1 材料的内部结构.ppt

1、绪论一、一、材料发展史材料(materials )是人类用于制造各种产品的物质，比人类先存在，是人类生活和生产的物质基础。 反映人类社会文明的水平。 1 .石器时代：猿人到原始人的漫长进化过程。 原料：燧石和石英石。 2 .新石器时代：从原始社会末期开始用火制作陶器。 3 .青铜时代：夏(公元前2140年开始)在先到4 .铁元素器时代：春秋战国(公元前770221年)开始大量使用铁元素器，2，5 .铁元素钢新时代18世纪前人们对材料的认识不合理，停留在手艺人和艺人的水平。 此后西欧和露西亚的工业迅速发展，铁元素钢需求急剧增加，推动了新学科金属学的发展。 人们开始合理地认识材料了6.20世纪以来

2、支撑现代人类文明大厦的四大支柱技术：材料科学和技术、生物科学和技术能源科学和技术、信息科学和技术20世纪5、60年代铁元素钢基本达到了鼎盛期，其他新材料迅速发展。 有机合成材料、复合材料、陶瓷材料、功能材料等。 出现了许多新的材料学科。 材料的品种、数量和质量已成为衡量国家技术和国防力量的重要标识牌之一。 据粗略估计，目前世界材料达到50万种以上，今后也会以每年25万种的速度增加。 3、材料原子(或分子)的相互作用在多个原子(或分子)位于凝聚态时，在它们之间结合地相互作用。 由于不同组成物质的原子结构不同，原子间的键的性质和状态有很大差异。 4、1、络离子结合正电性金属原子和负电性非金属原子形

3、成化合物时，由于外层电子的再分布和正、负络离子间的静电作用而相互结合，因此该结合结合被称为络离子结合。 离子晶体硬度高，强度大，脆性大。 例如氯化纳金属钍、塞拉混合双打。 5、2、共价键是指相同的原子或性质差异不大的两个原子相互接近时，这些原子之间没有电子转移。 此时原子间通过共有电子对产生的力而结合，这种结合方式称为共价键。 结合力大、硬度高、强度大、脆性大、熔点高、沸点高、挥发性低。 金刚石、SiC、BN等6、3、金属键金属的自由原子结构的特点是外层电子少，电离能小。 这决定了这些个与其他元素体结合，形成容易失去外层价电子的阳络离子的倾向很大。 通过金属正络离子和自由电子之间的静电作用，金

4、属原子结合形成金属整体，这种结合方式称为金属键。 具有良好的导电性和导热性，有正的电阻温度系数，不透明，有特有的金属光泽，有良好的塑性形变能力，韧性好。 7、4、分子键自由原子态形成稳定电子层层的惰性瓦斯气体He、Ne、Ar等和分子状态的H2、N2、02等在低温时可以与液体或固体结合，在该结合过程中不给予或接受电子。 这种存在于中性的原子或分子间的结合力称为分子键。 硬度低，熔点低，具有良好的绝缘性。 例如高分子材料的塑料。 8、5、氢键是一种特殊的分子间作用力。 负极性大、原子半径小的2种原子与氢原子结合时，氢原子和一个原子之间形成共价键，在另一个原子之间形成氢键。 FHF、OHO、NHO等

5、。氢键的本质是静电吸引力，具有饱和性和方向性。 9、结晶键的强度用结合能表示，是指结晶分解为单一原子(或分子)的工作，或者是通过单一原子凝聚形成结晶而释放的能量，用Jmol表示。 原子晶体和络离子结合晶体的结合能为约10 5(Jmol )级，金属键晶体的结合能为约104(Jmol )级，分子键晶体的结合能为约103(Jmol )级。 因此，原子晶体与络离子结合结晶的结合最强，金属键结晶其次是分子键结晶最弱。、10、11、2、工程材料学任务工程材料：制造工程结构和机械零件使用的材料工程材料学：是材料学的实用部分，主要阐述结构材料的成分、组织、性能和应用等方面的一般规律。工程材料课程的基本要求(教

