Fe3C), M7C3型型(Cr7C3),M23C6型型(Cr23C6)和和M6C型型(Fe3W3C)等。在這些化合物中，金屬原子常被另一等。在這些化合物中，金屬原子常被另一種金屬原子取代。種金屬原子取代。 復(fù)雜間隙化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一個晶胞常包復(fù)雜間隙化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一個晶胞常包含幾十到幾百個原子。含幾十到幾百個原子。 2.2.4 金屬間化合物的特性：極高硬度、較金屬間化合物的特性：極高硬度、較高熔點，但塑性很差。其原因是化合物中高熔點，但塑性很差。其原因是化合物中含較多的離子鍵和共價鍵成分

27、。含較多的離子鍵和共價鍵成分。 絕大多數(shù)工程材料都將金屬間化合物作為絕大多數(shù)工程材料都將金屬間化合物作為第二相來強化合金第二相來強化合金。 有色金屬常用正常價化合物和多數(shù)電子化有色金屬常用正常價化合物和多數(shù)電子化合物來強化，如：青銅合物來強化，如：青銅(銅錫合金銅錫合金)；鋁硅合；鋁硅合金等。金等。 簡單間隙化合物常用于硬質(zhì)合金及合金鋼，簡單間隙化合物常用于硬質(zhì)合金及合金鋼，如：如：WC；TiC；Fe3C等。等。 有些金屬間化合物具有許多特殊的理化性有些金屬間化合物具有許多特殊的理化性質(zhì)，如電學(xué)性質(zhì)質(zhì)，如電學(xué)性質(zhì)(NiCr電阻絲電阻絲)、磁學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)(硅鋼片硅鋼片)、聲學(xué)性質(zhì)、聲學(xué)性質(zhì)(

28、GaAs)、電子發(fā)射性、電子發(fā)射性質(zhì)質(zhì)(LaB6)、催化性質(zhì)、催化性質(zhì)(V2O5)、化學(xué)穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性(不銹鋼不銹鋼)、熱穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性(invar,鐵鎳合金鐵鎳合金)和高和高溫強度溫強度(TiAl)等，其中很多已被用作功能材等，其中很多已被用作功能材料而在開發(fā)應(yīng)用。料而在開發(fā)應(yīng)用。 2.3 陶瓷晶體相陶瓷晶體相 晶體相是陶瓷的基本相，也稱主晶相，它晶體相是陶瓷的基本相，也稱主晶相，它決定著陶瓷的基本理化性能。決定著陶瓷的基本理化性能。 陶瓷以離子晶體和共價晶體為主，其中陶瓷以離子晶體和共價晶體為主，其中氧氧化物結(jié)構(gòu)和硅酸鹽結(jié)構(gòu)是最重要的兩類結(jié)化物結(jié)構(gòu)和硅酸鹽結(jié)構(gòu)是最重要的兩類結(jié)構(gòu)構(gòu)。共

29、同特點為：。共同特點為： 1 結(jié)合鍵為離子鍵或共價鍵。結(jié)合鍵為離子鍵或共價鍵。 2 可以用準(zhǔn)確的分子式表示確定的成分?？梢杂脺?zhǔn)確的分子式表示確定的成分。 3 具有典型的非金屬性質(zhì)。具有典型的非金屬性質(zhì)。 2.3.1 氧化物結(jié)構(gòu)：分為氧化物結(jié)構(gòu)：分為AB型，型，AB2型，型，A2B3型，型，ABO3型和型和AB2O4型五種。型五種。 2.3.1.1 ：以：以NaCl結(jié)構(gòu)，閃鋅礦結(jié)構(gòu)，閃鋅礦blende (立方立方ZnS)結(jié)構(gòu)和硫鋅礦結(jié)構(gòu)和硫鋅礦(六方六方ZnS)結(jié)構(gòu)為代表。結(jié)構(gòu)為代表。 2.3.1.2 ：以螢石：以螢石fluorite (CaF2)為代為代表，面心立方結(jié)構(gòu)。金紅石表，面心立方結(jié)構(gòu)

