山大材料科学基础考研.pptx

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1、会计学1山大材料科学基础考研山大材料科学基础考研2023/3/162第二章第二章 固体中的相结构固体中的相结构n n主要内容主要内容主要内容主要内容n n固溶体固溶体固溶体固溶体n n金属间化合物金属间化合物金属间化合物金属间化合物n n陶瓷晶体相陶瓷晶体相陶瓷晶体相陶瓷晶体相n n玻璃相玻璃相玻璃相玻璃相n n分子相分子相分子相分子相第1页/共53页2023/3/163第二章第二章 固体中的相结构固体中的相结构n n组元：组元：组成材料最基本、独立组成材料最基本、独立的物质。的物质。n n组元可以是纯元素组元可以是纯元素组元可以是纯元素组元可以是纯元素(金属或非金金属或非金金属或非金金属或非

2、金属属属属)也可以是化合物；也可以是化合物；也可以是化合物；也可以是化合物；n n材料可以是单组元的，也可由材料可以是单组元的，也可由材料可以是单组元的，也可由材料可以是单组元的，也可由多组元组成。多组元组成。多组元组成。多组元组成。n n相：相：合金中具有同一聚集状态、合金中具有同一聚集状态、同一晶同一晶 体结构和性质并以界面隔开的均匀体结构和性质并以界面隔开的均匀体结构和性质并以界面隔开的均匀体结构和性质并以界面隔开的均匀 组成部分。组成部分。组成部分。组成部分。n n分类：固溶体、中间相分类：固溶体、中间相分类：固溶体、中间相分类：固溶体、中间相(金属间金属间金属间金属间化合物化合物化合

3、物化合物)。第2页/共53页2023/3/1642.1 2.1 固溶体固溶体什么是固什么是固熔熔体体?n n固固固固溶溶体体体体:固态下一种组元固态下一种组元固态下一种组元固态下一种组元(溶质溶质溶质溶质)溶解在另溶解在另溶解在另溶解在另 一种组元一种组元一种组元一种组元(溶溶溶溶剂剂剂剂)中形成的新相中形成的新相中形成的新相中形成的新相.n n固固固固溶溶度度度度:溶溶质原子在质原子在质原子在质原子在溶溶剂中的最大含量剂中的最大含量剂中的最大含量剂中的最大含量(极极极极 限限限限溶溶溶溶解度解度解度解度,摩尔分数摩尔分数摩尔分数摩尔分数).).).).n n特点特点特点特点:固固固固溶溶体具

4、有体具有体具有体具有溶溶剂组元的点阵类型剂组元的点阵类型剂组元的点阵类型剂组元的点阵类型,晶格常数稍有变化晶格常数稍有变化晶格常数稍有变化晶格常数稍有变化.n n晶格与固晶格与固晶格与固晶格与固溶溶溶溶体相同的组元为体相同的组元为体相同的组元为体相同的组元为溶溶溶溶剂剂剂剂;其他组元为其他组元为其他组元为其他组元为溶溶溶溶质质质质.第3页/共53页2023/3/1652.1 2.1 固溶体固溶体什么是固什么是固熔熔体体?n固溶体的分类固溶体的分类:n按按溶溶质原子位置不同质原子位置不同,可分可分为为:置换固置换固溶溶体、间隙固体、间隙固溶溶体体置换固溶体置换固溶体 间隙固溶体间隙固溶体n n按

5、按按按固固固固溶溶溶溶度度度度不不不不同同同同,可可可可分分分分为为为为:有限固溶体、无限固溶体有限固溶体、无限固溶体有限固溶体、无限固溶体有限固溶体、无限固溶体n按按溶溶质质原原子子分分布布不不同同,可可分分为为:无序固溶体、有序固溶体无序固溶体、有序固溶体 第4页/共53页2023/3/1662.1 2.1 固溶体固溶体置换固溶体置换固溶体n置置换换固固溶溶体体：溶溶质质原原子子位位于于晶晶格格点点阵阵位位 置的固溶体。置的固溶体。n有限置换固溶体有限置换固溶体n无限置换固溶体无限置换固溶体摩尔分数摩尔分数x大于大于50%的组元为溶剂的组元为溶剂,小于小于50%的组元为溶质的组元为溶质.无

6、限置换固溶体中两组元素原子置换示意图无限置换固溶体中两组元素原子置换示意图第5页/共53页2023/3/1672.1 2.1 固溶体固溶体置换固溶体置换固溶体元素元素晶体结构晶体结构电负性电负性-Fe-FeV体心立方体心立方1.631.4100Cr体心立方体心立方1.6612.8100Mn面心立方面心立方(-Mn)1.551003Co面心立方面心立方1.8810076Ni面心立方面心立方1.9110010n置换固溶体的溶解度置换固溶体的溶解度(表表2-1):2-1):部分合金元素在铁中的溶解度部分合金元素在铁中的溶解度(质量分数质量分数)第6页/共53页2023/3/1682.1 2.1 固溶