6、学目标):1 .了解常用工程材料的成分、结构、组织与性能的关系和变化规律。 2 .掌握常用工程材料的种类、品种、性能及用途。 对典型的机械零件和手工工具等合理且正确地选定工程材料。 3 .准确选择一般零配件的热处理工艺方法，具有确定热处理工艺位置的初步能力。 4 .对不同材料零配件的故障具有一定的问题分析和解决能力。12、13、三材料分类1、金属材料黑色金属铁元素和基于铁元素的合金(钢、铸铁元素等)除非铁金属黑色金属以外的所有金属及其合金。 2 .高分子材料塑料主要指工程塑料。 分为热塑性和热固性塑料。 合成纤维由单体聚合而成，进一步经机械处理而成为纤维材料。 橡胶经过硫化处理，是弹性很好的聚

7、合物。 通用和特种橡胶胶粘剂分为树脂型、橡胶型和混合型。14、3蜂窝混合双打材料的一般蜂窝混合双打主要是硅元素、铝氧化物的硅酸盐材料，也是特殊蜂窝混合双打的高熔点氧化物、碳化物、氮化物等烧结料。 金属陶瓷是在蜂窝混合双打制造工艺中制造的金属和碳化物或其他化合物的粉末制品。 4复合材料是两种以上材料的组合。 按沉积基质相的种类，有聚合物化学基、金属化学基、陶瓷化学基、黑金属铅化学基等。 按用途：结构、功能、知识分子二烯烃复合材料。 本部分要点如下：1)工程材料的概念制造工程结构和用于机械零件的材料2 )工程材料的分类金属材料黑色金属材料非铁金属及其合金有机高分子材料塑料橡胶等陶瓷材料复合材料，1

8、5、16、结晶材料中的原子(络离子、分子)以三度空间而规则且周期性地排列非晶质体原子不规则地堆积，也称为“过冷液体”。 第一章材料的内部结构1.1固体材料的结构、12金属的结晶结构、1 )结晶(从宏命令上看)的特征：其原子在空间中有规律地排列。 结晶性能：具有一定的熔点和冻结点，呈各向异性现象。 17、18、晶体结构、原子(络离子)的刚球模型、19、晶格模型、x、y、z、a、b、c、晶面通过原子中心的平面、晶格单元：晶格的基本单位。 22，23，3 )常见的金属晶格形式体心立方晶格的特点：具有相当高的强度和良好的塑性。 该晶格的金属包括铬、钼、钨、钒和铁元素(0 912，Fe )等。 光栅常数

9、： a=b=c；=90、单元原子数：原子半径：致密度：0.68致密度=Va /Vc，其中Vc:单元体积a3 Va:原子总体积24r3/3该晶格的金属为铝、钢、镍和铁元素(912 1394，Fe )等. 光栅常数： a=b=c； 晶格原子数：原子半径：原子密度：0.74、 光栅常数：底面边长a底面间距c侧面间角120侧面与底面所成的角90、单元原子数： 6、原子半径： a/2、致密度：0. 74多晶体由许多外形不规则的晶粒(简称晶粒)组成。 在这些个的晶粒内还堆积着整齐的晶胞。 各晶粒间的界面晶界。 29、晶粒的大小与金属的制造和处理方法有关，其直径一般在10.001mm之间。 多晶体中，由于各

10、晶粒的位置不同，其各向异性现象被抵消，引起各向异性现象性能几乎相同的现象，据说各向同性晶粒体积越大，强度、韧性等综合力学性能越差。 晶粒体积越小，强度、韧性等综合力学性能越好。 (30，2 )晶体缺陷(1)点缺陷是在三度空间的所有方向上尺寸小、尺寸范围约为1个或数个原子间距的缺陷。 空穴中，间隙原子置换原子等31、(2)线缺陷是指3个维度空间的二维方向的尺寸小，而一维方向的尺寸相对大的缺陷。 属于这种缺陷的主要是各种类型的位错。 32、位错在晶体中的某处发生了一列或多列原子有规律的位错现象。 变位最基本的形状是刃型变位螺型位错，(3)面缺陷是指在三度空间的一维度方向上尺寸小，在其他的二次元方向

