第2章 材料的组成和内部结构特征

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1、第2章材料的组成和内部结构特征2.1材料的结构(structureofmaterial)2.2晶体材料的相图与相变(phasediagram&phasetransformation)2.3材料的组织与性能(microstructure&property)退出2.1材料的结构（structureofmaterial）2.1.1晶体与非晶体（crystalandamorphousstate）晶体：原子规则周期性排列，如金属、陶瓷。非晶体：原子不存在周期规则排列，如大多数高分子材料、玻璃。晶体中原子排列的规则性用晶胞来描述。图2-3图2-1图2-22.1.2金属的

2、晶体结构（crystalstructure）特征：排列紧密、高对称性。(1)体心立方（bcc）体对角线方向原子排列最紧密，r=()a晶胞原子数：1/8×8＋1＝2致密度：(2×3/4πr3)/a3≈0.68配位数：Z=8例：室温的铁：（α－Fe）、Cr、Mo。图2-4图2-7图2-6图2-5(2)面心立方（fcc）面对角线方向原子排列最紧密，r=()a晶胞原子数：1/8×8＋1/2×6＝4致密度≈0.74Z=12例：高温的铁（γ—Fe）、Cu、Al、Ni。(3)密排六方（hcp）致密度≈0.74Z=12例：Mg、Zn、石墨。2.1.3高分子材料的结构特点(1

3、)单体与链节单体——凡是可以聚合生成大分子链的低分子化合物。链节——大分子链中的重复结构单元。乙烯：n(CH2=CH2)[CH2CH2]n单体链节n为聚合度(2)大分子链的形状线型结构：弹性高、塑性好、硬度低。热塑性材料。如：聚乙烯、ABS、尼龙。支链结构：性能类似线型、强度稍高。热塑性材料。体型结构：交联呈空间网络，刚性大、硬度高、脆性大。热固性材料。如：环氧、聚脂、酚醛塑料（电木）。图2-8图2-9(3)高分子的聚集态结构线型高分子可呈晶态或部分晶态，体型则为非晶态。图2-102.1.4陶瓷材料的结构特点特点：结构比较复杂，主要组成仍是晶体。氧化物结构：

4、尺寸较大的氧离子为骨架（fcc、hcp等）＋尺寸小的正离子位于间隙。硅酸盐结构：基本单元为[SiO4]，在空间相互连接形成多种结构。图2-11图2-15图2-12图2-13图2-142.1.5材料的原子排列缺陷（defects）(1)空位和间隙原子（vacancyandinterstitialatom）温度↑，数量↑，但≤1/1000，影响原子的扩散和运动。(2)位错（dislocation）原子的错排主要在某一方向上，位错的多少用位错密度ρ表示。位错对材料的力学性能影响很大，ρ↑则σs↑，σb↑及δ↓。(3)晶界（grainboundary）晶体由位向不同

5、的晶粒汇合而成，其过渡层处原子排列极不规则，构成晶界。晶粒内部由许多位向差很小的小晶块组成，其界面称为亚晶界。图2-17图2-16图2-182.2晶体材料的相图与相变（phasediagram&phasetransformation）2.2.1相与相图(phase&phasediagram)(1)组元与相组元——组成合金或材料的独立的、最基本的单元。例：钢的组元为Fe与Fe3C，黄铜为Cu和Zn；例：陶瓷材料的组元多为化合物，如SiO2、Al2O3等。相——材料中具有一定化学成分且结构相同的均匀部分。材料一般由多个相组成。(2)相变与相图相变——由于相所存在

6、条件（T、P、成分）的变化，从某些相→另一些相。相图——不同成分－温度条件所出现的相的类型的图示。不同的相其性能很不相同。利用相图和相变，指导新材料研制，材料的加工与处理。2.2.2固溶体与金属间化合物（solidsolution&metalliccompound）(1)固溶体固溶体是溶质原子溶入固态金属（物质）溶剂中形成的（合金）相。晶体结构同溶剂，分两种：•置换固溶体——溶质原子置换部分溶剂原子，可有限或无限溶解。•间隙固溶体——溶质原子处于溶剂结构间隙位置之中，多为小的非金属原子，溶解度很小（≤2%）。溶质溶入→晶格畸变→强度↑，硬度↑，塑性↓→固溶强

7、化。固溶体可单独使用，更多的作为合金材料的基体（一定强度、高塑韧性）。图2-20图2-19(2)金属间化合物金属间化合物——金属/金属或金属/类金属（非金属）之间的化合物。例：CuAl2、Mg2Pb、Fe3Al、Mg2Si等。特征：结构比较复杂，高熔点、高硬度、高化学稳定性，性脆。应用：较少数量弥散分布在基体（固溶体）上，作为强化相→第二相强化（弥散强化、沉淀强化）。2.2.3二元相图类型及Fe—C相图(1)匀晶相图•形成条件：固态下二组元性质相近→无限互溶→匀晶。•反应式：LL+αα单相两相区（成分不断变化）单相（与液相同成分）(2)共晶相图•形成条件：固

8、态下二组元有限溶解，在恒定温度、恒定成分，二固相同时