30、。金紅石rutile (TiO2)也也是比較常見的一種。體心正方或體心四方是比較常見的一種。體心正方或體心四方結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)， 氧原子填入四面體間隙。氧原子填入四面體間隙。 2.3.1.3 ：剛玉：剛玉corundum(-Al2O3)是其主要代表，簡單六方結(jié)構(gòu)，氧原子構(gòu)是其主要代表，簡單六方結(jié)構(gòu)，氧原子構(gòu)成密排六方面，成密排六方面，Al3+位于其八面體間隙位于其八面體間隙(圖圖2-7)。 2.3.1.4 ：鈣鈦礦：鈣鈦礦perovskite (CaTiO3)為其典型代表。簡單立方點陣或為其典型代表。簡單立方點陣或由兩個簡單立方點陣穿插而成，其中一個由兩個簡單立方點陣穿插而成，其中一個由由O2-構(gòu)成

31、，另一個由構(gòu)成，另一個由Ca2+構(gòu)成，較小的構(gòu)成，較小的Ti4+位于八面體間隙。位于八面體間隙。 2.3.1.5 ：這類化合物中最重要的：這類化合物中最重要的一種為尖晶石一種為尖晶石spinel (MgAl2O4)結(jié)構(gòu)。面心結(jié)構(gòu)。面心立方點陣，特點為：立方點陣，特點為： 1 Mg2+形成金剛石結(jié)構(gòu)；形成金剛石結(jié)構(gòu)； 2 在金剛石四面體間隙中有在金剛石四面體間隙中有4個密堆氧原子，個密堆氧原子，也形成四面體，所有氧四面體的取向都相也形成四面體，所有氧四面體的取向都相同；同； 3 中心沒有中心沒有Mg2+的氧四面體的四個面上有的氧四面體的四個面上有Al3+離子。離子。 2.3.2 硅酸鹽結(jié)構(gòu)硅酸鹽

32、結(jié)構(gòu)structure of silicates的的特點及分類特點及分類 硅酸鹽結(jié)構(gòu)中起決定作用的是硅氧間的結(jié)硅酸鹽結(jié)構(gòu)中起決定作用的是硅氧間的結(jié)合鍵，它是理解硅酸鹽結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。合鍵，它是理解硅酸鹽結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。 2.3.2.1 硅酸鹽結(jié)構(gòu)的特點：基本硅酸鹽結(jié)構(gòu)的特點：基本結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元為為SiO4四面體，硅原子位于氧原子四面體四面體，硅原子位于氧原子四面體中間中間，硅氧之間的距離為，硅氧之間的距離為0.160nm，小于，小于硅氧半徑之和硅氧半徑之和(0.042+0.14=0.182nm)，說，說明明硅氧鍵含有共價鍵成分硅氧鍵含有共價鍵成分，因此，因此SiO4四面四面體結(jié)合牢固且呈體結(jié)合牢固且

33、呈-1價。價。 四面體中的每一個氧原子最多只能被兩個四面體中的每一個氧原子最多只能被兩個SiO4四面體共有，此時氧原子最外層電子四面體共有，此時氧原子最外層電子數(shù)為數(shù)為8，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。 SiO4四面體也可以通過共頂連接形成多重四面體也可以通過共頂連接形成多重的四面體配位群，的四面體配位群，連接兩個四面體的氧原連接兩個四面體的氧原子稱為子稱為。 硅酸鹽結(jié)構(gòu)中的硅離子與氧原子既可形成硅酸鹽結(jié)構(gòu)中的硅離子與氧原子既可形成硅氧四面體，也可形成雙重的四面體單元：硅氧四面體，也可形成雙重的四面體單元：硅氧八面體硅氧八面體(Si2O7)6-。 2.3.2.2 硅酸鹽結(jié)構(gòu)分類硅酸鹽結(jié)構(gòu)分類 按硅

