【正文】 合物的晶體結(jié)構(gòu) （ a）間隙相 VC （ b）間隙化合物 第四節(jié) 高分子材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) Polymer Structures 一、高分子材料概述 高分子的含義 高分子化合物是經(jīng)常用到和見(jiàn)到的各種塑料、橡膠、纖維等非金屬材料的總稱。在合金鋼中常見(jiàn)的主要是 M3C型（如 F3C）， M7C3型（如 Cr7C3）等。金屬占據(jù)晶格中的正常結(jié)點(diǎn)位置，而非金屬位于晶格的間隙之中。電子濃度不同，晶體結(jié)構(gòu)類型也不同。正常價(jià)化合物的熔點(diǎn)，硬度及脆性均較高。 正常價(jià)化合物 正常價(jià)化合物就是符合原子價(jià)規(guī)律的，受電負(fù)性控制的一種金屬化合物。由于它們常處在相圖的中間位置，所以又被稱為中間相。形成間隙固溶體的溶質(zhì)原子通常都是一些原子半徑小的非金屬元素，如氫（ ）、氧（ ）、氮（ ）、碳（ ）、硼（ ），溶劑則大多數(shù)是過(guò)渡族元素。 置換固溶體 溶劑原子 溶質(zhì)原子 置換固溶體示意圖 固溶體中溶質(zhì)原子引起的晶格畸變示意圖 （ a） 正畸變 （ b） 負(fù)畸變 (a) (b) 間隙固溶體 當(dāng)溶質(zhì)與溶劑原子半徑的比值 rb/ra＜ ，形成間隙固溶體。亞晶界上原子排列也不規(guī)則，具有較高的能量，與晶界類似的特征，故細(xì)化亞結(jié)構(gòu)，可顯著提高金屬的強(qiáng)度。亞結(jié)構(gòu)之間的界面稱為亞晶界。 ），如圖 1－ 27所示。因此，金屬材料晶粒愈細(xì)小，則晶粒愈多，其室溫強(qiáng)度愈高。由于晶界上的原子排列不規(guī)則，脫離平衡位置，所以晶界具有較高的能量，使其具有一系列不同于晶粒內(nèi)部的特征。由于相鄰晶粒間彼此位向各不相同，故晶界處的原子排列與晶內(nèi)不同，它們因同時(shí)受到相鄰兩側(cè)晶粒不同位向的綜合影響，而做無(wú)規(guī)則排列或近似于兩者取向的折衷位置的排列，這就形成了晶體中的重要的面缺陷。這類缺陷主要是晶粒邊界和亞晶界。 b l l b 柏氏矢量的物理意義： 柏氏矢量代表晶體的滑移方向。 刃型位錯(cuò) （ a)立體模型 （ b） 平面圖 刃型位錯(cuò)示意圖 G H E F 晶體局部滑移造成的刃型位錯(cuò) τ τ 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)示意 螺型位錯(cuò) C B A D (b) （ a） 立體模型 ； （ b） 平面圖 螺型位錯(cuò)示意圖 A B C D (a ) 螺型位錯(cuò)示意圖 螺型位錯(cuò)示意圖 柏氏矢量 柏氏矢量是描述位錯(cuò)幾何特性最重要的參數(shù)之一。 位錯(cuò)是晶格中的某處有一列或若干列原子發(fā)生了某些有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。 晶體中的點(diǎn)缺陷 －空位； －間隙原子； －置換原子 線缺陷 線缺陷是指在三維空間中兩維方向的尺寸較小，在另一維方向的尺寸相對(duì)較大的缺陷，所以又稱為一維缺陷。 點(diǎn)缺陷 點(diǎn)缺陷是指在晶體空間中，其長(zhǎng)、寬、高尺寸都很小（相當(dāng)于原子尺寸）的一種缺陷。晶粒與晶粒之間的界面稱為 晶界 。 通常使用的金屬都是由很多小晶體組成的，這些小晶體內(nèi)部的晶格位向是均勻一致的，而它們之間，晶格位向卻彼此不同，這些外形不規(guī)則的顆粒狀小晶體稱為 晶粒 。 