【大学】材料的结构与组织ppt课件

1、21 金属资料的构造与组织 211 纯金属的晶体构造 212 金属的实践晶体构造 213 合金的晶体构造 214 金属资料的组织22 高分子资料的构造与性能 221 高分子资料的构造 222 高分子资料的性能23 陶瓷资料的构造与性能 231 陶瓷资料的构造 232 陶瓷资料的性能目录第第2 2章章 资料的构造与组织资料的构造与组织;2.1 2.1 金属资料的构造与组织金属资料的构造与组织2.1.1 2.1.1 纯金属的晶体构造纯金属的晶体构造 1.1.晶格、晶胞与晶格常数晶格、晶胞与晶格常数 图2-1 晶格构造模型;2. 2.晶面与晶向晶面与晶向 图2-2 立方晶格中的一些晶面 ;3. 3.

2、金属晶体的类型金属晶体的类型 (1)体心立方晶格 (2)面心立方晶格(3)密排六方晶格 图2-3 体心立方晶胞 图2-4 面心立方晶胞 图2-5 密排六方晶胞 ;2.1.2 2.1.2 金属的实践晶体构造金属的实践晶体构造 1.1.单晶体和多晶体单晶体和多晶体 图2-6 单晶体和多晶体构造表示图;2. 2.实践金属的晶体缺陷实践金属的晶体缺陷 (1)(1)点缺陷点缺陷 空位空位间隙原子间隙原子图2-7 空位和间隙原子表示图 ;(2)线缺陷 刃型位错:刃型位错如图2-8a所示。图2-8 刃型位错表示图 ; 螺型位错:螺型位错如图2-9所示。图2-9 螺型位错表示图;(3)面缺陷 面缺陷是指在两个

3、方向上尺寸很大，第三个方向上尺寸很小而呈面状分布的缺陷。面缺陷主要是指金属中的晶界和亚晶界。 晶界处的主要特征：晶界处的主要特征： 原子陈列不规那么，因此对金属的塑性变形起着妨碍作用，晶界越原子陈列不规那么，因此对金属的塑性变形起着妨碍作用，晶界越多，其作用越明显。多，其作用越明显。 显然，晶粒越细，晶界总面积就越大，金属的显然，晶粒越细，晶界总面积就越大，金属的强度和硬度也就越高。所以在常温下运用的金强度和硬度也就越高。所以在常温下运用的金 属资料，普通总是力属资料，普通总是力求获得细小的晶粒。求获得细小的晶粒。 晶界处原子具有较高的能量，且杂质往往是一些低熔点的杂质晶界处原子具有较高的能量

4、，且杂质往往是一些低熔点的杂质较多，因此其熔点较低，有时还未加热到金属的熔点，晶界处就已先较多，因此其熔点较低，有时还未加热到金属的熔点，晶界处就已先熔化了。熔化了。 晶界处原子能量较高而容易满足固态相变所需求的能量起伏，因此晶界处原子能量较高而容易满足固态相变所需求的能量起伏，因此新相往往在旧相晶界处形核。晶粒越细小，晶界越多，新相的形核率新相往往在旧相晶界处形核。晶粒越细小，晶界越多，新相的形核率就越高。就越高。晶界处有较多的空位，因此原子沿晶界的分散速度较快。晶界处有较多的空位，因此原子沿晶界的分散速度较快。 晶界处电阻较高，且易被腐蚀。晶界处电阻较高，且易被腐蚀。 ; 总之，实践金属的

5、晶体构造不是理想完好的，而是存在着各种晶体缺陷，并且这些缺陷在不断地运动变化着，金属中的许多重要变化过程，都是依托晶体缺陷的运动来进展的，并且金属的许多性能也都与晶体缺陷亲密相关。 ;2.1.3 2.1.3 合金的晶体构造合金的晶体构造 1.合金的根本概念 1合金 2组元 3相 ;2.2.固溶体固溶体 根据溶质原子在溶剂中所处位置不同，固溶体可分为间隙固溶体和置换固溶体两大类。 (1)间隙固溶体 如图2-10(a)所示。 (2)置换固溶体 如图2-10(b)所示。图2-10 晶格构造模型; 2.1.4 金属资料的组织 1.组织的概念组织的概念2.组织的决议要素组织的决议要素 3.组织与性能的关

6、系组织与性能的关系 不同组织构造的资料具有不同的性能不同组织构造的资料具有不同的性能图2-11 两种晶粒大小不同的纯铁表示图 综上所述，金属资料的成分、工艺、组织构造和性能之间有着亲密的关系。;2.2 2.2 高分子资料的构造与性能高分子资料的构造与性能 2.2.1 高分子资料的构造高分子资料的构造 1.大分子链的构成大分子链的构成 (1)化学组成化学组成 组成大分子链的化学元素，主要是碳、氢、氧，组成大分子链的化学元素，主要是碳、氢、氧，另外还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等，其中碳是另外还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等，其中碳是构成大分子链的主要元素。构成大分子链的主要元素。 大分子链根据组成元素不

7、同可分为三类，即碳链大分子链根据组成元素不同可分为三类，即碳链大分子、杂链大分子和元素链大分子。大分子、杂链大分子和元素链大分子。;(2)形状 大分子链呈现不同的几何外形，主要有线型、支化型和体型三类，如图2-12所示。 线型分子链；支化型分子链；体型(网型或交联型)。 图2-12 大分子链的形状;(3)空间构型 图2-13 所示为乙烯聚合物常见的三种空间构型。图2-13 乙烯聚合物的立体异构;2. 2.大分子链的构象及柔性大分子链的构象及柔性 图2-14 分子链的内旋转表示图;3. 3.高分子资料的聚集态高分子资料的聚集态 图2-15为聚合物三种聚集态构造表示图。 图2-15 聚合物三种聚集

