四川大學(xué)材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)期中總結(jié)

1、期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 1/73材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)Fundamentals of Materials Science and Engineering期中總結(jié)期中總結(jié) 2016.5.62016.5.6期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 2/73第一、二章總結(jié)（共五講，（共五講，15學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）材料？材料？用來(lái)制造各種產(chǎn)品的物質(zhì)用來(lái)制造各種產(chǎn)品的物質(zhì) 具有滿足指定工作條件下具有滿足指定工作條件下使用使用要求的形態(tài)和物理性狀的物質(zhì)要求的形態(tài)和物理性狀的物質(zhì)。材料分類？材料分類？-組成組成 金屬材料金屬材料 無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料 有機(jī)高分子材料

2、有機(jī)高分子材料 復(fù)合材料復(fù)合材料材料科學(xué)與工程？材料科學(xué)與工程？19601960關(guān)于材料組成、結(jié)構(gòu)、關(guān)于材料組成、結(jié)構(gòu)、制備工制備工藝藝與其性能及與其性能及使用過(guò)程使用過(guò)程間相互間相互關(guān)系的知識(shí)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用的科學(xué)關(guān)系的知識(shí)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用的科學(xué)期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 3/73PerformancePropertiesSynthesis and ProcessingCompositions and Structures四要素四要素第二章第二章 共性共性第三章第三章 個(gè)性個(gè)性第四章第四章第五章第五章各章各章材料科學(xué)與工程學(xué)科？材料科學(xué)與工程學(xué)科？ 19601960期期 中中 總總 結(jié)

3、結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 4/73 材料結(jié)構(gòu)？材料結(jié)構(gòu)？：是影響材料性能的基本因素，是影響材料性能的基本因素， 隨化學(xué)組成及外界條件改變隨化學(xué)組成及外界條件改變第二章第二章 材料材料結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)基礎(chǔ) 第三章第三章組成與結(jié)構(gòu)組成與結(jié)構(gòu) 四個(gè)層次：四個(gè)層次： 宏觀組織結(jié)構(gòu)宏觀組織結(jié)構(gòu)： 10-4 m 肉眼可見(jiàn)肉眼可見(jiàn) 復(fù)合材料復(fù)合材料 顯微組織結(jié)構(gòu)：顯微組織結(jié)構(gòu)： 10-4 10-8 m 顯微鏡觀察顯微鏡觀察 相、形態(tài)相、形態(tài) 原子或分子排列結(jié)構(gòu)：原子或分子排列結(jié)構(gòu)：10-10 m 排列方式排列方式 原子中的電子結(jié)構(gòu)：原子中的電子結(jié)構(gòu)： 10-13 m 狀態(tài)、相互作用狀態(tài)、相互作用期期 中中 總總

4、 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 5/73 材料材料-原子原子-原子核原子核 + + 電子電子 原子的性質(zhì)原子的性質(zhì)-電子電子-數(shù)量數(shù)量 + + 狀態(tài)狀態(tài) 量子化、量子化、幾率分布幾率分布( (電子云電子云) )、 四個(gè)量子數(shù)、四個(gè)量子數(shù)、能級(jí)能級(jí)、價(jià)電子價(jià)電子 原子間相互作用原子間相互作用-電子交換電子交換的方式和程度的方式和程度 （鍵合方式）（鍵合方式） 距離、結(jié)合強(qiáng)度、距離、結(jié)合強(qiáng)度、 空間排布方式，配位數(shù)空間排布方式，配位數(shù)（一）原子中的電子結(jié)構(gòu)（一）原子中的電子結(jié)構(gòu) 多原子體系中電子的相互作用多原子體系中電子的相互作用-有機(jī)分子、金屬、固體有機(jī)分子、金屬、固體 原子雜化軌道，分子軌道原子

5、雜化軌道，分子軌道 費(fèi)米能級(jí)，能帶費(fèi)米能級(jí)，能帶期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 6/73probability distributionor electron cloud.Figure 2.3both wavelike and particle-like characteristics.波波- -粒粒 軌道非固定，軌道非固定，幾率最大的分布構(gòu)成電子云層。幾率最大的分布構(gòu)成電子云層。 Wave-mechanical model 期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 7/73電子的填充及能級(jí)電子的填充及能級(jí)泡利不相容原理泡利不相容原理能量最低原則能量最低原則洪特規(guī)則洪特規(guī)則四

6、個(gè)量子數(shù)，電子云，四個(gè)量子數(shù)，電子云，價(jià)電子，穩(wěn)定性價(jià)電子，穩(wěn)定性期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 8/73 結(jié)合方式：結(jié)合方式： 基本結(jié)合：離子鍵、金屬鍵、共價(jià)鍵基本結(jié)合：離子鍵、金屬鍵、共價(jià)鍵 派生結(jié)合：分子間作用力、氫鍵派生結(jié)合：分子間作用力、氫鍵原子之間的相互作用和結(jié)合原子之間的相互作用和結(jié)合 要點(diǎn)要點(diǎn) 電子交換的方式和程度電子交換的方式和程度 相互作用的飽和性和方向性相互作用的飽和性和方向性期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 9/73 孤立原子（非鍵合）的半徑孤立原子（非鍵合）的半徑范氏半徑范氏半徑 結(jié)合原子：結(jié)合原子：原子間作用方式和作用力的原子間作用方式和作

