材料化学第二章材料的组成、结构、性能和制备.ppt

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1、2.材料的组成、结构、性能和制备材料通常是由原子或分子结合而成的，也可以说是由物质组成的，而物质是由一种或一种以上的元素组成的。按原子或分子的结合及其在空间排列的不同，材料的组成可分成固溶体、聚集体和复合体三大类。2.1材料的组成组元、相和组织a．组成材料最基本、独立的物质称为材料的组元（或称组分）。b．材料中具有相同的化学成分并且结构相同的均匀部分叫做相。一个相必须在物理性质和化学性质上都是完全均匀的。c．材料内部的微观形貌称为材料的组织。它实际上是指由各个晶粒或各种相所形成的图案。在不同条件下，材料的组

2、织又可以分为微观组织(结构)和宏观组织。2.1.1材料组元的结合形式表2-1材料组织的分类两种以上的原子或分子溶合在一起时的状态统称为溶体。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主晶格中所形成的单相固体称固溶体。按溶质在溶剂中的位置不同，固溶体可分为：置换型（取代型）固溶体：溶剂A晶格中的原子被溶质B的原子所取代形成的固溶体（A与B的原子大小大致相同）；填充型（间隙型）固溶体：溶剂A晶格间隙内由B的原子填入所形成的固溶体（B原子要比A原子小）。●固溶

3、体由无数原子或晶粒聚集而成的固体称为聚集体。一般的材料都是宏观上的聚集体。其中有的是晶粒间呈连续变化牢固地结合在一起（如合金或固溶体）；有的是晶粒间的结合较微弱（如花岗石等）●聚集体复合体（复合材料）是指由两种及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。复合材料中各相不但保持各自的固有特性，而且可最大限度发挥各种材料相的特性，并赋予单一材料所不具备的优良特殊性能。复合材料的结构通常是一个相为连续相，称为基体材料，而另一个相是不连续相的，以独立的形态分布在连续相中，也称为分散

4、相。与连续相相比，分散相的性能优越，会使材料的性能得到明显的增强，故常称为增强材料。●复合体●金属材料的化学组成金属材料是以纯金属和以金属为基所构成的合金。A．单质金属：黑色金属（Fe、Co、Ni）B．金属合金：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的具有金属性质的物质叫金属合金。2.1.2材料的化学组成无机非金属材料包括陶瓷、耐火材料、黏土制品、搪瓷、玻璃和水泥等。在许多西方国家，陶瓷实际上是各种无机非金属材料的通称。同金属材料、高分子材料并称为现代工程材料的三大柱。从化学角度看，无机非金属材料都

5、是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。通常由金属氧化物、非金属氧化物、氢氧化物、碳化物、氮化物等以不同的方式组合而成的。化学组分几乎涉及到元素周期表中的所有元素。●无机非金属材料的化学组成●高分子材料的化学组成高分子材料是以高分子化合物（亦称高聚物、聚合物、树脂）为主要组分的材料。高分子化合物主要是指相对分子量特别大的有机物，分子量一般在104以上；另一个特点是其链中不含离子键和金属键。高分子材料按来源分为天然高分子材料、合成高分子材料。高分子化合物一般由一种或几种简单的低分子化合物（单

6、体和链节）聚合而成。一个高分子化合物中重复单元的数目n叫做链节数，又称为聚合度。高分子材料按功能分为通用高分子材料、特殊高分子材料、功能高分子和仿生高分子材料（高分子引发剂、模拟酶等）。2.2.1材料的结构及其层次材料的内部因素一般包括物质的组成和结构。所谓结构是指材料系统内各组分之间的相互联系和相互作用方式。材料的结构从形式上讲，包括晶体结构、非晶体结构、孔结构及它们不同形式且错综复杂的组合和复合；从尺寸上讲，可分为微观结构、亚微观结构、显微结构和宏观结构四个层次。2.2材料的结构表2-2材料结构层次的划分

7、及所用观察设备仪器分析按信息形式分为图象分析法和非图象分析法。按工作原理前者主要是显微术，后者主要是衍射法和成分谱分析。显微术和衍射法基于物理方法，其工作原理是以电磁波（可见光、电子、离子和X-射线等）轰击样品激发产生特征物理信息，这些信息包括电磁波的透射信息、反射信息和吸收信息。将这些信息收集并加以分析从而确定物相组成和结构特征。2.2.2材料的研究方法2.2.2材料的研究方法材料中的化学键有金属键、离子键、共价键（配位键）、氢键和范德华力。实际上有的材料并不是由单一的化学键组成，可同时兼有几种键。金属材料

8、：金属键；无机非金属材料：离子键、共价键和金属键的杂交；高分子材料：共价键、氢键和范德华力。2.2.3材料中的化学键合A．晶体的基本特征：规则的几何构型、固定的熔点、各向异性。B．七大晶系：立方（3）、四方（2）、三方（1）、单斜（2）、三斜（1）、六方（1）、正交（4）。C．晶体结构的不完整性a．杂原子与固溶体：杂质原子与主晶体原子形成固溶体（置换和填隙）b．点缺陷：弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷c．线