金属材料的结构与组织纯金属的晶体结构金属.ppt
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1、21 金属材料的结构与组织 211 纯金属的晶体结构 212 金属的实际晶体结构 213 合金的晶体结构 214 金属材料的组织 22 高分子材料的结构与性能 221 高分子材料的结构 222 高分子材料的性能 23 陶瓷材料的结构与性能 231 陶瓷材料的结构 232 陶瓷材料的性能,目录,第2章 材料的结构与组织,2.1 金属材料的结构与组织,2.1.1 纯金属的晶体结构 1.晶格、晶胞与晶格常数,图2-1 晶格构造模型,2.晶面与晶向,图2-2 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2-3 体心立方晶胞 图2-4 面心立方
2、晶胞 图2-5 密排六方晶胞,2.1.2 金属的实际晶体结构,1.单晶体和多晶体,图2-6 单晶体和多晶体结构示意图,2.实际金属的晶体缺陷,(1)点缺陷 空位 间隙原子,图2-7 空位和间隙原子示意图,(2)线缺陷,刃型位错:刃型位错如图2-8(a)所示。,图2-8 刃型位错示意图,螺型位错:螺型位错如图2-9所示。,图2-9 螺型位错示意图,(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
3、,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。,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
4、都与晶体缺陷密切相关。,2.1.3 合金的晶体结构,1.合金的基本概念 (1)合金 (2)组元 (3)相,2.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2-10(a)所示。 (2)置换固溶体 如图2-10(b)所示。,图2-10 晶格结构模型,2.1.4 金属材料的组织,1.组织的概念 2.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2-11 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。,2.2 高分子材料的结构与性能,2.2.1 高分子材料的结构
5、 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)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2-12所示。 线型分子链;支化型分子链;体型(网型或交联型)。,图2-12 大分子链的形态,(3)空间构型,图2-13 所示为乙烯聚合物常见的三种空间构型。,图2-13 乙烯聚合物的立体异构,2.大分子链的构象及柔性,图2-14 分子链的内旋转示意图,3.高分子材料的聚集态,图2-15为聚合物三种
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