【正文】 一弱的兩個(gè)鍵，稱為 氫鍵 。 （外層電子都用于成鍵） 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 26 （ 4） 氫 鍵 氫原子雖屬第一族元素，但與其他第一族元素不 同，它的電離能特別大，達(dá) ev， 難以形成離子鍵。） ? 低配位數(shù)、低密度； ? 共價(jià)鍵的結(jié)合相當(dāng)強(qiáng)；如：每個(gè)硅原子通過(guò)四個(gè)共價(jià)鍵與 4個(gè)鄰近原子結(jié)。 或：一對(duì)為二個(gè)不同原子核所共有的自璇相反配對(duì)的電子結(jié) 構(gòu)稱為共價(jià)鍵，此時(shí)，電子為二個(gè)原子所 “ 共有 ” 。電荷的遷移是以整個(gè)離子運(yùn)動(dòng)方式； ? 光學(xué)性能隨各構(gòu)成離子性質(zhì)而不同，多為無(wú)色或淺色透明的。 ? 結(jié)合力很強(qiáng)。 ? 無(wú)方向性的、或方向性不明顯 。 離子晶體： 在這種正負(fù)離子之間的靜電庫(kù)侖吸引作用下形成的晶體。 ? 強(qiáng)度有高低、良好的塑性、良好的延展性；（圖 211） ? 熔點(diǎn)有高低、導(dǎo)熱性好； ? 高反射率，不透明（外層電子易被可見(jiàn)光能量激發(fā)） 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 22 典型離子鍵通式： MX （ 二元離子晶體 ) M— 金屬元素 X— 非金屬元素 （ 2） 離子鍵和 離子晶體 如： NaCl 堿金屬 Na易于失去外層電子形成鈉離子 Na+ 鹵族元素 Cl氯易接受鈉原子所失去的電子形成氯離子 Cl。 金屬鍵：這種不屬于哪一個(gè)原子的公有化電子與離子之 間的庫(kù)侖相互作用稱為金屬鍵（圖 29）。由于金屬 原子的價(jià)電子的第一電離能較非金屬元素小得多，價(jià)電 子脫離原子核的束縛不需很多能量。 化學(xué)建：由電子運(yùn)動(dòng)使原子聚集的結(jié)合力，是固體 中的主要結(jié)合鍵。 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 19 由于不同元素的原子得失電子的能力不同，所以不同原子組成凝聚態(tài)固體時(shí)，原子間相互作用使電子重新分布，在原子間形成了化學(xué)鍵，正是這些化學(xué)鍵使原子結(jié)合成固體。 元素的電負(fù)性值： ① 同一周期元素自左至右電負(fù)性逐步增加， ② 同一族元素，自上而下價(jià)電子距原子核距離越來(lái)越遠(yuǎn)， 因此庫(kù)侖作用減弱，電負(fù)性減小。 材料中的化學(xué)鍵合 材料的結(jié)構(gòu) 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 18 當(dāng)自由原子凝聚而成固體時(shí)，鄰近原子間將 發(fā)生化學(xué)交互作用。元素周期表揭 示了每種元素的原子其電子在核外運(yùn)動(dòng)所采取的排列方 式或狀態(tài)的規(guī)律。 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 17 元素周期表及電負(fù)性 所有的材料都是由元素周期表上的元素所組成的。以碳元素（ C）為主，大多數(shù)是同氫元素（ H）、氧元素（ O）中的任一種或兩種以上結(jié)合而成的。它有天然和合成之分。 高分子材料的化學(xué)組成 高分子材料 ? 是以相對(duì)分子質(zhì)量大于 5000的高分子化合物（聚合物、高聚物、樹(shù)脂）為主要組分的材料，分為有機(jī)高分子材料和無(wú)機(jī)高分子材料。 ? 有機(jī)高分子材料 （合成 ）： 塑料、合成纖維、合成橡膠、交粘劑、 涂料等 。 傳統(tǒng)陶瓷 —— 以 K2OAl2O3SiO2系統(tǒng)為代表； 水 泥 —— 以 CaO－ Al2O3－ SiO2三元系統(tǒng)相圖為基礎(chǔ)； 普通玻璃 —— 以 Na2O－ CaO－ SiO2三元系統(tǒng)相圖為基礎(chǔ)； 耐火材料工藝中常用的有 —— SiO2－ Al2O3和 MgO－ SiO2二元 體系相圖。 金屬合金 轎車用鎂合金輪轂 直升機(jī)變速箱殼體 全鎂合金手機(jī)、筆記本電腦等 3C產(chǎn)品 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 15 無(wú)機(jī)非金屬材料的化學(xué)組成 ? 