第一章緒論工程材料結(jié)構(gòu)和性能

1、工程學院王貴教授 金屬材料金屬材料非金屬材料非金屬材料復合材料復合材料工程材料的分類工程材料的分類第一節(jié)：工程材料分類第一節(jié)：工程材料分類緒論緒論金屬材料：金屬材料：由金屬元素或化合物組成；可由金屬元素或化合物組成；可分為黑色金屬材料分為黑色金屬材料-鋼、鐵，和有色金屬鋼、鐵，和有色金屬材料材料銅、鋁、鋅及合金等。銅、鋁、鋅及合金等。非金屬材料：非金屬材料：除金屬材料以外材料的總稱。除金屬材料以外材料的總稱。在工程材料中指無機非金屬材料在工程材料中指無機非金屬材料陶瓷，陶瓷，和高分子材料和高分子材料復合材料：復合材料：由兩種或兩種以上不同性質(zhì)或由兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料，以微觀或

2、宏觀的形式結(jié)不同結(jié)構(gòu)的材料，以微觀或宏觀的形式結(jié)合在一起形成的材料。合在一起形成的材料。如金屬基復合材料；如金屬基復合材料；陶瓷基復合材料；高分子復合材料等。陶瓷基復合材料；高分子復合材料等。第二節(jié)：工程材料及成形技術(shù)的地第二節(jié)：工程材料及成形技術(shù)的地 位、作位、作 用和發(fā)展用和發(fā)展一一、地位：、地位：1、材料是人類生產(chǎn)和社會發(fā)展所必需的物、材料是人類生產(chǎn)和社會發(fā)展所必需的物質(zhì)基礎質(zhì)基礎 日常生活用具日常生活用具高、精、尖工業(yè)產(chǎn)品；高、精、尖工業(yè)產(chǎn)品；簡單手工工具簡單手工工具航天器、機器人等復雜航天器、機器人等復雜工業(yè)裝備工業(yè)裝備都是由不同種類、不同性能都是由不同種類、不同性能的材料，加工成零

3、件組合、裝配而成。的材料，加工成零件組合、裝配而成。2、材料的利用情況標志著人類文明的發(fā)展、材料的利用情況標志著人類文明的發(fā)展水平水平 歷史學家以材料種類劃分時代：石器時代歷史學家以材料種類劃分時代：石器時代青銅器時代青銅器時代鐵器時代等；鐵器時代等； 20世紀世紀60年代：材料技術(shù)、能源技術(shù)、信息年代：材料技術(shù)、能源技術(shù)、信息技術(shù)被視為現(xiàn)代技術(shù)和文明的三大支柱，其中材技術(shù)被視為現(xiàn)代技術(shù)和文明的三大支柱，其中材料技術(shù)是基礎；料技術(shù)是基礎；70年代：新型材料、信息技術(shù)、年代：新型材料、信息技術(shù)、生物技術(shù)被視為新技術(shù)革命的主要標志，同樣新生物技術(shù)被視為新技術(shù)革命的主要標志，同樣新型材料技術(shù)是基礎；

4、型材料技術(shù)是基礎；90年代：迅速發(fā)展的納米材年代：迅速發(fā)展的納米材料及技術(shù)被視為下一次技術(shù)革命的基礎。料及技術(shù)被視為下一次技術(shù)革命的基礎。二、在機械制造中的作用二、在機械制造中的作用1、工程材料及成形技術(shù)是機械制造過程中的重工程材料及成形技術(shù)是機械制造過程中的重要組成部分要組成部分材料選用材料選用加工成形加工成形產(chǎn)品產(chǎn)品功能和價值功能和價值2、工程材料的選用和成形工藝是機械零件獲得、工程材料的選用和成形工藝是機械零件獲得所需性能的重要保證所需性能的重要保證3、新材料、新工藝的應用可簡化機構(gòu)和加工，、新材料、新工藝的應用可簡化機構(gòu)和加工，提高產(chǎn)品質(zhì)量提高產(chǎn)品質(zhì)量三、工程材料的發(fā)展過程三、工程材料

5、的發(fā)展過程1、發(fā)展過程：低級、發(fā)展過程：低級高級；簡單高級；簡單復雜；天然復雜；天然人工合成；人工合成；2、發(fā)展趨勢：金屬材料、高分子材料、工業(yè)陶、發(fā)展趨勢：金屬材料、高分子材料、工業(yè)陶瓷、復合材料共存；人工合成材料占主導地；瓷、復合材料共存；人工合成材料占主導地；3、認識過程：感知認識過程：感知宏觀（性能）宏觀（性能） 微觀（組織、微觀（組織、結(jié)構(gòu)）；結(jié)構(gòu)）；總結(jié)：總結(jié)：材料科學的內(nèi)涵是研究材料化學組成和微材料科學的內(nèi)涵是研究材料化學組成和微觀結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的一門科學；并涉及制取觀結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的一門科學；并涉及制取材料和使用材料的相關(guān)知識。材料和使用材料的相關(guān)知識。第三節(jié)：課程的性

6、質(zhì)和任務第三節(jié)：課程的性質(zhì)和任務一、性質(zhì)：一、性質(zhì)： 工程材料及成形技術(shù)基礎是機械類專業(yè)學生工程材料及成形技術(shù)基礎是機械類專業(yè)學生必修的一門必修的一門專業(yè)技術(shù)基礎課專業(yè)技術(shù)基礎課。二、本課程的任務二、本課程的任務: 使學生獲得有關(guān)工程材料及成形技術(shù)的基本使學生獲得有關(guān)工程材料及成形技術(shù)的基本理論和基本知識；掌握常用工程材料成分組理論和基本知識；掌握常用工程材料成分組織性能應用之間關(guān)系的一般規(guī)律；掌握?？椥阅軕弥g關(guān)系的一般規(guī)律；掌握常用工程材料的成型方法和工藝；初步具有根據(jù)用工程材料的成型方法和工藝；初步具有根據(jù)機械零件的服役條件和失效形式、合理選用工機械零件的服役條件和失效形式、合理選用工

7、程材料和處理工藝及成形方法的能力。程材料和處理工藝及成形方法的能力。三、課程內(nèi)容和專業(yè)間的關(guān)系三、課程內(nèi)容和專業(yè)間的關(guān)系1、機械工程技術(shù)人員涉及的領域：設計、制造、機械工程技術(shù)人員涉及的領域：設計、制造、運行、維護等運行、維護等都要面對工程材料及成形工都要面對工程材料及成形工藝的選擇、使用問題。藝的選擇、使用問題。2、設計過程：要正確處理設計、設計過程：要正確處理設計選材選材加工之加工之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。3、加工制造過程：合理選擇加工工藝方法（如、加工制造過程：合理選擇加工工藝方法（如成形工藝）和安排工藝路線（各種處理方法）成形工藝）和安排工藝路線（各種處理方法）是得到合格產(chǎn)品的保證

