材料科学与技术第12课

三、陶瓷的显微结构二、陶瓷加工工艺第二节陶瓷材料一、陶瓷材料概述显微镜下观察到的陶瓷的组织结构主要由晶粒和晶界构成晶界：晶粒与晶粒间的界面层陶瓷的结构与其制作过程密切相关，是决定材料性能的重要因素（一）晶粒陶瓷的基本组成、其性能往往能表征材料的特性刚玉陶瓷：机械强度高、电性能优良、耐高温、耐化学侵蚀刚玉晶体：结构紧密、离子键力很强具有自发极化锆钛酸铅（PZT）晶体：PZT陶瓷：具有优良的压电性自由生成的晶粒、会按其结晶习性生成规则的几何多面体陶瓷中的晶粒生长非自由：烧结（成长）时、受到周围物理化学条件和边界条件的制约形状、大小不规则气孔析出相自形晶它形晶自形晶：较自由的环境下、按其结晶习性长成的完整的晶形半自形晶：它形晶：完全不规则陶瓷材料中大多数晶粒都是形状不规则的它形晶晶粒的形状、大小对材料性能的影响极大：陶瓷晶粒针状陶瓷晶粒粒状或短柱状抗折强度：抗折强度：生长受到抑制、其晶形只能是部分完整（二）晶界烧制过程中发育、长大的晶粒的相遇处晶界内的原子排列：从一晶粒的晶格结构向另一相邻晶粒的晶格结构过渡的不规则排列状态晶界宽度：取决于相邻晶粒的取向和材料的纯度，取向差异越大、杂质含量越高、晶界越宽几十—几百个原子层晶界对材料的物理性能有显著影响陶瓷断裂的路径：沿晶界断裂、裂纹的扩展沿迂回曲折的晶界路径晶粒愈细、初始裂纹尺寸愈小、总路径愈长、材料的机械强度愈高晶界应力集中处：（1）原子排列不规则、原子数密度不均匀，引起微观应力；（2）晶粒的取向不同、晶粒晶相的可能不同及晶粒与晶界化学组分的差异，导致内部局部热膨胀系数、弹性模量不同，引起烧成后的冷却过程中在晶界处大的应力晶界杂质富集处：（1）减弱晶界的内应力、降低系统的能量；上部空隙大、直径较大的杂质原子；下部空隙小、直径较小的杂质原子上部原子受挤压下部原子受拉伸如、刃型位错减小内应力、降低内能（2）限制烧结过程中晶粒的过于长大、改善材料的性能如、刚玉中掺入少量的晶粒间形成镁铝尖石薄晶界包围晶粒、阻止其长大晶界处缺陷多、其内的原子扩散比晶粒内容易得多晶界是原子扩散过程的重要通道SolidreactionordiffusioninMetal(film)/semiconductor(substrate)system第三节高分子聚合物材料一、聚合物的分子结构与分子聚集态结构（一）高分子由成千上万个主要以共价键相连的原子组成1、定义：分子量在几万～几百万之间2、高分子的组成元素：

C、H、O、N、S等。3、高分子结构特征：由许多的结构单元重复链接的长链如、聚乙烯：由许多乙烯小分子链接起来、仅包括C和H聚乙烯聚乙烯单体（Monomer）

:合成聚合物的起始原料－小分子乙烯单体结构单元（Structureunit）－链节：在大分子链中出现的以聚合度：高分子中的重复结构单元数目链节聚合度单体和链节通常具有相同的化学组成聚丙烯聚四氟乙烯单体结构为基础的原子团－高分子中的重复结构单元聚甲基丙烯酸甲酯高分子分子量：重复结构单元的分子量(m)与聚合度(n)的积4、高分子的特性柔顺、自发卷曲；在外电场作用下可能沿外场择优取向有些高分子聚合物有结晶能力，但由于复杂的空间结构、得不到完善的结晶5、高分子分类按主链的元素和结构构成、可分类为（4）芳、杂环高分子：主链上有芳环或杂环（1）碳链高分子：主链上仅含C元素，绝大部分烯类、（2）杂链高分子：主链上除C外，还有氧、氮、或硫等其它元素（3）元素有机高分子：聚碳酸酯二烯类聚合物属于这一类。如：PE，PP，PS，PVC如：聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚醚分子主链除碳、氧、氮、硫等外，还有其他元素的原子参与，或完全由其他元素的原子所组成，并连接有机基团的聚合物如有机硅、有机锡、有机钛、有机硅铝、有机硅硼等聚合物（二）聚合物高分子的合成合成方法：加聚合成、缩聚合成1、加聚反应定义：单体通过双键加成反应、聚合起来聚合反应：由低分子单体合成聚合物的反应自由基聚合：活性中心为自由基阳离子聚合：活性中心为阳离子阴离子聚合：活性中心为阴离子配位离子聚合：活性中心为配位离子根据活性中心不同，加聚反应又分为：加聚反应的反应历程分三个阶段：链引发、链增长和链终止乙烯的自由基加聚反应：（1）链引发形成自由基活性中心引发方法：引发剂、催化剂或热、光、辐射等引发剂引发：直接产生单体自由基a、引发剂(I)分解成两个初级自由基例：2b、初级自由基与单体加成、形成单体自由基：单体自由基与其它单体加成链增长阶段（2）链增长反应单体自由基具有高活性，若无阻聚物质与之作用，会打开第二个乙烯分子的双键、形成新的自由基，如此不断加成，自由基链迅速增大（3）链终止岐化：一个自由基夺取另一个自由基的H原子、相互终止自由基有强烈的相互作用两自由基相遇链增长终止终止方式:

偶合和岐化偶合:

两自由基端部的单电子相结合成共价键、形成饱和大分子2、缩聚反应单体间通过官能团之间的缩合反应而聚合起来缩聚反应：混缩聚和均缩聚缩聚反应是可逆反应二元酸和二元醇通过羧基和羟基的缩合反应形成聚酯、副产物—小分子水例：烃基混缩聚：两种单体间进行的缩聚反应例：氨基酸通过氨基和羧基的缩合形成聚酰胺（三）聚合物分子链的化学结构聚合物中，结构单元可不仅一种、同一结构单元可具有不同构型、结构单元间可有不同链接方式高分子结构复杂两种结构单元偏氟乙烯、三氟乙烯的共聚物均缩聚：一种单体间进行的缩聚反应一种结构单元具有不同构型五种构型1、链接方式缩聚反应：单体间的链接方式一般都是确定的（官能团确定）加聚反应：单体间的链接方式较复杂如、带有不对称取代基团的单烯烃类高聚物有头—头、尾—尾、头—尾的链接方式头头尾尾头尾头引发剂引发的聚偏氯乙烯：“头—头”连接仅占8—12%绝大多数以“头—尾”链接为主2、支链和交联单体和聚合方式的不同，形成的高分子骨架可是线形、支化、或交联网状线形高聚物：特征：线形高分子结构单元沿一条线连接起来特性：在适当的溶剂中能溶解，加热时能熔融流动加聚过程中存在链转移，高分子在多个方向上链增长，形成支化或交联网形高分子支化、交联聚合物：交链网形高分子长支链短支链梳形星形支化高