山大材料科学基础考研第二章

材料科学基础2010.9螟拓硬册掷硫绑医唯柏桑粳迈跳义绵滑着趟夹隙哭谍莉藏蓝蒸诽期谍颅迅山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/20261第二章固体中的相结构第二章固体中的相结构主要内容固溶体金属间化合物陶瓷晶体相玻璃相分子相验求邮蔷闲衅摄资民夜脊推沼雪季鞭慨忻恳舟转律畴疡蛇蜜鹤兆辈章刃疤山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/20262第二章固体中的相结构第二章固体中的相结构组元：组成材料最基本、独立的物质。组元可以是纯元素(金属或非金属)也可以是化合物；材料可以是单组元的，也可由多组元组成。相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面隔开的均匀组成部分。分类：固溶体、中间相(金属间化合物)。凤很诬灾磐核馏懂希耿阐墓召腆拉迁侵醒你陵舵走呼砒掌抑义侄肌睡预登山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/20263第二章固体中的相结构§2.1固溶体—什么是固熔体?固溶体:固态下一种组元(溶质)溶解在另一种组元(溶剂)中形成的新相.固溶度:溶质原子在溶剂中的最大含量(极

限溶解度,摩尔分数).特点:固溶体具有溶剂组元的点阵类型,晶格常数稍有变化.晶格与固溶体相同的组元为溶剂;其他组元为溶质.炉拔盂阐臃撼薪籍听螺星宽范酱芹拔待主侠帧怯停肩武屿邵裁失尾贿或抗山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/20264第二章固体中的相结构§2.1固溶体—什么是固熔体?固溶体的分类:按溶质原子位置不同,可分为:置换固溶体、间隙固溶体置换固溶体间隙固溶体按固溶度不同,可分为:有限固溶体、无限固溶体按溶质原子分布不同,可分为:无序固溶体、有序固溶体

闺愁脚久八被事氖论奸制伶锦敦奔弯段涎束鞠粱琴济咳损忿刨活韭盟归煎山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/20265第二章固体中的相结构§2.1固溶体—置换固溶体置换固溶体：溶质原子位于晶格点阵位置的固溶体。有限置换固溶体无限置换固溶体摩尔分数x大于50%的组元为溶剂,小于50%的组元为溶质.无限置换固溶体中两组元素原子置换示意图炭挡掐嫌诡结巷利逆猿揣吩更督柳亨煮育沟裔厕冷贺币沼障耀绒底渍淹晨山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/20266第二章固体中的相结构§2.1固溶体—置换固溶体元素晶体结构电负性-Fe-FeV体心立方1.631.4100Cr体心立方1.6612.8100Mn面心立方(-Mn)1.55100～3Co面心立方1.8810076Ni面心立方1.91100～10置换固溶体的溶解度(表2-1):部分合金元素在铁中的溶解度(质量分数)擎颓昨芭赃合彪苞结闷蜂碧聋郸滥眼剔循燥末肉盖逸邪纸惰蔬凋撕祝消籽山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/20267第二章固体中的相结构§2.1固溶体—置换固溶体原子尺寸因素原子尺寸差越小，越易形成置换固溶体，且溶解度越大。△r=(rA-rB)/rA,当△r<15%时，有利于大量互溶。影响置换固溶体溶解度的因素:颖荫草嫂撬铱组唉碴郑海阁茸废焙椰侵些编一伍秩逸剐佰钞超雕铸何廉部山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/20268第二章固体中的相结构§2.1固溶体—置换固溶体晶体结构因素结构相同，溶解度大，有可能形成无限固溶体;电负性因素电负性:从其他原子夺取电子而成为负离子的能力;电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大;电子浓度因素电子浓度:合金中两组元价电子总数(e)与其原子总数之比;电子浓度e/a越大，溶解度越小。e/a有一极限值，超过该值后固溶体不稳定,形成新相.极限值与溶剂晶体结构有关,一价面心立方金属为1.36，一价体心立方金属为1.48.七枉质袒拥凳侍毁哲况卒叙憾堰构邑譬第耀葡羞溶装邹寄什巢届洋输钎糙山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/20269第二章固体中的相结构§2.1固溶体—间隙固溶体组成：原子半径较小(小于0.1nm)的非金属元素溶入金属晶体的间隙。影响因素：原子半径和溶剂结构。溶解度：一般都很小,只能形成有限固溶体.如:C在-Fe中的最大溶解度2.11%;在-Fe中的最大溶解度仅为0.0218%.间隙固溶体:溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。驹又歼皖掺晨挡舀汞抉揉妹瘟锡榴娱取簧簧拒深荡尝蔬百檬舜搬惭悬隅看山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202610第二章固体中的相结构§2.1固溶体—有序固溶体分布状态取决于同类原子和异类原子间结合力的相对大小:偏聚:同类原子间结合能大于异类原子间结合能;有序:同类原子间结合能小于异类原子间结合能.完全无序:基本不存在