8、。是得到合格產(chǎn)品的保證。四、課程基本教學要求四、課程基本教學要求1、了解和掌握工程材料及成形技術(shù)的基本、了解和掌握工程材料及成形技術(shù)的基本知識知識包括：包括：1）工程材料的成分、工藝）工程材料的成分、工藝微觀組微觀組織、結(jié)構(gòu)織、結(jié)構(gòu)性能之間的關(guān)系；性能之間的關(guān)系； 2）工程材料成形工藝與組織、性能）工程材料成形工藝與組織、性能之間的關(guān)系；之間的關(guān)系； 3）新材料、新工藝的應用；）新材料、新工藝的應用；2、培養(yǎng)具有合理選擇工程材料、正確制定、培養(yǎng)具有合理選擇工程材料、正確制定成形工藝和熱處理工藝的能力。成形工藝和熱處理工藝的能力。工程材料及成形技術(shù)基礎工程材料及成形技術(shù)基礎第一章第一章 工程材料

9、結(jié)構(gòu)與性能工程材料結(jié)構(gòu)與性能The Microstructure and Properties of Engineering Materials工程材料的性能工程材料的性能材料原子或分子的結(jié)合方式材料原子或分子的結(jié)合方式晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu)陶瓷和高分子材料的原子排列和陶瓷和高分子材料的原子排列和結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 材料的性能材料的性能 材料的性能是指材料的性質(zhì)和功能。性質(zhì)是材料的性能是指材料的性質(zhì)和功能。性質(zhì)是本身所具有的特質(zhì)或本性；功能是人們對材料的本身所具有的特質(zhì)或本性；功能是人們對材料的某種期待與要求或某種可以承擔的功效，以及承某種期待與要求

10、或某種可以承擔的功效，以及承擔該功效下的表現(xiàn)或能力。擔該功效下的表現(xiàn)或能力。1.1. 力學性能力學性能2. 物理性能物理性能3. 化學性能化學性能4. 工藝性能。工藝性能。材料的性能：材料的性能：一、力學性能一、力學性能 材料的力學性能是指材料處于特定環(huán)境因材料的力學性能是指材料處于特定環(huán)境因素素(溫度、介質(zhì)等溫度、介質(zhì)等)時，在外力或能量作用下表時，在外力或能量作用下表現(xiàn)出來的變形和破壞的特征?，F(xiàn)出來的變形和破壞的特征。 通常把作用在材料上的外力或能量稱為載荷通常把作用在材料上的外力或能量稱為載荷或負荷。材料的主要力學性能有或負荷。材料的主要力學性能有： 彈性彈性 強度強度 塑性塑性 硬度硬

11、度 沖擊韌性沖擊韌性 疲勞特性疲勞特性 耐磨性耐磨性1.拉伸試驗拉伸試驗過程：過程：外力增加，試樣伸長。得外力增加，試樣伸長。得到到P P L L曲線，換算為曲線，換算為 曲線。曲線。材料表現(xiàn)為彈性變形、均勻塑性變材料表現(xiàn)為彈性變形、均勻塑性變形、頸縮、斷裂。形、頸縮、斷裂。拉伸試驗拉伸試驗機機拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象2. 拉伸曲線拉伸曲線變形分為：變形分為：彈性變形階彈性變形階段段OA屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象屈屈服平臺服平臺塑性變形階段：塑性變形階段：均勻塑性變形均勻塑性變形階段階段CD不均勻塑性變不均勻塑性變形階段形階段-DE彈性彈性( elasticity ):金屬材料受外力作用時產(chǎn)

12、生金屬材料受外力作用時產(chǎn)生變形變形,當外力去掉后能恢復到原來形狀及尺寸當外力去掉后能恢復到原來形狀及尺寸的性能。的性能。彈性變形彈性變形( elastic deformation ): 隨載荷撤除而消隨載荷撤除而消失的變形。失的變形。彈性極限彈性極限( elastic limit ): e = Pe/F0 ( M pa ) 3.彈性和剛度彈性和剛度彈性模量與剛度：彈性模量與剛度：4.強度強度(strength): 材料在載荷作用下抵抗材料在載荷作用下抵抗 變形和破壞的能力。變形和破壞的能力。(1)種類種類: 抗拉強度、抗拉強度、 抗壓強度、抗壓強度、 抗彎強抗彎強 度度 、 抗剪強度抗剪強度

13、、 抗扭強度等。抗扭強度等。 (2)屈服強度屈服強度( yield strength): 屈服點屈服點 S Ps s = ( M pa ) F0試樣屈服時的載荷試樣屈服時的載荷( N )試樣試樣原始橫截面積原始橫截面積( mm2) (3)條件屈服強度條件屈服強度( 塑性變形量為塑性變形量為0.2%)(4)抗拉強度抗拉強度( tensile strength ): 試樣在斷裂前所能承受的最大應力。試樣在斷裂前所能承受的最大應力。 P0.2 0.2 = ( M pa ) F 0 試樣原始橫截面試樣原始橫截面( mm2)試樣產(chǎn)生試樣產(chǎn)生0.2%殘余塑性變殘余塑性變 形時的載荷形時的載荷(N) P b

14、 試樣斷裂前的最大載荷試樣斷裂前的最大載荷(N) b = ( M pa ) F 0 試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積( mm2)5.塑性塑性(plasticity):是指材料在載荷作用下是指材料在載荷作用下 產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。(1)斷面收縮率斷面收縮率(percentage reduction in area): 是指試樣拉斷處橫截面積是指試樣拉斷處橫截面積F k 的收縮量與原始橫截面積的收縮量與原始橫截面積F0之比。之比。 F0 - F k = 100% F0 (2)伸長率伸長率(延伸率延伸率) specific elongation: 是指試樣拉斷

15、后的標距伸長量是指試樣拉斷后的標距伸長量L k與與原始標距原始標距L 0之比。之比。 L k L 0 = 100% L 0 10% 屬塑性材料屬塑性材料二二.硬度硬度( hardness ):是指材料抵抗其他是指材料抵抗其他 硬物體壓入其表面的能力。硬物體壓入其表面的能力。 布氏硬度布氏硬度HB 洛氏硬度洛氏硬度HR 維氏硬度維氏硬度HV 肖氏硬度肖氏硬度HS銼刀法銼刀法常用測量硬度的方法常用測量硬度的方法(1)布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度計布氏硬度計 (1)布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )適用范圍適用范圍:v 450

16、HBS;S代表壓頭為淬火鋼球代表壓頭為淬火鋼球所測布氏硬度值所測布氏硬度值v 650HBW;W代表壓頭為硬質(zhì)合金球代表壓頭為硬質(zhì)合金球所測布氏硬度值所測布氏硬度值注：注： 符號符號HBS或或HBW之前的數(shù)字表示硬之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。體直徑、載荷及載荷保持時間。如如: :120HBS10/1000/30表示表示直徑為直徑為10mm的的鋼球鋼球在在1000kgf（9.807kN）載荷載荷作用下作用下保保持持30s測得的測得的布氏硬度值為布氏硬度值為120。(2)洛氏硬度洛氏硬度 HR ( Rockwll