7、体固溶体置换固溶体置换固溶体a.a.原子尺寸因素原子尺寸因素原子尺寸因素原子尺寸因素 原原原原子子子子尺尺尺尺寸寸寸寸差差差差越越越越小小小小，越越越越易易易易形形形形成成成成置置置置换换换换固固固固溶溶溶溶体体体体，且且且且溶溶溶溶解解解解度度度度越越越越大大大大。r r=(r rA A-r-rB B)/)/r rA A,当当当当r r15%15%时时时时，有有有有利利利利于大量互溶。于大量互溶。于大量互溶。于大量互溶。n影响置换固溶体溶解度的因素影响置换固溶体溶解度的因素:第7页/共53页2023/3/1692.1 2.1 固溶体固溶体置换固溶体置换固溶体b.b.晶体结构因素晶体结构因素晶

8、体结构因素晶体结构因素n n结结结结构构构构相相相相同同同同，溶溶溶溶解解解解度度度度大大大大，有有有有可可可可能能能能形形形形成无限固溶体成无限固溶体成无限固溶体成无限固溶体;c.c.电负性因素电负性因素电负性因素电负性因素n n电电电电负负负负性性性性:从从从从其其其其他他他他原原原原子子子子夺夺夺夺取取取取电电电电子子子子而而而而成成成成为负离子的能力为负离子的能力为负离子的能力为负离子的能力;n n电电电电负负负负性性性性差差差差越越越越小小小小，越越越越易易易易形形形形成成成成固固固固溶溶溶溶体体体体，溶解度越大溶解度越大溶解度越大溶解度越大;d.d.电子浓度因素电子浓度因素电子浓度

9、因素电子浓度因素n n电电电电子子子子浓浓浓浓度度度度:合合合合金金金金中中中中两两两两组组组组元元元元价价价价电电电电子子子子总总总总数数数数(e)(e)(e)(e)与其原子总数之比与其原子总数之比与其原子总数之比与其原子总数之比;n n电子浓度电子浓度电子浓度电子浓度e/ae/ae/ae/a越大，溶解度越小。越大，溶解度越小。越大，溶解度越小。越大，溶解度越小。n ne/ae/ae/ae/a有有有有一一一一极极极极限限限限值值值值，超超超超过过过过该该该该值值值值后后后后固固固固溶溶溶溶体体体体不不不不稳稳稳稳定定定定,形形形形成成成成新新新新相相相相.极极极极限限限限值值值值与与与与溶溶

10、溶溶剂剂剂剂晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构有有有有关关关关,一一一一价价价价面面面面心心心心立立立立方方方方金金金金属属属属为为为为1.361.361.361.36，一价体心立方金属为，一价体心立方金属为，一价体心立方金属为，一价体心立方金属为1.48.1.48.1.48.1.48.第8页/共53页2023/3/16102.1 2.1 固溶体固溶体间隙固溶体间隙固溶体n n组组组组成成成成：原原原原子子子子半半半半径径径径较较较较小小小小(小小小小于于于于0.1nm)0.1nm)0.1nm)0.1nm)的非金属元的非金属元的非金属元的非金属元 素溶入金属晶体的间隙。素溶入金属晶体的间隙。素溶

11、入金属晶体的间隙。素溶入金属晶体的间隙。n n影影影影响响响响因因因因素素素素：原原原原子子子子半半半半径径径径和和和和溶溶溶溶剂剂剂剂结结结结构。构。构。构。n n溶溶溶溶解解解解度度度度：一一一一般般般般都都都都很很很很小小小小,只只只只能能能能形形形形成成成成有有有有限限限限固固固固溶溶溶溶体体体体.如如如如:C C在在在在 -Fe-Fe中中中中的的的的最最最最大大大大溶溶溶溶解解解解度度度度2.11%;2.11%;2.11%;2.11%;在在在在 -Fe-Fe中中中中的的的的最最最最大大大大溶溶溶溶解解解解度度度度仅仅仅仅为为为为0.0218%.0.0218%.n间隙固溶体间隙固溶体:

12、溶质原子分布于溶剂晶格间溶质原子分布于溶剂晶格间 隙而形成的固溶体。隙而形成的固溶体。第9页/共53页2023/3/16112.1 2.1 固溶体固溶体有序固溶体有序固溶体n n分分分分布布布布状状状状态态态态取取取取决决决决于于于于同同同同类类类类原原原原子子子子和和和和异异异异类类类类原原原原子子子子间间间间结结结结合合合合力力力力的相对大小的相对大小的相对大小的相对大小:n n偏聚偏聚偏聚偏聚:同类原子间结合能同类原子间结合能同类原子间结合能同类原子间结合能大于大于大于大于异类原子间结合能异类原子间结合能异类原子间结合能异类原子间结合能;n n有序有序有序有序:同类原子间结合能同类原子间

