1 材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu).ppt

1、緒論一、一、材料發(fā)展史材料(materials )是人類用于制造各種產(chǎn)品的物質(zhì)，比人類先存在，是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。 反映人類社會文明的水平。 1 .石器時代：猿人到原始人的漫長進化過程。 原料：燧石和石英石。 2 .新石器時代：從原始社會末期開始用火制作陶器。 3 .青銅時代：夏(公元前2140年開始)在先到4 .鐵元素器時代：春秋戰(zhàn)國(公元前770221年)開始大量使用鐵元素器，2，5 .鐵元素鋼新時代18世紀前人們對材料的認識不合理，停留在手藝人和藝人的水平。 此后西歐和露西亞的工業(yè)迅速發(fā)展，鐵元素鋼需求急劇增加，推動了新學科金屬學的發(fā)展。 人們開始合理地認識材料了6.20世紀以來

2、支撐現(xiàn)代人類文明大廈的四大支柱技術(shù)：材料科學和技術(shù)、生物科學和技術(shù)能源科學和技術(shù)、信息科學和技術(shù)20世紀5、60年代鐵元素鋼基本達到了鼎盛期，其他新材料迅速發(fā)展。 有機合成材料、復合材料、陶瓷材料、功能材料等。 出現(xiàn)了許多新的材料學科。 材料的品種、數(shù)量和質(zhì)量已成為衡量國家技術(shù)和國防力量的重要標識牌之一。 據(jù)粗略估計，目前世界材料達到50萬種以上，今后也會以每年25萬種的速度增加。 3、材料原子(或分子)的相互作用在多個原子(或分子)位于凝聚態(tài)時，在它們之間結(jié)合地相互作用。 由于不同組成物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)不同，原子間的鍵的性質(zhì)和狀態(tài)有很大差異。 4、1、絡(luò)離子結(jié)合正電性金屬原子和負電性非金屬原子形

3、成化合物時，由于外層電子的再分布和正、負絡(luò)離子間的靜電作用而相互結(jié)合，因此該結(jié)合結(jié)合被稱為絡(luò)離子結(jié)合。 離子晶體硬度高，強度大，脆性大。 例如氯化納金屬釷、塞拉混合雙打。 5、2、共價鍵是指相同的原子或性質(zhì)差異不大的兩個原子相互接近時，這些原子之間沒有電子轉(zhuǎn)移。 此時原子間通過共有電子對產(chǎn)生的力而結(jié)合，這種結(jié)合方式稱為共價鍵。 結(jié)合力大、硬度高、強度大、脆性大、熔點高、沸點高、揮發(fā)性低。 金剛石、SiC、BN等6、3、金屬鍵金屬的自由原子結(jié)構(gòu)的特點是外層電子少，電離能小。 這決定了這些個與其他元素體結(jié)合，形成容易失去外層價電子的陽絡(luò)離子的傾向很大。 通過金屬正絡(luò)離子和自由電子之間的靜電作用，金

4、屬原子結(jié)合形成金屬整體，這種結(jié)合方式稱為金屬鍵。 具有良好的導電性和導熱性，有正的電阻溫度系數(shù)，不透明，有特有的金屬光澤，有良好的塑性形變能力，韌性好。 7、4、分子鍵自由原子態(tài)形成穩(wěn)定電子層層的惰性瓦斯氣體He、Ne、Ar等和分子狀態(tài)的H2、N2、02等在低溫時可以與液體或固體結(jié)合，在該結(jié)合過程中不給予或接受電子。 這種存在于中性的原子或分子間的結(jié)合力稱為分子鍵。 硬度低，熔點低，具有良好的絕緣性。 例如高分子材料的塑料。 8、5、氫鍵是一種特殊的分子間作用力。 負極性大、原子半徑小的2種原子與氫原子結(jié)合時，氫原子和一個原子之間形成共價鍵，在另一個原子之間形成氫鍵。 FHF、OHO、NHO等

5、。氫鍵的本質(zhì)是靜電吸引力，具有飽和性和方向性。 9、結(jié)晶鍵的強度用結(jié)合能表示，是指結(jié)晶分解為單一原子(或分子)的工作，或者是通過單一原子凝聚形成結(jié)晶而釋放的能量，用Jmol表示。 原子晶體和絡(luò)離子結(jié)合晶體的結(jié)合能為約10 5(Jmol )級，金屬鍵晶體的結(jié)合能為約104(Jmol )級，分子鍵晶體的結(jié)合能為約103(Jmol )級。 因此，原子晶體與絡(luò)離子結(jié)合結(jié)晶的結(jié)合最強，金屬鍵結(jié)晶其次是分子鍵結(jié)晶最弱。、10、11、2、工程材料學任務(wù)工程材料：制造工程結(jié)構(gòu)和機械零件使用的材料工程材料學：是材料學的實用部分，主要闡述結(jié)構(gòu)材料的成分、組織、性能和應用等方面的一般規(guī)律。工程材料課程的基本要求(教

