材料的结构与组织课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,金属材料的结构与组织,1,1,纯金属的晶体结构,1,2,金属的实际晶体结构,1,3,合金的晶体结构,1,4,金属材料的组织,2,高分子材料的结构与性能,1,高分子材料的结构,2,高分子材料的性能,3,陶瓷材料的结构与性能,3,1,陶瓷材料的结构,3,2,陶瓷材料的性能,材料的结构与组织,材料的结构与组织,金属材料的结构与组织,1.1,纯金属的晶体结构,1.,晶格、晶胞与晶格常数,图,1-1,晶格构造模型,金属材料的结构与组织1.1 纯金属的晶体结构 图1-,晶面与晶向,图,1-2,立方晶格中的一些晶面,晶面与晶向 图1-2 立方晶格中的一些晶面,3.,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,1-3,体心立方晶胞,图,1-4,面心立方晶胞,图,1-5,密排六方晶胞,3.金属晶体的类型(1)体心立方晶格 图1-3 体,1.2,金属的实际晶体结构,1.,单晶体和多晶体,图,1-6,单晶体和多晶体结构示意图,1.2 金属的实际晶体结构 1.单晶体和多晶体 图1-6,实际金属的晶体缺陷,(1),点缺陷,空位,间隙原子,图,1-7,空位和间隙原子示意图,实际金属的晶体缺陷(1)点缺陷 图1-7 空位和间隙,(2),线缺陷,刃型位错,:,刃型位错如图,1-8,（,a,）所示。,图,1-8,刃型位错示意图,(2)线缺陷 刃型位错:刃型位错如图1-8（a）所示,螺型位错,:,螺型位错如图,1-9,所示,。,图,1-9,螺型位错示意图,螺型位错:螺型位错如图1-9所示。图1-,(3),面缺陷,面缺陷,是指在两个方向上尺寸很大，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：,原子排列不规则，因此对金属的塑性变形起着阻碍作用，晶界越多，其作用越明显。,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。所以在常温下使用的金,属材料，一般总是力求获得细小的晶粒。,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）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。,晶界处原子能量较高而容易满足固态相变所需要的能量起伏，因此新相往往在旧相晶界处形核。晶粒越细小，晶界越多，新相的形核率就越高。,晶界处有较多的空位，因此原子沿晶界的扩散速度较快。,晶界处电阻较高，且易被腐蚀。,(3)面缺陷 面缺陷是指在两个方向上尺寸很大，,总之，实际金属的晶体结构不是理想完整的，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，都是依靠晶体缺陷的运动来进行的，并且金属的许多性能也都与晶体缺陷密切相关。,总之，实际金属的晶体结构不是理想完整的，而是存在着,1.3,合金的晶体结构,1.,合金的基本概念,（,1,）合金,（,2,）组元,（,3,）相,1.3 合金的晶体结构 1.合金的基本概念,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,1-10(a),所示。,(2),置换固溶体,如图,1-10(b),所示。,图,1-10,晶格结构模型,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,1.4,金属材料的组织,1.,组织的概念,组织的决定因素,3.,组织与性能的关系,不同组织结构的材料具有不同的性能,图,1-11,两种晶粒大小不同的纯铁示意图,综上所述，金属材料的成分、工艺、组织结构和性能之间有着密切的关系。,1.4 金属材料的组织 1.组织的概念图1-11 两种,2,高分子材料的结构与性能,1,高分子材料的结构,1.,大分子链的构成,(1),化学组成,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，其中碳是形成大分子链的主要元素。,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,。,2 高分子材料的结构与性能1 高分子材料的结构,(2),形态,大分子链呈现不同的几何形状，主要有线型、支化型和体型三类，如图,1-12,所示。,线型分子链,；,支化型分子链,；,体型,(,网型或交联型,),。,图,1-12,大分子链的形态,(2)形态大分子链呈现不同的几何形状，主要有线型、支化型和体,(3),空间构型,图,1-13,所示为乙烯聚合物常见的三种空间构型。,图,1-13,乙烯聚合物的立体异构,(3)空间构型 图1-13 所示为乙烯聚合物常见的三种空间,大分子链的构象及柔性,图,1-14,分子链的内旋转示意图,大分子链的构象及柔性 图1-14 分子链的内旋转示意图,3.,高分子材料的聚集态,图,1-15,为聚合物三种聚集态结构示意图。,图,1-15,聚合物三种聚集态结构示意图,3.高分子材料的聚集态 图1-15为聚合物三种聚集态结构示意,2,高分子材料的性能,1.,高分子材料的物理性能和化学性能特点,(1),绝缘性,(2),耐热性,(3),耐蚀性,(4),老化,2 高分子材料的性能 1.高分子材料的物理性能和化学性能特点,高分子材料的力学性能,(1),高聚物的物理、力学状态,线型非晶态高聚物的三种力学状态为玻璃态、高弹态和黏流态。