第二章 材料的组成、结构与性能1

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1、不同材料由不同的化学物质及矿物成分组成。由于组成成分不同，材料的物理、化学、力学性质也有差异。化学及矿物成分都相同，但成分比例不同，材料的性质也不同。*组元：组成材料的最基本、独立的物质成为材料的组元或组分。它可以是纯元素或稳定的化合物。*溶体：两种以上的原子或分子溶合在一起时的状态统称为溶体。一般是原子或分子的均匀混合物，不是化合物。*液态溶体称为溶液。*固态溶体即溶质组元溶入溶剂组元的晶格中所形成的单相固体称为固熔体。固溶体的分类按杂质原子在固溶体中的位置分类置换型固溶体：杂质原子进入晶体中正常格点位置所生成的固溶体。间隙型固溶体

2、：杂质原子进入溶剂晶格中的间隙位置所生成的固溶体。按杂质原子在晶体中的溶解度分类无限型固溶体：溶质和溶剂两种晶体可以按任意比例无限制地相互固溶。有限型固溶体：溶质只能以一定的溶解限量溶入到溶剂中。*聚集体：一般金属材料或无机非金属材料由无数的原子或晶粒聚集而成的固体，对于处于这类状态的材料称为聚集体。*纯金属一般可以看成是微细晶体的聚集体。*合金可以看成是母相金属原子的晶体与加入的合金晶体等聚合而成的聚集体。*复合体：由两种或两种以上的不同材料通过一定的方式复合而构成的新型材料，各相之间存在明显的界面。**金属：元素周期表中的金属元素

3、，存在于自然界中的94中元素，有72种是金属。铁、镉、锰三种金属属于黑色金属。其余为有色金属。合金是由一种金属跟其他一种或几种金属（或金属跟非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质。黄铜：铜和锌的合金，硬铝：铝、铜、镁合金。**无机非金属材料：由金属元素和非金属元素的化合物配合料经一定工艺过程制得的。*高分子材料：以碳元素为主体，大多数是同氢元素、氧元素中的一种或两种结合的，还有其他元素的有机化合物。分为天然高分子材料和合成高分子材料。*常见的高分子化合物：P24表2-4（要求熟练掌握各个化合物的缩写）键的定义在所有物质结构中，质点（

4、原子、离子或分子）都按照一定的规则进行排列，质点之间都具有一定的结合力，也就是说物质是依靠质点之间的键合结合在一起的，这种质点之间所存在的结合力称为键。*化学键：分子或晶体中直接相邻的原子之间的主要的强烈相互作用称为化学键。金属键*金属在形成晶体时倾向于组成极为紧密的结构，使每个原子拥有尽可能多的相邻原子，生成“少电子多中心键”即金属键。金属键的强度并不象共价键那样用键级来衡量，而是用原子化热来衡量。*原子化热——1mol金属晶体完全气化成互相远离的气态原子所吸收的能量。*离子键使阴、阳离子结合成化合物的静电作用，叫做离子键。①成键微

5、粒：阴阳离子②相互作用：静电作用（静电引力和斥力）③成键过程：阴阳离子接近到某一定距离时，吸引和排斥达到平衡，就形成了离子键。离子键的特征是没有方向性和没有饱和性。形成离子键的必要条件是相互化合的元素原子间的电负性差足够大。原子之间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。分单价共价键和配位共价键。①成键微粒：原子②相互作用：共用电子对③成键元素：同种或不同种非金属元素④共价键具有：饱和性和方向性氢键（一种特殊的分子间力）氢键的本质：当氢原子与电负性很大，半经很小的原子X（如F、O、N）形成共价键，核间电子云强烈地偏向X原子，于是氢

6、原子好似“裸露”的原子核，它具较大的吸引力与另一个电负性大、半经小并带有孤对电子的原子Y（如F、O、N）相互吸引。这种作用力称氢键。分子间氢键一个分子X－H内的H与另一分子的Y结合成的氢键。[例]（H2O）n、（NH3）n、（HF）n等分子内氢键一个分子R－H中H与其内部的Y原子间形成的氢键。[例]邻硝基苯酚、蛋白质分子、核酸分子等范德华键*范德华键是一种次价键，没有方向性和饱和性，它比化学键的键能小1-2个数量级，远不如化学键牢固，作用范围约为0.3-0.5nm。*在高分子材料中总的范德华力超过化学键的作用，故在去除所有的范德华力作

7、用前化学键早已断裂了，所以高分子往往没有气态，只有固态和液态。多种键型化合物物质中含有几种键型。例如：内部结构包含有两种以上键型的晶体，可统称为混合键型晶体，典型例子是石墨晶体。晶体内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排列,通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。晶体的分类根据构成晶体的微粒和微粒间的作用离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体单晶体一块晶体材料，其内部的晶体位向完全一致时，即整个材料是一个晶体，这块晶体就称之为“单晶体”，实用材料中如半导体集成电路用的单晶硅、专门制造的金须和其他一些供研究用

8、的材料。思考：高分子材料能否形成单晶（内部完全一致的重复单元的结构）？答：可以。但是形成条件非常苛刻，也很难证明。多晶体实际应用的工程材料中，那怕是一块尺寸很小材料，绝大多数包含着许许多多的小晶体，每个小晶体的内部，晶格