17、 hardness ) 有有HRA、 HRB 、HRC，工程上常用，工程上常用HRC（區(qū)別是（區(qū)別是壓頭不同）壓頭不同）h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度計10HRCHBS(3)維氏硬度維氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness )適用范圍適用范圍: 測量薄板類測量薄板類 ; HVHBS ;工工 件件(4)肖氏硬度肖氏硬度 HS (drop hardness )254mm2.5gh(5) 銼刀法銼刀法: 一組硬度差為一組硬度差為5HRC的銼刀。例如的銼刀。例如:10HRC、15HRC、20HRC等。等。三三.沖擊韌性沖擊韌性( no

18、tch toughness ): 材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力。的能力。沖擊試驗機沖擊試驗機沖擊試樣和沖擊試驗示意圖沖擊試樣和沖擊試驗示意圖試樣沖斷時所消耗的試樣沖斷時所消耗的沖擊功沖擊功A k為為: A k = m g H m g h (J) 沖擊韌性值沖擊韌性值a k 就是試樣缺口處單位就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功。截面積上所消耗的沖擊功。 AK a k = (J/cm) S0四四.疲勞強度疲勞強度( fatigue strength ): 材料在低于屈服應力的交變應力反復作用下，發(fā)生材料在低于屈服應力的交變應力反復作用下，發(fā)生的斷裂現(xiàn)象稱為的

19、斷裂現(xiàn)象稱為疲勞斷裂疲勞斷裂。疲勞斷裂是損傷的積累過程，。疲勞斷裂是損傷的積累過程，包括疲勞裂紋的產(chǎn)生、擴展、瞬間斷裂三各階段。應力包括疲勞裂紋的產(chǎn)生、擴展、瞬間斷裂三各階段。應力大小和循環(huán)次數(shù)有關(guān)。大小和循環(huán)次數(shù)有關(guān)。低周疲勞低周疲勞又稱條件疲勞極限，又稱條件疲勞極限，參照零件工作周期可能作用的參照零件工作周期可能作用的次數(shù)下能承受的應力極限值。次數(shù)下能承受的應力極限值。（可以有效發(fā)揮材料的作用（可以有效發(fā)揮材料的作用）高周疲勞高周疲勞對稱應力作用趨于水對稱應力作用趨于水平線的最大應力為平線的最大應力為-1-1 , ,作為永作為永久可用的疲勞強度極限。實際久可用的疲勞強度極限。實際大多以大多

20、以10107 7次未斷裂的應力來測次未斷裂的應力來測定。定。五、高溫性能五、高溫性能考慮環(huán)境溫度和作用時間的影響考慮環(huán)境溫度和作用時間的影響1.蠕變現(xiàn)象：蠕變現(xiàn)象：材料在低于屈服強度的高溫材料在低于屈服強度的高溫環(huán)境下工作時，隨時間延長而緩慢發(fā)生環(huán)境下工作時，隨時間延長而緩慢發(fā)生塑性變形的現(xiàn)象。塑性變形的現(xiàn)象。2.蠕變強度（蠕變強度（T T/t/t）：材料在一定溫度下，材料在一定溫度下，在規(guī)定時間內(nèi)產(chǎn)生一定蠕變量時所能承在規(guī)定時間內(nèi)產(chǎn)生一定蠕變量時所能承受的最大應力。受的最大應力。3.持久強度（持久強度（T Tt t） ：材料在一定溫度下，材料在一定溫度下，在規(guī)定時間內(nèi)所能承受的最大斷裂應力。

21、在規(guī)定時間內(nèi)所能承受的最大斷裂應力。六、耐磨性六、耐磨性 一個零件相對另一零件有摩擦運動而造成一個零件相對另一零件有摩擦運動而造成接觸面的尺寸變化、質(zhì)量損失現(xiàn)象成為磨損。接觸面的尺寸變化、質(zhì)量損失現(xiàn)象成為磨損。 磨損的后果可能因零件尺寸變化，輕則降低磨損的后果可能因零件尺寸變化，輕則降低傳動質(zhì)量，影響部件的使用性能；重則因尺寸變傳動質(zhì)量，影響部件的使用性能；重則因尺寸變小造成零件斷裂。磨損主要有磨粒磨損小造成零件斷裂。磨損主要有磨粒磨損( (切削切削) )、粘著磨損粘著磨損( (分子作用力分子作用力) )；接觸疲勞磨損等。；接觸疲勞磨損等。 測定方法讓兩試樣組成摩擦付，在設定條件測定方法讓兩試

22、樣組成摩擦付，在設定條件( (力、潤滑劑力、潤滑劑) )進行一定時間的摩擦運動后，測定進行一定時間的摩擦運動后，測定試樣的尺寸減小值試樣的尺寸減小值/ /質(zhì)量的損失值質(zhì)量的損失值/ /摩擦表明外觀摩擦表明外觀形貌來比較不同材料的耐磨性。形貌來比較不同材料的耐磨性。七、物理性能七、物理性能 材料的物理性能是指材料本身具有的各種物材料的物理性能是指材料本身具有的各種物理量理量(熱、電、光、磁等熱、電、光、磁等)以及環(huán)境變化時他們的以及環(huán)境變化時他們的變化程度。如：變化程度。如：密度與比容密度與比容導熱性導熱性 熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)單位體積物質(zhì)的質(zhì)量單位體積物質(zhì)的質(zhì)量 Kg/M3單位質(zhì)量的物質(zhì)所占的

23、體積單位質(zhì)量的物質(zhì)所占的體積 M3/Kg物體內(nèi)溫度梯度為物體內(nèi)溫度梯度為1/M1/M時，在單位時間、單時，在單位時間、單位面積內(nèi)傳遞的熱量位面積內(nèi)傳遞的熱量 W/(M.K) 溫度上升溫度上升11時，單位長度的伸長量時，單位長度的伸長量 mm/(.mm)或或-1 電阻與電導電阻與電導電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)熔點熔點 導磁率導磁率物質(zhì)由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度，反映固態(tài)下物質(zhì)由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度，反映固態(tài)下原子間結(jié)合力。原子間結(jié)合力。電阻率電阻率 為單位長度和單位截面積導體為單位長度和單位截面積導體的電阻。單位是的電阻。單位是M，其倒數(shù)稱為電導，其倒數(shù)稱為電導率率 S/M西門子/米溫度上升溫度上升1

24、1時，時，電阻率電阻率 的變化系的變化系數(shù)，單位數(shù)，單位-1 超導現(xiàn)象是材料在很低溫度下，電阻突然從某個超導現(xiàn)象是材料在很低溫度下，電阻突然從某個值降為零的特征。每種材料有自己的轉(zhuǎn)變溫度，某些值降為零的特征。每種材料有自己的轉(zhuǎn)變溫度，某些化合物的轉(zhuǎn)變溫度達到化合物的轉(zhuǎn)變溫度達到100K100K以上。以上。鐵合金、化合物鐵合金、化合物(鐵氧體鐵氧體)特有性能。特有性能。八、化學性能八、化學性能 反映材料與各種化學試劑發(fā)生化學反應的可能性和反應反映材料與各種化學試劑發(fā)生化學反應的可能性和反應速度大小的相關(guān)參數(shù)。速度大小的相關(guān)參數(shù)。 工程材料主要考慮其耐腐蝕性，電化學材料有的考工程材料主要考慮其耐腐