11、上尺寸大的缺陷。 最常见的面缺陷是金属中的晶界和亚晶界。 33、实际金属中的缺陷对材料力学性能的影响为：点缺陷的存在，可以提高材料的硬度和强度，降低材料的塑性和韧性，增加位错密度可以提高金属强度， 塑性随之降低的面缺陷可以提高金属材料的强度和塑性，使晶粒细化是改善金属力学性能的有效手段，34、在本节中为结晶、晶格和晶格三种典型晶格型晶粒大小和性能的关系结晶缺陷类型，35，1.2.3金属晶体过程， 凝固的基本概念所有物质从液体向固体的转变过程1，晶体的晶体可以通过凝固形成晶体结构1 )平衡晶体温度，36，37这种现象称为过冷。 理论结晶温度Tm与实际结晶温度T1之差称为过冷度。 38、蒸发制冷速

12、度越大，过蒸发制冷度越大。 2、非晶质体的凝固是非晶质体凝固过程中熔体实质上粘滞系数连续增大的过程，非晶质体固体可以看作是粘滞系数大的“熔体”。 因此，非晶质体的凝固在温度范围内逐渐完成。 39、40、纯金属晶体、1、晶体和结晶过程晶体金属从液态变为晶态(固体)的过程。 晶化过程可分为晶核生长、41、液态金属、形核、晶核生长两个阶段，非自发形核是附着在外来杂质上而生成的晶核。43、(2)晶核生长过程、两种生长方式平面生长树枝状生长。 影响平面生长、树枝状生长、2、成核和生长的因素(1)过冷度的影响(2)高熔点杂质的影响、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、或每单位面积的晶粒数ZJ。 也可以用晶粒的平均线长(或直径)表示。 45、46、晶粒度分为8个阶段，微结晶强化晶粒的微细化使金属机械性能提高的现象，比较：微结晶强化-强度、硬度、塑性、韧性固溶强化-强度、硬度、塑性、韧性，2 )晶粒直径的控制(3)搅拌振动、机械振动、超声震荡或电磁搅拌等。 振动作用：破碎枝状晶，增加结晶核数，细化晶粒。 47、再结晶(同质瓦斯气体转变)、1 )概念少数金属随温度变化晶格也变化的现象称为同质瓦斯气体转变。(48、纯铁元素的冷却曲线、t、0、1534、1394、912、768、液体3 )结论变化时，体积也变化。 是黑色金属材料能够通过各种热处理工艺改变其组织和性能

14、的内因和依据。 总结、重点要求1 .过冷度概念、晶粒度的影响因素。 2 .晶粒大小的控制方法。 一般要求1 .同型瓦斯气体异性转移。 49、1.3高分子化合物的组成和结构，高分子分子中含有原子数多、分子量大的物质。 一种或几种简单的低分子聚合而成的大分子链结构。 也称为高分子化合物。 50、在长链且结构相同的重复单位网络链接，例如在聚乙烯管中，CH2CH2是1个网络链接。 的双曲馀弦值。 重复的网络链接数称为聚合度。 的双曲馀弦值。 由多个网络链接组成的具有独立运动能力的最小运动针织面料段。 大分子链的形态、高分子化合物的结构形式，根据其大分子链的几何形状，线状结构可以从许多网络链接中分离为一个长链。 体型结构是在分子链和分子链之间多个网络链接相互架桥，形成网状或立体结构。 51、大分子链的构象及柔顺性、单键内旋的原子在空间中占据不同位置构成的分子链的各种图象被称为大分子链的构象。 由于大分子链结构的频繁变化，大分子链既可以扩展伸缩，也可以扩展卷缩。 从大分子这个构象变化，可以得到不同的收缩程度的特性称为大分子链的依从性。 影响大分子链依从性的因素有主链结构和取代化学基两种。 52、高分子化合物的凝聚态结构是