无机合成03-1.ppt

1、思 考 题,什么是无机材料的化学性能？它包括那些方面？ 无机材料脆性的本质是什么？,第四节 无机材料的性能,材料性能 材料固有的物理、化学特性 材料在一定条件下对外部作用的响应 是材料微观结构特征的宏观反映,材料在生产过程中，能承受各种加工制造工艺而不产生瑕疵或废品所应具备的性能。,为了保证由材料制成的产品（或器件）能正常应用而应具备的性能。 化学性能 力学性能 物理性能,第四节 无机材料的性能,4.1 无机材料的化学性能,材料化学性能 指材料抵抗各种介质作用的能力，它包括溶蚀性、耐腐蚀性、抗渗入性、抗氧化性等，可归结为材料的化学稳定性能。另外，材料的化学性能还包括催化性能、离子交换性能等化学

2、反应性能。 材料的化学稳定性能及化学反应活性首先决定于材料的组成和结构，此外是由材料的密度、气孔率等显微组织，溶解、溶出、氧化等化学作用，干湿作用、温度变化、冻结融化等物理作用的因素决定的。,第四节 无机材料的性能,无机材料化学腐蚀,材料组分与腐蚀介质直接发生化学反应而引起破坏，由于腐蚀是从材料表面开始，故称之为表面腐蚀。,无机材料通常都存在一定的孔隙，腐蚀介质很容易通过这些孔隙向材料内部渗透，使材料和腐蚀介质的接触面增大，从而加速腐蚀。,第四节 无机材料的性能,4.2 无机材料的力学性能,材料力学性能 又称机械性能，是指材料受外力作用时表现出的变形行为及其抵抗破坏的能力，通常包括强度、塑性、

3、硬度、韧性、耐磨性、疲劳特性等。 力学性能是结构材料的主要使用性能。对于功能材料来说，除了物理和化学性能外，往往对力学性能也有一定要求。 例：为了制成细薄膜及涂层等，除了要求材料具有良好的成型性能外、还要求有抗振动、抗压（或抗拉）、抗疲劳等各种力学性能。,第四节 无机材料的性能,主要力学性能指标,强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。,塑性：材料在外力作用下，产生永久性变形（指去掉外力后不能 恢复原状的变形）而不破坏其完整性的能力叫塑性。,硬度：硬度是用来衡量固体材料软硬程度的力学性能指标，反映 了材料表面抵抗微区塑性变形的能力。,韧性：指材料抵抗裂纹萌生与扩展的能力。,耐磨性：材料

4、在一定的摩擦条件下抵抗磨损的能力。,疲劳特性：材料在循环（交变）载荷作用下发生损伤乃至断裂的现象。,第四节 无机材料的性能,无机材料的脆性,无机材料的晶体结构中，原子排列和化学键等性状决定了它在受外力作用下的断裂过程中，除了增加新的断裂表面的表面能外，几乎没有其他可以吸收能量的机制，其结果决定了无机材料的脆性本质。,第四节 无机材料的性能,无机材料的强化与增韧途径,消除材料中的缺陷，提高晶体的完整性 热韧化技术处理 人为预加应力，在材料表面造成一层压应力层，以提高材料抗拉强度。 化学强化 改变表面化学组成，使表面的摩尔体积比内部大。 相变增韧 利用多晶多相陶瓷中某些相成分在不同温度时的相变，从

5、而达到增韧的效果。 异相弥散强化增韧 基体中引入第二相颗粒，当裂纹前沿与第二相颗粒接触时，裂纹被偏析和分枝，改变了裂纹尖端的应力集中，从而提高了韧性。 纤维或晶须补强增韧 纤维或晶须的引入能对无机材料起大幅度的补强增韧作用。,第四节 无机材料的性能,4.3 无机材料的物理性能,热容、热传导、热膨胀、热辐射、热电势、热稳定性、熔点、升华等,导电性、介电性、压电效应、热释电效应、铁电效应、温度系数、介质损耗等,光辐射及其与物质的相互作用、结构缺陷和颜色、发光与激光,抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性、磁畴、磁滞回线、磁能积、磁导率等,第四节 无机材料的性能,导电性指材料在电场中传递电荷的能

6、力。用电导率或电阻率表示。,无机材料的导电性,超导体： 0； 导 体： 10-8 10-5 m； 半导体： 10-5 107 m； 绝缘体： 107 1020 m。,第四节 无机材料的性能,能带理论 完全被电子占满的能带称“满带” ，满带中的电子无法移动，不会导电； 完全未被电子占据的能带称“空带”；部分被电子占据的能带称“导带” ，其中电子很易吸收微小能量而跃迁到稍高能量的轨道上去，而具有导电能力；相邻两能带间的能量范围称为“能隙” 或“禁带”。,第四节 无机材料的性能,物质的磁性都来源于磁矩，有反磁性和顺磁性之分。固体物质由于其内部粒子含有未成对电子的原子或离子，处于顺磁状态，在外磁场的作

7、用下出现三种情况：,无机材料的磁性,第四节 无机材料的性能,在外磁场作用下，因晶格中电子自旋平行磁矩朝着磁场方向排列，当取消外磁场能保持一定程度的磁性，处于这种状态的固体表现出铁磁性。 例：铁、钴、镍、磁性合金钢、-Fe2O3等为铁磁性。,第四节 无机材料的性能,在外磁场作用下，因 A晶格和 B晶格电子自旋反平行，有大小相同、方向相反的磁矩同数存在，出现反铁磁性。 例：MnO、Cr2O3、-Fe2O3等为反铁磁体。,第四节 无机材料的性能,在外磁场作用下，因多晶体其电子自旋结果形成具有正反两个方向的磁矩，但其大小不等，沿磁场方向排列的磁矩占部分优势，出现铁氧磁性。 例：MOFe2O3，其中 M

8、为二价阳离子（如 Ba2+、Mn2+、Zn2+、Ni2+等）,第四节 无机材料的性能,上述三类磁体中以铁磁体和铁氧体最实用，而对新技术发展有着重要意义的主要是铁氧体，按其应用特性有软磁体和硬磁体之分。 软磁体是容易磁化和退磁的磁性材料，如锰铁氧体(MnFe2O4)、镍铁氧体(NiFe2O4) 等，在电子技术上主要用作各种高频磁芯（如磁放大器、磁头等）。 硬磁体是在去掉磁场后仍保留着磁性的材料，也称为永磁体，如 BaOxFe2O3、SrOxFe2O3，用于电声器件，超高频器件（如磁控管、隔离器等）。,第四节 无机材料的性能,无机材料的光学性质 固体的光学性质是指光照到固体上时，在其表面发生折射和

9、反射，在其内部发生吸收和散射；或者有选择地吸收或反射特定波长的光，只透过特定偏振面的光等。 所有这些现象都是由原于所具有的电子能量、晶格缺陷、杂质等原因引起的。被吸收的光能转换成其他形式的能量发散，或仍以光的形式放出。,第四节 无机材料的性能,当固体工作物质受到激励能源照射后，激活其中的离子产生受激辐射，在此过程中光子数倍增，并在两块反射镜中多次来回反射振荡，受激光强度剧增，从而输出激光。,激光固体 固体激光工作物质：钇铝石榴石Y3Al5O12晶体、砷化镓GaAs半导体等。,第四节 无机材料的性能,入射光线在光纤芯体内部界面产生全反射，全反射光线又以同样的角度在对面界向上发生第二次全反射，如此经