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文檔簡(jiǎn)介
材料科學(xué)與社會(huì)
理學(xué)院物理系
楊瑞東
TEL/p>
緒論
材料科學(xué)與技術(shù)是當(dāng)代文明的三大支柱之一和全球新技術(shù)革命的三個(gè)標(biāo)志之一,在當(dāng)今高科技的發(fā)展中起著基礎(chǔ)
和先導(dǎo)作用。
1.1材料的概念
1.1.1概念
材料是人類用于制造物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其它產(chǎn)品的物質(zhì)。
人類通過(guò)勞動(dòng)制成產(chǎn)品有兩個(gè)途徑:
物質(zhì)T產(chǎn)品(簡(jiǎn)單的,低性能的);
物質(zhì)一材奉修產(chǎn)品(復(fù)雜的,高性能的)。
1.1.2新材料特點(diǎn)
新材料是指那些正在發(fā)展,且具有優(yōu)異性能和應(yīng)用前景的一類材料。一般具有以下特點(diǎn):
1、具有一些優(yōu)異性能或特定功能;
2、新材料的發(fā)展與材料科學(xué)理論的關(guān)系比傳統(tǒng)材料更為密切;
3、新材料的制備和生產(chǎn)往往與新技術(shù)、新工藝緊密相關(guān);
4、更新?lián)Q代快,式樣多變;
5、新材料大多是知識(shí)密集、技術(shù)密集、附加值高的高技術(shù)材料,而傳統(tǒng)材料通常為資源性或勞動(dòng)集約型材料。
1.1.3材料科學(xué)與工程內(nèi)涵
材料科學(xué)主要研究材料的成分、分子或原子結(jié)構(gòu)、微觀及宏觀組織以及加工制造工藝和性能之間的關(guān)系,從中發(fā)
現(xiàn)規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。
材料科學(xué)與工程就是研究有關(guān)材料組成、結(jié)構(gòu)、制備工藝流程與材料性能和用途的關(guān)系的知識(shí)產(chǎn)生及其運(yùn)用。
三個(gè)重要特征:1、多學(xué)科交叉;2、與實(shí)際使用結(jié)合非常密切的科學(xué);3、正在發(fā)展中的科學(xué)。
四個(gè)基本要素:組成與結(jié)構(gòu)、合成與生產(chǎn)過(guò)程、性質(zhì)、使用效能。
1.2材料的發(fā)展
材料一直是人類進(jìn)化的重要里程碑,如歷史上的石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代都是以材料作為時(shí)代的主要標(biāo)
,忐。
材料發(fā)展的三個(gè)階段(社會(huì)發(fā)展):
農(nóng)業(yè)社會(huì):木材、石頭、隕鐵等天然材料
工業(yè)社會(huì):鋼鐵、水泥、塑料金屬等材料
信息社會(huì):功能材料、結(jié)構(gòu)陶瓷、納米材料等
材料的制備
材料在人類社會(huì)發(fā)展中的作用
以材料劃分人類發(fā)展的歷程
材料是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)和根本保障,從人類開始認(rèn)識(shí)自然、改造自然的那咳IJ起就開始了材料的使用。
材料的歷史和人類的歷史一樣久遠(yuǎn)。人類的文明曾被劃分為舊石器時(shí)代、新石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代,
由此可見材料對(duì)人類社會(huì)大發(fā)展的影響是巨大的。隨著人類文明的發(fā)展,材料也在不斷發(fā)展,直至形成現(xiàn)在的材
料科學(xué)和材料工程。
1.純天然材料的初級(jí)使用階段
在遠(yuǎn)古時(shí)代,人類只能用天然材料(如獸皮、甲骨、羽毛、樹木、草葉、石塊、泥土等)來(lái)制作各種生活生產(chǎn)的
工具。在制造武器等方面的技巧也都只是純天然材料的簡(jiǎn)單加工。
關(guān)于人類的起源:
現(xiàn)代人類和類人猿共同的祖先是森林古猿,據(jù)考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)最早的人猿類化石是在肯尼亞中世紀(jì),之后約
