【正文】 非金屬的晶體結構 a. 陶瓷的組織結構： 陶瓷： 是由金屬和非金屬的無機化合物所構成的多晶固體物質(zhì) ， 實際上是各種無機非金屬材料的總稱 。 多晶體中 ， 晶粒位向不同 ， 存在位向差 ， 晶粒交界處原子排列不一致 ， 存在一個過渡層 ， 即晶界 。 ◆ 面缺陷：是在三維空間一維方向上尺寸很小 ， 另外兩維 方向上尺寸較大的缺陷 。 位錯：是晶體中的某處有一列或若干列原子發(fā)生了 某種有規(guī)律的錯排現(xiàn)象 。 材料的 結構 ◆ 線缺陷：是在三維空間兩維方向尺寸較小 ， 在另一維方向 的尺寸相對較大的缺陷 。 如空位 (正常晶格結點上 ， 未被原子占有而空著的位置 )、 間隙 (不占有正常的晶格位置 ， 而處在晶格間隙中的多余原子 )、 置換原子 (置換晶格結點上的原子 ，占據(jù)正常結點 )。 具有以下特點： (1) 籍助于可見光入射在材料的斷面上； (2) 從反射光獲得斷口的圖象； (3) 從已有的知識對圖象進行判斷 ， 作出結論； (4) 分辨能力約 ； (5) 斷面上的外來物質(zhì)或其它環(huán)境因素對于圖象及判斷可以有干擾 。 (3) 運動方式：用文字描述或參量來表達原子 (或分子 )及電子的運動 。 (1) 組元：一般用材料中原子的種類和數(shù)量來表示成分 ， 原子種類叫組元 。材料科學與工程方法論 中南大學 王德志 材料科學與工程的整體觀 材料結構、性能與表征的因果關系 材料設計與制備的統(tǒng)一性 四 方法論概述 一 三 五 提綱 六 環(huán)境、能源、信息、軍工、鐵道材料的發(fā)展觀 材料科學與工程研究的客觀規(guī)律性 二 四 、材料結構、性能與表征的因果關系 材料的結構與 性能 核心關系 其核心是圍繞 : “結構與性能” 的相互辯證關系 材料的結構與 性能 組織結構 材料性能 材料的結構與 性能 ? 材料的合成與制備 ：研究獲取材料的手段，以工藝技術的進步為標志； ? 成分與組織結構 ：反映材料的本質(zhì)，是認識材料的理論基礎； ? 材料特性 ：表征了材料固有的性能，是選用材料的重要依據(jù)； ? 服役行為與使用壽命 ：與材料的加工和服役條件相結合來考察材料的使用壽命，它往往成為 MSE 的最終目標。 合成與制備 材料特性 成分與 組織結構 服役行為與壽命 材料的結構與 性能 化學成分 組成 制備 加工工藝 組織結構 性 能 結構表征與 性能檢測 工作條件 ? 定義： 表明材料的組元及其排列和運動方式 。 (2) 排列方式：組元間的排列方式取決于組元間的結合類型 。 ? 結構的測定 ： 通過人眼來確定 。 材料的 結構 ? 材料的晶體結構： (1) 金屬的晶體結構： a. 典型的晶體結構 在金屬元素中 ， 約 90%以上的金屬晶體結構屬于如下三種密排的晶格形式： 體心立方 () 面心立方 () 密排六方 () bodycentered cubic facecentered cubic hexagonal closepacked 材料的 結構 b. 實際的晶體結構 ◆ 點缺陷：是一種在三維空間各個方向上尺寸都很小 ， 尺寸范圍約為一個或幾個原子間距的缺陷 。 空位 置換原子 間隙原子 點缺陷的存在 ， 原子間作用力的平衡被破壞 ， 周圍其它原子發(fā)生靠攏或撐開的不規(guī)則排列 ， 此變化為晶格畸變 。 如位錯 。 位錯對材料的強度理論有很大貢獻 。 主要是晶界和亞晶界。 實際晶體中 ， 這三種缺陷隨加工條件變化而變化 ， 可產(chǎn)生 、 發(fā)展 ， 也可消失 ， 對材料性能有很大影響 。 晶體結構：以離子鍵為主的離子晶體 (呈晶態(tài) ) 以共價鍵為主的共價晶體 (呈非晶態(tài) ) 組織：晶相：是主要組成相 。 玻璃相： 高溫燒結時各組成物與雜質(zhì)反應后形成的一種非晶態(tài)物質(zhì) 。 缺點：強度低 、 熱穩(wěn)定性差 ， 應控制在一定范圍 。 (若要求材料密度小 ， 絕熱性好 ， 則希望一定氣相 ) 材料的 結構 b. 高分子材料的結構： 高分子材料：以高分子化合物為主要組分的材料 。 高分子亦稱大分子 ， 高 分子化合物又稱高聚物或聚合物 。 大分子鏈的構型： 即高聚物結構單元的排列順序和連接方式 。 大分子鏈的構象： 由于單鍵內(nèi)旋引起的原子在空間占據(jù)不同位置所構成的分子鏈 的各種形象 。 (具有同一化 學成分 、 同一結構和原子聚集狀態(tài) ， 并以界 面互相分開的 、 均勻的組成部分 ) (2) 相的結構類型： 固溶體：相的晶體結構與某一組元的晶體結構相同； 金屬化合物：相的晶體結構與組元的晶體結構均不相同 (3) 固溶體： 置換固溶體 間隙固溶體 材料的 結構 (4) 金屬化合物 (金屬間化合物 )： 是指合金組元間發(fā)生相互作用而形成的具有金屬特性的新相 。 a. 特點：具有一定的金屬性質(zhì)；熔點高 、 硬而脆 ， 塑性 、 韌性不高 。 Mg2Si 電子化合物： 不遵守原子價規(guī)律 ， 服從電子濃度規(guī)律； 間隙化合物： 過渡族金屬元素與 C、 N、 H、 B等原子半徑較 小的非金屬元素形成的化合物 。 (顯微鏡下所觀察到的金屬中的各種晶粒的大小 、 形態(tài)和分布 ) 材料的 結構 ? 金屬的加工工藝與結構、性能的關系 ? 金屬塑性變形后的組織結構與性能 (1) 塑性變形后金屬的組織結構： a. 顯微組織的變化：形成 “ 纖維組織 ” ； b. 亞結構的細化：位錯纏結 、 晶粒破碎； c. 織構現(xiàn)象的產(chǎn)生： 織構：在塑性變形過程中 ， 晶粒轉動 ， 當變形量達到一定程 度 (70~90%以上 )時 ， 會使絕大部分晶粒的某一位向與 外力方向趨于一致 。 材料的 結構 (2) 塑性變形后金屬的性能： a. 力學性能：強度 、 硬度 ↗ ， 塑性 、 韌性 ↘ 殘余應力：材料經(jīng)塑性變形后殘存在內(nèi)部的應力 。 b. 理化性能：電阻率 ↗ ；電阻溫度系數(shù) ↘ ；導磁率 ↘ ； 導熱率 ↘ ；腐蝕 ↗ 。 特點： a. 顯微組織沒有明顯變化； b. 力學性能變化不大； c. 殘余應力顯著降低； d. 理化性能基本恢復到變形前情況 。 材料的 結構 (2) 再結晶：變形金屬加熱到較高溫度時 ， 由于原子擴散能力增 加 ， 在晶格畸變嚴重處形成一些位向與變形晶粒不 同 ， 內(nèi)部缺陷減