非金属材料及应用 课件全套 第1-6章 绪论、无机非金属材料-有机、无机杂化材料

非金属材料及应用课程简介课程编号：

学分：2英文名称：NonmetalMaterialsandApplication课程性质：选修适用专业：机类及材料类先修课程：物理、化学、材料力学、机械工程材料、金属工艺学、机械设计等主要参考书目推荐教材：吴庆定，司家勇等.非金属材料及应用[M].机械工业出版社，2016参考书目：[1]戈晓岚.机械工程材料[M].北京：北京大学出版社，2006；[2]朱张校.工程材料[M].北京：清华大学出版社，2003；[3]夏淑华.机械工程非金属材料[M].新疆：新疆大学出版社，1992.

绪论INTRODUCTION§1.1材料及其分类材料：人类用于制造各种有用物件及产品的总称。

材料与社会12注意:材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。大多数的物质需通过一定的工艺过程才能转化为材料。材料可由一种物质或若干种物质构成。同一种物质,由于制备或加工方法不同,可成为用途不同—不同类型的材料。激光材料宝石基板材料高温炉管切削工具催化剂载体Al2O313◆材料是人类赖以生存和发展的物质基础。材料与国民经济、国防建设和人民生活密切相关。◆

20世纪70年代，人们把材料、信息和能源誉为当代文明的三大支柱。20世纪80年代，人们又把新材料、信息技术和生物技术并列，作为新技术革命的重要标志。1.1.1材料的含义14“材料”的含义：材料一般是指人类用于制造生活和生产所需的物品、器件、构件、机器或其他产品的物质。1.1.2材料的分类

构材料是主要利用材料的强度、韧性、弹性等力学性能，用于制造在不同环境下工作时承受载荷的各种结构件和零部件的一类材料，即机械结构材料和建筑结构材料。什么是“结构材料”

？1.1.2材料的分类什么是“功能材料”

？

以特殊的电学性能或各种电效应作为主要性能指标的一类材料。●

按用途对材料进行分类信息材料能源材料航空航天材料生物医用材料建筑材料包装材料，等等。●按组成与结构进行分类金属材料无机非金属材料有机高分子材料复合材料151.1.2材料的分类●按应用和发展程度对材料进行分类可将材料分为传统材料和新型材料两大类。1）传统材料是生产技术成熟，可大量工业化生产的材料。2）新材料建立在新思路、新概念、新工艺、新技术基础之上，以性能优异、品质高、稳定性高为优势，其显著特征是投资强度较高，更新换代快，知识和技术密集程度高，不以规模取胜。1.1.2材料的分类16§1.2材料的地位和作用1.2.1材料与人类文明——材料是人类社会进步的里程碑。材料是社会进步的物质基础。材料是人类进步的主要标志。人类文明进程的划分依据是什么?

所使用的、占主导地位的材料——石器时代、铜器时代、铁器时代、钢铁时代、合成材料时代、复合材料时代……——发展得越来越快1.2.1材料与人类文明高层建筑材料划时代

材料是人类文明、社会进步、科学技术发展的物质基础和技术先导。在历史上，人们将石器、青铜器、铁器等当时的主导材料作为时代的标志，称其为石器时代、青铜器时代和铁器时代。

在近代材料种类极其繁多，各种新材料不断涌现，很难用一种材料来代表当今时代的特征：新材料时代。1.2.1材料与人类文明

人类文明进化时代是以材料的使用来划分的。从远古的石器时代到铁器时代再到如今的新材料时代，先后经过了七个不同时代。公元前10万年石器时代公元前3000年公元前1000年公元前0年1800年1950年1990年青铜器时代铁器时代水泥时代钢时代硅时代（合成材料）新材料时代以材料区分的七个时代1.2.1材料与人类文明燧石：神奇的石头400,000BC—4,500BC

石器时代

(StoneAge)人类主要以石头、骨头、木制作简单的工具。1.2.1材料与人类文明陶器(Pottery)陶器的出现是人类跨入新石器时代的重要标志之一据考古资料，中国陶器制作历史至少有8000年以上西安半坡人面网纹陶盆战国陶制四通水管1.2.1材料与人类文明4,500BC—1,000BC

青铜时代

(BronzeAge)从矿石中提炼铜—冶金业的黎明埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一

人类学会了用炭把铜加热以造出纯度更高的铜,而把铜和锡矿石熔合后可得一种坚度高的合金--青铜，以青铜来造出各种武器。

大量使用青铜工具及青铜礼器的时期。1.2.1材料与人类文明古称金或吉金，是铜与其它元素（锡、镍、铅、磷等）的合金中国青铜时代大致对应夏商周至秦汉，时间跨度约两千年。春秋战国时期，齐国工匠写成《考工记》，提出“金有六齐”，是世界科技史上最早的冶铜经验总结。

青铜：第一种合金夏钺戈1.2.1材料与人类文明三星堆突目面具铸于商代晚期，高64.5cm，宽138cm，眼球柱状外突长达13.5cm三星堆立人像铸于商代晚期，高1.72m，底座高0.9m，通高2.62m，是世界上最大的青铜立人像1.2.1材料与人类文明四川三星堆青铜器司母戊鼎

司母戊鼎，商代大鼎，1939年出土，鼎高133cm，重875kg。为已知的中国古代体量最大的青铜器。1.2.1材料与人类文明铜禁，中国已知最早应用失蜡法铸造的作品，春秋时代的楚国王子午墓出土，年代为公元前6世纪。青铜乐器（战国）错金犀牛尊1.2.1材料与人类文明曾候乙尊盘湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑1.2.1材料与人类文明锋披天下的秦国青铜兵器秦剑秦剑的佩戴方式曾侯乙编钟（战国），钟架长7.48米，宽3.35米，高2.73米，1978年湖北省随县擂鼓墩出土，现藏湖北省博物馆

铜三足鸟西周

铜奔马(马踏飞燕)汉

秦始皇陵铜车马秦

爵商

其它青铜制品1.2.1材料与人类文明1450BC铁制车轮1500AD廉价的冶铁业1000BC—

铁器时代

(IronAge)

公元前14世纪至公元前13世纪，人类开始使用并铸造铁器，当青铜器逐渐被铁器广泛替代时，标志着人类进入了铁器时代。1.2.1材料与人类文明战国铁犁头战国铁锄湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄

中国最早出现冶铁制品大约是在公元前9世纪。到了春秋末期，中国人就发明了在高温下用木炭还原铁矿石生产铁的方法，以及在半熔状态下锻造各种器具和武器的技术。1.2.1材料与人类文明水泥时代(CementAge)0BC—2000年前，希腊和古罗马人在建筑中使用一种石灰和火山灰的混合物，它们在水中缓慢反应生成坚硬的固体。为最早应用的水泥。

19世纪初，英、法等将粘土化石灰(或泥灰岩)烧结成为水硬性材料，其中Al2O3、

SiO2含量之和达到20~35%，称为天然水泥。

1824，英国用石灰石和粘土的混合物烧成一种水硬性的胶凝材料，凝结硬固后的颜色、外观和当时英国用于建筑的优质波特兰石头相似，故称为波特兰水泥。

1825，波特兰水泥在英国建厂生产。水泥生产工艺以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，喂入水泥窑中煅烧成熟料，加入适量石膏，磨细而成。1871年，日本开始建造水泥厂1889年，中国在唐山建造了第一座水泥厂。1.2.1材料与人类文明18世纪，出现了用钢铁制造的蒸汽机。19世纪发明的内燃机和电动机对金属材料提出了更高要求，同时对钢铁冶金技术产生了更大的推动作用。