1700萬(wàn)年時(shí),非洲的原始人猿向歐洲和亞洲遷移,逐步形成兩個(gè)群族。一個(gè)是樹猿類:分布于非洲和歐洲,包括
肯尼亞古猿、非洲古猿、樹猿等:另一個(gè)是臘瑪類:主要分布在亞洲,包括希瓦古猿、臘瑪古猿和巨猿等。
北京人:
500萬(wàn)年前,由森林古猿逐漸進(jìn)化而來(lái)的新世直立人,也稱“中國(guó)猿人北京種”。
鉆木去火:
將削尖的木棒伸到木板的洞里,用力壓住木棒來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng),板與棒相互摩擦,摩擦生熱達(dá)到木棒的著火點(diǎn)變開始燃
燒。
2.單純用火制造材料階段
1()(XX)年前到20世紀(jì)初期的新石器時(shí)代、銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代的這個(gè)漫長(zhǎng)時(shí)期。主要用火對(duì)天然材料進(jìn)行煨燒、
冶煉和加工。例如用天然礦土燒制陶瓷和磚瓦。玻璃、水泥和從各種天然礦石中提煉銅、鐵等金屬材料。
關(guān)于越王勾踐的故事:
越王勾踐劍通高55.7厘米,寬4.6厘米,柄長(zhǎng)8.4厘米,重875克,1965年冬出土于湖北省荊州市附近的望山楚
墓群中。
這把劍是春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期,用火直接提煉天然的青銅煉制而成,距今己經(jīng)2000多年。被譽(yù)為天下第一劍。與
吳王夫差矛并同列入國(guó)家級(jí)保護(hù)文物。
3物理與化學(xué)原理合成材料階段
20世紀(jì)初,隨著物理化學(xué)等科學(xué)的發(fā)展及各種檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn),人類一方面從化學(xué)角度出發(fā),開始研究材料的化
學(xué)組成、化學(xué)鍵、微觀結(jié)構(gòu)及合成方法;另?方面從物理角度出發(fā)開始研究材料的物性,把物理和化學(xué)理論應(yīng)用
到材料技術(shù)中,從而萌芽了材料科學(xué)。
人類不再是單純的開采天然礦石和原料,而是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的燃燒和冶煉來(lái)制造材料,而且能利用一系列的物理
化學(xué)原理及現(xiàn)象來(lái)創(chuàng)造新的材料。
「人工合贏商得標(biāo)
______ffi
主要腎表材卜|人工合成塑料
人工合成材料、金屬材料和陶瓷材料并稱為材料的三大支柱
有成纖維友合成橡
----------K----------
高分子材料的萌芽史
15世紀(jì)美洲瑪雅人用天然橡膠做容器,雨具等生活用品。
1839年美國(guó)人CharlesGoodyear發(fā)現(xiàn)天然橡膠與硫磺共熱后明顯地改變了性能,使它從硬度較低、遇熱發(fā)粘軟化、
遇冷發(fā)脆斷裂的不實(shí)用的性質(zhì),變?yōu)楦挥袕椥?、可塑性的材料?/p>
1869年美國(guó)人JohnWesleyHyatt把硝化纖維、樟腦和乙醇的混合物在高壓下共熱,制造出了第一種人工合成塑料
“賽璐珞”。
1887年法國(guó)人CountHilairedeChardonnet用硝化纖維索的溶液進(jìn)行紡絲,制得了第一種人造絲。
1909年美國(guó)人LeoBaekeland用苯酚與甲醛反應(yīng)制造出第?種完全人工合成的塑料一酚醛樹酯。
1920年德國(guó)人HermannSlaudinger發(fā)表了“關(guān)于聚合反應(yīng)”的論文提出:高分子物質(zhì)是由具有相同化學(xué)結(jié)構(gòu)的單體
經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)(聚合),通過(guò)化學(xué)鍵連接在一起的大分子化合物,高分子或聚合物一詞即源于此。
1926年瑞典化學(xué)家斯維德貝格等人設(shè)計(jì)出一種超離心機(jī),用它測(cè)量出蛋白質(zhì)的分子量:證明高分子的分子量的確
是從幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)。