無(wú)機(jī)非金屬材料包括 ： 陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等 由 金屬元素 和 非金屬元素 的化合物配合料經(jīng)一定工藝過(guò)程制得的。（單相組織或多相組織） 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 11 復(fù)合體 ? 由兩種或兩種以上的不同材料 通過(guò)一定的方式復(fù)合而構(gòu)成的新型材料稱為 — 復(fù)合體。 填隙型固溶體 （或稱間隙型固溶體）： A溶劑晶格間隙被 B的原子填入。含 2％－ 4％ Si的硅鋼片是一種應(yīng)用廣泛的軟磁材料） 固溶體（相） ? 溶質(zhì)組元溶入溶劑組元的晶格中所形成的單相固體稱為 — 固溶體 。 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 8 圖 254 （ a) 為純 Al鑄錠不同冷卻條件的 宏觀組織（橫截面） 單相組織 (b) 為鋼的 顯微組織照片 白色的為鐵素體，即 αFe， 黑色的為化合物 ，稱之為滲碳體。是相的形態(tài)、大小、數(shù)量及其分布的圖像。 ?相 （ Phase） 材料中具有同一 化學(xué)成分 并且 結(jié)構(gòu)相同 的 均勻 部分叫做相。 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 4 粒 子 間 距 動(dòng)能 /勢(shì)能 排列特點(diǎn) 氣 態(tài) 大 ≥ 彼此獨(dú)立 液 態(tài) 較小 ＜ 粒子引力保證受熱沖擊時(shí)不分散，不保證粒子長(zhǎng)距離有序排列 非晶態(tài) 固態(tài) 或 凝聚態(tài) 晶態(tài) 小 ≤ 短程有序 長(zhǎng)程有序 本課程主要討論對(duì)象 ——固態(tài)物質(zhì) 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 5 材料組元的結(jié)合形式 ? 組元、相、和組織 ? 固溶體 ? 聚集體 ? 復(fù)合體 材料的組成 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 6 組元、相、和組織 ?組元 組成材料 最基本 、 獨(dú)立 的 物質(zhì) 稱為材料的組元 （或稱組分）。所以， 物質(zhì)的狀態(tài) 取 決于 粒子間的相互作用 和它們的 熱運(yùn)動(dòng) 。 溫度是離子鍵作用力的主要影響因素之一。 吸引 力的大小與粒子間的距離有關(guān) 。 粒子本身也處在不停的運(yùn)動(dòng)中，因此具有 動(dòng)能 。以單元素、或多元 素復(fù)合形式存在，構(gòu)成各種 固體 、 液體 和 氣體 。2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 1 第二章 材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能 材料的組成 材料組元的結(jié)合形式 材料的化學(xué)組成 材料的結(jié)構(gòu) 材料中的化學(xué)鍵合 晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 學(xué)習(xí)要求 小結(jié) 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 2 學(xué)習(xí)要求 ? 牢固地建立各種材料都具有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)這一概念 ? 明確認(rèn)識(shí)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)有幾個(gè)不同的層次 ? 明確認(rèn)識(shí)不同層次的結(jié)構(gòu)對(duì)性能有不同的影響 ? 了解晶面 、 晶棱 、 頂點(diǎn) 、 解理面的概念；晶體的宏觀特性 、 晶面角守恒定律；熟悉密堆積和配位數(shù) ? 掌握空間點(diǎn)陣 、 平移周期；晶胞 、 點(diǎn)陣常數(shù)；七個(gè)晶系 、 十四種類型；結(jié)合力的普遍特征 ? 掌握晶體缺陷的類型、特征 ? 掌握材料的組織、相的概念 ? 