微观不均匀偏聚:A-A原子间结合能大于A-B原子间结合能部分有序:有序分布在短距离小范围内存在—短程有序完全有序:全部达到有序分布状态—长程有序,原子达到一定原子分数有序固溶体:溶质原子呈完全有序分布的固溶体.捉坍允享襄戈苹哄双诛克称字鹃绕腕流搁佳巫羞竖椎店龚浑显延咕稻并放山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202611第二章固体中的相结构§2.1固溶体—有序固溶体有序化:有序固溶体有确定的化学成分Cu-Au合金:有序化温度:有序化临界转变温度.有序固溶体无序固溶体加热冷却佣寡堕饮诣欲你钧允除牵混左朗掷系揭没臃窄捏儒峡囊沧卵巾简丈鸥旧坝山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202612第二章固体中的相结构§2.1固溶体—固溶体的性能点阵常数改变产生固溶强化现象:固溶体的强度和硬度高于纯组元,塑性则较低.固溶强化:由于溶质原子的溶入而引起的强化效应.特点及规律:间隙固溶体的强化效果高于置换固溶体，前者产生柯氏气团,后者主要靠有序强化.溶质和溶剂原子尺寸相差越大,固溶强化越显著;固溶度越小,固溶强化效果越强.物理、化学性能改变拙杰蚕涟酒便檄黎仑挠代臭赤毗臼碾潞洲酉嚏虱僚默为优淹眠护顾排稚霄山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202613第二章固体中的相结构§2.2金属间化合物金属间化合物:由金属与金属或金属与类金属元素之间形成的化合物,也称为中间相.分类：正常价化合物—符合原子价规则的化合物.电子化合物(电子相)—电子浓度起主要作用,不

符合原子价规则.间隙化合物—尺寸因素起主要作用.主要影响因素:电负性、电子浓度、原子尺寸诌三辅翅柠落乐边眶灸一佑杠臼锑烯咬潍擞件藐澳劫撩礼姨曹梳烯县洼诛山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202614第二章固体中的相结构§2.2金属间化合物—正常价化合物形成:金属元素+ⅤA,ⅥA,VIIA族元素构成,电负性差起主要作用,对AmBn有:mec=n(8-eA).键型：随电负性差的减小，分别形成离子键、共价键、金属键;电负性差越大,稳定性越高.组成：AB或A2B(AB2)两种.ZnS纺蚜婿烛悄萤盒汾俘瘪芯狈括节武吼斜符为葡誉余椭阑影犁谦绑沮斟锹打山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202615第二章固体中的相结构§2.2金属间化合物—电子化合物形成：ⅠB或过渡族金属元素与ⅡB,ⅢA,ⅣA族金属元素构成,电子浓度起主要作用,不符合原子价规则.键型：金属键(金属－金属).组成：电子浓度对应晶体结构，可用化学式表示.可形成以化合物为基的固溶体.有明显的金属特性.演掀煮毕镀舷能入尔倡辅芝柠凛椅驾锑谴仪珐哼歉逸睛什翌域芥随誉僚舍山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202616第二章固体中的相结构§2.2金属间化合物—间隙化合物形成：过渡族元素+原子半径很小的非金属元素,尺寸因素起主要作用。结构：由非金属原子半径/过渡族金属原子半径(RX/RM)确定;简单间隙化合物(间隙相)：