1926年美國(guó)化學(xué)家WaldoSemon合成了聚氯乙烯,并于1927年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。
1930年聚苯乙烯(PS)發(fā)明。
1932年HermannStaudinger總結(jié)了自己的大分子理論,出版了劃時(shí)代的巨著《高分子有機(jī)化合物》成為高分子
化學(xué)作為一門新興學(xué)科建立的標(biāo)志。
1935年杜邦公司基礎(chǔ)化學(xué)研究所有機(jī)化學(xué)部的WallaceH.Carothere合成出聚酰胺66,即尼龍。尼龍?jiān)?938年
實(shí)現(xiàn)工.業(yè)化生產(chǎn)。
1930年德國(guó)人用金屬鈉作為催化劑,用丁:烯合成出J.鈉橡膠和J*橡膠。
1940年英國(guó)人T.R.Whinfield合成出聚酯纖維(PET)。
1940年代PeterDebye發(fā)明了通過(guò)光散射測(cè)定高分子物質(zhì)分子量的方法。
1948年P(guān)aulFlory建立了高分子長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)理論。
1953年德國(guó)人KarlZiegler與意大利人GiulioNatta分別用金屬絡(luò)合催化劑合成了聚乙烯與聚丙烯。
1955年美國(guó)人利用齊格勒-納塔催化劑聚合異戊二烯,首次用人工方法合成了結(jié)構(gòu)與天然橡膠基本一樣的合成天
然橡膠。
1956年Szwarc提出活性聚合概念。高分子進(jìn)入分子設(shè)計(jì)時(shí)代。
1971年S.LWolek發(fā)明可耐300°C高溫的Kevlar。
1970年以后高分子合成新技術(shù)不斷涌現(xiàn),高分子新材料層出不窮。
4、復(fù)合材料
20世紀(jì)50年代金屬陶瓷的出現(xiàn)標(biāo)志著復(fù)合材料時(shí)代的到來(lái),緊接著出現(xiàn)了玻璃鋼、鋁塑薄膜、梯度功能材料以及
抗菌材料“人類已經(jīng)可以利用新的物理、化學(xué)方法、根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)獨(dú)特性能的材料“
5.材料的智能化階段
自然界中的材料一般都具有白適應(yīng)、白診斷、口修復(fù)功能。例如所有的動(dòng)物或植物都能在沒(méi)有受到絕對(duì)破壞的情
況下進(jìn)行自我診斷自我修復(fù),人工材料在開始發(fā)現(xiàn)時(shí)卻不能做到這?點(diǎn)。
經(jīng)過(guò)三四十年的研究,目前已經(jīng)研制出一些材料可以具備其中的部分功能,這就是智能材料,如形狀記憶
合金、城變色玻璃等。
形狀記憶合金:這種合金在一定溫度下成形后,能記住自己的形狀。當(dāng)溫度降到一定值(相變溫度)以下時(shí),它
的形狀會(huì)發(fā)生變化;當(dāng)溫度再升高到相變溫度以上時(shí),它又會(huì)自動(dòng)恢復(fù)原來(lái)的形狀。
人工智能材料所具有的特點(diǎn):1)具有感知功能,能夠檢測(cè)并且可以識(shí)別外界(或者內(nèi)部)的刺激強(qiáng)度,如電、光、熱、
應(yīng)力-應(yīng)變、化學(xué)、核輻射等;(2)具有驅(qū)動(dòng)功能,能夠響應(yīng)外界變化;(3)能夠按照設(shè)定的方式選擇和控制響應(yīng);
(4)反應(yīng)比較靈敏及時(shí)和恰當(dāng);(5)當(dāng)外部刺激消除后,能夠迅速恢復(fù)到原始狀態(tài)。
固體物理、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理學(xué)等相關(guān)
基礎(chǔ)學(xué)科對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物性的深入研究;冶金學(xué)
陶謊學(xué).金屬學(xué)、高分子科學(xué)等相關(guān)應(yīng)用學(xué)科的
愛JL______________________________
金屬材料、商分子材料、陶兗材料存在著頗為相
材料科學(xué)與似之處,不同材料之同還可以相互借鑒.
材料工程的
出現(xiàn)各類材料的研究設(shè)備和生產(chǎn)手段也有頗多共同之
處.許多加工裝置也是通用的.