7、用力的不同，不同，a，不同不同，半徑不同半徑不同 (a)(a)金屬半徑金屬半徑：金屬鍵結(jié)合的原子距離的一半：金屬鍵結(jié)合的原子距離的一半：a，/ 2 (b)(b)離子半徑離子半徑：a，= r+ + R- 原子半徑和離子半徑原子半徑和離子半徑期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 10/73元元 素素金金 屬屬 原原 子子離離 子子共共 價(jià)價(jià) 鍵鍵CN半徑半徑(nm)價(jià)價(jià) CN半徑半徑 (nm）) 鍵鍵 長(zhǎng)長(zhǎng) / 2 （nm）碳碳 單單 鍵鍵雙雙 鍵鍵三三 鍵鍵00770065006硅硅 4+ 6 4+ 400420038 單單 鍵鍵 0117氧氧 2- 8 2- 6 2- 40.0420.

8、0380.444 單單 鍵鍵 雙雙 鍵鍵 0.0750.065氯氯 2- 2 1- 8 1- 60.1400.1270.181 單單 鍵鍵 0099鈉鈉80.01875 1+ 60.097 鎂鎂120.161 2+ 60.066 鋁鋁120.1431 3+ 6 3+ 40.0540.046 鐵鐵8120.12410.127 2+ 6 3+ 60.0740.064 銅銅120.1278 1+ 60.096 期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 11/73 配位數(shù)：配位數(shù)： 共價(jià)共價(jià)，一一個(gè)原子的共價(jià)鍵數(shù)取決于原子的價(jià)電子數(shù)目個(gè)原子的共價(jià)鍵數(shù)取決于原子的價(jià)電子數(shù)目 原子的有效堆積原子的有效

9、堆積，體積大小，離子電荷量體積大小，離子電荷量 鍵長(zhǎng)：鍵長(zhǎng)： 金屬鍵和離子鍵金屬鍵和離子鍵：無(wú)方向性，無(wú)鍵長(zhǎng)，三維空間（集體效無(wú)方向性，無(wú)鍵長(zhǎng)，三維空間（集體效 應(yīng)），體積和電荷應(yīng)），體積和電荷 共價(jià)鍵共價(jià)鍵：有方向性有方向性( (和飽和性和飽和性) )，鍵長(zhǎng)為相連原子間的距離，鍵長(zhǎng)為相連原子間的距離， 共價(jià)半徑之和。共價(jià)半徑之和。 鍵能：鍵能： 化學(xué)鍵化學(xué)鍵 物理鍵（分子鍵）物理鍵（分子鍵） 化學(xué)鍵中化學(xué)鍵中: : 共價(jià)鍵共價(jià)鍵 離子鍵離子鍵 金屬鍵金屬鍵期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 12/73 有序結(jié)構(gòu)有序結(jié)構(gòu) 晶體晶體：原子：原子( (團(tuán)團(tuán)) )沿沿三維空間呈周期性三維空

10、間呈周期性長(zhǎng)程有序長(zhǎng)程有序 (long range order)排列的固體物質(zhì)（金屬，大多陶瓷排列的固體物質(zhì)（金屬，大多陶瓷 及一些聚合物）。及一些聚合物）。（二）原子或分子排列結(jié)構(gòu)（二）原子或分子排列結(jié)構(gòu) 無(wú)序結(jié)構(gòu)無(wú)序結(jié)構(gòu) 晶體晶體：缺陷（點(diǎn)、線、面、體）和固溶體（合金）：缺陷（點(diǎn)、線、面、體）和固溶體（合金） 非晶體非晶體：原子：原子( (團(tuán)團(tuán)) )無(wú)無(wú)周期性長(zhǎng)程有序排列的物質(zhì)（多數(shù)聚合物、周期性長(zhǎng)程有序排列的物質(zhì)（多數(shù)聚合物、 玻璃等）。玻璃等）。期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 13/73晶體結(jié)構(gòu)特征：有序性和對(duì)稱性晶體結(jié)構(gòu)特征：有序性和對(duì)稱性對(duì)稱元素：對(duì)稱元素： a a對(duì)

11、稱中心（點(diǎn)）對(duì)稱中心（點(diǎn)） 反演反演（倒反）操作（倒反）操作 b旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)操作、可旋操作、可旋 360 / n， n（軸次）（軸次）: : 僅僅1，2，3，4，6 c鏡面鏡面反映反映操作操作 d反軸反軸旋轉(zhuǎn)反演旋轉(zhuǎn)反演操作（旋轉(zhuǎn)與反演的復(fù)合）操作（旋轉(zhuǎn)與反演的復(fù)合） 軸次同旋轉(zhuǎn)軸軸次同旋轉(zhuǎn)軸 e e平移對(duì)稱平移對(duì)稱點(diǎn)陣點(diǎn)陣(Lattice）平移操作（平移軸）平移操作（平移軸） f f. . 螺旋軸螺旋軸 旋轉(zhuǎn)平移旋轉(zhuǎn)平移操作（旋轉(zhuǎn)與平移的復(fù)合）操作（旋轉(zhuǎn)與平移的復(fù)合） g滑移面滑移面 平（滑）移反映平（滑）移反映操作（反映與平移的復(fù)合）操作（反映與平移的復(fù)合） 期期 中中 總總 結(jié)結(jié)