25、蝕性，電化學材料有的考察電極電位、儲能密度等。察電極電位、儲能密度等。 材料由于周圍環(huán)境介質(zhì)侵蝕而造成的損傷和破壞均材料由于周圍環(huán)境介質(zhì)侵蝕而造成的損傷和破壞均稱為腐蝕。稱為腐蝕。 發(fā)生腐蝕的化學過程有化學腐蝕發(fā)生腐蝕的化學過程有化學腐蝕( (氧化氧化) )、電化學腐蝕、電化學腐蝕和應力腐蝕等不同形式。腐蝕速度與材料、介質(zhì)、溫度、和應力腐蝕等不同形式。腐蝕速度與材料、介質(zhì)、溫度、應力、輻照等應力、輻照等因素有關(guān)。腐蝕不僅影響零件表面質(zhì)量，因素有關(guān)。腐蝕不僅影響零件表面質(zhì)量，并且可以造成零件早期損壞，防腐設計應考慮材料的選擇并且可以造成零件早期損壞，防腐設計應考慮材料的選擇和防腐措施相結(jié)合。和防

26、腐措施相結(jié)合。九、工藝性能九、工藝性能鑄造性能：鑄造性能：澆注時，液體能充滿鑄型并澆注時，液體能充滿鑄型并得到優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。得到優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。鍛造性能：鍛造性能：材料進行壓力加工的性能。材料進行壓力加工的性能。焊接性能：焊接性能：材料進行焊接及保證焊縫質(zhì)材料進行焊接及保證焊縫質(zhì)量的能力。量的能力。切削性能：切削性能：進行機械加工的能力。進行機械加工的能力。成型性能：成型性能：拉、壓、拔、沖等拉、壓、拔、沖等第二節(jié)：材料原子或分子結(jié)合方式第二節(jié)：材料原子或分子結(jié)合方式一、結(jié)合鍵一、結(jié)合鍵1.離子鍵：正、負離子由于靜電引力而產(chǎn)生的相互作用。如：鹽類離子鍵：正、負離子由于靜電引力而產(chǎn)生的相互作用

27、。如：鹽類 NaCl；金屬氧化物；金屬氧化物 Al2O3特點：熔點、沸點硬度較高；熱膨脹系數(shù)較小。特點：熔點、沸點硬度較高；熱膨脹系數(shù)較小。2.共價鍵：原子間結(jié)合時，以形成共用電子對而結(jié)合的方式。如：共價鍵：原子間結(jié)合時，以形成共用電子對而結(jié)合的方式。如：金剛石；碳化硅、氧化硅陶瓷等金剛石；碳化硅、氧化硅陶瓷等特點：結(jié)合鍵牢固，熔點、硬度較高特點：結(jié)合鍵牢固，熔點、硬度較高多為非導體。多為非導體。3.金屬鍵：金屬正離子和核外價電子形成的金屬鍵：金屬正離子和核外價電子形成的“自由電子氣自由電子氣”間的靜間的靜電相互作用。如：金屬電相互作用。如：金屬特點：良好的導熱性和塑性特點：良好的導熱性和塑性

28、多為導體。多為導體。4.分子鍵（范德華力）：原子或分子結(jié)合時，沒有價電子的得失、分子鍵（范德華力）：原子或分子結(jié)合時，沒有價電子的得失、共有現(xiàn)象，而是依靠分子或原子偶極間的作用力進行結(jié)合的方式。共有現(xiàn)象，而是依靠分子或原子偶極間的作用力進行結(jié)合的方式。如：石墨如：石墨特點：結(jié)合力較弱，晶體熔點、沸點、硬度較低。特點：結(jié)合力較弱，晶體熔點、沸點、硬度較低。5.氫鍵：當兩種負電性大而原子半徑較小的原子與氫原子結(jié)合時，氫鍵：當兩種負電性大而原子半徑較小的原子與氫原子結(jié)合時，氫原子與一種原子間形成共價鍵，而與另一種原子間通過靜電引氫原子與一種原子間形成共價鍵，而與另一種原子間通過靜電引力的氫鍵結(jié)合。如

29、：力的氫鍵結(jié)合。如：H2O.特點：結(jié)合方式較離子鍵、共價鍵弱；較分子鍵強。特點：結(jié)合方式較離子鍵、共價鍵弱；較分子鍵強。總結(jié)：工程材料原子間結(jié)合方式及性能特點總結(jié)：工程材料原子間結(jié)合方式及性能特點注：實際工程材料常是幾種結(jié)合方式混合，但以一種為注：實際工程材料常是幾種結(jié)合方式混合，但以一種為主。主。第三節(jié)第三節(jié) 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列一一.晶體與非晶體的基本概念晶體與非晶體的基本概念1.晶體晶體 ( crystal ) 的基本概念的基本概念: 物體內(nèi)部的原子物體內(nèi)部的原子 ( 或分子或分子 ) 在三維在三維 空間中空間中 , 按一定規(guī)律作周期性排列按一定規(guī)律作周期性排列的固的固

30、體。體。 晶體物質(zhì)所具有的性質(zhì)晶體物質(zhì)所具有的性質(zhì): 固定的熔固定的熔 點點; 各向異性各向異性等。等。 例如例如 , 所有的金屬、所有的金屬、 食鹽等。食鹽等。2.非晶體非晶體 ( non- crystal )的基本概念的基本概念: 物體內(nèi)部的原子呈散亂分布物體內(nèi)部的原子呈散亂分布, ,其其物理和力學性能物理和力學性能各向同性各向同性。例如。例如, ,普普通玻璃、松香等。通玻璃、松香等。金屬的結(jié)構(gòu)金屬的結(jié)構(gòu)晶晶 態(tài)態(tài)非晶態(tài)非晶態(tài)SiO2的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)非晶態(tài)非晶態(tài)晶態(tài)晶態(tài)二二.晶體學晶體學(crystallography)的基本知識的基本知識1.晶格晶格(crystal lattice): 用以

31、描述晶體中用以描述晶體中 原子排列規(guī)律的原子排列規(guī)律的空間點陣格架空間點陣格架。2.晶胞晶胞 ( unit cell ):能完全反映晶格特能完全反映晶格特 征的征的最小幾何單元最小幾何單元。晶胞在三維空間重晶胞在三維空間重復堆砌可構(gòu)成整個復堆砌可構(gòu)成整個空間點陣，通常為空間點陣，通常為小的平行六面體。小的平行六面體。晶胞要順序滿足晶胞要順序滿足能充分反映整個空能充分反映整個空間點陣的對稱性，間點陣的對稱性，具有盡可能多的具有盡可能多的直角，直角，體積要最體積要最小小。3.晶格常數(shù)晶格常數(shù) ( lattice constant ) :cXZYOba平行六面平行六面體的三個體的三個棱長棱長a、b、

