材料結構的基本知識

1

定義:

組成材料的原子或分子之間的空間分布。

材料的結構決定材料的性能。內涵：包含化學成分、晶體結構和缺陷、相組成、形貌等。鍵合結構晶體結構組織結構

材料的結構材料結構的基本知識31.成分與結構▲材料的成分是指組成材料的元素種類及其含量，通常用質量分數(shù)(w)表示，有時也用粒子數(shù)分數(shù)(x)表示及原子分數(shù)（at%）?！牧系慕Y構主要是指材料中原子(離子或分子等。為了敘述簡便，以下統(tǒng)一由原子代表)的排列方式。2.組元、相和組織●組元：組元是組成材料最基本的、獨立的物質。

組元可以是純元素，也可以是能穩(wěn)定存在的化合物。金屬材料的組元多為純元素，陶瓷材料的組元多為化合物。高分子材料則是以高分子化合物為主要組元的材料。4●相：材料中具有同一化學成分并且結構和性質相同的均勻連續(xù)部分稱為相。

相與相之間有明顯的界面，材料的結構和性質在相界面上會發(fā)生突變，但有界面分開的不一定都是兩相，例如，如果材料是由成分、結構均相同的同種晶粒構成的，盡管各晶粒之間有晶界隔開，但它們仍屬于同一種相。5●組織：材料內部的微觀形貌稱為材料的組織。

在光學顯微鏡或電子顯微鏡下可觀察到，能反映各組成相形態(tài)、尺寸及分布的圖像。白口鑄鐵

球墨鑄鐵

63.材料中的化學鍵合

單個原子通過化學鍵結合在一起組成材料，各類材料在結構和特性上的差異本質上是由不同元素以特定的鍵合方式結合造成的。化學鍵物理鍵離子鍵金屬鍵范德華鍵氫鍵共價鍵

結合鍵

原子、分子間的結合力：是原子、分子之間吸引力和排斥力的合力。

金屬離子與自由電子相互吸引所形成的結合力。7電負性：不同元素的原子在分子中吸引電子的能力,

與原子的親合能和第一電離能之和成正比。

8

電負性與鍵性的關系▲

電負性小的原子結合形成金屬鍵；▲

電負性大的原子結合形成共價鍵；▲

電負性相差大的不同原子結合形成離子鍵；▲

電負性相差小的不同原子結合形成共價鍵和離子鍵的混合鍵。9非晶單晶多晶晶體：原子以周期性重復方式在三維空間有規(guī)則排列的固體，否則稱為非晶體。非晶體：原子排列短程有序，無周期晶體金剛石、NaCl、冰等。液體非晶體：蜂蠟、玻璃等。

非晶

多晶

單晶

10晶體結構的不完整性晶體結構缺陷:晶體中原子排列的周期性受到破壞的區(qū)域。分點缺陷、線缺陷和面缺陷。▼點缺陷：是指原子應占而未占的空位或間隙中不該存在存在的間隙原子。形成原因-熱缺陷、雜質缺陷、非化學計量缺陷等。晶體中存在的各種點缺陷示意圖（a）空位;（b）間隙原子；（c）小置換原子；（d）大置換原子

點缺陷使周圍晶格發(fā)生畸變，提高晶體內能，降低導電率，提高強度。11▼

線缺陷：線缺陷是對材料性能有重大影響的一維缺陷，稱為位錯（刃型位錯和螺位錯）。刃型位錯螺型位錯——由晶體中原子平面的錯動引起。

產(chǎn)生原因：①點缺陷坍塌；②應力作用下的塑性變形。位錯越多，其運動越困難，材料的強度、硬度越高，脆性越大。12▼

面缺陷：面缺陷是指多相材料組成相間的界面和單相材料晶粒間的界面，它們在光學顯微鏡下即可被看到。

晶界與亞晶界示意圖（a）晶界;（b）亞晶界

顯微鏡照片

面缺陷包括晶界、亞晶界、相界面、表面等。13▼體缺陷體缺陷是三維缺陷，包括：