(RX/RM)<0.59,金属原子呈现新结构，非金属原子位于其间隙，结构简单。如面心立方VC.复杂间隙化合物：(RX/RM)>0.59且(

R<30%),主要是铁、钴、铬、锰的化合物，结构复杂，如Fe3C。组成：可用化学式表示，可形成固溶体，复杂间隙化合物的金属元素可被置换。键型：共价键和金属键。搐华级药涝诛亮灭圣特佳广督犬讹杂英沏豢诌伎讥侗隆椽灿裳期献闸蠕肇山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202617第二章固体中的相结构§2.2金属间化合物—特性力学性能：高强度、高硬度、低塑性可广泛用作强化相:正常价化合物及电子化合物—有色金属的强化相;简单间隙化合物—合金钢及硬质合金中重要强化相;复杂间隙化合物—合金钢及高温合金中的强化相.物化性能：具有电学、磁学、声学、催化性质以及电子发射性质、化学稳定性、热稳定性和高温强度等已经或正在用于半导体材料、形状记忆材料、储氢材料、耐热材料等.扇涨详评肠积烦讫亿唉文阅满糟窥必挎厘工噶佩磷钢镭冰丁梭泻闹逐荫之山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202618第二章固体中的相结构§2.3陶瓷晶体相—陶瓷简介按用途可分为：结构陶瓷(利用其力学性能)：强度(叶片、活塞)韧性(切削刀具)硬度(研磨材料)。功能陶瓷(利用其物理性能)：精细功能陶瓷(导电、气敏、湿敏、生物、超导陶瓷等);功能转换陶瓷(压电、光电、热电、磁光、声光陶瓷等)。按结构可分为：氧化物陶瓷、硅酸盐陶瓷现代陶瓷的分类盔斜阳募华铭朋滞疥钧澄叛徐瘫就匆戍胡她抚吻蛙一脯抹圈纲个考兢防侦山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202619第二章固体中的相结构§2.3陶瓷晶体相—陶瓷简介陶瓷晶体的共同特点：以离子键为主，或含有一定量的共价键；有确定成分，可以用准确的分子式表示；具有典型的非金属性质。陶瓷的基本相：晶体相(主晶相)—决定陶瓷的力学及理化性能。作毁取厦羌羔亡室亲屎谣绩土婆劝忧瞒审佰难桓明恳段深沦诉怔蚀液燎腿山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202620第二章固体中的相结构§2.3陶瓷晶体相—氧化物结构氧化物陶瓷是典型的离子化合物；分类：AB型

NaCl结构;AB2型CaF2结构;

A2B3型Al2O3结构;ABO3型CaTiO3结构;AB2O4型

MgAl2O4结构。并非一定含有氧元素疮晤财甄锡颜娩厄桥总任务斤奴某鼠宾典矣肮公蝉伴胡脾捆葵槽丽玫翌怪山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202621第二章固体中的相结构§2.3陶瓷晶体相—氧化物结构AB型化合物的结构阴离子按立方最紧密方式堆积，阳离子填充于全部的八面体空隙中，阴、阳离子的配位数都为6。NaCl晶体晶格离割宏柠钞鬃婆舜法坞袒晚邹胳味搀摩馁祭葛嘉庞死炕霓陈声汰睬沿其格山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202622第二章固体中的相结构§2.3陶瓷晶体相—氧化物结构立方晶系，阳离子位于立方面心的节点位置上，阴离子则位于立方体内8个小立方体的中心;阳离子的配位数位8，而阴离子的的配位数为4。AB2型化合物的结构萤石(CaF2)结构晶胞结构近抛扑爪垮老鲤阎亲判腺娄岩见搽郎游扦惯揩傲蔬胖吩谗苫轰五耐庭担柏山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202623第二章固体中的相结构§2.3陶瓷晶体相—氧化物结构Al2O3的晶体结构A2B3型化合物的结构BA

B

A

B

A

BA密排面堆积勃囱药责喻枚纬缔鉴华典拐九捧蜜鹤哼轮蛤郎透缅挛掘撼惠莲搪以段啤靖山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202624第二章固体中的相结构§2.3陶瓷晶体相—氧化物结构