12、期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 14/73 晶胞、晶系和空間點(diǎn)陣型式晶胞、晶系和空間點(diǎn)陣型式 晶胞晶胞(Unit Cell)：代表晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的：代表晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本基本重復(fù)重復(fù)單位單位 （平行六面體）（平行六面體） 晶胞的基本要素晶胞的基本要素：A大小和形狀；大小和形狀；B各原子坐標(biāo)位置各原子坐標(biāo)位置 晶格常數(shù)晶格常數(shù) (Lattice parameters): 晶軸上晶胞三個(gè)邊的晶軸上晶胞三個(gè)邊的長(zhǎng)度長(zhǎng)度 a ,b ,c 和其和其夾角夾角 , , 期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 15/737 7個(gè)晶系個(gè)晶系( (點(diǎn)陣常數(shù)點(diǎn)陣常數(shù)+ +對(duì)稱性），對(duì)稱性），1414種種空間點(diǎn)陣型式空間

13、點(diǎn)陣型式（晶系（晶系+點(diǎn)陣）點(diǎn)陣）期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 16/73 晶胞定位：晶胞定位：原點(diǎn)（原點(diǎn)（0, 0, 0），點(diǎn)的位置），點(diǎn)的位置（x, y, z） 分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)坐標(biāo)坐標(biāo): x，y，z 1點(diǎn)在晶胞內(nèi)點(diǎn)在晶胞內(nèi),無(wú)符號(hào)無(wú)符號(hào) 晶向晶向：是是原點(diǎn)原點(diǎn)出發(fā)通過(guò)某點(diǎn)的出發(fā)通過(guò)某點(diǎn)的射線射線 （或過(guò)若干結(jié)點(diǎn)的直線方向）（或過(guò)若干結(jié)點(diǎn)的直線方向） 晶向指數(shù)晶向指數(shù)：用晶胞各軸上用晶胞各軸上投影投影的最低整的最低整 數(shù)標(biāo)明數(shù)標(biāo)明 ， u v w 、u v w族族 晶面晶面：晶體內(nèi)的陣點(diǎn)（組成的）平面：晶體內(nèi)的陣點(diǎn)（組成的）平面 晶面組晶面組：晶體所有陣點(diǎn)被劃成晶體所有陣點(diǎn)被劃成平

14、行等距平行等距的一組晶面的一組晶面 晶面指數(shù)晶面指數(shù)：晶面在三個(gè)晶軸上的：晶面在三個(gè)晶軸上的截距倒數(shù)，最小整數(shù)截距倒數(shù)，最小整數(shù)。 （h k l）、）、 h k l 族族 晶面間距晶面間距(dhkl ) ：晶面組中最近兩晶面間的距離晶面組中最近兩晶面間的距離期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 17/73 金屬晶體金屬晶體 金屬鍵；金屬鍵； 無(wú)方向性；無(wú)方向性； 原子呈圓球狀密堆積原子呈圓球狀密堆積 最最緊緊密密堆堆積積體心立方體心立方面心立方面心立方密排六方密排六方期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 18/73ad42ad23acad4322028811462188168.

15、 0)43)(34(233aa74. 0)42)(34(433aa結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 特特 征征結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 類類 型型 體體 心心 立立 方方 （bcc） 面面 心心 立立 方方 （fcc） 密密 排排 六六 方方 （hcp）點(diǎn)點(diǎn) 陣陣 類類 型型體心立方體心立方面心立方面心立方簡(jiǎn)單六方簡(jiǎn)單六方點(diǎn)點(diǎn) 陣陣 常常 數(shù)數(shù)a （4R /3 ）a （4R /2 ）a，c，c/a =1633(2R)最近的原子間距最近的原子間距（原子直徑）（原子直徑）晶胞中原子數(shù)晶胞中原子數(shù)6配配 位位 數(shù)數(shù)81212致致 密密 度度0.74典型金屬結(jié)構(gòu)晶體學(xué)特點(diǎn)典型金屬結(jié)構(gòu)晶體學(xué)特點(diǎn) 2期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總

16、結(jié)結(jié) 19/73間隙間隙 四面體四面體間隙間隙(Tetrahedral position) 八面體八面體間隙間隙（Octahedral position）期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 20/73晶晶 胞胞 類類 型型四四 面面 體體 間間 隙隙八八 面面 體體 間間 隙隙配位配位數(shù)數(shù)數(shù)數(shù) 量量間隙間隙大小大小配位配位數(shù)數(shù)數(shù)量數(shù)量大大 小小面心面心立方立方(密排六密排六方方)48 (12)0.225 R64 (6)0.414 R體心體心立方立方4120.291 R66001方向方向0.154 R110方向方向0.633 R表表2-13 面心立方、密排六方與體心立方晶胞中的面心立方