32、c和及其夾和及其夾角角、，可決定平可決定平行六面體行六面體尺寸和形尺寸和形狀，這六狀，這六個量亦稱個量亦稱為點陣常為點陣常數(shù)。數(shù)。4.晶系與布拉菲點陣晶系與布拉菲點陣 1855年年,法國學者布拉維法國學者布拉維(Bravais)用數(shù)學用數(shù)學方法證明了空間點陣共有且只能有方法證明了空間點陣共有且只能有十四種十四種,并并歸納為歸納為七個晶系七個晶系: 1). 三斜晶系三斜晶系 ab c , 90; 2). 單斜晶系單斜晶系 a b c , = = 90 ; 3). 正交晶系正交晶系 a b c , = = = 90 ; 4). 六方晶系六方晶系 a= b c , =90，=120; 5). 菱方晶

33、系菱方晶系 a = b = c , = = 90; 6). 正方晶系正方晶系 a = b c , = 90; 7). 立方晶系立方晶系 a = b = c , = = = 90;布拉菲空間點陣晶胞布拉菲空間點陣晶胞5.晶面晶面(crystal face): 在晶格中由在晶格中由一系一系 列原子所構(gòu)成的平面列原子所構(gòu)成的平面稱為晶面稱為晶面。6.晶面指數(shù)晶面指數(shù)(indices of crystallographic plane):用密勒用密勒(Miller)指數(shù)對晶格中指數(shù)對晶格中 某一晶面進行標定。某一晶面進行標定。確定方法確定方法: a.建立坐標系、建立坐標系、確定原點確定原點（不在所求（

34、不在所求晶面上）；晶面上）；b.求晶面截距求晶面截距;c.取倒數(shù)并約取倒數(shù)并約化成最簡單化成最簡單整數(shù)整數(shù)h、k、l。d.晶面指數(shù)晶面指數(shù)（hkl）7.晶向晶向(crystal direction): 在晶格中在晶格中,任任 意意兩原子之間的連線所指的方向。兩原子之間的連線所指的方向。8.晶向指數(shù)晶向指數(shù): 用密勒用密勒(Miller)指數(shù)對晶格中指數(shù)對晶格中某一原子排列在空間的位向進行標定。某一原子排列在空間的位向進行標定。確定方法確定方法:a.建立坐標系、建立坐標系、確定原點確定原點O;b.過過O點作晶向點作晶向平行線，在平行線，在平行線上求平行線上求節(jié)點節(jié)點坐標；坐標；c.坐標值約化為坐

35、標值約化為最簡單整數(shù)最簡單整數(shù)u，v，w。d.晶向指數(shù)晶向指數(shù)uvw9.描述晶胞的重要參數(shù)描述晶胞的重要參數(shù)1）原子半徑（）原子半徑（r）：晶胞中原子排列密度）：晶胞中原子排列密度最大方向（稱密排方向）上相鄰兩個原最大方向（稱密排方向）上相鄰兩個原子間距離的一半。子間距離的一半。2）晶胞原子數(shù)（）晶胞原子數(shù)（n）：一個晶胞內(nèi)包含的）：一個晶胞內(nèi)包含的原子數(shù)目。原子數(shù)目。3）配位數(shù)（）配位數(shù)（p）：晶胞中與任意一個原子）：晶胞中與任意一個原子處于相等距離并距離最近的原子數(shù)目。處于相等距離并距離最近的原子數(shù)目。4）致密度（）致密度（k）：晶胞中原子所占體積與）：晶胞中原子所占體積與晶胞體積之比。晶

36、胞體積之比。三三. .常見的三種金屬晶體結(jié)構(gòu)及參數(shù)常見的三種金屬晶體結(jié)構(gòu)及參數(shù) 1.體心立方晶格（體心立方晶格（bcc） ( body-center cubic lattice )*晶胞中的原子數(shù)晶胞中的原子數(shù): n= 8 181= 2個個*晶胞的特征參數(shù)晶胞的特征參數(shù): a = b = c , = = = 90 ;*原子的體積原子的體積: v = 4R33*致密度致密度:K= nV原子原子V晶體晶體= 0.68 = 68 %*配位數(shù)配位數(shù) ( N ) 是指晶格中與任一原子處于相是指晶格中與任一原子處于相 等距離并相距最近的原子數(shù)目。等距離并相距最近的原子數(shù)目。*原子的半徑原子的半徑: R =

37、 3 a4N= 8 ( 原子間的最近距離原子間的最近距離d=3 a2 )屬于體心立方晶格的金屬有屬于體心立方晶格的金屬有:鈉鈉 ( Na ) ; 鉀鉀 ( K ) ; 鉻鉻 ( Cr ) ;鉬鉬 ( Mo ) ; 鎢鎢 ( W ) ; 釩釩 ( V ) ;鉭鉭 ( Ta ) ; 鈮鈮 ( Nb ) ; -鐵鐵 ( -Fe ) 等等 。2.面心立方晶格（面心立方晶格（fcc） ( face-center cubic lattice )*晶胞中的原子數(shù)晶胞中的原子數(shù): n=81/8+61/2= 4個個*晶胞的特征參數(shù)晶胞的特征參數(shù): a = b = c , = = = 90 ;*原子的體積原子的體

38、積: v = 4R33*致密度致密度:K= nV原子原子V晶體晶體= 0.74 = 74 %*配位數(shù)配位數(shù) ( N ) 是指晶格中與任一原子處于相是指晶格中與任一原子處于相 等距離并相距最近的原子數(shù)目等距離并相距最近的原子數(shù)目。*原子的半徑原子的半徑: R = 2 a4N=12 ( 原子間的最近距離原子間的最近距離d=2 a2 )屬于面心立方晶格的金屬有屬于面心立方晶格的金屬有:金金 ( Au ) ; 銀銀 ( Ag ) ; 銅銅 ( Cu ) ;鋁鋁 ( Al ) ; 鎳鎳 ( Ni ) ; 鉑鉑 ( Pt ) ;鉛鉛 ( Pb ) ; -鐵鐵 ( -Fe ) 等。等。3.密排六方晶格（密排

39、六方晶格（hcp） ( c/a = 1.633 ) ( close-packed hexagonal lattice )*晶胞中的原子數(shù)晶胞中的原子數(shù): n=121/6+21/2+3 =6個個*晶胞的特征參數(shù)晶胞的特征參數(shù):*原子的體積原子的體積: v = 4R33*致密度致密度:K= nV原子原子V晶體晶體= 0.74 = 74 %*配位數(shù)配位數(shù) ( N ) 是指晶格中與任一原子處于相是指晶格中與任一原子處于相 等距離并相距最近的原子數(shù)目等距離并相距最近的原子數(shù)目。*原子的半徑原子的半徑: R = a / 2 N= 12 ( 原子間的最近距離原子間的最近距離d = a )a = b = c,