13、结合能同类原子间结合能同类原子间结合能小于小于小于小于异类原子间结合能异类原子间结合能异类原子间结合能异类原子间结合能.完全无序完全无序:基本不存在基本不存在微观不均匀微观不均匀偏聚偏聚:A-AA-A原子间结合能大于原子间结合能大于A-BA-B原子间结合能原子间结合能部分有序部分有序:有序分布在短距离小范围内存在有序分布在短距离小范围内存在短程有序短程有序完全有序完全有序:全部达到有序分布状态全部达到有序分布状态长程有序长程有序,原子达到一定原子分数原子达到一定原子分数n有有序序固固溶溶体体:溶溶质质原原子子呈呈完完全全有有序序分分布布的的固固溶溶体体.第10页/共53页2023/3/1612

14、2.1 2.1 固溶体固溶体有序固溶体有序固溶体n n有有有有 序序序序化化化化:n有序固溶体有确定的化学成分有序固溶体有确定的化学成分nCu-Au合金合金:n有序化温度有序化温度:有序化临界转变温度有序化临界转变温度.有有 序序 固固 溶溶体体无序固溶体无序固溶体加热加热冷却冷却第11页/共53页2023/3/16132.1 2.1 固溶体固溶体固溶体的性能固溶体的性能n n点阵常数改变点阵常数改变点阵常数改变点阵常数改变n n产生固溶强化产生固溶强化产生固溶强化产生固溶强化n n现现现现象象象象:固固固固溶溶溶溶体体体体的的的的强强强强度度度度和和和和硬硬硬硬度度度度高高高高于于于于纯纯纯

15、纯组组组组元元元元,塑塑塑塑性性性性则则则则较较较较低低低低.n n固固固固溶溶溶溶强强强强化化化化:由由由由于于于于溶溶溶溶质质质质原原原原子子子子的的的的溶溶溶溶入入入入而而而而引引引引起起起起的的的的强强强强化化化化效效效效应应应应.n n特点及规律特点及规律特点及规律特点及规律:n n间间间间隙隙隙隙固固固固溶溶溶溶体体体体的的的的强强强强化化化化效效效效果果果果高高高高于于于于置置置置换换换换固固固固溶溶溶溶体体体体，前前前前者者者者产产产产生生生生柯柯柯柯氏氏氏氏气气气气团团团团,后后后后者者者者主要靠有序强化主要靠有序强化主要靠有序强化主要靠有序强化.n n溶溶溶溶质质质质和和和

16、和溶溶溶溶剂剂剂剂原原原原子子子子尺尺尺尺寸寸寸寸相相相相差差差差越越越越大大大大,固固固固溶强化越显著溶强化越显著溶强化越显著溶强化越显著;n n固溶度越小固溶度越小固溶度越小固溶度越小,固溶强化效果越强固溶强化效果越强固溶强化效果越强固溶强化效果越强.n n物理、化学性能改变物理、化学性能改变物理、化学性能改变物理、化学性能改变第12页/共53页2023/3/16142.2 2.2 金属间化合物金属间化合物n n金属间化合物金属间化合物:由金属与金属或由金属与金属或金属与类金属元素之间形成的金属与类金属元素之间形成的化合物化合物,也称为中间相也称为中间相.n n分类：分类：n n正常价化合

17、物正常价化合物正常价化合物正常价化合物符合原子价规则符合原子价规则符合原子价规则符合原子价规则的化合物的化合物的化合物的化合物.n n电子化合物电子化合物电子化合物电子化合物(电子相电子相电子相电子相)电子浓度电子浓度电子浓度电子浓度起主要作用起主要作用起主要作用起主要作用,不不不不 符合原子价规符合原子价规符合原子价规符合原子价规则则则则.n n间隙化合物间隙化合物间隙化合物间隙化合物尺寸因素起主要作尺寸因素起主要作尺寸因素起主要作尺寸因素起主要作用用用用.n n主要影响因素主要影响因素:n n电负性、电子浓度、原子尺寸电负性、电子浓度、原子尺寸电负性、电子浓度、原子尺寸电负性、电子浓度、原

18、子尺寸第13页/共53页2023/3/16152.2 2.2 金属间化合物金属间化合物正常价化正常价化正常价化正常价化合物合物合物合物n n形形形形成成成成:金金金金属属属属元元元元素素素素+A,A,A,VIIAA,VIIA族族族族元元元元素素素素构构构构成成成成,电电电电负性差起主要作用负性差起主要作用负性差起主要作用负性差起主要作用,对对对对A AmmB Bn n有有有有:memec c=n n(8-(8-e eA A).).n n键键键键型型型型：随随随随电电电电负负负负性性性性差差差差的的的的减减减减小小小小，分分分分别别别别形形形形成成成成离离离离子子子子键键键键、共价键、金属键共价