18世纪至20世纪，金属材料占据了结构材料的主导地位。

比如，火车铁轨的问世就是钢铁材料大量生产和应用的成功例子。钢铁时代(SteelAge)1800—：1.2.1材料与人类文明1854年和1864年，欧洲先后出现了转炉和平炉炼钢技术。随着电炉冶炼技术的出现，不同类型的特种钢相继问世：1887年——高锰钢1900年——高速钢1910年——镍铬不锈钢1.2.1材料与人类文明35艾菲尔铁塔钢的应用旧金山金门大桥建筑设备1.2.1材料与人类文明

同时，铜、铝及其合金大量使用，铅、锌、镁、钛和很多稀有金属相继被发现。世界钢产量从1850年的6万吨突增到1900年的2800万吨，人类进入了辉煌的钢铁时代。由此带动了冶金业、纺织业、机械制造业、交通运输业及航空工业等的迅速发展。轮船、汽车、飞机、电灯等的出现，使人类生活大大改善。1.2.1材料与人类文明2010年世界钢产量达13.5亿吨，中国突破6亿吨，占44.3%。

19世纪末期，西方科学家发明了人造丝，这是人类改造自然材料的又一里程碑。20世纪初，各种人工合成有机高分子材料相继问世。目前，全世界三大有机合成材料的年产量已达亿吨以上。1909年——合成酚醛树脂（电木）1920年——合成聚苯乙烯(PS)1931年——合成聚氯乙烯（PVC）1941年——合成聚酰胺、聚碳酸酯（尼龙）1.2.1材料与人类文明合成材料时代1900—：

在20世纪下半叶，合成高分子材料得到了飞速发展，已经深入人类社会的方方面面。伴随着核能的应用、合成材料工业和以硅材料为支柱的半导体工业走向大规模工业化，人类开辟了以计算机技术、生物技术和空间技术为主要标志的新时代。

20世纪中后期，通过使用合成原料和新的制备技术，出现了一系列具有特殊功能的先进陶瓷材料。由于陶瓷具有资源丰富、密度小、耐腐蚀、耐高温等特点，用途不断扩大，成为世界各国材料研究的重点。1.2.1材料与人类文明硅时代(SiliconAge)1950—

第二次世界大战中，开始用硅制作雷达的高频晶体检波器。所用的硅纯度低，不是单晶体。

1950，制出第1只硅晶体管。

1952，用直拉法培育硅单晶成功。

1953，用无坩埚区域熔化法拉制单晶。

1955，采用Zn还原SiCl4法生产纯硅，但不能满足制造晶体管的要求

1956，氢还原SiHCl3法。

1960，用氢还原SiHCl3法进行工业生产，已具规模。硅整流器、硅闸流管问世，促使硅材料的生产一跃而居半导体材料的首位。

1960年代，硅外延生长单晶技术和硅平面工艺。硅晶体管制造技术趋于成熟，集成电路迅速发展。

1980年代初，全世界多晶硅产量达2500吨。1.2.1材料与人类文明20世纪90年代后，现代复合材料、各种新材料层出不穷，并得到快速发展，标志着人类已进入新材料时代。新材料使新技术得以产生和应用，而新技术又促进了新工业的出现和发展。新材料时代1900—：1.2.1材料与人类文明

从人类利用材料的历史中可以清楚地看到：每一种重要新材料的发现和应用，都会把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突破都将引起生产技术的重大变革，甚至引发一场世界性的技术革命，大大加速社会发展的进程，给社会生产力和人类生活带来巨大的变革，把人类物质文明推向前进。1.2.1材料与人类文明材料是所有科技进步的核心。没有钢铁材料，就没有今天的高楼大厦。没有专门为喷气发动机设计的材料，就没有靠飞机旅行的今天。没有耐高温复合涂层材料，就没有人类探索外太空的飞船。没有固体微电子电路，就没有计算机。材料与建筑1.2.1材料与人类文明材料与交通1.2.1材料与人类文明材料与国防现代化

1.2.1材料与人类文明

材料的发展史1)

石器材料----对自然界天然物质作简单的打磨加工。

陶器材料----人类通过加工技术以一定的工艺制造非天然物质材料的起点。2)

青铜、铁器材料----加工、冶炼技术和工艺的改进。3)20世纪末主要的新材料----塑料、合成橡胶、化纤等各种高分子材料，特种陶瓷、特种玻璃、特种水泥、光导纤维、碳纤维、硼纤维等硅酸盐和无机功能新材料，记忆合金、非晶态金属、晶须、超导材料、超塑性金属、超弹性合金等型金属材料，以及纤维增强、叠层复合等新型复合材料。4)第四代、第五代材料----纳米材料、超晶格膜、超纯材料等“极限材料”和“分子设计”材料等。1.2.1材料与人类文明—材料是高新技术发展与社会现代化的基础和先导。1.2.2材料与新技术革命§1.2材料的地位和作用

材料既是人类社会进步的里程碑，又是社会现代化的物质基础。新材料的研究、开发与应用从根本上反映着一个国家的科学技术与工业水平。电子管→晶体管→集成电路时代

电子管——晶体管——集成电路钨、钼电极锗、硅半导体单晶硅片，高纯钛、SiO2、铬薄膜1.2.2材料与新技术革命1）电子技术的发展

新材料的研发对电子工业的发展无疑起到了决定性作用。2）光通信的产生和发展1.2.2材料与新技术革命

光导纤维、激光技术和电子技术的发展是促进通信技术进步的重要因素，而这些都与材料密切相关。正是由于新材料的发展，20世纪90年代初期人们提出的“信息高速公路”的设想今天已成为现实。

信息材料指用于信息的探测、传输、显示、运算和处理的光电信息材料。主要包括监测和传感(获取)信息的材料、传输信息的材料、存储信息的材料、运算和处理信息的材料。

人类在步入信息时代的同时，也进入信息材料竞争的时代。

3）磁技术的广泛应用

磁性材料在现代化社会中应用十分广泛，电视机、计算机，电动机等都离不开各种磁性材料。1.2.2材料与新技术革命稀土NdFeB永磁合金4）超导技术的开发自1911年发现超导现象以后，到了20世纪80年代，超导材料所达到的最高临界温度仅有23.2K，还没有脱离液氦温度。1986年，由于人们发现了氧化物超导体，超导材料才有了重大突破，此后，超导温度跳跃式地升高到95～100K，已达到液氮温区。超导技术的引入，将会使许多方面发生飞跃式发展。1.2.2材料与新技术革命超导电缆已安装调试的超导电缆系统

5）航空航天技术的进步1.2.2材料与新技术革命

航空航天材料主要包括新型金属材料（如先进铝合金、超高强度钢、高温合金、高熔点合金、铍及其合金）、烧蚀防热材料和新型复合材料此外，还包括一些功能材料，如涂层材料、隔热材料、透明材料、阻尼材料、密封材料、润滑材料、粘合剂材料等。这些材料大部分属于高分子材料和陶瓷材料，也有少量是阻尼合金等金属材料。

三高一低的结构材料（高强度、高模量、耐高温、低密度)。在美国卡拉维纳尔角航天基地待升空的航天飞机。应用了成千上万种材料，特别是一些高技术的新型材料。1.2.2材料与新技术革命