40、 = = 90, = 120;屬于密排六方晶格的金屬有屬于密排六方晶格的金屬有:鎂鎂 ( Mg ) ; 鋅鋅 ( Zn ) ; 鎘鎘 ( Cd ) ; 鈦鈦 ( Ti ) ; 鈹鈹 ( Be ) 等等 。四四. .純金屬的晶體結(jié)構(gòu)與特性純金屬的晶體結(jié)構(gòu)與特性1.金屬鍵金屬鍵-金屬原子間的結(jié)合鍵。金屬原子間的結(jié)合鍵。2.金屬鍵的基本特點金屬鍵的基本特點是是電子公有化電子公有化。3.電子氣電子氣-當金屬原子結(jié)合成晶體時當金屬原子結(jié)合成晶體時, ,價電價電子不再被束縛在各個原子上子不再被束縛在各個原子上, ,而是在整個而是在整個晶體內(nèi)運動晶體內(nèi)運動, ,從而形成電子氣。從而形成電子氣。4.金屬晶體金

41、屬晶體-失去價電子的金屬正離子與失去價電子的金屬正離子與組成電子氣的自由電子之間產(chǎn)生的靜電引組成電子氣的自由電子之間產(chǎn)生的靜電引力使金屬原子結(jié)合在一起力使金屬原子結(jié)合在一起, ,從而形成了金從而形成了金屬晶體。屬晶體。 第四節(jié)第四節(jié) 實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷缺陷一一. .單晶體與多晶體的基本概念單晶體與多晶體的基本概念 1.單晶體單晶體( single crystal )的特征的特征: : * * 晶體由一個晶格晶體由一個晶格排列方位完全一排列方位完全一 致致的晶粒組成。（晶胞位相完全相的晶粒組成。（晶胞位相完全相同）同） * * 晶體具有晶體具有各向異性各向異性(

42、 aeolotropy )。 例如例如: :單晶硅（半導體集成電路用材料）、單單晶硅（半導體集成電路用材料）、單晶鍺、晶須等。晶鍺、晶須等。 單晶體結(jié)構(gòu)示意圖單晶體結(jié)構(gòu)示意圖 2.多晶體多晶體( polycrystal )的特征的特征 * *晶體是由許多顆晶格晶體是由許多顆晶格排列方位不排列方位不 相同相同的晶粒組成。的晶粒組成。 * *晶體具有晶體具有各向同性各向同性( isotropy )。 例如例如: : 常用的金屬等。常用的金屬等。3.晶界：取向不同的晶粒之間的界面區(qū)域晶界：取向不同的晶粒之間的界面區(qū)域 多晶體結(jié)構(gòu)示意圖多晶體結(jié)構(gòu)示意圖二二. 晶體缺陷晶體缺陷( crystal def

43、ect )點缺陷點缺陷線缺陷線缺陷面缺陷面缺陷分類分類1.點缺陷點缺陷( point defect )空位空位( vacancy )：未被原子占有的未被原子占有的晶格節(jié)點；晶格節(jié)點；間隙原子間隙原子( gap atom )：處于晶格間處于晶格間隙中的異類原子；如隙中的異類原子；如C、N.置換原子置換原子( substitutional atom )：占占據(jù)晶格節(jié)點上的異類原子；據(jù)晶格節(jié)點上的異類原子； 點缺陷示意圖點缺陷示意圖間隙原子間隙原子晶格空位晶格空位置換原子置換原子點缺陷對材料性能的影響點缺陷對材料性能的影響原因：原因：點缺陷的存在，使其附近的原子稍微偏離點缺陷的存在，使其附近的原子稍

44、微偏離原結(jié)點位置才能平衡，造成小區(qū)域的晶格畸變。原結(jié)點位置才能平衡，造成小區(qū)域的晶格畸變。結(jié)果：結(jié)果：1）提高材料的電阻）提高材料的電阻- 定向流動的電子在點缺定向流動的電子在點缺陷處受到非平衡力陷處受到非平衡力(陷阱陷阱)，增加了阻力，加速運，增加了阻力，加速運動提高局部溫度動提高局部溫度(發(fā)熱發(fā)熱)。 2）加快原子的擴散遷移）加快原子的擴散遷移-空位可作為原子運空位可作為原子運動的周轉(zhuǎn)站。動的周轉(zhuǎn)站。 3）形成其他晶體缺陷）形成其他晶體缺陷-過飽和的空位可集中過飽和的空位可集中形成內(nèi)部的空洞，集中一片的塌陷形成位錯。形成內(nèi)部的空洞，集中一片的塌陷形成位錯。 4）改變材料的力學性能）改變材料

45、的力學性能-空位移動到位錯處空位移動到位錯處可造成刃位錯的攀移，間隙原子和異類原子的存可造成刃位錯的攀移，間隙原子和異類原子的存在增加位錯的運動阻力。使強度提高，塑性下降、在增加位錯的運動阻力。使強度提高，塑性下降、 2. 線缺陷線缺陷( line defect ) -位錯位錯( dislocation ) 螺旋型位錯螺旋型位錯( screw dislocation )刃型位錯刃型位錯( blade dislocation )位錯的密度位錯的密度 ：位錯密度：位錯密度是描述晶體中位錯的是描述晶體中位錯的數(shù)量，用單位體積位錯線的總長度表示。在金數(shù)量，用單位體積位錯線的總長度表示。在金屬材料中，退

46、火狀態(tài)下，按一般平衡狀態(tài)所得屬材料中，退火狀態(tài)下，按一般平衡狀態(tài)所得到的材料，位錯的密度常在到的材料，位錯的密度常在106的數(shù)量級；經(jīng)的數(shù)量級；經(jīng)過較大的冷塑性變形，位錯的密度可達過較大的冷塑性變形，位錯的密度可達1010-12的數(shù)量級。但和整個晶體相比還是非常少，所的數(shù)量級。但和整個晶體相比還是非常少，所以位錯的存在不會影響材料為晶體的基本特性。以位錯的存在不會影響材料為晶體的基本特性。 螺旋型位錯示意圖螺旋型位錯示意圖 刃型位錯示意圖刃型位錯示意圖 刃型位錯示意圖刃型位錯示意圖正刃型位錯正刃型位錯負刃型位錯負刃型位錯位錯對材料性能的影響位錯對材料性能的影響位錯線附近的晶格有相應的畸變，有高

47、位錯線附近的晶格有相應的畸變，有高于理想晶體的能量；于理想晶體的能量；位錯線附近異類原子濃度高于平均水平；位錯線附近異類原子濃度高于平均水平；位錯在晶體中可以發(fā)生移動，即可動，位錯在晶體中可以發(fā)生移動，即可動，性是材料塑性變形基本方式之一；性是材料塑性變形基本方式之一；位錯與異類原子的作用，位錯之間的相位錯與異類原子的作用，位錯之間的相互作用，對材料的力學性能有明顯的影互作用，對材料的力學性能有明顯的影響。響。詳細內(nèi)容到塑性變形一章再論述。詳細內(nèi)容到塑性變形一章再論述。 3.面缺陷面缺陷( surface-defect )晶界晶界( grain boundary ) : : 晶粒與晶粒之間的界