6、學目標):1 .了解常用工程材料的成分、結(jié)構(gòu)、組織與性能的關(guān)系和變化規(guī)律。 2 .掌握常用工程材料的種類、品種、性能及用途。 對典型的機械零件和手工工具等合理且正確地選定工程材料。 3 .準確選擇一般零配件的熱處理工藝方法，具有確定熱處理工藝位置的初步能力。 4 .對不同材料零配件的故障具有一定的問題分析和解決能力。12、13、三材料分類1、金屬材料黑色金屬鐵元素和基于鐵元素的合金(鋼、鑄鐵元素等)除非鐵金屬黑色金屬以外的所有金屬及其合金。 2 .高分子材料塑料主要指工程塑料。 分為熱塑性和熱固性塑料。 合成纖維由單體聚合而成，進一步經(jīng)機械處理而成為纖維材料。 橡膠經(jīng)過硫化處理，是彈性很好的聚

7、合物。 通用和特種橡膠膠粘劑分為樹脂型、橡膠型和混合型。14、3蜂窩混合雙打材料的一般蜂窩混合雙打主要是硅元素、鋁氧化物的硅酸鹽材料，也是特殊蜂窩混合雙打的高熔點氧化物、碳化物、氮化物等燒結(jié)料。 金屬陶瓷是在蜂窩混合雙打制造工藝中制造的金屬和碳化物或其他化合物的粉末制品。 4復合材料是兩種以上材料的組合。 按沉積基質(zhì)相的種類，有聚合物化學基、金屬化學基、陶瓷化學基、黑金屬鉛化學基等。 按用途：結(jié)構(gòu)、功能、知識分子二烯烴復合材料。 本部分要點如下：1)工程材料的概念制造工程結(jié)構(gòu)和用于機械零件的材料2 )工程材料的分類金屬材料黑色金屬材料非鐵金屬及其合金有機高分子材料塑料橡膠等陶瓷材料復合材料，1

8、5、16、結(jié)晶材料中的原子(絡(luò)離子、分子)以三度空間而規(guī)則且周期性地排列非晶質(zhì)體原子不規(guī)則地堆積，也稱為“過冷液體”。 第一章材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.1固體材料的結(jié)構(gòu)、12金屬的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、1 )結(jié)晶(從宏命令上看)的特征：其原子在空間中有規(guī)律地排列。 結(jié)晶性能：具有一定的熔點和凍結(jié)點，呈各向異性現(xiàn)象。 17、18、晶體結(jié)構(gòu)、原子(絡(luò)離子)的剛球模型、19、晶格模型、x、y、z、a、b、c、晶面通過原子中心的平面、晶格單元：晶格的基本單位。 22，23，3 )常見的金屬晶格形式體心立方晶格的特點：具有相當高的強度和良好的塑性。 該晶格的金屬包括鉻、鉬、鎢、釩和鐵元素(0 912，F(xiàn)e )等。 光柵常數(shù)

9、： a=b=c；=90、單元原子數(shù)：原子半徑：致密度：0.68致密度=Va /Vc，其中Vc:單元體積a3 Va:原子總體積24r3/3該晶格的金屬為鋁、鋼、鎳和鐵元素(912 1394，F(xiàn)e )等. 光柵常數(shù)： a=b=c； 晶格原子數(shù)：原子半徑：原子密度：0.74、 光柵常數(shù)：底面邊長a底面間距c側(cè)面間角120側(cè)面與底面所成的角90、單元原子數(shù)： 6、原子半徑： a/2、致密度：0. 74多晶體由許多外形不規(guī)則的晶粒(簡稱晶粒)組成。 在這些個的晶粒內(nèi)還堆積著整齊的晶胞。 各晶粒間的界面晶界。 29、晶粒的大小與金屬的制造和處理方法有關(guān)，其直徑一般在10.001mm之間。 多晶體中，由于各

10、晶粒的位置不同，其各向異性現(xiàn)象被抵消，引起各向異性現(xiàn)象性能幾乎相同的現(xiàn)象，據(jù)說各向同性晶粒體積越大，強度、韌性等綜合力學性能越差。 晶粒體積越小，強度、韌性等綜合力學性能越好。 (30，2 )晶體缺陷(1)點缺陷是在三度空間的所有方向上尺寸小、尺寸范圍約為1個或數(shù)個原子間距的缺陷。 空穴中，間隙原子置換原子等31、(2)線缺陷是指3個維度空間的二維方向的尺寸小，而一維方向的尺寸相對大的缺陷。 屬于這種缺陷的主要是各種類型的位錯。 32、位錯在晶體中的某處發(fā)生了一列或多列原子有規(guī)律的位錯現(xiàn)象。 變位最基本的形狀是刃型變位螺型位錯，(3)面缺陷是指在三度空間的一維度方向上尺寸小，在其他的二次元方向