34、氧四面體在空間的組合情況，將硅酸按硅氧四面體在空間的組合情況，將硅酸鹽分為島狀。鏈狀，層狀和骨架狀四類。鹽分為島狀。鏈狀，層狀和骨架狀四類。 (1) ：含有限硅氧團。：含有限硅氧團。 1) 含孤立有限硅氧團的硅酸鹽：硅氧四面含孤立有限硅氧團的硅酸鹽：硅氧四面體對外呈體對外呈-4價，可與其他正離子鍵合而達價，可與其他正離子鍵合而達到飽和，形成由單個四面體構(gòu)成的穩(wěn)定結(jié)到飽和，形成由單個四面體構(gòu)成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，如：鎂橄欖石構(gòu)，如：鎂橄欖石forsterite (Mg2SiO4), 鋯石英鋯石英(ZrSiO4)等。等。 鎂橄榔石是鎂橄榔石瓷中的主晶相，電學(xué)鎂橄榔石是鎂橄榔石瓷中的主晶相，電學(xué)性能好，膨脹

35、系數(shù)高，抗熱沖擊性差。因性能好，膨脹系數(shù)高，抗熱沖擊性差。因Mg2+與與Fe2+和和Mn2+的離子半徑相差不大，的離子半徑相差不大，所以可相互置換而形成固熔體。所以可相互置換而形成固熔體。 鎂橄榔石中的氧離子排列接近密排六方結(jié)鎂橄榔石中的氧離子排列接近密排六方結(jié)構(gòu)，堆垛順序為構(gòu)，堆垛順序為ABABSi4+位于位于HCP四面四面體間隙中，體間隙中， Mg2+位于位于HCP的八面體間隙中。的八面體間隙中。每一個四面體都有一個面平行于每一個四面體都有一個面平行于(0001)，每一個四面體近鄰都對稱分布每一個四面體近鄰都對稱分布3個鎂離子，個鎂離子，鎂橄榔石的布拉菲點陣為簡單正交鎂橄榔石的布拉菲點陣為

36、簡單正交。 2) 含成對有限硅氧團和環(huán)狀有限硅氧團的含成對有限硅氧團和環(huán)狀有限硅氧團的硅酸鹽：硅氧四面體可孤立存在，也可成硅酸鹽：硅氧四面體可孤立存在，也可成對連接或連成環(huán)狀。對連接或連成環(huán)狀。 (2) ：由大量硅氧四面體共頂連：由大量硅氧四面體共頂連接而形成的一維結(jié)構(gòu)。分單鏈和雙鏈兩類，接而形成的一維結(jié)構(gòu)。分單鏈和雙鏈兩類，單鏈的基本結(jié)構(gòu)為一個硅氧四面體；雙鏈單鏈的基本結(jié)構(gòu)為一個硅氧四面體；雙鏈結(jié)構(gòu)的基本單元為四個硅氧四面體，其中結(jié)構(gòu)的基本單元為四個硅氧四面體，其中Si4+排成六角形，氧離子數(shù)為排成六角形，氧離子數(shù)為11。分子式為。分子式為Si4O116-。 單鏈結(jié)構(gòu)又可以按一維方向的周期性

37、分成單鏈結(jié)構(gòu)又可以按一維方向的周期性分成1節(jié)鏈，節(jié)鏈，2節(jié)鏈，節(jié)鏈，3節(jié)鏈，節(jié)鏈，4節(jié)鏈，節(jié)鏈，5節(jié)鏈和節(jié)鏈和7節(jié)節(jié)鏈。鏈。 有限硅氧團和鏈狀硅酸鹽礦舉例：有限硅氧團和鏈狀硅酸鹽礦舉例： 鎂橄欖石：鎂橄欖石：Mg2SiO4 單一四面體單一四面體 硅鈣石：硅鈣石：Ca3Si2O7 成對四面體成對四面體 綠柱石綠柱石davidsonite：Be3Al2Si6O18 六節(jié)單環(huán)六節(jié)單環(huán) 頑火輝石頑火輝石protobastite：Mg2Si2O6 鏈狀硅酸鹽鏈狀硅酸鹽 硅輝石硅輝石bustamite：Ca3Si3O9 鏈狀硅酸鹽鏈狀硅酸鹽 藍晶石藍晶石kyanite：Al2O/SiO4鏈狀硅酸鹽鏈狀硅酸