17、、密排六方與體心立方晶胞中的間隙間隙期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 21/73 離子晶體離子晶體： 離子鍵，無(wú)方向性。正離子周圍配位多個(gè)負(fù)離子，離子的離子鍵，無(wú)方向性。正離子周圍配位多個(gè)負(fù)離子，離子的堆積受鄰近質(zhì)點(diǎn)異號(hào)電荷及化學(xué)量比限制，堆積形式?jīng)Q定于堆積受鄰近質(zhì)點(diǎn)異號(hào)電荷及化學(xué)量比限制，堆積形式?jīng)Q定于正負(fù)離子的正負(fù)離子的電荷數(shù)和相對(duì)大小。電荷數(shù)和相對(duì)大小。Section 3.6期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 22/73（等電荷時(shí)等電荷時(shí)，負(fù)離，負(fù)離子密堆）子密堆）正、負(fù)離子正、負(fù)離子半徑比半徑比越大，配位（負(fù)離越大，配位（負(fù)離子）數(shù)越高子）數(shù)越高 期期 中中 總總

18、 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 23/73多由非金屬元素組成多由非金屬元素組成(A族族) )共價(jià)晶體共價(jià)晶體的配位數(shù)為的配位數(shù)為（8N）共價(jià)晶體共價(jià)晶體期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 24/73 分子晶體分子晶體 : 組元為分子；范氏力和氫鍵組元為分子；范氏力和氫鍵. 若若僅有范氏力僅有范氏力：無(wú)方向性、飽和性、趨于密堆無(wú)方向性、飽和性、趨于密堆，常還受，常還受分子非球性及永久偶極相互作用影響，分子非球性及永久偶極相互作用影響， 有有氫鍵氫鍵時(shí)：時(shí)：有方向性、飽和性，堆積密度低有方向性、飽和性，堆積密度低。 期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 25/73 從分子排列的從分

19、子排列的有序性有序性分分： A. 絲狀相絲狀相（向列相（向列相 nematic） 分子具長(zhǎng)程取向有序，分子具長(zhǎng)程取向有序， 質(zhì)心無(wú)長(zhǎng)程有序質(zhì)心無(wú)長(zhǎng)程有序 B. 螺旋狀相螺旋狀相 （膽甾相（膽甾相 cholesteric） 螺旋式改變?nèi)∠蚍较虻慕z狀相螺旋式改變?nèi)∠蚍较虻慕z狀相 液晶液晶 C. 層狀相層狀相（近晶相（近晶相 smectic） 二維有序更接近晶體（質(zhì)心仍二維有序更接近晶體（質(zhì)心仍 無(wú)遠(yuǎn)程有序），排列呈層狀結(jié)構(gòu)。無(wú)遠(yuǎn)程有序），排列呈層狀結(jié)構(gòu)。期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 26/73晶體中的無(wú)序晶體中的無(wú)序缺陷：缺陷：點(diǎn)點(diǎn)：金屬：金屬-空位、間隙原子空位、間隙原子 離子離

20、子-肖基特、弗蘭克爾肖基特、弗蘭克爾線線：棱位錯(cuò)：棱位錯(cuò) 壓力壓力 螺旋位錯(cuò)螺旋位錯(cuò) 剪切力剪切力面面：體體；固溶體：固溶體：合金合金-兩種組份及以上兩種組份及以上置換置換型型間隙間隙型型非化學(xué)計(jì)量非化學(xué)計(jì)量化合物（化合物（離子離子）EF BBAD BB期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 27/73 非晶體非晶體：結(jié)構(gòu)在體積范圍內(nèi)：結(jié)構(gòu)在體積范圍內(nèi)缺乏重復(fù)性缺乏重復(fù)性的材料的材料 （非晶型、無(wú)定形（非晶型、無(wú)定形amorphous） 無(wú)平移對(duì)稱，無(wú)長(zhǎng)程有序（短程有序），無(wú)平移對(duì)稱，無(wú)長(zhǎng)程有序（短程有序）， 原子位置排布完全無(wú)周期性原子位置排布完全無(wú)周期性，具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律。，具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律

21、。 硬球密亂堆垛，硬球密亂堆垛， 共價(jià)共價(jià) 無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 28/73 分布函數(shù)分布函數(shù)： 徑向分布函數(shù)徑向分布函數(shù)：J(r) = 4r2 (r)可求兩個(gè)參數(shù)：可求兩個(gè)參數(shù)： 配位數(shù)：配位數(shù)：第一峰面積第一峰面積 原子間距：原子間距：峰位置峰位置統(tǒng)計(jì)學(xué)，統(tǒng)計(jì)學(xué)， 描述非晶體和晶體描述非晶體和晶體 雙體分布函數(shù)雙體分布函數(shù)：以某原子為原點(diǎn)，：以某原子為原點(diǎn)， 距離距離r r 處找到另一原子的幾率處找到另一原子的幾率 g(r) = (r) / 0 (r) 為為r 處處原子的數(shù)目密度；原子的數(shù)目密度； 0為整個(gè)樣品的為整個(gè)樣品的平均平均原子數(shù)密度原子數(shù)密