19、键、金属键共价键、金属键共价键、金属键;电负性差越大电负性差越大电负性差越大电负性差越大,稳定性越高稳定性越高稳定性越高稳定性越高.n n组成：组成：组成：组成：ABAB或或或或A A2 2B B(ABAB2 2)两种两种两种两种.ZnS第14页/共53页2023/3/16162.2 2.2 金属间化合物金属间化合物电子化合物电子化合物n n形成：形成：形成：形成：BB或过渡族金属元素与或过渡族金属元素与或过渡族金属元素与或过渡族金属元素与B,A,AB,A,A族族族族 金金金金属属属属元元元元素素素素构构构构成成成成,电电电电子子子子浓浓浓浓度度度度起起起起主要作用主要作用主要作用主要作用,不

20、不不不 符合原子价规则符合原子价规则符合原子价规则符合原子价规则.n n键型：金属键键型：金属键键型：金属键键型：金属键(金属金属金属金属金属金属金属金属).).).).n n组组组组成成成成：电电电电子子子子浓浓浓浓度度度度对对对对应应应应晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构，可可可可用用用用化化化化学学学学式式式式表表表表 示示示示.n 可形成以化合物为基的固溶体可形成以化合物为基的固溶体.n 有明显的金属特性有明显的金属特性.第15页/共53页2023/3/16172.22.2金属间化合物金属间化合物间隙化合物间隙化合物n n形成：过渡族元素形成：过渡族元素形成：过渡族元素形成：过渡族元素+

21、原子半径很小的非金属元原子半径很小的非金属元原子半径很小的非金属元原子半径很小的非金属元 素素素素,尺寸因素起主要作用。尺寸因素起主要作用。尺寸因素起主要作用。尺寸因素起主要作用。n n结构：结构：结构：结构：n n由由由由非非非非金金金金属属属属原原原原子子子子半半半半径径径径/过过过过渡渡渡渡族族族族金金金金属属属属原原原原子子子子半半半半径径径径(R RXX/R RMM)确确确确定定定定;a.a.a.a.简简简简单单单单间间间间隙隙隙隙化化化化合合合合物物物物(间间间间隙隙隙隙相相相相)：(R RXX/R RMM)0.59,)0.59)0.59且且且且(R R30%)30%),主主主主要

22、要要要是是是是铁、钴、铬、锰的化合物，结构复杂，如铁、钴、铬、锰的化合物，结构复杂，如铁、钴、铬、锰的化合物，结构复杂，如铁、钴、铬、锰的化合物，结构复杂，如FeFe3 3C C。n n组成：可用化学式表示，可形成固溶体，复杂组成：可用化学式表示，可形成固溶体，复杂组成：可用化学式表示，可形成固溶体，复杂组成：可用化学式表示，可形成固溶体，复杂 间间间间隙隙隙隙化化化化合合合合物物物物的的的的金金金金属属属属元元元元素素素素可可可可被被被被置置置置换。换。换。换。n n键型：共价键和金属键。键型：共价键和金属键。键型：共价键和金属键。键型：共价键和金属键。第16页/共53页2023/3/161

23、82.22.2金属间化合物金属间化合物特性特性n n力力学学性性能能：高高强强度度、高高硬硬度度、低塑性低塑性n n可广泛用作强化相可广泛用作强化相可广泛用作强化相可广泛用作强化相:n n正正正正常常常常价价价价化化化化合合合合物物物物及及及及电电电电子子子子化化化化合合合合物物物物有有有有色色色色金属的强化相金属的强化相金属的强化相金属的强化相;n n简简简简单单单单间间间间隙隙隙隙化化化化合合合合物物物物合合合合金金金金钢钢钢钢及及及及硬硬硬硬质质质质合合合合金中重要强化相金中重要强化相金中重要强化相金中重要强化相;n n复复复复杂杂杂杂间间间间隙隙隙隙化化化化合合合合物物物物合合合合金金

24、金金钢钢钢钢及及及及高高高高温温温温合合合合金中的强化相金中的强化相金中的强化相金中的强化相.n n物物化化性性能能：具具有有电电学学、磁磁学学、声声学学、催催化化性性质质以以及及电电子子发发射射性性质质、化化学学稳稳定定性性、热热稳稳定定性性和高温强度等和高温强度等n n已已已已经经经经或或或或正正正正在在在在用用用用于于于于半半半半导导导导体体体体材材材材料料料料、形形形形状状状状记记记记忆忆忆忆材材材材料料料料、储储储储氢氢氢氢材材材材料料料料 、耐耐耐耐热热热热材材材材料等料等料等料等.第17页/共53页2023/3/16202.3 2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相陶瓷简介陶瓷简介n n陶

25、瓷晶体的共同特点：陶瓷晶体的共同特点：n n以离子键为主，或含有一定量以离子键为主，或含有一定量以离子键为主，或含有一定量以离子键为主，或含有一定量的共价键；的共价键；的共价键；的共价键；n n有确定成分，可以用准确的分有确定成分，可以用准确的分有确定成分，可以用准确的分有确定成分，可以用准确的分子式表示；子式表示；子式表示；子式表示；n n具有典型的非金属性质。具有典型的非金属性质。具有典型的非金属性质。具有典型的非金属性质。n陶瓷的基本相：晶体相陶瓷的基本相：晶体相(主晶相主晶相)决定决定陶瓷的力学及理化性能。陶瓷的力学及理化性能。第19页/共53页2023/3/16212.3 2.3 陶