38、鹽 3:2莫萊石：莫萊石：AlAl1.25Si0.75O4.875鏈狀硅酸鹽鏈狀硅酸鹽 2:1莫萊石：莫萊石：AlAl1.4Si0.6O4.8鏈狀硅酸鹽鏈狀硅酸鹽 (3) ：由大量底面在同一平面的：由大量底面在同一平面的硅氧四面體通過在該平面上共頂連接而形硅氧四面體通過在該平面上共頂連接而形成的具有六角對稱的二維結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)成的具有六角對稱的二維結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)基元分子式為基元分子式為Si4O104-，因此一個層面可，因此一個層面可表示為表示為Si4O10n4n-1。 基元尺寸為基元尺寸為a=0.520nm, b=0.90nm，此值，此值也是大多數(shù)層狀硅酸鹽的點陣常數(shù)范圍。也是大多數(shù)層狀硅酸鹽

39、的點陣常數(shù)范圍。 層狀硅酸鹽舉例：層狀硅酸鹽舉例： 高嶺土：高嶺土：Al2(OH)4/Si2O5 敘永石：敘永石： Al2(OH)4/Si2O5nH2O 滑石：滑石：Mg3(OH)2/Si4O10 白云母：白云母：KAl2(OH)2/AlSi3O10 (4) ：也稱網(wǎng)絡(luò)狀硅酸鹽，由：也稱網(wǎng)絡(luò)狀硅酸鹽，由硅氧四面體在空間形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。硅氧四面體在空間形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 硅石硅石(SiO2)為其主要代表，有三種同素異構(gòu)為其主要代表，有三種同素異構(gòu)體：體： 石英石英 870C 鱗石英鱗石英 1470C 方石英方石英 熔體熔體 在方石英中，硅氧四面在方石英中，硅氧四面 體的體的Si4+構(gòu)成金剛石結(jié)

40、構(gòu)成金剛石結(jié) 構(gòu)，而硅氧四面體通過構(gòu)，而硅氧四面體通過 氧離子彼此相接，形成氧離子彼此相接，形成 空間網(wǎng)格空間網(wǎng)格(或骨架或骨架)。 熔融的硅石通過快冷可得到石英玻璃，它熔融的硅石通過快冷可得到石英玻璃，它的硬度高，熱膨脹系數(shù)小，黏度高，常用的硬度高，熱膨脹系數(shù)小，黏度高，常用于制造耐高溫實驗容器。如果再加入其他于制造耐高溫實驗容器。如果再加入其他氧化物，則得到通常使用的玻璃。氧化物，則得到通常使用的玻璃。 如：如： 一般玻璃加硅，鈉一般玻璃加硅，鈉(鉀鉀)，鈣，鎂；，鈣，鎂； 玻璃纖維加硼等。玻璃纖維加硼等。 表表2-7 主要組元質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要組元質(zhì)量分?jǐn)?shù)/10-2 用途用途 SiO2 Na2

41、O CaO Al2O3 B2O3 MgO 特點特點 窗窗 72 14 10 1 2 長壽命長壽命 建筑板材建筑板材 73 13 13 1 長壽命長壽命 容器容器 74 15 5 1 4 易加工易加工,耐蝕耐蝕 燈泡燈泡 74 16 5 1 2 易加工易加工 纖維纖維 54 16 14 10 4 柔軟柔軟 耐熱玻璃耐熱玻璃 81 4 2 12 熱穩(wěn)定熱穩(wěn)定 石英玻璃石英玻璃 99 熱張率熱張率極低極低 *例題例題2.3.1 石英石英(SiO2)密度為密度為2.65Mg/m3.(1) 1m3中有多少中有多少Si原子與原子與O原子原子? (2) 當(dāng)當(dāng)Si與與O的半徑分的半徑分別為別為0.038nm與

42、與0.114nm時時,其堆積密度其堆積密度堆積密度堆積密度為為多少多少? 解解: (1) 1m3中含中含SiO2(即即Si): nSi=2.65106/(28.1+216)/(6.021023)=2.6451028個個, 于是于是: nO=2nSi=5.291028個個 (2) 假設(shè)原子為球形假設(shè)原子為球形, 則則1m3中中: VSi= (2.6451028)4(0.03810-9)3/3=0.006m3 VO=(5.291028) )4(0.11410-9)3/3=0.328m3 故故: 堆積密度堆積密度= VSi+VO=0.334 2.4 玻璃相：玻璃相：從液態(tài)凝固下來，顯微結(jié)構(gòu)與從液態(tài)凝