掌握固體材料的結(jié)構(gòu)。不同材料的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其基本性能 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 3 物質(zhì)的狀態(tài) 世界上的一切 物質(zhì) 都是由元素組成的。 作為物質(zhì)體系的 基本組成單元 ： 離子、原子 或 分子 等粒 子，在組成具體物質(zhì)時(shí)，彼此之間產(chǎn)生相互作用力，具 勢(shì)能 。 粒子之間的 相互作用 ，相互吸引，從而 結(jié)合 在一起。兩粒子間的距離大于 平衡距 離 時(shí)，距離越近，引力越大，結(jié)合力越大。溫度越高，粒 子運(yùn)動(dòng)越劇烈，則彼此分離的趨勢(shì)加大。 隨溫度和壓力等外 界條件 的不同 ，物質(zhì)處于不同的狀態(tài)。組元可以是純 元素 ，也可以是穩(wěn)定的 化合物 。 相 單質(zhì) 化合物 固溶體 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 7 ? 材料的組織（ Structure結(jié)構(gòu)） 晶相、非晶相（玻璃）和 氣相（氣孔） 分類（按尺度劃分）： 微觀結(jié)構(gòu)（ 高分辨率電子顯微鏡觀察到原子 或分子的排列狀態(tài) ） 顯微組織結(jié)構(gòu)（ 光學(xué)顯微鏡、觀察到的晶粒 和其集合體 ） 宏觀組織（ 肉眼或放大鏡觀察到的顆粒、和 其集合體 ） 材料的結(jié)構(gòu) 多晶材料的微觀結(jié)構(gòu)一般包括： 材料性能的決定性因素 材料內(nèi)部由 各種 相 所形成的 圖案 。 只含 一種相 的組織為 單相組織或單一組織 ；由 多種相 構(gòu)成的組織為 多相組織 或 復(fù)合組織 。 珠光體形態(tài) 多相組織 相和組織的比較 （ c) 為合金鋼的 電子顯微組織 照片 經(jīng)過(guò)高溫加熱和水冷以后，得到馬氏體組織， 位錯(cuò)現(xiàn)象 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 9 ② 改變機(jī)體的物理和化學(xué)性能（ Si溶入 α － Fe中，可提高磁導(dǎo)率、增大比電阻。（一種相） 按照溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置不同，固溶體可分為： 置換型固溶體 （或稱取代型固溶體）： A溶劑晶格原子被 B溶質(zhì)原子取代。 固溶體形成對(duì)材料性能的影響： ① 提高材料的強(qiáng)度和硬度（固溶強(qiáng)化） 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 10 聚集體（ 組織） ? 由無(wú)數(shù)的原子或晶粒聚集而成的固體稱為 —— 聚集體 。 （復(fù)合組織） 特點(diǎn)： ① 各相之間存在明顯的界面 ② 各相保持各相固有的特性 ③ 復(fù)合體具備各相所不具備的優(yōu)良特性 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 12 材料的化學(xué)組成 金屬材料的化學(xué)組成 無(wú)機(jī)非金屬材料的化學(xué)組成 高分子材料的化學(xué)組成 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 13 金屬材料的化學(xué)組成 ? 金屬材料包括：純金屬和合金 純金屬 黑色金屬 有色金屬 Fe Cr Mn 重金屬 Cu、 Pb、 Zn、 Ni等 輕金屬 Al、 Mg、 Ti等 貴金屬 Au、 Ag、 Pt等 稀有金屬 W、 Mo 等及稀土金屬等 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 14 由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素構(gòu)成的具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)。其化學(xué)組分幾乎涉及到 元素周期表上的所有元素 。 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 16 ? 有機(jī)高分子材料 （ 天然）： 松香、淀粉、蛋白質(zhì)