材料，特别是新材料与现代文明的关系十分密切，新材料的重要性是不言而喻的。美国国家委员会的一份研究报告指出，先进材料和先进材料工艺对国家的生活水平、安全及经济实力起着关键性的作用。

1986年，《科学的美国人》杂志指出：“先进材料对未来的宇航、电子设备、汽车以及其他工业的发展是必要的，材料科学的进展决定了经济关键部门增长速度的极限范围。”1.2.2材料与新技术革命自工业革命后，人类社会的进步主要是材料推动的结果！

四次技术革命第一次技术革命18世纪后期

蒸汽机的发明及广泛应用为主要标志高炉、转炉、平炉制造优质钢材的工业化第二次技术革命19世纪末

电的发明和广泛应用为标志

远距离输送电材料以及通讯、照明用材料第三次技术革命20世纪中期

原子能应用为主要标志

合成材料、半导体材料等大规模工业化、民用化第四次技术革命20世纪70年代计算机，特别是微电子、生物工程和空间技术为主要标志相关的新型结构与功能材料1.2.2材料与新技术革命

以电子工程、空间技术、海洋工程、能源工程、生物工程为代表的第四次新技术革命浪潮同样离不开新材料。

电子信息技术需要高性能电子材料、光电子材料、非线性光学材料、波导纤维和薄膜材料等功能材料；

能源工程技术离不开耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高可靠以及寿命可预测的结构材料；

先进的航天飞行器离不开耐高温、耐低温、耐辐射、耐腐蚀、耐烧蚀的轻质高强结构材料；

新能源的开发离不开实现能源转换的各种功能材料。

各种材料的制备、加工和应用，无一例外地都需要依赖适当的手段才能实现。可见，新材料的开发与应用，对人类社会文明与经济发展，有着不可估量的作用。1.2.2材料与新技术革命材料是人类生存、社会发展、科技进步的物质基础、现代科技发展的先导。我国是材料大国，但不是材料强国。“神舟六号”飞船始返前后图片

1.2.2材料与新技术革命

新材料

高新技术产品的出现

推动社会进步1.2.3新材料与可持续发展MATERIALSMETALPOLYMERINORGANIC非金属材料物理化学的科学内涵性能使用效能合成与制备组成与结构非金属材料科学与工程非金属材料科学与工程是一门研究非金属材料合成与制备、组成与结构、性能、使用效能

四者之间的关系与规律的科学。

掌握非金属材料的基础知识；了解高分子化合物的特征；熟悉各种机械工程用非金属材料的名称（代号）性能及应用范围；了解非金属工程材料的发展动向、新工艺及新技术。本课程学习目的及要求

抓好基本学习环节注重理论知识的实际应用总结归纳本课程学习方法非金属材料的特点高分子材料的特点比重小、质量轻耐腐蚀性好电绝缘性好减摩、耐磨性好消音和吸震性好无机非金属材料的特点熔、沸点较高，硬度较大是电、热的不良导体或非导体脆性较大第二章无机非金属材料常用无机非金属材料及应用本章主要内容无机非金属材料的概念与特点无机非金属材料的地位和作用什么是无机非金属材料？金属材料和有机高分子材料以外的固体材料通称为无机非金属材料。主要特性：熔点高、硬度高、化学稳定性好、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐氧化、弹性模量大、强度高。一般为脆性材料传统陶瓷无机非金属材料的种类陶瓷水泥玻璃特种陶瓷结构陶瓷功能陶瓷常见陶瓷制品陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的结合键陶瓷材料的组成相的结合键为离子键（MgO、Al2O3）、共价键（金刚石、Si3N4）以及离子键与共价键的混合键以离子键结合的晶体称为离子晶体。离子晶体在陶瓷材料中占有很重要的地位。它具有强度高、硬度高、熔点高、等特点。但这样的晶体脆性大，无延展性，热膨胀系数小，固态时绝缘，但熔融态可导电等特点。金属氧化物晶体主要以离子键结合，一般为透明体。陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的结合键以共价键结合的晶体称为共价晶体。共价晶体具有方向性和饱和性，因而共价键晶体的原子堆积密度较低。共价键晶体具有强度高、硬度高、熔点高、结构稳定等特点。但它脆性大，无延展性，热膨胀系数小，固态、熔融态时都绝缘。最硬的金刚石、SiC、Si3N4、BN等材料都属于共价晶体。陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的相组成晶体相晶体相是陶瓷材料最主要的组成相，主要是某些固溶体或化合物，其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的特性和应用。晶体相又分为主晶相、次晶相和第三相。陶瓷中晶体相主要有含氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐等）、氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4）等。硅氧四面体是硅酸盐陶瓷中最基本的结构单元。陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的相组成玻璃相玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分，其结构类似于玻璃。玻璃相的作用是：熔点低，将分散的晶体相粘结起来，填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧成温度，加快烧结过程；阻止晶体转变、抑止晶粒长大。玻璃相对陶瓷强度、介电常数、耐热性能是不利的。陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的相组成气相（气孔）陶瓷中气孔主要是坯体各成分在加热过程中单独或互相发生物理、化学作用所生成的空隙。这些空隙可由玻璃相来填充，还有少部分残留下来形成气孔。气孔对陶瓷的性能是不利的。它降低材料的强度，是造成裂纹的根源。陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的晶体缺陷点缺陷陶瓷材料晶体中存在的置换原子、间隙原子和空位等缺陷称之为点缺陷。陶瓷材料的很多性质如导电性与点缺陷有直接关系。此外，陶瓷材料的烧结、扩散等物理化学过程也与点缺陷有关。陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的晶体缺陷线缺陷位错是陶瓷材料晶体中存在线缺陷。陶瓷材料中位错形成所需要的能量较大，因此，不易形成位错。陶瓷材料中位错密度很低。陶瓷材料主要是离子键和共价键。这两种结合键造成位错的可动性降低。当位错滑移时，离子键中同号离子相斥，导致离子键断裂；而共价键的方向性和饱和性，具有确定的键长和键角，位错的滑移也会导致共价键的破断。陶瓷材料的物质结构陶瓷材料的晶体缺陷面缺陷陶瓷材料一般是多晶材料。多晶材料中存在的晶界和亚晶界就是陶瓷材料中的面缺陷。我们知道晶粒细化可以提高材料的强度。晶界对金属材料和陶瓷材料强度的提高作用机理是不同的。对金属材料来说，晶界阻碍位错的运动，从而强化了材料；而对陶瓷材料来说，利用晶界两侧晶粒取向的不同来阻止裂纹的扩展，提高强度。陶瓷材料的性能特点力学性能硬度陶瓷的硬度很高，多为1000Hv～1500Hv（普通淬火钢的硬度500～800Hv）。陶瓷硬度高的原因是离子晶体中离子堆积密度大、以及共价晶体中电子云的重叠程度高引起的。刚度陶瓷的刚度很高。刚度是由弹性模量衡量的，而弹性模量又反映其化学键的键能。离子键和共价键的键能都要高于金属键，因此陶瓷材料的弹性模量要高于金属材料。陶瓷的硬度很高，多为1000Hv～1500Hv（普通淬火钢的硬度500～800Hv）。陶瓷硬度高的原因是离子晶体中离子堆积密度大、以及共价晶体中电子云的重叠程度高引起的。陶瓷的刚度很高。刚度是由弹性模量衡量的，而弹性模量又反映其化学键的键能。离子键和共价键的键能都要高于金属键，因此陶瓷材料的弹性模量要高于金属材料。陶瓷材料的性能特点力学性能强度陶瓷材料的强度取决于键的结合力，理论强度很高。但陶瓷中由于组织的不均匀性，内部杂质和各种缺陷的存在，使得陶瓷材料的实际强度要比理论强度低100多倍。陶瓷材料的强度也受晶粒大小的影响。晶粒越细，强度越高。此外，陶瓷材料一般具有优于金属材料的高温强度，高温抗蠕变能力强，且有很高的抗氧化性。常用于高温材料。陶瓷材料的性能特点力学性能塑性与韧性陶瓷材料的塑性和韧性较低，这是陶瓷最大的弱点。陶瓷材料受到载荷时在不发生塑性变形的情况下，就发生断裂。断裂是裂纹形成和扩展的过程。陶瓷内部和表面所产生的微裂纹，由于裂纹尖端的应力集中，内部裂纹在受到外应力时扩展很快，这是导致陶瓷材料断裂的根本原因。陶瓷材料的性能特点热学性能熔点陶瓷材料由离子键和共价键结合，因此具有较高的熔点。热容热膨胀陶瓷材料在低温下热容小，在高温下热容增大。陶瓷材料的热膨胀系数小，这是由晶体结构和化学键决定的。一般为10－5～10－6/K。陶瓷材料在低温下热容小，在高温下热容增大。陶瓷材料由离子键和共价键结合，因此具有较高的熔点。陶瓷材料在低温下热容小，在高温下热容增大。陶瓷材料的热膨胀系数小，这是由晶体结构和化学键决定的。一般为10－5～10－6/K。陶瓷材料由离子键和共价键结合，因此具有较高的熔点。陶瓷材料在低温下热容小，在高温下热容增大。陶瓷材料的性能特点电学性能陶瓷材料是良好的绝缘体。可用于隔电的绝缘材料；陶瓷还具有介电特性，可作为电器的介质。陶瓷材料的介电损耗很小，可大量制造高频、高温下工作的器件。陶瓷材料由于晶界和气孔的存在，一般是不透明的。可以通过烧结方法的改变和控制晶粒的大小，制备出透明的氧化物陶瓷。光学性能陶瓷材料是良好的绝缘体。可用于隔电的绝缘材料；陶瓷还具有介电特性，可作为电器的介质。陶瓷材料的介电损耗很小，可大量制造高频、高温下工作的器件。陶瓷材料由于晶界和气孔的存在，一般是不透明的。可以通过烧结方法的改变和控制晶粒的大小，制备出透明的氧化物陶瓷。陶瓷材料的性能特点化学性能陶瓷的结构非常稳定，很难与介质中的氧发生作用。例如在以离子晶体为主的陶瓷中，金属离子被氧离子所包围，被屏蔽在其紧密排列的间隙之中，不但室温下不会氧化，甚至在1000℃以上的高温也不会氧化。