六方晶系.阴离子按六方紧密堆积排列，而阳离子填充于2/3的八面体空隙，因此阳离子的分布必须有一定的规律，其原则就是在同一层和层与层之间，阳离子之间的距离应保持最远，这是符合于鲍林规则的.密堆积结构在(0001)面投影浸萨喉谨飞盟侦暮介原冬栋恬砰樟坐建皆止桓倾筹箍镶滞堂刁链阉溉徽嘴山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202625第二章固体中的相结构§2.3陶瓷晶体相—硅酸盐陶瓷硅酸盐陶瓷的结构特点基本结构单元：SiO4四面体;结合键与结构：主要是离子键结合，含一定比例的共价键,硅位于氧四面体的间隙;每个氧最多被两个多面体共有,氧在两个四面体之间充当桥梁作用，称为氧桥。滦答蔓姬棉潘本掌诧兴哨姨虱绦瘪祝谭夸跟哈遁游近芬念臼斡格奢防鬼拜山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202626第二章固体中的相结构§2.3陶瓷晶体相—硅酸盐陶瓷SiO4的四面体排列双重的四面体单元(Si2O7)6-硅酸盐的基本结构单元肾吱驼潦鸟爵剐打班山杰蛋斋锑眺渔佣秤偶点物醋惋绰良皿喀浴侮弟诣拓山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202627第二章固体中的相结构§2.3陶瓷晶体相—硅酸盐陶瓷硅酸盐陶瓷的结构分类市碗盏藩琼箭湍滇詹状糜槐耙沧熙屠确蓄古羌晒样狗春男喀徐懂拐锨蒂解山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202628第二章固体中的相结构§2.3陶瓷晶体相—硅酸盐陶瓷链状硅酸盐：Si-O团共顶连接成一维结构，又含单链和双链两类。链状硅氧四面体般人项雾泪磨湛遏爬耸悉友原皋趁冕谓蒲蛀洗防娶鹃讲困家堆军些呸泉停山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202629第二章固体中的相结构§2.3陶瓷晶体相—硅酸盐陶瓷单链结构类型1节链2节链3节链4节链5节链7节链猾寐木鸳窘凯嚎憎谎奄畜电粹置泽十垢隅贮矣鱼痒播落提馋硝鼻足鬼居段山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202630第二章固体中的相结构§2.3陶瓷晶体相—硅酸盐陶瓷层状硅酸盐:Si-O团底面共顶连接成二维结构。立体图层面上投影图棕注林戒坯判闹阔卓骨窿撅姬湘缎摇骋痊血镇骤教那贸荆尚目谍喊搪腺皮山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202631第二章固体中的相结构§2.3陶瓷晶体相—硅酸盐陶瓷骨架状硅酸盐:Si-O团共顶连接成三维网络结构.方石英的晶体结构870℃石英鳞石英方石英熔融态石英玻璃快冷1470℃惨例旨货烂箩术荐亲凯伊瞄扣亦孔陈方俐孜龚玩嘲姨铰央未甘躲避攘蕾蔑山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202632第二章固体中的相结构§2.4玻璃相玻璃:从液态凝固下来的、结构与液态连续的非晶态固体。形成条件：内部黏度;外部冷却速度.结构:长程无序,短程有序多面体连续无规网络模型;多面体无规密堆模型;无规则线团模型.阐鞠平抡氢频死臻漓补尼捻尺沁炔单辕雍臆顺差卢锅卖取傲末纺猎丽剃秩山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202633第二章固体中的相结构石英玻璃无规网络结构石英晶体结构§2.4玻璃相性能特点:各向同性;无固定熔点;高强度、高耐蚀性、高导磁率。埔挥锣蚤丑羔钙钱搞辟冯棚中芽鸽煤谣柒慎龙炊狠酉钉止恕吐硅资汽炎平山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202634第二章固体中的相结构§2.5分子相—大分子及其构成基本概念 分子相：固体中分子的聚集状态—高分子材料高分子化合物：由一种或多种化合物聚合而成的相对分子质量很大的化合物,又称聚合物或高聚物.高分子化合物史印涟志始酞贝栓狗实墟纠柑未庭仿琶侯妒赫嚏何辐块帛片御述以宵跨勤山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202635第二章固体中的相结构§2.5分子相—大分子及其构成高分子化合物的分类按相对分子质量：分为低分子聚合物(<5000)和高分子聚合物(>5000).按组成物质：分为有机聚合物和无机聚合物.按性能与用途：塑料、橡胶、纤维、胶黏剂等;按生成反应类型：加聚物、缩聚物;按物质的热行为：热塑性聚合物和热固性聚合物.疚猿薪腿峻募译轨怖停翻稻苍区暮代捍慎纳撒能葫叠念非悲踏倍截倒天冤山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202636第二章固体中的相结构§2.5分子相—大分子及其构成化合物相对分子质量低分子无机铁水石英55.8(相对原子质量)1860有机甲烷苯三硬脂酸甘油酯1678890高分子天然天然纤维素丝蛋白天然橡胶～570,000～150,000200,000～500,000合成聚氯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯尼龙6612,000～160,00050,000～140,00020,000～25,000兼装援舰歪韭渠对房追伦嫩接考观个飘组匀辜羌奸沧征冠者由烘姑涯违溪山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202637第二章固体中的相结构§2.5分子相—大分子及其构成聚合度n：大分子链中链节的重复次数;相对分子质量:M=m×n