43、固下來，顯微結(jié)構(gòu)與液態(tài)相似液態(tài)相似(非晶態(tài)非晶態(tài))的固體的固體。形成玻璃相的條形成玻璃相的條件件是：是：1 熔體黏度高，熔體黏度高，2 冷卻速度快。冷卻速度快。 熔體黏度大，則流體層間的內(nèi)摩擦力大，熔體黏度大，則流體層間的內(nèi)摩擦力大，降溫固化時原子遷移困難，難以形成晶體；降溫固化時原子遷移困難，難以形成晶體； 冷卻速度很快冷卻速度很快(1051010K/s)時，有些平時時，有些平時很難形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)也會玻璃化。很難形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)也會玻璃化。如鐵基非晶磁性材料。如鐵基非晶磁性材料。 非晶態(tài)合金也稱為金屬玻璃。非晶態(tài)合金也稱為金屬玻璃。 關(guān)于玻璃態(tài)的學(xué)說有多種。關(guān)于玻璃態(tài)的學(xué)說有多種。

44、認(rèn)為：認(rèn)為：玻璃態(tài)與晶態(tài)的結(jié)構(gòu)是相似的玻璃態(tài)與晶態(tài)的結(jié)構(gòu)是相似的，都，都是由離子多面體是由離子多面體(基元基元)構(gòu)成的空間網(wǎng)格。在構(gòu)成的空間網(wǎng)格。在晶態(tài)結(jié)構(gòu)中，空間網(wǎng)格呈規(guī)律性排列，但晶態(tài)結(jié)構(gòu)中，空間網(wǎng)格呈規(guī)律性排列，但在玻璃態(tài)的空間網(wǎng)格中，多面體的排列無在玻璃態(tài)的空間網(wǎng)格中，多面體的排列無規(guī)律。規(guī)律。 2.5 分子相分子相 指以分子為結(jié)構(gòu)基元的一種聚集狀態(tài)。指以分子為結(jié)構(gòu)基元的一種聚集狀態(tài)。是相對分子質(zhì)量特別大是相對分子質(zhì)量特別大(5000)的有的有機化合物的總稱，也叫聚合物或高聚物機化合物的總稱，也叫聚合物或高聚物。 以分子結(jié)構(gòu)差異可分為線形聚合物和網(wǎng)型以分子結(jié)構(gòu)差異可分為線形聚合物和網(wǎng)型

45、聚合物；以受熱行為差異可分為聚合物；以受熱行為差異可分為和和。 2.5.1 大分子及其構(gòu)成大分子及其構(gòu)成 2.5.1.1 巨大分子及相對分子質(zhì)量：巨大分子及相對分子質(zhì)量：相對分相對分子質(zhì)量大于子質(zhì)量大于5000的稱為的稱為。它是由一。它是由一種或幾種簡單的低分子物質(zhì)重復(fù)連接而成種或幾種簡單的低分子物質(zhì)重復(fù)連接而成的長鏈狀物質(zhì)，長度可達幾百微米以上，的長鏈狀物質(zhì)，長度可達幾百微米以上，故常稱為分子鏈。其中結(jié)構(gòu)相同的故常稱為分子鏈。其中結(jié)構(gòu)相同的基本單基本單元叫元叫。 鏈節(jié)的結(jié)構(gòu)和成分代表高分子化合物的結(jié)鏈節(jié)的結(jié)構(gòu)和成分代表高分子化合物的結(jié)構(gòu)和成分。構(gòu)和成分。 一個大分子鏈所含的鏈節(jié)數(shù)稱為一個大分