26、瓷晶体相陶瓷晶体相氧化物结构氧化物结构n氧化物陶瓷是典型的离子化合物；氧化物陶瓷是典型的离子化合物；n n分类：分类：n nABAB型型型型NaClNaCl结构结构结构结构;n nABAB2 2型型型型CaFCaF2 2结构结构结构结构;n nA A2 2B B3 3型型型型AlAl2 2OO3 3结构结构结构结构;n nABOABO3 3型型型型CaTiOCaTiO3 3结构结构结构结构;n nABAB2 2OO4 4型型型型MgAlMgAl2 2OO4 4结构。结构。结构。结构。并非一定含有氧元素并非一定含有氧元素第20页/共53页2023/3/16222.3 2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相

27、氧化物结构氧化物结构n nAB型型化合物的化合物的结构结构n阴离子按立方最阴离子按立方最紧密方式堆积，紧密方式堆积，阳离子填充于全阳离子填充于全部的八面体空隙部的八面体空隙中，阴、阳离子中，阴、阳离子的配位数都为的配位数都为6。NaCl晶体晶格晶体晶格第21页/共53页2023/3/16232.3 2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相氧化物结构氧化物结构n n立方晶系，阳离子位于立方面心的节点位置立方晶系，阳离子位于立方面心的节点位置立方晶系，阳离子位于立方面心的节点位置立方晶系，阳离子位于立方面心的节点位置上，阴离子则位于立方体内上，阴离子则位于立方体内上，阴离子则位于立方体内上，阴离子则位于立方体

28、内8 8个小立方体的中个小立方体的中个小立方体的中个小立方体的中心心心心;阳离子的配位数位阳离子的配位数位阳离子的配位数位阳离子的配位数位8 8，而阴离子的的配位，而阴离子的的配位，而阴离子的的配位，而阴离子的的配位数为数为数为数为4 4。nAB2型型化合物的化合物的结构结构萤石萤石(CaF2)结构结构晶胞结构晶胞结构第22页/共53页2023/3/16242.3 2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相氧化物氧化物结构结构Al2O3的晶体结构的晶体结构n A2B3型型化合物的化合物的结构结构BABABABA密排面堆积密排面堆积第23页/共53页2023/3/16252.3 2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相氧

29、化物结构氧化物结构 六六六六方方方方晶晶晶晶系系系系.阴阴阴阴离离离离子子子子按按按按六六六六方方方方紧紧紧紧密密密密堆堆堆堆积积积积排排排排列列列列，而而而而阳阳阳阳离离离离子子子子填填填填充充充充于于于于2/32/3的的的的八八八八面面面面体体体体空空空空隙隙隙隙，因因因因此此此此阳阳阳阳离离离离子子子子的的的的分分分分布布布布必必必必须须须须有有有有一一一一定定定定的的的的规规规规律律律律，其其其其原原原原则则则则就就就就是是是是在在在在同同同同一一一一层层层层和和和和层层层层与与与与层层层层之之之之间间间间，阳阳阳阳离离离离子子子子之之之之间间间间的的的的距距距距离离离离应应应应保保保

30、保持持持持最最最最远远远远，这这这这是是是是符合于鲍林规则的符合于鲍林规则的符合于鲍林规则的符合于鲍林规则的.密堆积结构在密堆积结构在(0001)面投影面投影第24页/共53页2023/3/16262.3 2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相硅酸盐陶瓷硅酸盐陶瓷n n硅酸盐陶瓷的结构特点硅酸盐陶瓷的结构特点n n基本结构单元：基本结构单元：基本结构单元：基本结构单元：SiOSiO4 4四面体四面体四面体四面体;n n结结结结合合合合键键键键与与与与结结结结构构构构：主主主主要要要要是是是是离离离离子子子子键键键键结结结结合合合合，含含含含一一一一定定定定比比比比例的共价键例的共价键例的共价键例的共价键

31、,硅位于氧四面体的间隙硅位于氧四面体的间隙硅位于氧四面体的间隙硅位于氧四面体的间隙;n n每每每每个个个个氧氧氧氧最最最最多多多多被被被被两两两两个个个个多多多多面面面面体体体体共共共共有有有有,氧氧氧氧在在在在两两两两个个个个四四四四面面面面体体体体之间充当桥梁作用，称为氧桥。之间充当桥梁作用，称为氧桥。之间充当桥梁作用，称为氧桥。之间充当桥梁作用，称为氧桥。第25页/共53页2023/3/16272.3 2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相硅酸盐陶瓷硅酸盐陶瓷SiO4的四面体排列的四面体排列双重的四面体单元双重的四面体单元(Si2O7)6-硅酸盐的基本结构单元硅酸盐的基本结构单元第26页/共53页