面心立方結(jié)構(gòu)的原子堆垛方式 密排六方的原子堆垛方式 A層 B層 C層 A層 B層 C層 面心立方晶胞原子堆垛方式 密排六方晶胞原子堆垛方式 二、實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu) 單晶體與多晶體 晶體中原子排列規(guī)律相同，晶格位向一致的晶體，稱為 單晶體 。從幾何形狀上看，晶格中有兩種間隙：八面體間隙和四面體間隙。例如，對(duì)于體心立方，致密度 k＝ ， 說(shuō)明僅有 68％的體積被原子占有，存在 32％的間隙。屬于這種晶格類型的金屬有 Mg、 Zn、 Be、 Cd等。 Alloy 一、常見(jiàn)純金屬的晶格類型 體心立方晶格：記為 BCC （ a） （ b） （ c） 體心立方晶胞 （ a） 模型； （ b） 晶胞； （ c） 晶胞原子數(shù) 屬于這種晶格類型的金屬有 α Fe、 Cr、 W、 Mo、 V等 致密度：晶格常數(shù)為 a， 原子半徑為 ； ； ； 所以：致密度 a4321881 ????n 330 1634334 aaV ?? ?????????? 3aV? 330 ????? ?? aaVnVK配位數(shù)為 8 面心立方晶格：記為 FCC 屬于這種晶格類型的金屬有 γ － Fe、 Cu 、 Al 、 Ag、 Au、 Pb、Ni等。 若晶帶軸的指數(shù)為 [uvw]， 由矢量代數(shù)可以證明，該晶帶軸中的任一晶面（ hkl） 與晶帶軸指數(shù)間具有下列關(guān)系： 0??? lwkvhu該式又稱為晶帶方程。 同一晶帶中各晶面的法線均與晶帶軸垂直 。立方點(diǎn)陣中晶胞的三個(gè)基矢相等，設(shè)其為 a， 則根據(jù)晶面指數(shù)的確定方法可知： 晶帶 平行或相交于同一直線的一組晶面組成一個(gè)晶帶 。 因此，晶面 （ hkl） 的法線矢量為： )(1 222 kljkihlkhON ??? ?????即晶面 （ hkl） 的法線與晶向 [hkl]的方向平行，這就是晶面指數(shù)的幾何意義。但是這種方法不適用于其他晶系。例如 ， 在立方晶系中： ｛ 100｝ 包括 （ 100） ,（ 010） ,（ 001） ｛ 110｝ 包括 （ 110） ,（ 101） ,（ 011） ,（ 110） ,（ 101） ,（ 011） ｛ 111｝ 包括 （ 111） ,（ 111） ,（ 111） ,（ 111） 晶面族不僅包括了相互平行的一組晶面 ， 而且也包括了位向不同 ，但晶面間距相等 、 原子排列相同的若干組平行晶面 。當(dāng)兩個(gè)晶面指數(shù)的數(shù)字和順序完全相同而符號(hào)相反時(shí)，則這兩個(gè)晶面相互平行。 X X X Y Y Y Z Z Z （ 100） （ 111） （ 110） 立方晶格中的三種重要晶面 與晶向指數(shù)類似，如果有截距為負(fù)值，應(yīng)將負(fù)號(hào)記在相應(yīng)的指數(shù)上面。 （ 3） 取截距的倒數(shù)，將其化為最小整數(shù)，置于圓括號(hào)內(nèi)，寫成（ hkl） 的形式，即得晶面指數(shù)。 （ 2） 以晶格常數(shù)為長(zhǎng)度單位求出待定晶面在各軸上的截距 。對(duì)于其他晶系并不一定適用。 同理 ， 100代表： [100]、 [010]、 [001]、 [100]、 [010]、 [001] 六個(gè)晶向 。 從晶體的對(duì)稱關(guān)系來(lái)看 ， 這一組晶向在性質(zhì)上是等同的 ， 故總稱之為晶向族 。如果兩個(gè)晶向指數(shù)數(shù)值大小相等，符號(hào)相反，則這兩組晶向相互平行但是方向相反。 ]111[[110] [110] [111] [100] X Y Z 圖 1－ 7 立方晶系中的三個(gè)重要晶向 如圖給出了立方晶系中的一些主要晶向的晶向指數(shù)。 晶向指數(shù) 晶向指數(shù)的確定步驟如下： （