46、子鏈所含的鏈節(jié)數(shù)稱為。因此一個大分子的相對分子質(zhì)量因此一個大分子的相對分子質(zhì)量M應(yīng)該是其應(yīng)該是其鏈節(jié)相對分子質(zhì)量鏈節(jié)相對分子質(zhì)量m乘以聚合度乘以聚合度n: M=nm 高分子化合物中的每一個大分子的鏈節(jié)數(shù)高分子化合物中的每一個大分子的鏈節(jié)數(shù)并不完全相同，因而相對分子質(zhì)量數(shù)不等，并不完全相同，因而相對分子質(zhì)量數(shù)不等，一般用平均相對分子質(zhì)量來表達。一般用平均相對分子質(zhì)量來表達。 高分子化合物的性能及穩(wěn)定性隨分子大小高分子化合物的性能及穩(wěn)定性隨分子大小不同而變化。不同而變化。 2.5.1.2 高分子的合成高分子的合成 高分子由單體聚合而成，其過程稱為高分高分子由單體聚合而成，其過程稱為高分子合成；其反

47、應(yīng)稱為聚合反應(yīng)，分加聚反子合成；其反應(yīng)稱為聚合反應(yīng)，分加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)兩種。應(yīng)和縮聚反應(yīng)兩種。 (1) ：將一種或多種單體加成聚合：將一種或多種單體加成聚合成高分子，成高分子，沒有副產(chǎn)物沒有副產(chǎn)物，聚合物與單體成，聚合物與單體成分相同。分相同。 加聚反應(yīng)的前提是單體有不飽和鍵加聚反應(yīng)的前提是單體有不飽和鍵。以便。以便在外部條件作用下形成多個新的單鍵，使在外部條件作用下形成多個新的單鍵，使單體通過單鍵逐個連接而成為聚合物。單體通過單鍵逐個連接而成為聚合物。 乙烯單體乙烯單體CH2=CH2在在101.3MPa，200C條件下打開雙鍵，進行加聚反應(yīng)，生成聚條件下打開雙鍵，進行加聚反應(yīng)，生成聚乙烯乙

48、烯: nCH2=CH2 加聚加聚 CH2-CH2n 反應(yīng)的單體只有一種時叫反應(yīng)的單體只有一種時叫反應(yīng)反應(yīng)，簡，簡稱稱，產(chǎn)物叫均聚物；，產(chǎn)物叫均聚物；反應(yīng)單體是兩種反應(yīng)單體是兩種及以上時稱為及以上時稱為反應(yīng)反應(yīng)，簡稱，簡稱，產(chǎn)，產(chǎn)物叫共聚物。物叫共聚物。 (2) ：將一種或多種單體通過反應(yīng)：將一種或多種單體通過反應(yīng)生成聚合物，生成聚合物，同時排出某些低分子同時排出某些低分子(水，氨，水，氨，醇，鹵化氫等醇，鹵化氫等)的反應(yīng)。生成物叫縮聚物，的反應(yīng)。生成物叫縮聚物，成分與單體不同。成分與單體不同。 縮聚反應(yīng)單體應(yīng)是多基團的低分子化合物縮聚反應(yīng)單體應(yīng)是多基團的低分子化合物，其反應(yīng)基團一般為官能團其反

49、應(yīng)基團一般為官能團(-OH, -NO2, -NH2, -CHO, -COOH, C=O等等)，或者是離子，游離基，絡(luò)合基團等?；蛘呤请x子，游離基，絡(luò)合基團等。 縮聚分均縮聚和共縮聚兩種?？s聚分均縮聚和共縮聚兩種。是兩種以上相同或不同的反應(yīng)基團是兩種以上相同或不同的反應(yīng)基團的同一種單體的縮聚的同一種單體的縮聚，其產(chǎn)物叫均縮聚物。，其產(chǎn)物叫均縮聚物。如尼龍如尼龍6由氨基已酸或已內(nèi)酰胺經(jīng)縮聚反應(yīng)由氨基已酸或已內(nèi)酰胺經(jīng)縮聚反應(yīng)生成：生成： nNH2(CH2)5COOH 均縮聚均縮聚 H NH(CH2)5CO nOH+(n-1)H2O是兩種以上含不同反應(yīng)基團的單體是兩種以上含不同反應(yīng)基團的單體的縮聚的縮