陶瓷材料加工方法配料成形煅烧普通陶瓷的生产工艺及种类普通陶瓷的生产工艺1、原料配制黏土、石英、长石，各种氧化物或其它物质2、坯料成形可塑成形法，注浆成形法、模压成形法3、制品的烧结蒸发阶段、氧化物分解和晶型转化阶段、玻化成瓷阶段、冷却阶段1。日用陶瓷2。普通工业陶瓷1）建筑陶瓷2）卫生陶瓷4）化工陶瓷3）电器绝缘陶瓷普通陶瓷的种类（1）日用陶瓷一般应具有良好的白度、光泽度、透光性、热稳定性和强度。日用陶瓷主要应用于茶具、餐具和工艺品长石瓷质，绢云母瓷质，骨灰瓷质，日用瓷质1）建筑陶瓷以黏土为主要原料而制得的用于建筑物的陶瓷粗陶瓷：以难熔黏土为主要原料，包括砖、瓦、盆罐等精陶瓷：以瓷土和高岭土为主要原料，包括釉面砖、建筑卫生陶瓷等炻瓷：以陶土和黏土为主要原料，包括地砖、外墙砖、shi耐酸陶瓷等(紫砂)（2）普通工业陶瓷2）卫生陶瓷以高岭土为主要原料而制得的用于卫生设施的带釉陶瓷制品，有陶质、炻瓷质和瓷质等。3）电器绝缘陶瓷又称电瓷，是作为隔电、机械支撑及连接用的瓷质绝缘器件。分为低压电瓷、高压电瓷和超高压电瓷等。4）化工陶瓷要求耐酸、耐高温、具有一定强度。主要用于化学、化工、制药、食品等工业。结构陶瓷材料的制造工艺结构陶瓷材料结构陶瓷的生产工艺1、粉末制备固相法，气相法，液相法，机械法，熔剂蒸发法2、成形冷等静压成形，注射成形，爆炸成形3、烧结常压烧结，气氛压力烧结，热压烧结，热等静压烧结，反应烧结，电火花烧结，自扩散高温合成常用结构陶瓷材料结构陶瓷的种类氧化物陶瓷非氧化物陶瓷结构陶瓷材料氧化物陶瓷特点：化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温度高、高温强度高。Al2O3陶瓷BeO陶瓷ZrO2陶瓷MgO/CaO陶瓷ThO2/VO2陶瓷结构陶瓷材料Al2O3陶瓷Al2O3陶瓷又称高铝陶瓷，主要成分是Al2O3和SiO2。主晶相为刚玉（α－Al2O3），随着SiO2质量百分数的增加，还出现莫来石和玻璃相。根据陶瓷坯中主晶相的不同，分为刚玉瓷、刚玉－莫来石瓷和莫来石瓷。Al2O3有三种结晶形态，即α、β、γ相。α型是高温型，而γ相是低温型。其中刚玉瓷的性能最佳。结构陶瓷材料Al2O3陶瓷的性能及应用1。强度高2。硬度高：机械加工磨料、磨具、切削工具等3。熔点高、抗腐蚀：耐火材料、炉管、热电偶保护套等4。化学稳定性好：坩埚、人体关节、人工骨骼5。电绝缘性好：基板、火化塞、电路外壳6。光学性能好：制成透光材料、微波整流罩窗口、激光振荡元件等结构陶瓷材料BeO陶瓷BeO晶体无色，属六方晶系，在固态下无晶型转变，结构稳定。BeO陶瓷的导热系数大，线膨胀系数不大，抗热震性高，高温电绝缘性好，电导率低，介电常数高；硬度与Al2O3差不多，化学稳定性好，是抵抗炭还原作用最强的一种氧化物。结构陶瓷材料ZrO2陶瓷ZrO2陶瓷有三种晶型。常温下是单斜晶系，1000度以上转变为四方晶系，到2300度以上又转变成立方晶系。由单斜向四方的转变是可逆的，并伴随7％的体积膨胀。导致陶瓷在烧结时容易开裂，为此，要加入适量的稳定剂，如Y2O3。ZrO2陶瓷的特点是热导率小，是理想的高温绝热材料。化学稳定性好，能抵抗酸性或中性熔渣的侵蚀，可用作特种耐火材料；硬度高，可制作冷成型工具、整形模、切削工具、剪刀等；强度高、韧性好，可制作发动机构件等。结构陶瓷材料MgO/CaO陶瓷耐高温，抗金属及碱性熔渣腐蚀，可以用作坩埚冶炼高纯度Fe、Mo、Cu、Mg等。也可用于高温热电偶保护套等。ThO2/VO2陶瓷具有高熔点、高密度、低热传导性、低挥发性。主要用于制造熔炼Lr、Pt、Ag和其他金属的坩埚，电炉构件，核动力反应堆中的发热元件等。结构陶瓷材料非氧化物陶瓷特点：高耐火度、高硬度、高耐磨性。SiC陶瓷有两种晶体结构：α－SiC和β－SiC。前者属六方晶系，是高温稳定相；后者属等轴晶系，是低温稳定相。SiC陶瓷的莫氏硬度13，在1400度的高温下仍能保持相当高的弯曲强度；SiC陶瓷有很高的热传导能力，抗蠕变性能好，对酸性熔体有很强的抵抗力，但不抗强碱。SiC陶瓷主要用作高温结构材料。如火箭尾喷管的喷嘴，热电偶套管等高温零件。还可用于高温下热交换器。SiC陶瓷Si3N4陶瓷BN陶瓷B4C陶瓷结构陶瓷材料氮化物陶瓷特点：高耐火度、高硬度、高耐磨性。Si3N4陶瓷是强共价键材料，原子结合力强，属六方晶系。Si3N4陶瓷具有良好的化学稳定性，能抵抗除氢氟酸以外的各种酸、碱和熔融金属的侵蚀；具有优异的绝缘性；硬度高，摩擦系数小，是一种优良的耐磨材料；线膨胀系数小，热导率高，抗热震性好；室温强度虽然不高，但高温强度较高。此外，还有BN陶瓷和B4C陶瓷等。结构陶瓷材料耐火陶瓷什么是耐火材料？耐火度不低于1580度的材料。广泛应用于冶金、硅酸盐、化工、机械等领域的窑炉以及高温容器的耐高温材料。常见的耐火材料黏土砖轻质砖半硅砖高铝砖镁砖碳砖耐火砖耐火纤维耐火混凝土1）耐火材料的性能指标耐火度材料在高温下不熔化的性质。荷重软化温度指耐火材料在温度和荷重的作用下抵抗变形的能力。高温体积稳定性在高温下外形体积及线度保持稳定的能力。抗热震性抗渣性在高温下，温度急剧变化不破坏的能力。抵抗熔渣或熔融液侵蚀的能力。耐真空性在真空和高温下服役的能力。2）常见耐火砖粘土砖中性耐火材料，使用温度不超过1000℃，抗热震性。轻质砖轻质砖含有较多的气孔，不仅耐火而且绝热。半硅砖重烧线收缩很小，抗渣性也好。硅砖高铝砖硅砖高温强度好，荷重软化温度几乎接近耐火度。抗渣性好，耐压强度大，抗热震性很好。镁质耐火砖碱性耐火材料，耐火度很高，但抗热震性很差。炭砖耐火度高，抗渣性强，抗热震性好，强度高，耐磨。3）耐火纤维4）耐火混凝土具有一般纤维的特性（如柔韧、强度高等），可加工成各种纸、带、线绳、毡和毯等，又具有普通纤维所没有的耐高温、耐腐蚀和抗氧化的性能，克服了一般耐火材料的脆性，同时，有非常显著的节能效果。目前发展最快应用最多的是硅酸铝耐火纤维。硅酸铝纤维及其制品的耐火度多数可达1700℃以上。具有弹性好、热导率低、热膨胀小、质量轻、抗热震性好、安装容易等特点，因而得到广泛应用。主要用于加热炉以及窑炉、管道隔热和密封大件。一般由骨料、胶结料、掺和料三部分按一定比例制成混合料直接浇注而成，有时还要加促凝剂。