11、上尺寸大的缺陷。 最常見的面缺陷是金屬中的晶界和亞晶界。 33、實際金屬中的缺陷對材料力學性能的影響為：點缺陷的存在，可以提高材料的硬度和強度，降低材料的塑性和韌性，增加位錯密度可以提高金屬強度， 塑性隨之降低的面缺陷可以提高金屬材料的強度和塑性，使晶粒細化是改善金屬力學性能的有效手段，34、在本節(jié)中為結(jié)晶、晶格和晶格三種典型晶格型晶粒大小和性能的關(guān)系結(jié)晶缺陷類型，35，1.2.3金屬晶體過程， 凝固的基本概念所有物質(zhì)從液體向固體的轉(zhuǎn)變過程1，晶體的晶體可以通過凝固形成晶體結(jié)構(gòu)1 )平衡晶體溫度，36，37這種現(xiàn)象稱為過冷。 理論結(jié)晶溫度Tm與實際結(jié)晶溫度T1之差稱為過冷度。 38、蒸發(fā)制冷速

12、度越大，過蒸發(fā)制冷度越大。 2、非晶質(zhì)體的凝固是非晶質(zhì)體凝固過程中熔體實質(zhì)上粘滯系數(shù)連續(xù)增大的過程，非晶質(zhì)體固體可以看作是粘滯系數(shù)大的“熔體”。 因此，非晶質(zhì)體的凝固在溫度范圍內(nèi)逐漸完成。 39、40、純金屬晶體、1、晶體和結(jié)晶過程晶體金屬從液態(tài)變?yōu)榫B(tài)(固體)的過程。 晶化過程可分為晶核生長、41、液態(tài)金屬、形核、晶核生長兩個階段，非自發(fā)形核是附著在外來雜質(zhì)上而生成的晶核。43、(2)晶核生長過程、兩種生長方式平面生長樹枝狀生長。 影響平面生長、樹枝狀生長、2、成核和生長的因素(1)過冷度的影響(2)高熔點雜質(zhì)的影響、44、3、晶粒尺寸和(1)控制晶粒度的概念晶粒度是晶粒尺寸的尺度，表示使用

13、或每單位面積的晶粒數(shù)ZJ。 也可以用晶粒的平均線長(或直徑)表示。 45、46、晶粒度分為8個階段，微結(jié)晶強化晶粒的微細化使金屬機械性能提高的現(xiàn)象，比較：微結(jié)晶強化-強度、硬度、塑性、韌性固溶強化-強度、硬度、塑性、韌性，2 )晶粒直徑的控制(3)攪拌振動、機械振動、超聲震蕩或電磁攪拌等。 振動作用：破碎枝狀晶，增加結(jié)晶核數(shù)，細化晶粒。 47、再結(jié)晶(同質(zhì)瓦斯氣體轉(zhuǎn)變)、1 )概念少數(shù)金屬隨溫度變化晶格也變化的現(xiàn)象稱為同質(zhì)瓦斯氣體轉(zhuǎn)變。(48、純鐵元素的冷卻曲線、t、0、1534、1394、912、768、液體3 )結(jié)論變化時，體積也變化。 是黑色金屬材料能夠通過各種熱處理工藝改變其組織和性能

14、的內(nèi)因和依據(jù)。 總結(jié)、重點要求1 .過冷度概念、晶粒度的影響因素。 2 .晶粒大小的控制方法。 一般要求1 .同型瓦斯氣體異性轉(zhuǎn)移。 49、1.3高分子化合物的組成和結(jié)構(gòu)，高分子分子中含有原子數(shù)多、分子量大的物質(zhì)。 一種或幾種簡單的低分子聚合而成的大分子鏈結(jié)構(gòu)。 也稱為高分子化合物。 50、在長鏈且結(jié)構(gòu)相同的重復單位網(wǎng)絡(luò)鏈接，例如在聚乙烯管中，CH2CH2是1個網(wǎng)絡(luò)鏈接。 的雙曲馀弦值。 重復的網(wǎng)絡(luò)鏈接數(shù)稱為聚合度。 的雙曲馀弦值。 由多個網(wǎng)絡(luò)鏈接組成的具有獨立運動能力的最小運動針織面料段。 大分子鏈的形態(tài)、高分子化合物的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)其大分子鏈的幾何形狀，線狀結(jié)構(gòu)可以從許多網(wǎng)絡(luò)鏈接中分離為一個長鏈。 體型結(jié)構(gòu)是在分子鏈和分子鏈之間多個網(wǎng)絡(luò)鏈接相互架橋，形成網(wǎng)狀或立體結(jié)構(gòu)。 51、大分子鏈的構(gòu)象及柔順性、單鍵內(nèi)旋的原子在空間中占據(jù)不同位置構(gòu)成的分子鏈的各種圖象被稱為大分子鏈的構(gòu)象。 由于大分子鏈結(jié)構(gòu)的頻繁變化，大分子鏈既可以擴展伸縮，也可以擴展卷縮。 從大分子這個構(gòu)象變化，可以得到不同的收縮程度的特性稱為大分子鏈的依從性。 影響大分子鏈依從性的因素有主鏈結(jié)構(gòu)和取代化學基兩種。 52、高分子化合物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)是