50、聚，其產(chǎn)物叫共縮聚物。，其產(chǎn)物叫共縮聚物。 如尼龍如尼龍66是由乙二胺和乙二酸縮聚而成的；是由乙二胺和乙二酸縮聚而成的； nHOOC(CH2)4COOH+nNH2(CH2)6NH2共縮聚共縮聚 H NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO nOH +(2n-1)H2O 2.5.2 高聚物的結(jié)構(gòu)高聚物的結(jié)構(gòu) 主要包括兩方面：一是鏈結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)單主要包括兩方面：一是鏈結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成，鏈節(jié)方式和立體構(gòu)型；二元的化學(xué)組成，鏈節(jié)方式和立體構(gòu)型；二是聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，即分子間的結(jié)構(gòu)形式。是聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，即分子間的結(jié)構(gòu)形式。 2.5.2.1 結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成：結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成：結(jié)構(gòu)單元的化

51、學(xué)組成是高聚物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，主鏈側(cè)基化學(xué)組成是高聚物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，主鏈側(cè)基的有無和大小及性質(zhì)等也影響分子間力的的有無和大小及性質(zhì)等也影響分子間力的大小和分子排列的規(guī)整程度大小和分子排列的規(guī)整程度(參見教材參見教材P77，表表2-11)。 2.5.2.2 結(jié)構(gòu)單元的鍵接方式和構(gòu)型：結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)單元的鍵接方式和構(gòu)型：結(jié)構(gòu)單元在大分子鏈中的連接方式和順序取決單元在大分子鏈中的連接方式和順序取決于單體和聚合反應(yīng)的性質(zhì)。于單體和聚合反應(yīng)的性質(zhì)。 縮聚產(chǎn)物變化較少，結(jié)構(gòu)比較規(guī)整；加聚縮聚產(chǎn)物變化較少，結(jié)構(gòu)比較規(guī)整；加聚反應(yīng)時，當(dāng)鏈節(jié)中有不對稱原子或原子團反應(yīng)時，當(dāng)鏈節(jié)中有不對稱原子或原子團時，單體的加成可以有不同

52、的形式，結(jié)構(gòu)時，單體的加成可以有不同的形式，結(jié)構(gòu)的規(guī)整程度也不同。的規(guī)整程度也不同。 多單體共聚物的連接方式更為多樣。多單體共聚物的連接方式更為多樣。選擇選擇和控制反應(yīng)條件是改進高分子材料性能的和控制反應(yīng)條件是改進高分子材料性能的重要途徑重要途徑。 在大分子中，在大分子中，結(jié)構(gòu)單元因化學(xué)鍵合而形成結(jié)構(gòu)單元因化學(xué)鍵合而形成的空間排列稱為的空間排列稱為。 大分子的主鏈側(cè)通常含有各種取代基大分子的主鏈側(cè)通常含有各種取代基R，R有三種不同的排列方式：有三種不同的排列方式： 全在主鏈一側(cè)的稱全在主鏈一側(cè)的稱；相間分布在；相間分布在主鏈兩側(cè)的稱主鏈兩側(cè)的稱；無規(guī)則地分布在；無規(guī)則地分布在主鏈兩側(cè)的稱主鏈兩

53、側(cè)的稱。 全同立構(gòu)和間同立構(gòu)的高聚物容易結(jié)晶全同立構(gòu)和間同立構(gòu)的高聚物容易結(jié)晶，是很好的纖維材料和定向聚合材料；是很好的纖維材料和定向聚合材料；無規(guī)無規(guī)立構(gòu)高聚物難結(jié)晶立構(gòu)高聚物難結(jié)晶。 2.5.2.3 大分子鏈的幾何形狀：分線型，支大分子鏈的幾何形狀：分線型，支化型和體型化型和體型(網(wǎng)狀網(wǎng)狀)三類：三類： (1) 線型：整個分子呈細長線條狀，以線型：整個分子呈細長線條狀，以C-C鍵為主干。由于鍵為主干。由于C-C鍵的鍵角為鍵的鍵角為109，故聚，故聚合物通常卷曲成不規(guī)則線團。如乙烯類高合物通常卷曲成不規(guī)則線團。如乙烯類高聚物，天然橡膠和合成纖維等。這類大分聚物，天然橡膠和合成纖維等。這類大分子的分子鏈之間沒有化學(xué)鍵，可以相對移子的分子鏈之間沒有化學(xué)鍵，可以相對移動，動， 具有良好的彈具有良好的彈 性和塑性。性和塑性。 (2) 體型：大分子鏈