32、2023/3/16282.3 2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相硅酸盐陶瓷硅酸盐陶瓷n硅酸盐陶瓷的结构分类硅酸盐陶瓷的结构分类第27页/共53页2023/3/16292.3 2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相硅酸盐陶瓷硅酸盐陶瓷n n链链链链状状状状硅硅硅硅酸酸酸酸盐盐盐盐：Si-OSi-O团团团团共共共共顶顶顶顶连连连连接接接接成成成成一一一一维维维维结结结结构构构构，又又又又含含含含单单单单链链链链和和和和双链两类。双链两类。双链两类。双链两类。链状硅氧链状硅氧四面体四面体第28页/共53页2023/3/16302.3 2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相硅酸盐陶瓷硅酸盐陶瓷单链结构类型单链结构类型1节链节链

33、 2节链节链 3节链节链 4节链节链 5节链节链 7节链节链第29页/共53页2023/3/16312.3 2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相硅酸盐陶瓷硅酸盐陶瓷n n层层层层状状状状硅硅硅硅酸酸酸酸盐盐盐盐:Si-O:Si-O团团团团底底底底面面面面共共共共顶顶顶顶连连连连接接接接成二维结构。成二维结构。成二维结构。成二维结构。立体图立体图层面上投影图层面上投影图第30页/共53页2023/3/16322.3 2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相硅酸盐陶瓷硅酸盐陶瓷n n骨骨骨骨 架架架架 状状状状 硅硅硅硅 酸酸酸酸 盐盐盐盐:Si-O:Si-O团团团团共共共共顶顶顶顶连连连连接接接接成三维网络结构成三

34、维网络结构成三维网络结构成三维网络结构.方石英的晶体结构方石英的晶体结构870石英石英鳞石英鳞石英方石英方石英熔融态熔融态石英玻璃石英玻璃快冷快冷1470第31页/共53页2023/3/16332.4 2.4 玻璃相玻璃相n n玻璃玻璃:从液态凝固下来的、结构与液态连从液态凝固下来的、结构与液态连 续的非晶态固体。续的非晶态固体。续的非晶态固体。续的非晶态固体。n n形成条件：内部形成条件：内部黏度黏度;外部外部冷却速度冷却速度.n n结构结构:长程无序长程无序,短程有序短程有序n n多面体连续无规网络模型多面体连续无规网络模型多面体连续无规网络模型多面体连续无规网络模型;n n多面体无规密堆

35、模型多面体无规密堆模型多面体无规密堆模型多面体无规密堆模型;n n无规则线团模型无规则线团模型无规则线团模型无规则线团模型.第32页/共53页2023/3/1634石英玻璃无规网络结构石英玻璃无规网络结构石英晶石英晶体结构体结构2.4 2.4 玻璃相玻璃相n n性能特点性能特点:n n各向同性各向同性各向同性各向同性;n n无固定熔无固定熔无固定熔无固定熔点点点点;n n高强度、高强度、高强度、高强度、高耐蚀性、高耐蚀性、高耐蚀性、高耐蚀性、高导磁率。高导磁率。高导磁率。高导磁率。第33页/共53页2023/3/16352.5 2.5 分子相分子相大分子及其构成大分子及其构成1.1.基本概念基

36、本概念基本概念基本概念n n分分分分子子子子相相相相：固固固固体体体体中中中中分分分分子子子子的的的的聚聚聚聚集集集集状状状状态态态态高分子高分子高分子高分子 材料材料材料材料n n高高高高分分分分子子子子化化化化合合合合物物物物：由由由由一一一一种种种种或或或或多多多多种种种种化合物聚合化合物聚合化合物聚合化合物聚合 而而而而成成成成的的的的相相相相对对对对分分分分子子子子质质质质量量量量很很很很大大大大 的的的的化化化化合合合合物物物物,又又又又称称称称聚聚聚聚合合合合物物物物或或或或高高高高 聚物聚物聚物聚物.n高分子化合物高分子化合物第34页/共53页2023/3/16362.5 2.

37、5 分子相分子相大分子及其构成大分子及其构成2.2.高分子化合物的分类高分子化合物的分类高分子化合物的分类高分子化合物的分类n n按按按按 相相相相 对对对对 分分分分 子子子子 质质质质 量量量量：分分分分 为为为为 低低低低 分分分分 子子子子 聚聚聚聚 合合合合 物物物物(5000)(5000)(5000)(5000).(5000).(5000).(5000).n n按按按按组组组组成成成成物物物物质质质质：分分分分为为为为有有有有机机机机聚聚聚聚合合合合物物物物和和和和无无无无机机机机聚聚聚聚合合合合物物物物.n n按按按按性性性性能能能能与与与与用用用用途途途途：塑塑塑塑料料料料、橡