22、度 期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 29/73Nv=N exp( - )Qv kT 空位數(shù)空位數(shù)Nv與溫度和空位形成能有關(guān)與溫度和空位形成能有關(guān)。擴(kuò)散系數(shù)與溫度和擴(kuò)散系數(shù)與溫度和擴(kuò)散擴(kuò)散激活能相關(guān)激活能相關(guān)： D = D o e Q/RTFick第一定律（穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散）：第一定律（穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散）： Jx = - D c /x Jx ：擴(kuò)散通量擴(kuò)散通量 金屬晶體金屬晶體體積擴(kuò)散體積擴(kuò)散與與 t 無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 30/73 1. 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 晶體結(jié)構(gòu)變化晶體結(jié)構(gòu)變化所有晶體材料所有晶體材料外界條件變化外界條件變化固體中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變固體中的結(jié)構(gòu)

23、轉(zhuǎn)變熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)因素?zé)崃W(xué)和動(dòng)力學(xué)因素 2. 非晶態(tài)的晶化非晶態(tài)的晶化 有序程度變化有序程度變化所有結(jié)晶所有結(jié)晶性的材料性的材料 3. 結(jié)構(gòu)弛豫結(jié)構(gòu)弛豫 有序程度變化有序程度變化 弛豫弛豫：偏離了原平衡態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)的體系回復(fù)到原狀態(tài)的過(guò)程。：偏離了原平衡態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)的體系回復(fù)到原狀態(tài)的過(guò)程。 高分子高分子與時(shí)間相關(guān)與時(shí)間相關(guān) 4. 相分離相分離 多組元體系多組元體系分離成不同組份和結(jié)構(gòu)的幾相分離成不同組份和結(jié)構(gòu)的幾相化學(xué)成分變化化學(xué)成分變化所有多組分材料所有多組分材料晶體、非晶體晶體、非晶體期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 31/73拐點(diǎn)分解拐點(diǎn)分解 SpinodalGN Gn 0G

24、M Gm 0機(jī)制機(jī)制：自發(fā)：自發(fā) 形核和生長(zhǎng)形核和生長(zhǎng) 期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 32/73 （三）（三）顯微組織結(jié)構(gòu)顯微組織結(jié)構(gòu) （相形態(tài)結(jié)構(gòu)相形態(tài)結(jié)構(gòu)）晶體結(jié)構(gòu)類型晶體結(jié)構(gòu)類型有序與無(wú)序程度有序與無(wú)序程度化學(xué)組成差異化學(xué)組成差異 相相：物理化學(xué)性質(zhì)相同、完全均勻、可含多種物質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)相同、完全均勻、可含多種物質(zhì) 相圖相圖：多相系統(tǒng)平衡狀態(tài)與其影響變數(shù)的關(guān)系圖。：多相系統(tǒng)平衡狀態(tài)與其影響變數(shù)的關(guān)系圖。 二元相圖：二元相圖： 勻晶勻晶 共晶共晶 共析共析 包晶包晶期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 33/73 杠桿法則杠桿法則（Lever Rule）： QL

25、/ QS = l (cb) / l (ac)SFigure 10.2QL = l (cb) / l (ab)Qs = l (ac) / l (ab)期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 34/73 表面力和表面力場(chǎng)表面力和表面力場(chǎng) 固體固體內(nèi)部?jī)?nèi)部：質(zhì)點(diǎn)受到周圍質(zhì)點(diǎn)的控制，：質(zhì)點(diǎn)受到周圍質(zhì)點(diǎn)的控制， 靜力平衡，存在力場(chǎng)，力場(chǎng)對(duì)稱。靜力平衡，存在力場(chǎng)，力場(chǎng)對(duì)稱。 固體固體表面表面： 周期性重復(fù)中斷，力場(chǎng)對(duì)稱性破壞，周期性重復(fù)中斷，力場(chǎng)對(duì)稱性破壞， 產(chǎn)生產(chǎn)生指向空間的指向空間的剩余力場(chǎng)剩余力場(chǎng)。 表面張力表面張力 ：擴(kuò)張表面時(shí)單位長(zhǎng)度上所需要的力：擴(kuò)張表面時(shí)單位長(zhǎng)度上所需要的力；單位單位

26、N/m 表面能表面能：增加單位面積的表面所需要做的功；單位：增加單位面積的表面所需要做的功；單位 J/m2 大小與物質(zhì)原有的鍵合方式相關(guān)大小與物質(zhì)原有的鍵合方式相關(guān) 固體表面結(jié)構(gòu)固體表面結(jié)構(gòu)： 微觀質(zhì)點(diǎn)排列狀態(tài)微觀質(zhì)點(diǎn)排列狀態(tài)原子、分子原子、分子 表面幾何形態(tài)表面幾何形態(tài)顯微結(jié)構(gòu)顯微結(jié)構(gòu) 排列狀態(tài)排列狀態(tài)： 原子密堆，離子極化和位移，雜質(zhì)遷移原子密堆，離子極化和位移，雜質(zhì)遷移降低表面能降低表面能期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 35/73吸附吸附氣體氣體- -潤(rùn)濕潤(rùn)濕液體液體- -固體固體固體表面特性固體表面特性 接觸角接觸角 ： 三相交界處三相交界處，自固液界，自固液界 面經(jīng)液體