,如图,1-16,所示。图中,T,b,为,脆化温度,、,T,g,为,玻璃化温度,、,T,f,为,黏流温度,、,T,d,为,分解温度,。,图,1-16,线型非晶态高聚物在恒定载荷下的变形,-,温度曲线,高分子材料的力学性能(1)高聚物的物理、力学状态 图1-,(2),高分子材料的力学性能特点,高聚物的性能由硬脆、强硬、强韧、柔韧而缓慢地发生变化，其,应力应变曲线,如图,1-17,所示。有机玻璃具有这类典型的变化规律。,图,1-18,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,1-17,非晶态高聚物在不同温度时的,应力,-,应变曲线,图,1-18,高聚物在不同加载速度时的,应力,-,应变曲线,(2)高分子材料的力学性能特点 高聚物的性能由硬,黏弹性,:,应变与应力同步发生，或应变与应力同时达到,平衡,，如图,1-19(a),所示。,应变不仅决定于应力，而且决定于应力作用的速率。即应变不随作用力即时建立平衡，而有所,滞后,，如图,1-19(b),所示。,图,1-19,应力、应变与时间的关系,黏弹性:应变与应力同步发生，或应变与应力同,蠕变（如图,1-20,所示）。,图,1-20,蠕变前、后分子构象变化示意图,应力松弛,如图,1-21,所示。,图,1-21,应力松弛过程中分子构象变化示意图,蠕变（如图1-20所示）。图1-20 蠕变前、后分子构象,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,1-22,所示。,图,1-22,橡胶在一个承载周期中的应力,-,应变曲线,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,1-23,可以看出高聚物的变形特点,。,A,点为,初始状态,，,B,点为,屈服点,，,C,点为,断裂点,。,图,1-23,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。,图1-23可以看出高聚物的变形特点。A点为初始状态，,3,陶瓷材料的结构与性能,3.1,陶瓷材料的结构,按照组织形态陶瓷材料分为三类。,无机玻璃即硅酸盐玻璃,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材料。,陶瓷（晶体陶瓷）,3 陶瓷材料的结构与性能3.1 陶瓷材料的结构,陶瓷的典型组织结构包括：,晶体相,（莫来石和石英）,玻璃相,气相,1.,晶体相,（,1,）硅酸盐,硅酸盐基本结构具有以下特点,:,构成硅酸盐的基本单元为硅氧四面体结构，如图,1-24,所示,;,硅氧四面体只能通过共用顶角而相互结合,;,Si4+,通过,O1-,结合，,SiOSi,的结合键在氧上的键角接近于,145;,稳定的硅酸盐结构中，硅氧四面体采取最高空,间维数互相结合,;,硅氧四面体采取比较紧密的结构结合,;,同一结构中硅氧四面体最多只相差,1,个氧原子。,图,1-24,硅氧四面体结构,陶瓷的典型组织结构包括：1.晶体相,(2),氧化物,图,1-25,所示为几种典型氧化物的结构。,图,1-25,几种典型氧化物的结构,(2)氧化物 图1-25所示为几种典型氧化物的结构。图1,(3),非氧化合物,图,1-26,所示为各种非氧化合物的结构。,图,1-26,各种非氧化合物的结构,(3)非氧化合物 图1-26所示为各种非氧化合物的结构。图,玻璃相,玻璃相的作用包括,:,黏连晶体相，填充晶体相间空隙，提高材料致密度,;,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,玻璃相 玻璃相的作用包括:,3.,气相,图,1-28,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，影响因素多。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，常常是造成裂纹的根源,(,图,1-28),，所以应尽量降低气孔率。一般普通陶瓷的气孔率为,5%,10%;,特种陶瓷在,5%,以下,;,金属陶瓷则要求低于,0.5%,。,3.气相 图1-28 气孔对陶瓷强度的影响,3.2,陶瓷材料的性能,1.,陶瓷的物理和化学性能,(1),热膨胀性能,(2),导热性,(3),热稳定性,(4),化学稳定性,(5),导电性,3.2 陶瓷材料的性能 1.陶瓷的物理和化学性能,陶瓷的力学性能,(1),刚度,(2),硬度,(3),强度,：,晶界使陶瓷实际强度比理论值低得多,(1,1%),。如图,1-29,所示,。,3.2,陶瓷材料的性能,图,1-29,晶格构造模型,陶瓷的力学性能 3.2 陶瓷材料的性能 图1-29,总之，陶瓷材料的性能特点是,:,具有不可燃烧性、高耐热性、高化学稳定性、不老化性、高硬度和良好的抗压能力，但脆性很高，温度急变抗力很低，抗拉、抗弯性能差。,总之，陶瓷材料的性能特点是:具有不可燃烧性、高,思考题,1-1,什么叫晶体,?,什么叫非晶体,?,1-2,什么叫晶格,?,什么叫晶胞,?,1-3,常见的金属晶体有哪几种,?,1-4,铁有哪几种同素异晶体,?,1-5,晶体缺陷有哪几种,?,它们对力学性能有什么影响,?,1-6,什么叫固溶体,?,什么叫固溶强化现象,?,1-7,什么叫金属化合物,?,它有何特征,?,1-8,什么叫金属的组织,?,1-9,试述晶粒大小与力学性能的关系。,1-10,什么叫高分子材料,?,简述高分子材料的结构。,思考题1-1 什么叫晶体?什么叫非晶体?,