38、橡橡橡胶胶胶胶、纤纤纤纤维维维维、胶胶胶胶黏黏黏黏剂等剂等剂等剂等;n n按生成反应类型：加聚物、缩聚物按生成反应类型：加聚物、缩聚物按生成反应类型：加聚物、缩聚物按生成反应类型：加聚物、缩聚物;n n按物质的热行为：按物质的热行为：按物质的热行为：按物质的热行为：热塑性聚合物和热固性聚合物热塑性聚合物和热固性聚合物热塑性聚合物和热固性聚合物热塑性聚合物和热固性聚合物.第35页/共53页2023/3/16372.5 2.5 分子相分子相大分子及其大分子及其构成构成化合物化合物相对分子质量相对分子质量低低分分子子无机无机铁铁水水石英石英55.8(55.8(相对原子质量相对原子质量)1818606

39、0有机有机甲烷甲烷苯苯三硬脂酸甘油酯三硬脂酸甘油酯16167878890890高高分分子子天然天然天然纤维素天然纤维素丝蛋白丝蛋白天然橡胶天然橡胶570,000570,000150,000150,000200,000200,000500,000500,000合成合成聚氯乙烯聚氯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯尼龙尼龙666612,00012,000160,000160,00050,00050,000140,000140,00020,00020,00025,00025,000第36页/共53页2023/3/16382.5 2.5 分子相分子相大分子及其构成大分子及其构成n n聚聚聚聚合合合合

40、度度度度n n：大大大大分分分分子子子子链链链链中中中中链链链链节节节节的的的的重重重重复复复复次数次数次数次数;n n相对分子质量相对分子质量相对分子质量相对分子质量:M=mnM=mn 多多多多采采采采用用用用平平平平均均均均分分分分子子子子相相相相对对对对质量质量质量质量CH2CH2n链节链节CH2CH2CH2CH2CH2聚乙烯聚乙烯分子链分子链3.3.化学组成化学组成(以氯乙烯聚合成聚氯乙烯为例以氯乙烯聚合成聚氯乙烯为例)n单体：单体：组成高分子化合物的低分子化合物组成高分子化合物的低分子化合物;n链节：链节：组成大分子的结构单元组成大分子的结构单元:第37页/共53页2023/3/16

41、392.5 2.5 分子相分子相大分子及其构成大分子及其构成1.1.加聚反应加聚反应加聚反应加聚反应n n概概概概念念念念：由由由由一一一一种种种种或或或或多多多多种种种种单单单单体体体体相相相相互互互互加加加加成而连接成聚成而连接成聚成而连接成聚成而连接成聚 合物的反应合物的反应合物的反应合物的反应(其产物为聚合物其产物为聚合物其产物为聚合物其产物为聚合物).).).).n n组组组组成成成成：与与与与单单单单体体体体相相相相同同同同,反反反反应应应应过过过过程程程程中中中中没没没没有副产物。有副产物。有副产物。有副产物。n n分类分类分类分类:a.a.a.a.均均均均加加加加聚聚聚聚反反反

42、反应应应应：由由由由一一一一种种种种单单单单体体体体参参参参与与与与的的的的加加加加聚聚聚聚反反反反应应应应,生生生生 成均聚物。成均聚物。成均聚物。成均聚物。b.b.b.b.共共共共加加加加聚聚聚聚反反反反应应应应：由由由由两两两两种种种种或或或或两两两两种种种种以以以以上上上上单单单单体体体体参参参参与的与的与的与的 加聚反应，生成共聚物。加聚反应，生成共聚物。加聚反应，生成共聚物。加聚反应，生成共聚物。n高分子的合成高分子的合成第38页/共53页2023/3/16402.5 2.5 分子相分子相大分子及其构成大分子及其构成高分子聚乙烯的形成高分子聚乙烯的形成第39页/共53页2023/3

43、/16412.5 2.5 分子相分子相大分子及其构成大分子及其构成2.2.缩聚反应缩聚反应缩聚反应缩聚反应n n概概概概念念念念：由由由由一一一一种种种种或或或或多多多多种种种种单单单单体体体体相相相相互互互互混混混混合合合合而而而而连连连连接接接接成成成成聚聚聚聚合合合合物物物物，同同同同时时时时析析析析出出出出某某某某种低分子化合物的反应。种低分子化合物的反应。种低分子化合物的反应。种低分子化合物的反应。n n分类：分类：分类：分类：a.a.a.a.均均均均缩缩缩缩聚聚聚聚反反反反应应应应：由由由由一一一一种种种种单单单单体体体体参参参参加加加加的的的的缩缩缩缩聚聚聚聚反反反反应应应应,生

44、成均缩聚物。生成均缩聚物。生成均缩聚物。生成均缩聚物。b.b.b.b.共共共共缩缩缩缩聚聚聚聚反反反反应应应应：由由由由两两两两种种种种或或或或两两两两种种种种以以以以上上上上单单单单体体体体参参参参加的加的加的加的 缩聚反应缩聚反应缩聚反应缩聚反应,生成共缩聚物。生成共缩聚物。生成共缩聚物。生成共缩聚物。第40页/共53页2023/3/16422.5 2.5 分子相分子相大分子及其构成大分子及其构成第41页/共53页2023/3/16432.5 2.5 分子相分子相大分子及其构成大分子及其构成n n高分子化合物高分子化合物高分子化合物高分子化合物的性能特点的性能特点的性能特点的性能特点:n