材料是應(yīng)人類文明同
時(shí)出現(xiàn)的名詞,但是
把材料作燈材料科學(xué).麗美螯麗科通過(guò)相互替換桿羌來(lái)發(fā)掛客種材
提出是在20世紀(jì)60年
代,"材料科學(xué)”的萌芽料的優(yōu)越性.但是金屬材料、高分子材料和無(wú)機(jī)
與發(fā)展是科學(xué)技求持非金屬材料相互分割、自成體系的狀態(tài)不利于材
底的必然的
料的發(fā)展,
1.3材料的分類
1.3.1從化學(xué)屬性上分,材料可分為金屬材料、有機(jī)高分子材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、復(fù)合材料及生物醫(yī)學(xué)材料。
1.3.2從來(lái)源來(lái)分,材料可分為天然材料和人造材料。
1.3.3從用途上分,材料可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料。
結(jié)構(gòu)材料主要利用其強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性質(zhì),如鋼鐵、水泥、結(jié)構(gòu)陶瓷等;
功能材料則主要利用電子導(dǎo)電、半導(dǎo)體、光學(xué)和磁學(xué)性質(zhì),如半導(dǎo)體材料、磁性材料、激光材料、生物材料、納
米材料等。
金屬材料
金屬材料包括兩大類:鋼鐵材料和非鐵(有色)金屬材料。
除鋼鐵外,其他金屬材料一般統(tǒng)稱為非鐵金屬材料,主要有鋁、銅、鈦、銀及其合金等。鋁、銅合金用得最多,
鈦合金主要用于航空航天等部門。
無(wú)機(jī)非金屬材料
無(wú)機(jī)非金屬材料主要包括陶瓷、水泥、玻璃及非金屬礦物材料。
傳統(tǒng)的陶瓷材料由粘土、石英、長(zhǎng)石等組成,主要作為建筑材料使用。
新型陶瓷材料主要以AI2O3,SiC,Si3N4等為主要組分,已用作航空航天領(lǐng)域中航天飛機(jī)的熱絕緣涂層、發(fā)動(dòng)機(jī)
的葉片等,還作為先進(jìn)的功能材料,用于制作電子元件和敏感元件。
有機(jī)高分子材料
有機(jī)高分子材料又稱高分子聚合物,按用途可分為塑料、合成纖維和橡膠三大類。
塑料通常又分為通用塑料和工程塑料。
復(fù)合材料
復(fù)合材料就是由兩種或兩種以上不同原材料組成,使原材料的性能得到充分發(fā)揮,并通過(guò)復(fù)合化而得到單一材料
所不具備的性能的材料。
按基體可分為金屬基、有機(jī)高分子材料基、無(wú)機(jī)非金屬基復(fù)合材料。
按強(qiáng)化相可分為顆粒增強(qiáng)和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
工程材料的分類
工程材料主要是指用于機(jī)械、車輛、船舶、建筑、化E、能源、儀器儀表、航空航天等工程領(lǐng)域中的材料,用來(lái)
制造工程構(gòu)件和機(jī)械零件,也包括一些用于制造工具的材料和具有特殊性能(如耐蝕、耐高溫等)的材料。
按結(jié)合鍵的性質(zhì),工程材料分類如下:
I—琮的
的—
1----
---當(dāng)士:加5)才泰斗-----------鈣鐵
有色金屬及算合金
工程維樹
告底纖聿
—兩分于材不斗-二
工捏中才科告成像腔
殷拈齊U
—陶錠村科-----匚普逋陶瓷
特種陶錠
mm金屣整復(fù)合不才舉斗
——復(fù)合才才矛斗——匚
金屬拿復(fù)合村外斗
新材料
新材料按其在不同高技術(shù)領(lǐng)域中的用途可分為三大類,即信息材料、新能源材料,以及在特殊條件下使用的結(jié)構(gòu)
材料和功能材料。
如神化錢等新的化合物半導(dǎo)體材料,用于信息探測(cè)傳感群的神鎘汞、睇化姻、硫化鉛等敏感類材料,石英型光導(dǎo)
纖維材料,銘粘合金光存儲(chǔ)記錄材料,非晶體太陽(yáng)能電池材料,超導(dǎo)材料,高溫陶瓷材料,高性能復(fù)合結(jié)構(gòu)材料,
高分子功能材料,特別是納米材料等等。
丁1
丁
廠I
生
復(fù)
商
非
金
物
《
分
金
屬
身
醫(yī)
子
屬
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學(xué)
材
材
料
材
料
料
料
—
「
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特
—
,
醫(yī)
醫(yī)
無(wú)
聚
金
纖
液
光
醫(yī)
導(dǎo)
功
粘
涂
纖
橡
工
集
磁
金
新
金
種
用
合
機(jī)
屬
維
功
晶
用
電
能
料
維
膠
藥
程
成
記
工
屬
屬
陶SI
料
翕
玻
高
物
物
基
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能
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磁
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錄
電
單
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結(jié)
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璃
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分
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基
復(fù)
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強(qiáng)
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料
材
料
性
材
晶
路
構(gòu)
能
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治