8、态构造表示图;2.2.2 2.2.2 高分子资料的性能高分子资料的性能 1.1.高分子资料的物理性能和化学性能特点高分子资料的物理性能和化学性能特点 (1)(1)绝缘性绝缘性 (2)(2)耐热性耐热性 (3)(3)耐蚀性耐蚀性 (4)(4)老化老化 ;2.2.高分子资料的力学性能高分子资料的力学性能 (1)高聚物的物理、力学形状 线型非晶态高聚物的三种力学形状为玻璃态、高弹态和黏流态。 如图2-16所示。 图中Tb为脆化温度、Tg为玻璃化温度、Tf为黏流温度、Td为分解温度。 图2-16 线型非晶态高聚物在恒定载荷下的变形-温度曲线;(2)高分子资料的力学性能特点 高聚物的性能由硬脆、强硬、强

9、韧、柔韧而缓慢地发生变化，其应力应变曲线如图2-17所示。有机玻璃具有这类典型的变化规律。 图2-18为高聚物在不同加载速度时的应力应变。高聚物大都服从这种规律。 图2-17 非晶态高聚物在不同温度时的 应力-应变曲线 图2-18 高聚物在不同加载速度时的 应力-应变曲线 ; 黏弹性:应变与应力同步发生，或应变与应力同时到达平衡，如图2-19(a)所示。 应变不仅决议于应力，而且决议于应力作用的速率。即应变不随作用力即时建立平衡，而有所滞后，如图2-19(b)所示。图2-19 应力、应变与时间的关系 ;蠕变如图220所示。 图2-20 蠕变前、后分子构象变化表示图 应力松弛 如图221所示。图

10、2-21 应力松弛过程中分子构象变化表示图;滞后与内耗 高聚物受周期性载荷时，产生伸-缩的循环应变，如图2-22所示。图2-22 橡胶在一个承载周期中的应力-应变曲线; 图2-23可以看出高聚物的变形特点。A点为初始形状，B点为屈服点，C点为断裂点。图2-23 高聚物的应力-应变曲线 B点所对应的屈服应变较大，比金属大得多。 缩颈变形阶段很长，C点所对应的断裂伸长量较大。;2.3 2.3 陶瓷资料的构造与性能陶瓷资料的构造与性能 2.3.1 陶瓷资料的构造陶瓷资料的构造 按照组织形状陶瓷资料分为三类。按照组织形状陶瓷资料分为三类。 无机玻璃即硅酸盐玻璃无机玻璃即硅酸盐玻璃 微晶玻璃即玻璃陶瓷，

11、是单个晶体分布微晶玻璃即玻璃陶瓷，是单个晶体分布在非晶态的玻璃基体上的一类陶瓷资料。在非晶态的玻璃基体上的一类陶瓷资料。 陶瓷晶体陶瓷陶瓷晶体陶瓷 ;陶瓷的典型组织构造包括：晶体相莫来石和石英玻璃相气相 1.晶体相 1硅酸盐 硅酸盐根本构造具有以下特点: 构成硅酸盐的根本单元为硅氧四面体构造，如图2-24所示;硅氧四面体只能经过共用顶角而相互结合; Si4+经过 O2-结合， SiOSi的结合键在氧上的键角接近于145 ; 稳定的硅酸盐构造中，硅氧四面体采取最高空 间维数相互结合; 硅氧四面体采取比较严密的构造结合; 同一构造中硅氧四面体最多只相差1个氧原子。 图2-24 硅氧四面体构造; (

12、2)氧化物 图2-25所示为几种典型氧化物的构造。图2-25 几种典型氧化物的构造;(3)非氧化合物 图2-26所示为各种非氧化合物的构造。 图2-26 各种非氧化合物的构造;2.玻璃相 玻璃相的作用包括: 黏连晶体相，填充晶体相间空隙，提高资料致密度; 降低烧结温度，加快烧结速度; 阻止晶体转变，抑制其长大; 获得透光性等玻璃特性; 不能成为陶瓷的主导相;3. 3.气相气相 图2-28 气孔对陶瓷强度的影响 气相是陶瓷内部残留的孔洞，其成因复杂，影响要素多。陶瓷根据气孔率分为致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶瓷。除多孔陶瓷外，气孔对陶瓷的性能不利，它降低了陶瓷的强度，经常是呵斥裂纹的根源(图2-2

13、8)，所以应尽量降低气孔率。普通普通陶瓷的气孔率为5 %10% ;特种陶瓷在5 %以下;金属陶瓷那么要求低于0.5 %。 ;2.3.2 2.3.2 陶瓷资料的性能陶瓷资料的性能 1.陶瓷的物理和化学性能陶瓷的物理和化学性能 (1)热膨胀性能热膨胀性能 (2)导热性导热性 (3)热稳定性热稳定性 (4)化学稳定性化学稳定性 (5)导电性导电性 ; 2.2.陶瓷的力学性能陶瓷的力学性能 (1)(1)刚度刚度 (2)(2)硬度硬度 (3)(3)强度：晶界使陶瓷实践强度比实际值低得多强度：晶界使陶瓷实践强度比实际值低得多(1(11%)1%)。如图。如图2-292-29所示。所示。2.3.2 2.3.2 陶瓷资料的性能陶瓷资料的性能 图2-29 晶格构造模型; 总之，陶瓷资料的性能特点是:具有不可熄灭性、高耐热性、高化学稳定性、不老化性、高硬度和良好的抗压才干，但脆性很高，温度急变抗力很低，抗拉、抗弯性能差