材料概论-一材料学纲要

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1、第二章材料学纲要Fieldofview2mmx2mmpolystyrenemicrospheres1性质合成/制备结构/成份性能材料科学研究材料的结构和性质之间的关系材料工程通过结构设计和加工以达到利用材料的某一特殊性质的目的合成/制备结构/成份性质性能材料科学与工程四要素2是研究材料组成、结构、生产过程、材料性能与使用效能以及它们之间的关系。纲要--课程主要内容设置所围绕的纲领、提要材料科学与工程3主要内容一、材料的成分与结构二、材料的合成与加工三、材料的性质与使用性能四、结构材料的失效4第一节材料的成分与结构Fieldofv

2、iew2mmx2mmpolystyrenemicrospheres5材料的性能都是由其化学组成和内部组织结构决定的，了解材料的组成和组织结构特征与性能间的关系，才能够有目的、有选择的地使用材料和开发各种新材料。6一、成分与结构成分---组成材料的元素种类及其含量。表示方法：质量分数mass％原子百分数at％材料的结构---指材料中原子、离子或分子的排列方式。（简便起见统一由原子代替）不同的原子靠原子之间产生的较强的相互作用力，使原子以键合的方式结合在一起。不同类型的原子之间产生不同的结合键7二、材料中的键合方式1）金属键:指金属

3、原子贡献出价电子后成为正离子，再与公有化的自由电子间产生静电作用而结合起来的方式。2）离子键:是由释放出最外层电子而带正电的阳离子与接受其电子的带负电的阴离子之间通过库伦引力所形成的一种键合。3）共价键:是由于相邻原子间通过共用其外壳层价电子而形成的化学键。化学键8二、材料中的键合方式4）氢键:是氢原子在分子中与原子A键合时还能与原子B形成附加键(作用力比较弱)。5）范德华键:原子中的电子运动产生的偶极子间的相互作用所造成的引力。（聚合物分子间作用力）物理键9类型作用力来源键合强弱形成晶体的特点离子键原子得、失电子后形成负、正离

4、子，正负离子间的库仑引力强无方向性键、高配位数、高熔点、高强度、高硬度、固态不导电、熔态离子导电共价键相邻原子价电子各处于相反的自旋状态，原子核间的库仑引力最强有方向性键、低配位数、高熔点、高强度、高硬度、即使在熔态也不导电金属键自由电子气与正离子实之间的库仑引力较强无方向性键、配位数高、塑性较好、有光泽、好的导热、导电性分子键原子间瞬时电偶极矩的感应作用最弱无方向性键、结构密堆、高熔点、绝缘10三、晶体学基础晶体:是指原子(离子、分子)在三维空间按一定规律呈周期性地排列构成的物质。晶体结构:是指晶体中，原子(离子、分子)的排列

5、方式。11晶体晶体特点：近程有序、远程有序12非晶体非晶体：质点在三维空间不呈周期性的规则排列。近程有序、远程无序晶体SiO2非晶体SiO213晶体与非晶体的区别质点是否在三维空间作有规则的周期性重复排列。晶体熔化时具有固定的熔点，而非晶体无明显熔点，只存在一个软化温度范围。晶体具有各向异性，非晶体呈各向同性。14单晶体与多晶体单晶体：质点按同一取向排列，由一个核心（晶核）生长而成的晶体。多晶体:由许多不同位向的小晶体所组成的晶体。15βαγc晶体的几个定义1）阵点：将构成晶体的原子（离子、分子）抽象成纯粹的几何点，称为阵点。2

6、）空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列，并具有等同的周围环境的模型。3）晶格：作许多平行的直线把阵点连接起来，构成一个三维的几何格架称为晶格。4）晶胞：晶格中能够完全反映晶格特征的最小几何单元称为晶胞。通常是在晶格中取一个最小的平行六面体作为晶胞。5）晶胞参数：晶胞三条棱边（晶轴）的边长a、b、c及晶轴之间的夹角α、β、γ称为晶胞参数。ba166)配位数:与任一原子处于相等距离并相距最近的原子数目7)致密度:原子本身所占据晶格的体积分数（K）晶体的几个定义17晶系与布拉菲点阵根据晶胞的外形，即晶轴长度和晶轴夹角将晶体分为七大晶系

7、：立方、四方、正交、六方、单斜、三斜、菱方布拉菲点阵（14种）立方：简单立方，体心立方，面心立方四方：简单四方，体心四方正交：简单正交，底心正交，体心正交，面心正交六方：简单六方单斜：简单单斜，底心单斜三斜：简单三斜三方（菱方）：简单三方（菱方）18三斜：a≠b≠cα≠β≠γ≠90o单斜：a≠b≠cα=γ=90o≠β正交：a≠b≠cα=β=γ=90o四方：a=b≠cα=β=γ=90o菱方：a=b=cα=β=γ≠90o六方：a=b≠cα=β=90o，γ=120o立方：a=b=cα=β=γ=90o底心体心面心19典型金属的晶体结构体

8、心立方（body-centeredcubic，bcc）面心立方（face-centeredcubic，fcc）密排六方（hexagonalclose-packed，hcp）20体心立方（body-centeredcubic，bcc）体心立方晶胞示意图（a）刚球模