根据胶结料的不同，耐火混凝土可分为：铝酸盐耐火混凝土、水玻璃耐火混凝土、磷酸盐耐火混凝土和硫酸铝耐火混凝土等。玻璃什么是玻璃？凡熔融体通过一定方式冷却，因黏度逐渐增加而具有固体性质与一定结构特征的非晶态物质，都称为玻璃。玻璃的分类钠钙玻璃铅玻璃硼硅酸盐玻璃石英玻璃钢化玻璃微晶玻璃彩色玻璃变色玻璃磨光玻璃磨砂玻璃压花玻璃夹层玻璃玻璃的发展简史玻璃的制造已有5000年以上的历史。古时候的玻璃也叫谬琳、琉璃、陆璃、颇璃等。玻璃的性质力学性质理论强度高，实际强度低。抗压强度高，抗拉强度低。硬度高，脆性大。物理性质高度透明，具有很重要的光学性质。能透可见光和红外线。化学性质化学性质稳定。抗酸腐蚀，但不抗碱。玻璃的生产压制成形吹制成形拉制成形加工纤维常见玻璃品种-17种钠钙玻璃铅玻璃硼硅酸盐玻璃石英玻璃钢化玻璃微晶玻璃彩色玻璃光致变色玻璃夹层玻璃夹丝玻璃吸热玻璃中空玻璃防护玻璃磨光玻璃磨砂玻璃压花玻璃电热玻璃石棉什么是石棉？是天然纤维状的硅质矿物的泛称，是一种被广泛应用于建材防火板的硅酸盐类矿物纤维，也是唯一的天然矿物纤维，它具有良好的耐火、耐热、保温、隔音、绝缘、防蚀性能和高的抗拉强度，故被广泛应用。石棉的种类很多，最常见的三种是温石棉（白石棉）、铁石棉（褐石棉）及青石棉（蓝石棉），其中以温石棉含量最为丰富，用途最广。根据不同矿产成分可分为蛇纹石类石棉和角闪石类石棉等两大类。蛇纹石类石棉角闪石类石棉名称来源：Serpentine一字，是指一种具有像蛇般云彩的绿色块状岩石。石棉制品与应用石棉线石棉绳石棉盘根石棉条石棉纸和石棉板石棉制动制品石棉对人体的危害与作业防护（1）广泛宣传教育（2）限制石棉制品（3）严格按石棉作业规程作业（4）采取妥善的防护措施石棉本身并无毒害，它的纤维是一种非常细小，肉眼几乎看不见的纤维，当这些细小的纤维释放以后可长时间浮游于空气中，被吸入人体内，被吸入的石棉纤维可多年积聚在人身体内，附着并沉积在肺部，造成肺部疾病。可引致以下几类疾病：①肺癌；②间皮癌－胸膜或腹膜癌；③石棉沉着病（石棉肺），因肺内组织纤维化而令肺部结疤。水泥什么是水泥？水泥是一种加入适量水后，成为塑性浆体的，既能在空气中硬化，又能在水中硬化的，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料。水泥的种类按主要水硬性物质硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥火山灰水泥专用水泥特性水泥按用途和性能通用水泥水泥发展与研究进展远在古代，人们就开始使用黏土（有时还掺人稻草、壳皮等植物纤维）来抹砌简易建筑物。但未经煅烧的黏土不耐水且强度很低，所以这种建筑物很不耐久。在公元初，罗马人就开始用掺火山灰（硅铝化合物）而具有水硬性的石灰砂浆来兴修建筑物。1796年出现了罗马水泥。在此基础上，又进而用含适量黏土的石灰石（天然水泥岩）经煅烧磨细，制得天然水泥。19世纪初期（1810～1825年）已经将石灰石或白垩和黏土的细粉按一定比例配合，经高温烧结成块（熟料），再经粉磨制成水硬性胶凝材料，称为波特兰水泥（我国称为硅酸盐水泥）。1826年建立了第一台间隙立窑。1885年和1886年相继出现了第一台回转窑和多仓磨机，20世纪初，发明了各种不同用途的硅酸盐水泥，如快硬高强水泥、膨胀水泥、大坝水泥、油井水泥等。1907～1909年还发明了以低碱性铝酸盐为主要成分的高铝水泥。水泥的主要技术性能指标密度与堆密度……细度需水性凝结时间体积安定性强度标号水化热水泥标号目前我国生产的水泥一般有325＃、425＃、525＃等几种标号。生产不同标号的水泥，是为了适应制做不同标号的混凝土的需要。（1）硅酸盐水泥原料：石灰石、黏土、铁粉、煤粉、矿化剂等CaOAl2O3SiO2Fe2O3工艺：配料粉磨成球煅烧粉磨包装常见水泥品种硅酸盐水泥配料粉磨成球煅烧矿渣石膏水泥的生料水泥的熟料1300－1450度水泥的熟料粉煤灰火山灰普通水泥矿渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥硅酸盐水泥的主要矿物成分硅酸三钙3CaO·SiO2，C3S硅酸二钙2CaO·SiO2，C2S铝酸三钙3CaO·Al2O3，C3A铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3，C4AF硅酸盐水泥的主要矿物成分对水泥性能的影响提高C3S可以提高水泥的强度，得到高强水泥提高C3A，C3S，可以得到快硬水泥降低C3A和C3S，提高C2S，可以得到中低热水泥提高C4AF，降C3A，可以得到道路水泥（2）掺混合材料的硅酸盐水泥1）普通硅酸盐水泥2）矿渣硅酸盐水泥3）火山灰及粉煤灰酸盐水泥（3）专用水泥1）砌筑水泥2）道路水泥3）大坝水泥（4）特性水泥1）快硬硅酸盐水泥2）膨胀性水泥3）白水泥使用水泥的八忌（1）忌受潮结硬（2）忌曝晒速干（3）忌负温受冻（4）忌高温酷热（5）忌基层脏软（6）忌骨料不纯（7）忌水多灰稠（8）忌受酸腐蚀气硬性凝胶材料什么是气硬性凝胶材料？通过物理化学作用，能将浆体变成坚固的块体，并能将散粒材料（如砂子、石子）或块状材料（如砖和石块）等黏结成为整体的材料，统称胶凝材料。只能在空气中硬化并保持或继续强化的材料称为气硬性胶凝材料。气硬性凝胶材料的种类石灰石膏水玻璃是人类使用较早的无机胶凝材料之一。具有质轻、保温、隔音、吸音、不燃，以及热容量大、吸湿性大等特点。由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料。第3章高分子材料概论3高分子科学是当代发展最迅速的学科之一高分子科学既是一门应用科学，又是一门基础科学高分子科学已经发展成高分子化学、高分子物理、高分子加工等主要分支概述有机高分子材料超高分子量聚乙烯纤维无机高分子材料本章内容高分子科学高分子化学研究聚合反应和高分子化学反应原理，选择原料、确定路线、寻找催化剂、制订合成工艺等。研究聚合物的结构与性能的关系，为设计合成预定性能的聚合物提供理论指导，是沟通合成与应用的桥梁。高分子物理高分子加工研究聚合物加工成型的原理与工艺。