45、n易呈非晶态。易呈非晶态。易呈非晶态。易呈非晶态。n n弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量和和和和强强强强度低。度低。度低。度低。n n容易老化。容易老化。容易老化。容易老化。n n密度小。密度小。密度小。密度小。n n化学稳定性好。化学稳定性好。化学稳定性好。化学稳定性好。n n性能及使用稳性能及使用稳性能及使用稳性能及使用稳定性与聚合度定性与聚合度定性与聚合度定性与聚合度有关有关有关有关.抗拉强度与聚合度的关系抗拉强度与聚合度的关系第42页/共53页2023/3/16442.5 2.5 分子相分子相高聚物的结构高聚物的结构n n 杂杂杂杂链链链链高高高高分分分分子子子子两两两两种种种种或或或

46、或两两两两种种种种以以以以上上上上原原原原子构成：子构成：子构成：子构成：n高分子链结构高分子链结构(链内结构，分子内结构链内结构，分子内结构)1)1)化学组成化学组成高聚物结构的基础高聚物结构的基础n碳链高分子碳链高分子碳原子以共价键联结而成：碳原子以共价键联结而成：n 元素有机高分子元素有机高分子无机元素无机元素(硅、钛、铝、硼等）加有机元素硅、钛、铝、硼等）加有机元素(氧等氧等)构成：构成：C C C C C C C O C C 或或N、S O Si O Si O 见表见表2-11第43页/共53页2023/3/16452.5 2.5 分子相分子相高聚物的结构高聚物的结构n n键键键键接

47、接接接方方方方式式式式取取取取决决决决于于于于单单单单体及合成反应的性质体及合成反应的性质体及合成反应的性质体及合成反应的性质n n均均均均聚聚聚聚物物物物中中中中单单单单体体体体的的的的键键键键接接接接方方方方式式式式：头头头头-尾尾尾尾连连连连接接接接,头头头头-头头头头相相相相连连连连,尾尾尾尾-尾尾尾尾相相相相连连连连,无无无无轨连接轨连接轨连接轨连接.n n共共共共聚聚聚聚物物物物中中中中单单单单体体体体的的的的连连连连接接接接方方方方式式式式:无无无无规规规规共共共共聚聚聚聚,交交交交替替替替共共共共聚聚聚聚,嵌嵌嵌嵌段段段段共共共共聚聚聚聚,接接接接枝枝枝枝共聚共聚共聚共聚.2)

48、2)结构单元的键接方式和构型结构单元的键接方式和构型二元共聚物单体的二元共聚物单体的连接方式连接方式无规共聚无规共聚交替共聚交替共聚嵌段共聚嵌段共聚接枝共聚接枝共聚第44页/共53页2023/3/16462.5 2.5 分子相分子相高聚物的结构高聚物的结构n n大大大大分分分分子子子子链链链链的的的的构构构构型型型型:化化化化学学学学键键键键链链链链接接接接结结结结构构构构单单单单元元元元构构构构成成成成 的的的的空空空空间间间间排排排排列列列列主主主主链链链链+取取取取代基代基代基代基按取代基的位置与排列规律有：按取代基的位置与排列规律有：按取代基的位置与排列规律有：按取代基的位置与排列规律

49、有：a.a.a.a.全同立构：取代基全同立构：取代基全同立构：取代基全同立构：取代基R R R R全部处于主链一侧；全部处于主链一侧；全部处于主链一侧；全部处于主链一侧；b.b.b.b.间同立构：取代基间同立构：取代基间同立构：取代基间同立构：取代基R R R R相间分布在主链两侧；相间分布在主链两侧；相间分布在主链两侧；相间分布在主链两侧；c.c.c.c.无规立构：取代基无规立构：取代基无规立构：取代基无规立构：取代基R R R R在主链两侧不规则分在主链两侧不规则分在主链两侧不规则分在主链两侧不规则分 布。布。布。布。第45页/共53页2023/3/16472.5 2.5 分子相分子相高聚

50、物的结构高聚物的结构n n线型线型线型线型n n整个分子整个分子整个分子整个分子为细长线为细长线为细长线为细长线条状；条状；条状；条状；n n分子链间分子链间分子链间分子链间无化学键无化学键无化学键无化学键相连相连相连相连n n易加工，易加工，易加工，易加工，良好的弹良好的弹良好的弹良好的弹性和塑性性和塑性性和塑性性和塑性高分子链的结构形态高分子链的结构形态3)3)大分子链的几何形状：大分子链的几何形状：第46页/共53页2023/3/16482.5 2.5 分子相分子相高聚物的结构高聚物的结构n n支化型支化型支化型支化型n n分子呈枝状，有分叉；分子呈枝状，有分叉；分子呈枝状，有分叉；分子