27、內(nèi)部至液氣界面的夾角面經(jīng)液體內(nèi)部至液氣界面的夾角 潤(rùn)濕方程潤(rùn)濕方程： SG - SL = LG cos 粘附粘附固體固體- -固體固體粘附功粘附功：分開(kāi)單位面積粘附表面所：分開(kāi)單位面積粘附表面所 需要的功或能需要的功或能 WAB = A + B - AB期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 36/733-1 3-1 金屬材料金屬材料 金屬原子金屬原子的電子結(jié)構(gòu)與其晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的關(guān)系的電子結(jié)構(gòu)與其晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的關(guān)系( (應(yīng)用應(yīng)用2-5-12-5-1中的公式計(jì)算不同金屬晶體的有關(guān)中的公式計(jì)算不同金屬晶體的有關(guān)參量參量) ) 金屬金屬合金合金的三種結(jié)構(gòu)類型的特點(diǎn)的三種結(jié)構(gòu)類型的特點(diǎn) 鐵碳合金

28、相圖鐵碳合金相圖中點(diǎn)、線、區(qū)域的物理意義、微相結(jié)中點(diǎn)、線、區(qū)域的物理意義、微相結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及隨構(gòu)特點(diǎn)及隨溫度和溫度和C C含量含量的變化規(guī)律的變化規(guī)律 銅銅的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 非晶態(tài)合金的三非晶態(tài)合金的三T T圖圖 金屬再結(jié)晶的物理意義及金屬再結(jié)晶的物理意義及T T、t t、l l的影響的影響期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 37/73金屬原子的電子結(jié)構(gòu)與晶金屬原子的電子結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)有何關(guān)系？體結(jié)構(gòu)有何關(guān)系？金屬晶體結(jié)構(gòu)金屬晶體結(jié)構(gòu)（Crystal Structures of Metals）（a a）隨溫度變化隨溫度變化（b b）室溫下有三種室溫下有三種： 體心立方體心

29、立方結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 面心立方面心立方 密堆六方密堆六方 較高強(qiáng)度、硬度和熔較高強(qiáng)度、硬度和熔 具有良好塑性具有良好塑性 強(qiáng)度低，塑強(qiáng)度低，塑 點(diǎn)但塑性和韌性差點(diǎn)但塑性和韌性差 和韌性和韌性 性和韌性差性和韌性差 Li, Na, K(S1) Au, Ag, Cu(d10s1) Mg, Ti, Zr(d2s2) Cr, Mo, W (d5s1) Ni,Pd, Pt (d8s2) 合金材料的組成與結(jié)構(gòu)合金材料的組成與結(jié)構(gòu)（1 1）固溶體）固溶體 取代型，取代型， 間隙型間隙型（2 2）金屬間化合物）金屬間化合物 正常價(jià)化合物、電子化合物、間隙化合物正常價(jià)化合物、電子化合物、間隙化合物（3 3）機(jī)械混合物）

30、機(jī)械混合物期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 38/73 奧氏體奧氏體 austenite 碳溶解在碳溶解在 鐵鐵中的中的固溶體固溶體，C% 2.11%（1148） 鐵素體鐵素體 ferrite 碳溶解在碳溶解在 鐵鐵中的中的固溶體固溶體，C% 0.02% （727） 滲碳體滲碳體 cementite 鐵和碳以鐵和碳以化合物化合物形態(tài)出現(xiàn)的形態(tài)出現(xiàn)的碳化鐵碳化鐵C%=6.67% 珠光體珠光體 pearlitic 鐵素體和滲碳體二者組成的鐵素體和滲碳體二者組成的共析混合物共析混合物, 727 萊氏體萊氏體 奧氏體和滲碳體的奧氏體和滲碳體的共晶混合物共晶混合物, 1148 馬氏體馬氏體

31、Martensite 鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷（淬火），得到鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷（淬火），得到碳在碳在 鐵中的過(guò)飽和固溶體鐵中的過(guò)飽和固溶體鐵碳合金的基本組織鐵碳合金的基本組織 （texture）：）：39/78第三章 材料組成與結(jié)構(gòu)5個(gè)單相區(qū)7個(gè)兩相區(qū)三條水平線三條特征線(1)鐵鐵-滲碳體相圖滲碳體相圖40/78第三章 材料組成與結(jié)構(gòu)L5個(gè)單相區(qū)7個(gè)兩相區(qū)三條水平線三條特征線41/78第三章 材料組成與結(jié)構(gòu)L5個(gè)單相區(qū)7個(gè)兩相區(qū)三條水平線三條特征線42/78第三章 材料組成與結(jié)構(gòu)L5個(gè)單相區(qū)7個(gè)兩相區(qū)三條水平線三條特征線期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 43/73(2)(

32、2)典型鐵碳合金結(jié)晶過(guò)程分析典型鐵碳合金結(jié)晶過(guò)程分析（1）共析鋼共析鋼 eutectoid steel 0.77%C期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 44/73（2）亞共析鋼亞共析鋼 hypoeutectoid steel0.02180.77%C期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 45/73（3）過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 hypereutectoid steel0.772.11%C期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 46/73（4）共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 eutectic cast iron4.3%C（5）亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵 hypoeutectic cas