高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，它是建立在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科。3.1概述1838-----利用光化学第一次使氯乙烯聚合。1839-----合成了聚苯乙烯，同年英国的

Macintosh和Hancock和美国的

Goodyear发现了天然橡胶用硫磺进行硫化，这能制备出橡皮产品，用作轮胎和防雨布。1868-----Hyatt发明了硝基纤维素1870-----商业化生产赛璐珞的商品。1893—98-----英国开始生产人造丝，20世纪初-----合成了苯乙烯和双烯类共聚物，高分子科学简史1907-----德国开发了酚醛树脂。1930-----高分子概念已被承认。1929-----Dupont公司的Carothers系统研究缩聚,并发展了大分子理论。开发了聚酰胺和聚酯的合成1931-----出现了聚甲基丙烯酸甲酯，1936-----聚醋酸乙烯酯和聚丁酸乙烯酯做安全玻璃，1937-----德国开始了工业生产聚苯乙烯，1938-----出现了商业生产尼龙－66。高分子科学简史1939-----开发聚氯乙烯和脲醛树脂，美国开始了聚硫橡胶和氯丁橡胶的生产。1930--40----近代高分子化学蓬勃发展。1939----聚丁二烯橡胶，丁腈橡胶，聚氨酯。1941----丁苯橡胶，丁基橡胶，丁钠橡胶，含氟聚合物。1945--60，高分子化学和工程快速发展。1947—48--环氧树脂和ABS塑料。1950----聚酯和聚丙烯腈纤维,聚硅氧烷。高分子科学简史50年代--Ziegler和Natta的定向聚合，高密度线型聚乙烯、等规立构聚丙烯等。

Szwar负离子活性聚合。丁苯嵌段共聚物聚甲醛、聚碳酸酯、聚氨酯泡沫塑料，顺式聚异戊二烯，顺式聚丁二烯，乙丙橡胶，聚酰亚胺，聚苯醚，聚砜等。近年来，合成高分子化学向结构更精细、性能更高级的方向发展。如超高模量、超高强度、难燃性、耐高温性，耐油性等材料，生物医学材料，半导体或超导体材料，低温柔性材料等及具有多功能性的材料。

高分子科学简史

HermannStaudinger:

把“高分子”这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系（1953年诺贝尔奖）。Carothers:建立缩聚反应理论。KarlZiegler,GiulioNatta:乙烯、丙烯配位聚合（1963年诺贝尔奖）PaulJ.Flory:聚合反应原理、高分子物理性质与结构的关系（1974年诺贝尔奖）。HidekiShirakawa,AlanG.MacDiarmid,AlanJ.Heeger

：对导电聚合物的发现和发展（2000年诺贝尔奖）。高分子科学简史制约因素解决途径（1）延长使用寿命：减少废弃（2）回收利用：低性能应用；降解（3）自然降解：自然分解回归自然：高分子制品废弃后对环境的污染“在人类历史上,几乎没有什么科学技术象高分子科学这样对人类社会做出如此巨大的贡献.”高分子科学简史天然高分子的直接利用天然高分子的化学改性天然橡胶的硫化,硝化纤维的合成等淀粉、蛋白质、棉麻丝、竹、木等缩聚反应，自由基、配位、离子聚合等高分子合成高分子时代高分子科学简史日常生活中常见的高分子化合物有机高分子天然高分子：淀粉、纤维素和蛋白质、天然橡胶等。

合成高分子：合成纤维、合成树脂、合成橡胶等。3.2有机高分子材料3.2.1有机高分子的基本概念高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高并由共价键连接的一类化合物高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物

这些术语一般可以通用Macromolecule,HighPolymer,Polymer常见高分子化合物的分子量一般高达几万、几十万，甚至上百万，范围一般在104～106什么是高分子？高分子也叫聚合物分子或大分子，具有高的相对分子量，其结构必须是由多个重复单元所组成，并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生而来。Polymermolecule,Macromolecule根据IUPAC1996年之建议：ExcerptfromPureAppl.Chem.1996,68,2287-2311高分子基本概念聚氯乙烯聚乙烯醇实际上概念上InternationalUnionofPureandAppliedChemistry