非
子
對(duì)
復(fù)
合
復(fù)
材
料
料
材
料
材
料
材
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料
合
料
料
料
料
料
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料
體
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耐
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米
硬
程
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質(zhì)
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陶
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性
子
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陶
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陶
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合
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料
性
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導(dǎo)
憶
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費(fèi)
結(jié)
瓷
能
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瓷
合
金
子
金
性
能
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合
玻
晶
陶
金
合
能
、
玻
璃
璃
瓷
控
金
金
鋁
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制
合
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金
種
料
、
玻
鈦
璃
合
,
金
廠1
鋼
微
金
化
晶
屬
玻
玻
玻
璃
璃
璃
中華民族對(duì)材料發(fā)展的重大貢獻(xiàn)
石器:石刀、石斧、石鋤。
陶器:(公元前6000年?公元前5000年),制品有炊具、食具、盛儲(chǔ)器皿等。
瓷器:于9世紀(jì)傳到非洲東部和阿拉伯國(guó)家,13世紀(jì)傳到日本,十五世紀(jì)傳到歐洲。
青銅器:制造各種工具、食器、兵器。
司母戊鼎、戰(zhàn)國(guó)青銅編鐘。
春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期《周禮?考工記》中記載了鐘鼎、斧斤等六類青銅器中的錫含量,稱為“六齊(劑書中寫道:“六分
其金而錫居一,謂之鐘鼎之齊:五分其金而錫居一,謂之斧斤之齊;四分其金而錫居一,謂之戈戟之齊;三分其
金而錫居?,謂之大刃之齊;五分其金而錫居二,謂之削殺矢之齊;金、錫半,謂之鑒燧之齊”。
鐵器:春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期(公元前770年?公元前221年)己開始大量使用。
西漢時(shí)期:采用煤作為煉鐵的燃料,比歐洲早1700多年。
三種煉鋼方法:
自然鋼:從礦石中直接煉出;
百煉鋼:經(jīng)過(guò)“百次”冶煉鍛打的:
灌鋼:是南北朝時(shí)期生產(chǎn)的。
先煉鐵后煉鋼的兩步煉鋼技術(shù)我國(guó)要比其它國(guó)家早1600多年。
鋼的熱處理技術(shù):西漢《史記?天官書》中有“水與火合為淬”一說(shuō),正確地說(shuō)出了鋼鐵加熱、水冷的淬火熱處理工
藝要點(diǎn)。
絲綢:天然高分子材料,于十?世紀(jì)傳到波斯、阿拉伯、埃及,并于1470年傳到意大利的威尼斯,進(jìn)入歐洲。
1.4陶瓷發(fā)展前景
目前無(wú)機(jī)小金屬材料的發(fā)展卜分活躍。功能材料向著高效能、高可靠、高靈敏、智能化和功能集成化的方向發(fā)展;
結(jié)構(gòu)材料向著復(fù)合化、高韌性、高比強(qiáng)、耐磨損、抗腐蝕、耐高溫、低成本和高可靠性的方向發(fā)展。在發(fā)展新材
料的同時(shí),重視采用新理論、新工藝、新技術(shù)改造傳統(tǒng)材料“此外,無(wú)機(jī)非金屬材料在生物醫(yī)用工程與環(huán)境科學(xué)
中的應(yīng)用愈來(lái)愈受到重視。
第二章材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)
2.1固體材料中的原子排列
材料的結(jié)合鍵
離
材料的結(jié)合鍵廣
鍵
原子、離子或分子之間的結(jié)合力稱為結(jié)合鍵。一般可把結(jié)合鍵分為離子鍵、共
示
價(jià)健、金屬鍵和分子鍵四種。意
圖
離子鍵:NaCkCaO,A12O3等由離子鍵組成。
離子鍵的結(jié)合力很大,因此離子晶體的硬度高,強(qiáng)度大,熱膨脹系統(tǒng)小,但脆
性大。
離子鍵中很難產(chǎn)生可以自由運(yùn)動(dòng)的電子,所以離子晶體都是良好的絕緣體。
共價(jià)鍵
這種由共用價(jià)電子對(duì)產(chǎn)生的結(jié)合鍵叫共價(jià)鍵。
最具有代表性的共價(jià)晶體為金剛石。屬于共價(jià)晶體的還有SiC、Si3N4、BN等
化合物。
共價(jià)鍵的結(jié)合力很大,所以共價(jià)晶體強(qiáng)度高、硬度高、脆性大、熔點(diǎn)高、沸點(diǎn)
c高和揮發(fā)性低
*/,?
金屬鍵
原子很容易丟失其價(jià)電子而成為正離子。????