33、t iron 2.114.3%C（6）過(guò)共晶白口鑄鐵過(guò)共晶白口鑄鐵 hypereutectic cast iron 4.36.67%C期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 47/73快速淬火快速淬火技術(shù)（過(guò)冷）。技術(shù)（過(guò)冷）。TTT曲線曲線（Time Temperature Transition） 越過(guò)越過(guò)C曲線曲線的頂部的頂部 即可得到非晶體。即可得到非晶體。 Tm - Tn 臨界冷卻速率臨界冷卻速率 R c= - n 熔化溫度熔化溫度 Tg = Tm - TgTg 形成非晶的趨向愈大形成非晶的趨向愈大過(guò)渡金屬、貴金屬、類金屬的合金過(guò)渡金屬、貴金屬、類金屬的合金低的冷卻速率是易于制備

34、非晶的有利條件低的冷卻速率是易于制備非晶的有利條件主要特點(diǎn)：高硬度和強(qiáng)度，延伸率低但不脆，很好的軟磁性主要特點(diǎn)：高硬度和強(qiáng)度，延伸率低但不脆，很好的軟磁性 和優(yōu)越耐腐蝕性。和優(yōu)越耐腐蝕性。Tn3-2-5 非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金（Noncrystalline metallic alloy ）期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 48/733-2 3-2 無(wú)機(jī)非金屬無(wú)機(jī)非金屬 組成和結(jié)合鍵性質(zhì)組成和結(jié)合鍵性質(zhì) 簡(jiǎn)單晶體簡(jiǎn)單晶體的結(jié)構(gòu)類型：的結(jié)構(gòu)類型：AX, AmXp, AmBnXpAX, AmXp, AmBnXp 密度計(jì)算密度計(jì)算 典型晶體典型晶體：?jiǎn)尉Ч?、：?jiǎn)尉Ч?、NaCl, CsCl,

35、ZnSNaCl, CsCl, ZnS, , 鈣鈦礦、尖鈣鈦礦、尖晶石晶石 硅酸鹽的五種晶體結(jié)構(gòu)、橋氧原子和非橋氧原子硅酸鹽的五種晶體結(jié)構(gòu)、橋氧原子和非橋氧原子 玻璃的組成、特性及結(jié)構(gòu)參數(shù)玻璃的組成、特性及結(jié)構(gòu)參數(shù) 凝膠與陶瓷的組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)凝膠與陶瓷的組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 碳黑、碳黑、石墨、金剛石、石墨、金剛石、C C6060碳納米管碳納米管的結(jié)構(gòu)與性能特的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)點(diǎn)期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 49/731. 單晶硅單晶硅 silicon sp3雜化，雜化， 8個(gè)原子個(gè)原子幾種幾種典型晶體典型晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 面心立方面心立方四面體間隙四面體間隙立方晶系，共價(jià)晶體立方晶系，共價(jià)晶

36、體期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 50/732. 氯化鈉與氯化銫氯化鈉與氯化銫 AXSodium chloride (Rock salt) and Cesium chloride 正負(fù)離子半徑比正負(fù)離子半徑比 配位數(shù)配位數(shù) Na+/Cl- 0.524 6 正八面體配位正八面體配位 Cs+/Cl- 0.933 8 立方體配位立方體配位立方晶系，離子晶體立方晶系，離子晶體期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 51/733. 氟化鈣氟化鈣 Calcium Fluorite (CaF2) AmXpF原子數(shù)原子數(shù): 81/8+61/2+121/4+1=8立方晶系，離子晶體立方晶系，

37、離子晶體Si原子數(shù)原子數(shù): 4期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 52/73Figure 3.7極性共價(jià)鍵極性共價(jià)鍵Zn-S （1.6-2.5） ZnS44- AX-TYPE 4. 面心立方面心立方ZnS和六方和六方ZnS共價(jià)晶體共價(jià)晶體S S 配位數(shù)配位數(shù)4 4、位于面心、立方點(diǎn)上、位于面心、立方點(diǎn)上Zn Zn 配位數(shù)配位數(shù)4 4、位于四面體間隙、位于四面體間隙面心立方面心立方ZnS期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 53/73六方六方ZnSZnSS和和Zn兩套密排六方，兩套密排六方，a,b軸重合，軸重合，c軸錯(cuò)位軸錯(cuò)位3/8期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié)

38、54/733/8期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 55/735. 鈣鈦礦鈣鈦礦晶體晶體 CaTiO3 AmBnXp-TYPE 位于八面體間隙位于八面體間隙 TiO68-八面體八面體 Ti4+八面體中心八面體中心 立方晶系立方晶系 Ca2+ 立方體頂角立方體頂角 配位數(shù)配位數(shù) 12 O2- 面心面心 配位數(shù)配位數(shù) 6 Ti4+ 體心體心 配位數(shù)配位數(shù) 6期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 56/73 O2- 面心立方密堆面心立方密堆 立方晶系立方晶系 A2+ 填充在四面體間隙填充在四面體間隙 B3+ 填充在八面體間隙填充在八面體間隙單位晶胞單位晶胞包含包含8個(gè)分子，個(gè)分子，