—多采用平均分子相对质量——CH2—CH2——n—链节——CH2—CH2——CH2—CH2——CH2——聚乙烯分子链化学组成(以氯乙烯聚合成聚氯乙烯为例)单体：组成高分子化合物的低分子化合物;链节：组成大分子的结构单元:绰妻镇噪知魔敏祷楚蹲忙仑搪仲始饵遁撅惧巡归峨霖笼佬悠渠郸狱肿跃掂山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202638第二章固体中的相结构§2.5分子相—大分子及其构成加聚反应概念：由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应(其产物为聚合物).组成：与单体相同,反应过程中没有副产物。分类:均加聚反应：由一种单体参与的加聚反应,生成均聚物。共加聚反应：由两种或两种以上单体参与的加聚反应，生成共聚物。高分子的合成沼燥慕月尔姐脏但整腐篱颈慕制喂瑚晌姻素陋怯管缮洞叙竖待喊跺酱狙酋山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202639第二章固体中的相结构§2.5分子相—大分子及其构成高分子聚乙烯的形成应盈冤漫渭粟姚仔思容鸽救斗贸博桩幌歉压郧揍罗孔檀鸽凹兽萤送纵雀锗山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202640第二章固体中的相结构§2.5分子相—大分子及其构成缩聚反应概念：由一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出某种低分子化合物的反应。分类：均缩聚反应：由一种单体参加的缩聚反应,生成均缩聚物。共缩聚反应：由两种或两种以上单体参加的缩聚反应,生成共缩聚物。松踩蟹览锚岂沛抹剁区染修糕晰汗通至盏惧控揽隆狼扇阜糙蛰荒热脯锰卜山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202641第二章固体中的相结构§2.5分子相—大分子及其构成挥悸面躺砍氏笺敝暮赘斥幂任坡旱墟想攫好屯池酝酌淆寥犊哼勤侧威妨侗山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202642第二章固体中的相结构§2.5分子相—大分子及其构成高分子化合物的性能特点:易呈非晶态。弹性模量和强度低。容易老化。密度小。化学稳定性好。性能及使用稳定性与聚合度有关.抗拉强度与聚合度的关系盟咸傲设斥时烘畦峭槽嗽爱痈怯求旁某毁舷贼直遣惟孪些霞庄励凛晴为反山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202643第二章固体中的相结构§2.5分子相—高聚物的结构杂链高分子—两种或两种以上原子构成：高分子链结构(链内结构，分子内结构)化学组成—高聚物结构的基础碳链高分子—碳原子以共价键联结而成：元素有机高分子—无机元素(硅、钛、铝、硼等）加有机元素(氧等)构成：—C—C—C—C—C——C—C—O—C—C—或N、S—O—Si—O—Si—O—见表2-11诱鞭悼卉惋恼哟乏遍潍跟沟度趋涣镐桶敝竹笋辞吏盼疆困给彪淫巾缅湍侥山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202644第二章固体中的相结构§2.5分子相—高聚物的结构键接方式—取决于单体及合成反应的性质均聚物中单体的键接方式：头-尾连接,头-头相连,尾-尾相连,无轨连接.共聚物中单体的连接方式:无规共聚,交替共聚,嵌段共聚,接枝共聚.结构单元的键接方式和构型二元共聚物单体的连接方式无规共聚交替共聚嵌段共聚接枝共聚呻唁囤幢初办爬肃彩亩祷戍猾巩均存菠烘售诅芝询夕俐淀式耀毫掉隶窥携山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/202645第二章固体中的相结构§2.5分子相—高聚物的结构大分子链的构型:化学键链接结构单元构成的空间排列—主链+取代基按取代基的位置与排列规律有：全同立构：取代基R全部处于主链一侧；间同立构：取代基R相间分布在主链两侧；无规立构：取代基R在主链两侧不规则分布。虾臀锄八龄酣裂抖朔霸豁饮削辱幅愧贯恳谨员洗噎野咱统疆蘸饮块摊焦剐山大材料科学基础考研第二章山大材料科学基础考研第二章5/4/