48、面。晶粒與晶粒之間的界面。亞晶界亞晶界( sub-boundary ) : : 相鄰晶粒位向很小相鄰晶粒位向很小( (一般一般1 12 2) )的小角度晶界。的小角度晶界。 晶界與亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖晶界與亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖大角度晶界大角度晶界-晶晶界界小角度晶界小角度晶界-亞晶界亞晶界 晶界與亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖晶界與亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖大角度晶界大角度晶界-晶晶界界小角度晶界小角度晶界-亞晶界亞晶界 晶界與亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖晶界與亞晶界結(jié)構(gòu)示意圖大角度晶界大角度晶界-晶晶界界小角度晶界小角度晶界-亞晶界亞晶界 Cu-Ni 合金中的亞結(jié)構(gòu)合金中的亞結(jié)構(gòu)總結(jié)：晶體缺陷對金屬性能的影響總結(jié)：晶體缺陷對金屬性能的

49、影響原子的擴散原子的擴散金屬的強化金屬的強化固態(tài)的相變固態(tài)的相變第五節(jié)：非晶態(tài)材料中原子的排列第五節(jié)：非晶態(tài)材料中原子的排列特點：特點：短程有序：短程有序：非晶材料中，原子排列總體上是混非晶材料中，原子排列總體上是混亂的、無序的；但近鄰原子或局部區(qū)域的排列亂的、無序的；但近鄰原子或局部區(qū)域的排列是有一定規(guī)律的，這種現(xiàn)象稱短程有序。例：是有一定規(guī)律的，這種現(xiàn)象稱短程有序。例：金屬液體；玻璃態(tài)等。金屬液體；玻璃態(tài)等。亞穩(wěn)定性：亞穩(wěn)定性：材料處于熱力學自由能最低的材料處于熱力學自由能最低的狀態(tài)稱穩(wěn)定態(tài)。如晶體材料在熔點以下；狀態(tài)稱穩(wěn)定態(tài)。如晶體材料在熔點以下；非晶態(tài)材料在熱力學上是亞穩(wěn)定態(tài)，一非晶態(tài)

50、材料在熱力學上是亞穩(wěn)定態(tài)，一定條件下要向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變。定條件下要向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變。一、工業(yè)陶瓷一、工業(yè)陶瓷1.定義：定義：由金屬和非金屬的無機化合物組成的多晶、多相由金屬和非金屬的無機化合物組成的多晶、多相物質(zhì)。物質(zhì)。生產(chǎn)流程：生產(chǎn)流程：原料（氧化物、碳化物、氮化物等原料（氧化物、碳化物、氮化物等）配制）配制坯料成型坯料成型高溫燒結(jié)高溫燒結(jié)后處理。后處理。2.陶瓷的典型組織：陶瓷的典型組織：由晶相、玻璃相由晶相、玻璃相和氣相三部分組和氣相三部分組成。各相的組成、成。各相的組成、數(shù)量、形狀和分數(shù)量、形狀和分布對陶瓷的性能布對陶瓷的性能有顯著的影響。有顯著的影響。1）晶相：）晶相：陶瓷的主要組成相，包括

51、氧化物、非陶瓷的主要組成相，包括氧化物、非氧化物和硅酸鹽等。氧化物和硅酸鹽等。a.氧化物：氧化物：常用的有常用的有Al2O3;TiO2;ZrO2;MgO等等b. 非氧化物：非氧化物：主要是各種碳化物、氮化物、硼主要是各種碳化物、氮化物、硼化物等化物等例：例：VC，WC，SiC，BN，AlN，Si3N4c. 硅酸鹽：硅酸鹽：結(jié)構(gòu)單結(jié)構(gòu)單元是元是Si-O四面體四面體（SiO4），可形成島），可形成島狀、鏈狀、層狀、骨狀、鏈狀、層狀、骨架狀等結(jié)構(gòu)架狀等結(jié)構(gòu)。2）玻璃相：）玻璃相：是陶瓷高溫燒結(jié)時各組成物和雜質(zhì)是陶瓷高溫燒結(jié)時各組成物和雜質(zhì)產(chǎn)生物理、化學反應后形成的非晶態(tài)物質(zhì)。產(chǎn)生物理、化學反應后形成

52、的非晶態(tài)物質(zhì)。作用：粘接作用。既將分散的晶粒粘在一起，作用：粘接作用。既將分散的晶粒粘在一起，并抑制晶粒長大、填充氣孔使陶瓷致密。并抑制晶粒長大、填充氣孔使陶瓷致密。3）氣相：）氣相：氣孔，由原料和工藝因素形成。一般氣孔，由原料和工藝因素形成。一般占體積占體積5-10%。（普通陶瓷：。（普通陶瓷：5-10%；特種陶；特種陶瓷：瓷：5%；金屬陶瓷：；金屬陶瓷： 0.5%）二、高分子材料結(jié)構(gòu)二、高分子材料結(jié)構(gòu)1.高分子化合物：高分子化合物：由大分子組成的相對分子量大于由大分子組成的相對分子量大于104的有機化合物，也稱高聚物。的有機化合物，也稱高聚物。2. 組成：組成：由許多相同結(jié)構(gòu)單元通過共價鍵

53、重復連接由許多相同結(jié)構(gòu)單元通過共價鍵重復連接而成的。而成的。3. 單體：單體：組成聚合物的低分子化合物。如組成聚合物的低分子化合物。如CH2=CH2（乙烯）（乙烯）4. 大分子鏈：大分子鏈：組成聚合物的鏈條。組成聚合物的鏈條。5. 鏈節(jié)：鏈節(jié)：大分子鏈中重復的結(jié)構(gòu)單元。如大分子鏈中重復的結(jié)構(gòu)單元。如 CH2-CH2 6. 聚合度：聚合度：鏈節(jié)的重復數(shù)目。鏈節(jié)的重復數(shù)目。注：高聚物分子量注：高聚物分子量=鏈節(jié)分子量鏈節(jié)分子量聚合度聚合度7.鏈段：鏈段：由若干個鏈節(jié)組成的具有獨立運動能力的最由若干個鏈節(jié)組成的具有獨立運動能力的最小單元。小單元。8.取代基取代基R：取代大分子中氫原子的其它元素原子或