39、A8B16O32形成形成 64個(gè)四面體空隙、填充率個(gè)四面體空隙、填充率1/8 32個(gè)八面體空隙、填充率個(gè)八面體空隙、填充率1/2 A塊塊中中 A2+填充填充1/4的四面體間隙共的四面體間隙共2個(gè)、個(gè)、 4*2=8 B塊塊中中 B3+填充八面體間隙共填充八面體間隙共4個(gè)、個(gè)、 4*4=16 (棱、心棱、心） 共棱共棱小塊的結(jié)構(gòu)相同，小塊的結(jié)構(gòu)相同， 共面共面小塊的結(jié)構(gòu)不同小塊的結(jié)構(gòu)不同6尖晶石尖晶石型晶體型晶體 (MgAl2O4AB2O4 ) 立方晶系，離子晶體立方晶系，離子晶體期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 57/73n the number of formula units 1

40、 within the unit cellAC the sum of the atomic weights of all cations in the formula unitAA the sum of the atomic weights of all anions in the formula unitVC the unit cell volumeNA Avogadros number, 6.023 10 23 formula units/molCalculation of Density期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 58/733-3-3 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu) Si

41、licate Crystalline Structures n基本結(jié)構(gòu)單元：基本結(jié)構(gòu)單元：SiOSiO4 4 四面體。四面體。 SiSi4+4+中心，中心，O O2-2-頂點(diǎn)；頂點(diǎn)；nSiOSiO4 4 每個(gè)頂點(diǎn)，即每個(gè)頂點(diǎn)，即O O2-2-最多為兩個(gè)最多為兩個(gè)SiOSiO4 4 所共用；所共用；n兩相鄰兩相鄰SiOSiO4 4 之間共頂、共棱不能共面連接；之間共頂、共棱不能共面連接；nSiOSiO4 4 中心中心SiSi4+4+可部分被可部分被AlAl3+3+ 所取代所取代. .Silicon-Oxygen Tetrahedron期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 59/73期期

42、中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 60/73高砱土高砱土 kaolinite clay期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 61/73網(wǎng)絡(luò)外體氧化物和中間體氧化物對(duì)玻璃結(jié)構(gòu)的影響網(wǎng)絡(luò)外體氧化物和中間體氧化物對(duì)玻璃結(jié)構(gòu)的影響網(wǎng)體氧化物：網(wǎng)體氧化物：SiO2, B2O3 , P2O5 , GeO網(wǎng)體外氧化物：網(wǎng)體外氧化物：Na2O, K2O, CaO, BaO中間體氧化物：中間體氧化物：MgO, ZnO, Al2O33-3-4 無(wú)機(jī)非金屬材料的非晶體結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)非金屬材料的非晶體結(jié)構(gòu)（Noncrystalline Structure-Amorphous）期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中

43、總總 結(jié)結(jié) 62/73 X+Y=ZX+Y/2=RX=2R-ZY=2Z-2RX 非橋氧非橋氧Y 橋氧橋氧Z 氧氧R 氧硅比氧硅比石英玻璃石英玻璃 Y= 4 （Y結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)橋氧原子的平均數(shù)橋氧原子的平均數(shù)）硅酸鹽玻璃硅酸鹽玻璃 Y 2 SiOSiO2 2% %升高，共價(jià)鍵成分增多，膨脹系數(shù)降低升高，共價(jià)鍵成分增多，膨脹系數(shù)降低耐熱玻璃耐熱玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)Y對(duì)玻璃性質(zhì)的影響對(duì)玻璃性質(zhì)的影響玻璃組成玻璃組成Y值值熔融溫度，熔融溫度，膨脹系數(shù)膨脹系數(shù)107Na2O.2SiO231523146P2O531573140Na2O.SiO221323220Na2O.P2O521373220期期 中中

44、總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 63/733-3 3-3 高分子高分子（側(cè)重與金屬和無(wú)機(jī)非金屬材料對(duì)照）（側(cè)重與金屬和無(wú)機(jī)非金屬材料對(duì)照） 高分子材料高分子材料結(jié)構(gòu)的多層次結(jié)構(gòu)的多層次性概貌性概貌 大分子大分子鏈鏈的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 大分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)、柔性和大分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)、柔性和構(gòu)象構(gòu)象 大分子大分子鏈間的相互作用與聚集態(tài)結(jié)構(gòu)鏈間的相互作用與聚集態(tài)結(jié)構(gòu)模型模型 結(jié)晶構(gòu)象結(jié)晶構(gòu)象與晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 取向取向態(tài)結(jié)構(gòu)態(tài)結(jié)構(gòu) 合成聚合物和天然高分子的主要類型合成聚合物和天然高分子的主要類型 聚合物聚合物共混共混材料的微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料的微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、界面界面期期 中中 總總 結(jié)結(jié)期期 中中 總總 結(jié)結(jié) 64/73Chapter 43-4-1 高分子材料組成和結(jié)構(gòu)的高分子材料組成和結(jié)構(gòu)的基本特征基本特征 Typical F