国际理论(化学)与应用化学联合会

高分子小分子聚合反应Polymerization单体能够进行聚合反应，并构成高分子基本结构组成单元的小分子。高分子化合物PolymericSubstanceMonomer或称聚合物，是由许多单个高分子（聚合物分子）组成的物质。高分子基本概念合成聚合物的起始原料称为单体（Monomer）在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为结构单元（Structureunit）聚合一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成。例如：聚苯乙烯1.由一种结构单元组成的高分子缩写成n表示重复单元数，也称为链节数,在此等于聚合度聚合度（Degreeofpolymerization）聚合度是衡量高分子大小的一个指标。有两种表示法：以大分子链中的结构单元数目表示，记作以大分子链中的重复单元数目表示，记作结构单元＝单体单元＝重复单元＝链节结构单元有时也称为单体单元（Monomerunit）重复单元(Repeatingunit）,链节(Chainelement）在这里,两种聚合度相等，都等于n另一种情况：式中:M是高分子的分子量

M0是结构单元的分子量由聚合度可计算出高分子的分子量：

结构单元＝重复单元＝链节单体单元此时，两种结构单元构成一个重复结构单元结构单元

结构单元重复结构单元2.由两种结构单元组成的高分子合成尼龙-66则具有另一特征：3.由无规排列的结构单元组成的高分子由一种单体聚合而成的高分子称为均聚物结构单元重复单元单体单元单体在形成高分子的过程中要失掉一些原子

但,重复单元＝链节注意：Mo两种结构单元的平均分子量

x,y为任意值，故在分子链上结构单元的排列是任意的：

M1M2M1M1M2M1M2M2M2

在这种情况下，无法确定它的重复单元，仅结构单元＝单体单元

由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子则称为共聚物

例如：丁苯橡胶高分子化合物的基本特征分子量大是高分子的根本性质高分子的许多特殊性质都与分子量大有关，如：高分子的溶液性质：难溶，甚至不溶，溶解过程往往要经过溶胀阶段;溶液粘度比同浓度的小分子高得多;分子之间的作用力大,只有液态和固态,不能汽化;固体聚合物具有一定的力学强度,可抽丝、能制膜。1.分子量大分子量多大才算是高分子？其实，并无明确界限，一般高分子的强度与分子量密切相关-----<1000<------------<10000<-----低分子

过渡区（齐聚物）高聚物一般高分子的分子量在104～106范围;超高分子量的聚合物的分子量高达106以上。AC强度聚合度BA

点是初具强度的最低聚合度，A点以上强度随分子链迅速增加B

点是临界点，强度增加逐渐减慢C点以后强度不再明显增加不同高分子初具强度的聚合度和临界点的聚合度不同，如AB尼龙

40150纤维素

60250乙烯基

100400聚合物分子量过大,聚合物熔体粘度过高,难以成型加工；达到一定分子量，保证使用强度后，不必追求过高的分子量。高分子的加工性能与分子量有关常用的聚合物的分子量（万）塑料

分子量

纤维

分子量

橡胶

分子量聚乙烯6～30涤纶1.8～2.3天然橡胶20～40聚氯乙烯5～15尼龙-661.2～1.8丁苯橡胶15～20聚苯乙烯10～30维呢纶6～7.5顺丁烯胶25～302.分子量具有多分散性什么是分子量的多分散性（Polydispersity）？高分子不是由单一分子量的化合物所组成

即使是一种“纯粹”的高分子，也是由化学组成相同、分子量不等、结构不同的同系聚合物的混合物所组成。

这种高分子的分子量不均一(即分子量大小不一、参差不齐）的特性，就称为分子量的多分散性。

因此应注意：一般测得的高分子的分子量都是平均分子量；聚合物的平均分子量相同，但分散性不一定相同。平均分子量的表示方法

数均分子量（Number-averagemolecularweight）按聚合物中含有的分子数目统计平均的分子量高分子样品中所有分子的总重量除以其分子(摩尔)总数式中，Wi，Ni，Mi分别为i-聚体的重量、分子数、分子量

i=1～∞数均分子量是通过依数性方法(冰点降低法、沸点升高法、渗透压法、蒸汽压法)和端基滴定法测定。式中符号意义同前测定方法：光散射法重均分子量（Weight-averagemolecularweight）是按照聚合物的重量进行统计平均的分子量

i-聚体的分子量乘以其重量分数的加和

对于一定的聚合物－溶剂体系，其特性粘数[η]和分子量的关系如下：一般，α值在0.5～0.9之间，故Mark-Houwink方程K,α方程K,α是与聚合物、溶剂有关的常数粘均分子量（Viscosity-averagemolecularweight）Z均分子量（Z-averagemolecularweight）按照Z值统计平均的分子量测定方法：超离心法三种分子量可用通式表示：

举例：设一聚合物样品，其中分子量为104的分子有10mol,分子量为105的分子有5mol,求分子量。Mz>Mw>Mv>Mn，Mv略低于MwMn靠近聚合物中低分子量的部分，即低分子量部分对Mn影响较大Mw靠近聚合物中高分子量的部分，即高分子量部分对Mw影响较大一般用Mw来表征聚合物比Mn更恰当，因为聚合物的性能如强度、熔体粘度更多地依赖于样品中较大的分子讨论：高分子分子量多分散性的表示方法单独一种平均分子量不足以表征聚合物的性能，还需要了解分子量多分散性的程度

以分子量分布指数表示即重均分子量与数均分子量的比值，Mw/Mn

Mw/Mn

分子量分布情况

1均一分布

接近1(1.5~2）分布较窄远离1(20~50)分布较宽

以分子量分布曲线表示将高分子样品分成不同分子量的级分，这一实验操作称为分级。重量分率平均分子量高聚物的分子量分布曲线以被分离的各级分的重量分率对平均分子量作图，得到分子量重量分率分布曲线。可通过曲线形状，直观判断分子量分布的宽窄。分级的实验方法

逐步沉淀分级逐步溶解分级

GPC(凝胶渗透色谱〕分子量分布是影响聚合物性能的因素之一分子量过高的部分使聚合物强度增加，但加工成型时塑化困难低分子量部分使聚合物强度降低，但易于加工不同用途的聚合物应有其合适的分子量分布:

合成纤维分子量分布易窄塑料薄膜橡胶分子量分布可较宽高分子化合物的结构特征可分割性大分子拉断或切开后，性质无明显变化；具有弹性高分子化合物在外力作用下易发生变形，外力解除后，形变立即消失；可塑性高分子化合物受热时，由于大分子链不易传热，需要时间和温度间隔，才会变软；具有绝缘性共价键，不能电离；大分子链蜷曲，分子不易振动。

线形高分子

其长链可能比较伸展，也可能卷曲成团，取决于链的柔顺性和外部条件，一般为无规线团，适当溶剂可溶解，加热可以熔融，即可溶可熔

高分子的链结构高分子链的几何形状大致有三种：

线形、支链形、体形3.高分子的结构复杂

支链高分子

线形高分子上带有侧枝,侧枝的长短和数量不同；高分子上的支链，有的是聚合中自然形成的；有的则是人为的通过反应接枝上去的。可溶解在适当溶剂中,加热可以熔融，即可溶可熔体形高分子可看成是线形或支链形大分子间以化学键交联而成，许多大分子键合成一个整体，已无单个大分子可言。交联程度浅的,受热可软化，适当溶剂可溶胀交联程度深的,既不溶解,又不熔融，即不溶不熔序列结构具有取代基的乙烯基单体可能存在头－尾或头－头或尾－尾连接