54、取代大分子中氫原子的其它元素原子或原子團。例：聚氯乙烯原子團。例：聚氯乙烯 CH2-CH2 R(Cl)10.大分子鏈的形態(tài)大分子鏈的形態(tài)1）幾何形態(tài)：）幾何形態(tài)：a.線型結(jié)構(gòu)：由許多鏈節(jié)聯(lián)成一長鏈；通常卷曲線型結(jié)構(gòu)：由許多鏈節(jié)聯(lián)成一長鏈；通常卷曲成不規(guī)則的線團狀。成不規(guī)則的線團狀。b.支鏈型結(jié)構(gòu)：大分子鏈上帶有小的支鏈。支鏈型結(jié)構(gòu)：大分子鏈上帶有小的支鏈。c.體型結(jié)構(gòu)：分子鏈之間有許多鏈節(jié)相互交聯(lián)在體型結(jié)構(gòu)：分子鏈之間有許多鏈節(jié)相互交聯(lián)在一起，形成網(wǎng)狀或立體結(jié)構(gòu)。一起，形成網(wǎng)狀或立體結(jié)構(gòu)。2）大分子鏈的構(gòu)象及柔順性）大分子鏈的構(gòu)象及柔順性構(gòu)象：大分子中含有成千上萬個單鍵，眾多單鍵的構(gòu)象：大分子

55、中含有成千上萬個單鍵，眾多單鍵的內(nèi)旋狀使大分子形態(tài)瞬息萬變，并導致分子鏈出內(nèi)旋狀使大分子形態(tài)瞬息萬變，并導致分子鏈出現(xiàn)不同形象，這種由于單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起的原子在現(xiàn)不同形象，這種由于單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起的原子在空間占據(jù)不同位置所構(gòu)成的分子鏈的各種形象稱空間占據(jù)不同位置所構(gòu)成的分子鏈的各種形象稱分子鏈的構(gòu)象。分子鏈的構(gòu)象。大分子鏈的柔順性：由于大分子鏈構(gòu)象的變化，使大分子鏈的柔順性：由于大分子鏈構(gòu)象的變化，使大分子鏈獲得不同卷曲程度的特性稱大分子鏈的大分子鏈獲得不同卷曲程度的特性稱大分子鏈的柔順性柔順性單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)：單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)：C-C單鍵有一單鍵有一定的鍵長和鍵角，在保持其定的鍵長和鍵角，在保持其不變的情況

56、下可任意旋轉(zhuǎn)，不變的情況下可任意旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象稱單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)。11.高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)-指內(nèi)部大分子鏈之間的指內(nèi)部大分子鏈之間的幾何排列和堆砌結(jié)構(gòu)幾何排列和堆砌結(jié)構(gòu)按分子鏈排列是否有序，按分子鏈排列是否有序，高聚物可分為晶態(tài)（結(jié)晶高聚物可分為晶態(tài)（結(jié)晶型：分子鏈排列規(guī)則、有型：分子鏈排列規(guī)則、有序）和非晶態(tài)（無定型：序）和非晶態(tài)（無定型：大分子鏈排列長程無序，大分子鏈排列長程無序，但局部短程有序）。但局部短程有序）。高聚物一般由上述兩種結(jié)高聚物一般由上述兩種結(jié)構(gòu)組成，但比例不同。構(gòu)組成，但比例不同。結(jié)晶度：晶區(qū)所占質(zhì)量分結(jié)晶度：晶區(qū)所占質(zhì)量分數(shù)。數(shù)。一般可

57、在一般可在50-90%變化。變化。第六節(jié)：合金的晶體結(jié)構(gòu)第六節(jié)：合金的晶體結(jié)構(gòu)一、概念一、概念 合金合金：由兩種或兩種以上的元素組成，其中至少有一種為金屬，組成：由兩種或兩種以上的元素組成，其中至少有一種為金屬，組成具有金屬性質(zhì)的材料稱為合金。（例：黃銅具有金屬性質(zhì)的材料稱為合金。（例：黃銅 Cu-Zn；鋼；鋼 Fe-C） 組元組元：通常把組成材料的最簡單、最基本、能夠獨立存在的物質(zhì)稱為：通常把組成材料的最簡單、最基本、能夠獨立存在的物質(zhì)稱為組元。組元大多數(shù)情況下是元素；在研究的范圍內(nèi)既不分解也不組元。組元大多數(shù)情況下是元素；在研究的范圍內(nèi)既不分解也不發(fā)生任何化學反應的穩(wěn)定化合物也可成為組元（

58、發(fā)生任何化學反應的穩(wěn)定化合物也可成為組元（Fe3C）。）。相相：凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開的均勻組成部：凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開的均勻組成部分，稱為相。在固態(tài)材料中，按其晶格結(jié)構(gòu)的基本屬性來分，可分，稱為相。在固態(tài)材料中，按其晶格結(jié)構(gòu)的基本屬性來分，可分為分為固溶體固溶體和和化合物化合物兩大類。兩大類。組織組織：人們用肉眼或借助某種工具（放大鏡、光學顯微：人們用肉眼或借助某種工具（放大鏡、光學顯微鏡、電子顯微鏡等）所觀察到的材料形貌。它決定于鏡、電子顯微鏡等）所觀察到的材料形貌。它決定于組成相的類型、形狀、大小、數(shù)量、分布等。組成相的類型、形狀、大小、數(shù)量、分

59、布等。 組織組成物組織組成物：組織中形貌相同的組成部分。：組織中形貌相同的組成部分。二、固溶體二、固溶體1 1. . 固溶體：固溶體： 當材料由液態(tài)結(jié)晶為固態(tài)時，組成元素間會象溶液當材料由液態(tài)結(jié)晶為固態(tài)時，組成元素間會象溶液那樣互相溶解，形成一種在某種元素的晶格結(jié)構(gòu)中包含那樣互相溶解，形成一種在某種元素的晶格結(jié)構(gòu)中包含有其它元素原子的新相，稱為固溶體。與固溶體的晶格有其它元素原子的新相，稱為固溶體。與固溶體的晶格相同的組成元素稱為溶劑，在固溶體中一般都占有較大相同的組成元素稱為溶劑，在固溶體中一般都占有較大的含量；其它的組成元素稱為溶質(zhì)，其含量與溶劑相比的含量；其它的組成元素稱為溶質(zhì)，其含量與

60、溶劑相比為較少。為較少。固溶體即一些元素進入某一組元的晶格中，不固溶體即一些元素進入某一組元的晶格中，不改變其晶體結(jié)構(gòu)，形成的均勻相。改變其晶體結(jié)構(gòu)，形成的均勻相。 溶質(zhì)原子溶入固溶體中的量稱為固溶體的溶質(zhì)原子溶入固溶體中的量稱為固溶體的濃度濃度。在一。在一定的條件下，溶質(zhì)元素在固溶體中的極限濃度叫做溶質(zhì)定的條件下，溶質(zhì)元素在固溶體中的極限濃度叫做溶質(zhì)元素在固溶體中的元素在固溶體中的溶解度溶解度。濃度或溶解度一般用溶質(zhì)元。濃度或溶解度一般用溶質(zhì)元素所占的重量百分比來表示素所占的重量百分比來表示( (%Wt%Wt) )；有時也用溶質(zhì)元素所；有時也用溶質(zhì)元素所占的原子數(shù)量百分比來表示，這時也稱為摩