金屬由金屬鍵結(jié)合,因此金屬具有下列特性:
1.良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性;
2.正的電阻溫度系數(shù);
3.不透明并呈現(xiàn)特有的金屬光澤;
4.良好的塑性變形能力,金屬材料的強(qiáng)韌性好。
分子鍵
結(jié)合過(guò)程中沒(méi)有電子的得失、共有或公有化,價(jià)電子的分布兒乎不變,原子或分
子之間是靠范特瓦爾斯力結(jié)合起來(lái),這種結(jié)合鍵叫分子鍵。
范德華力很弱,因此由分子鍵結(jié)合的固體材料熔點(diǎn)低、硬度也很低,因無(wú)自由電
子,因此材料有良好的絕緣性。
2.2材料的結(jié)構(gòu)與性能
(1)金屬材料的結(jié)構(gòu)與組織
甲烷結(jié)構(gòu)
材料的性能:化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)。
晶體與非晶體:
晶體:原子(離子或分子)在三維空間仃規(guī)則的周期性重復(fù)排列的物體,如:天然金剛石,水晶,氯化鈉等。
非晶體:原子(離子或分子)在空間無(wú)規(guī)則排列的物體則,如松香,石蠟,玻璃等。
金屬:由金屬鍵結(jié)合,其內(nèi)部的金屬離子在空間有規(guī)則的排列,因此固態(tài)金屬均是晶體。
純金屬的晶體結(jié)構(gòu)
晶體結(jié)構(gòu):由實(shí)際原子、離子、分子或各種原子集團(tuán),按一定幾何規(guī)律排列而成的集合體稱為晶體結(jié)構(gòu),也稱為
晶體點(diǎn)陣。
周期重復(fù)的圖形可以用點(diǎn)陣來(lái)描述。它由無(wú)數(shù)一維、二維或三維規(guī)則排列的點(diǎn)組成構(gòu)成一維、二維或三維點(diǎn)陣。
三維點(diǎn)陣又稱空間點(diǎn)陣
晶格:通過(guò)金屬原子(離子)的中心劃出許多空間直線,這些直線將形成空間格架。這種格架稱為晶格。晶格的結(jié)點(diǎn)
為金屬原子(或離子)平衡中心的位置。
晶胞:能反映該晶格特征的最小組成單元。晶胞在三維空間的重復(fù)排列構(gòu)成晶格。晶胞的基本特性即反映該晶體
結(jié)構(gòu)(晶格)的特點(diǎn)。
晶胞的幾何特征可以用晶胞的三條棱邊長(zhǎng)a、b、c和三條棱邊之間的夾角a、仇丫等六個(gè)參數(shù)來(lái)描述。其中a、b、
c為晶格常數(shù)。
金屬的晶格常數(shù)一般為:
一、三種常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)體心立方晶格(胞)(B.C.C.晶格)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)a=b=c,a=p=Y=90°
原子排列規(guī)律:晶胞原子數(shù)為8*1/8+1=2(個(gè))
原子半徑(r)與晶格常數(shù)的關(guān)系:晶體中原子排列的緊密程度為致密度(k)
晶體的配位數(shù)是指晶體結(jié)構(gòu)中任一原子的最近鄰且等距離的原子數(shù)目:CN=8
面心立方晶格(胞)(F.C.C.晶格)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)a=b=c,a=p=7=90°
原子排列規(guī)律:晶胞原子數(shù)8乂1/8抬*1。=4(個(gè))
原子半徑(r)與點(diǎn)陣常數(shù)的關(guān)系k=0.74:CN=12
密排六方晶格(胞)(H.C.P.晶格)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)c/axl.633
原子排列規(guī)律晶胞原子數(shù)12x1/6+2x1/2+3=6(個(gè))
原子半徑(r)與點(diǎn)陣常數(shù)的關(guān)系k=0.74;CN=12
二、晶體中的晶面和晶向
晶面:通過(guò)晶體中原子中心的平面:
晶向:通過(guò)原子中心的直線為原子列,其所代表的方向。
晶面或晶向可用晶面指數(shù)或晶向指數(shù)來(lái)表達(dá)。
體心立方、面心立方晶格主要晶面的原子制福度
體心立方晶格面心立方晶格
晶面指數(shù)晶面庾子晶面原子密度晶面原子晶面原子密度
排列示意圖(原子數(shù)質(zhì)積)排列示意圖(原子數(shù)質(zhì)積)
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