高分子链的微结构复杂在高分子链中，结构单元的化学组成相同时，连接方式和空间排列也会不同。头-尾结构头-头、尾-尾结构有取代基的碳原子为头，无取代基的碳原子为尾聚氯乙烯分子中的头－头结构多达16％

立体异构

当高分子链中含有不对称碳原子时，则会形成立体异构体全同立构Isotactic间同立构Syndiotactic高分子链的立构规整性无规立构Atactic连有四个不相同的原子或基团的碳原子称为不对称碳原子

高分子链上有取代基的碳原子可以看成是不对称碳原子

将锯齿形碳链排在一个平面上，取代基在空间有不同的排列方式顺反异构大分子链中存在双键时，会存在顺、反异构体

分子链中的结构差异，对聚合物的性能影响很大

顺式聚丁二烯是性能很好的橡胶反式聚丁二烯则是塑料顺式（天然橡胶）反式（古塔波胶）1.高分子的合成（1）逐步聚合反应聚合反应按机理可分为链式聚合和逐步聚合。逐步聚合过程中，高分子链逐步变大。这类聚合反应包括：缩（合）聚（合）反应和某些非缩聚(类似加聚的)反应。可供逐步聚合的单体类型很多，但都必须具备同一基本特点：同一单体上必须带有至少两个或更多可进行逐步聚合反应的官能团，且当只有反应单体的官能团数等于或大于2时才能生成大分子。3.3高分子的合成、结构与性能聚合反应

缩合聚合反应（缩聚反应）聚合反应——由低分子单体合成聚合物的化学反应加成聚合反应（加聚反应）缩聚反应——由一种或多种单体相互缩合生成高聚物，同时有低分子物质（如水、卤化氢、氮、醇等）析出的反应。例如己二胺和癸二酸合成为尼龙-610的反应：

1)缩聚反应己内酰胺的水解开环是典型的例子。己内酰胺水解开环聚合过程中高分子聚合度随时间的延续而逐渐增大，为逐步机理；但与缩聚有所不同，没有小分子水析出，初期单体转化率不高，反应体系中始终存在单体。这些都是逐步开环聚合所特有的特征。己内酰胺开环聚合的产物为聚己内酰胺，俗名为尼龙6，其产量仅次于尼龙6，6，主要用作纤维，我国的商品名称为锦纶。总合成反应式如下式。水或酸为催化剂时为逐步机理。将己内酰胺单体和5％～10％的水加热到250～270℃保持12～14h，即可制得用于纺制纤维的聚已内酰胺。2)逐步开环加聚反应仅由一种单体聚合而成的，分子链中只包含一种单体构成的链节的聚合反应由两种或两种以上单体同时进行聚合，生成的聚合物含有多种单体构成的链节的聚合反应共聚物往往可兼具两种或两种以上均聚物的一些优异性能，因此通过共聚方法可以改善产品的性能。注意：共聚物的四种类型

加聚反应——由一种或多种单体相互加成，或由环状化合物开环相互结合成聚合物的反应。均聚反应共聚反应3)加聚反应（聚加成反应）（2）链式聚合1）自由基聚合①单体结构与聚合类型。单烯烃、共轭双烯烃、炔烃、羰基化合物和一些杂环化合物大多数都能够聚合。然而，各种单体对不同聚合机理的选择性具有较大的差异。例如氯乙烯只能进行自由基聚合，异丁烯只能进行阳离子聚合，甲基丙烯酸甲酯可进行自由基和阴离子聚合，而苯乙烯却可进行自由基、阴离子和阳离子聚合。上述差异，主要取决于碳碳双键上取代基的结构，取决于取代基的电子效应和位阻效应。②自由基聚合的基元反应。自由基聚合是链式聚合的一种，至少由3个基元反应组成，他们是链引发反应、链增长反应和链终止反应。此外，还可能伴有链转移等反应。

③自由基聚合反应特征。2）离子聚合①阳离子聚合阳离子聚合的增长反应特点：一是增长反应是离子与分子间反应，速度快，活化能低，大多数Ep：8.4～2lkJ／mol，与自由基聚合增长活化能属同一数量级。二是增长过程中来自引发剂的反离子，始终处于中心阳离子近旁，形成离子对。离子对的紧密程度与溶剂、反离子性质、温度等有关，并影响聚合速率和相对分子质量。单体按头尾结构插入离子对中，对链节构型有一定的控制能力。三是增长过程中有的伴有分子内重排反应。链转移和链终止的发生与自由基不同。离子聚合的增长活性中心带有相同电荷，不能双分子终止，往往通过链转移终止或单基终止。

2）离子聚合②阴离子聚合烯类、羰基化合物、含氧三元杂环以及含氮杂环都可能成为阴离子聚合的单体。

具有吸电子基的烯类单体原则上都可以进行阴离子聚合。凡具有丌共轭体系的烯类单体才能进行阴离子聚合，如丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸酯类、硝基乙烯、苯乙烯、丁二烯、异戊二烯等。这类单体的共振结构使阴离子活性中心稳定。2）离子聚合配位阴离子聚合配位阴离子聚合是指用Ziegler-Natta引发剂引发的、能得到立构规整高分子的聚合反应。配位阴离子聚合的引发剂一般由主引发剂和助引发剂两部分组成。主引发剂是由周期表中第1V到第VIII副族的过渡金属元素构成的化合物，这些金属原子的电子结构中具有d电子轨道，能接受电子给予体的配位。这些过渡金属化合物主要是钛、钒、铬、钼、锆的卤化物或氧卤化合物。助引发剂为第工到第Ⅲ主族金属的有机金属化合物，主要有铝、锂、镁、锌的烷基、芳基化合物或它们的氢化物。高分子材料的改性

通过各种方法改变已有材料的组成、结构，以达到改善性能、扩大品种和应用范围的目的。

通常采用的改性方法大体上可分为化学法与物理化学法两大类：高分子化合物的改性1．高聚物的化学改性

借化学反应改变高聚物本身的组成、结构，以达到材料改性的目的。

常用的反应交联反应共聚反应

官能团反应经部分交联后的橡胶，既提高了强度和韧性，又同时保留了较好的弹性。硫化后的橡胶只发生溶胀，具有耐溶剂性。例橡胶的硫化：

借化学键的形成，使线型高聚物连接成为体型高聚物的反应。（1）交联反应ABS工程塑料具有聚苯乙烯优良的电性能和易加工成型性，丁二烯提高弹性和冲击强度，丙烯腈可增加耐热、耐油、耐腐蚀性和表面硬度，使之成为综合性能优良的工程材料。由两种或两种以上不同单体通过共聚所生成的共聚物，往往在性能上有取长补短的效果。

（2）共聚反应如离子交换树脂就是利用官能团反应，在高聚物结构中引入可供离子交换的基团，使之具有离子交换功能，且应具备不溶性和一定的机械强度。先要制备高聚物母体（即骨架）如苯乙烯-二乙烯苯共聚物（体型高聚物），然后再通过官能团反应，在高聚物骨架上引入活性基团。例如，制取磺酸型阳离子交换树脂，可利用上述共聚物与H2SO4的磺化反应，引入磺酸基—SO