材料概论 第二章.pptVIP

第二章 材料科学与工程的四个基本要素 材料的使用依赖于材料的性能，而其性能都是 由其化学组成和结构决定的。 只有从微观上了解材料的组成、结构与性能的 关系，才能有效地选择制备和使用材料。 第二章 材料科学与工程的四个基本要素 第二章 材料科学与工程的四个基本要素 MSE四要素 组成 结构 合成与加工 性质和使用性能 工艺的影响 2.1 材料的组成 地壳中各元素的储量 材料所用的原料均取自于地壳， 地壳的90％是由O、Si、Al、Fe、Ca五种主要元素构成。 1、地壳中主要元素储量  地壳中主要元素储量 Cu、Zn、Pb的含量分别为0.0006％、0.0009％、 0.000001％，但这些元素有很强的富集能力，经富集 可达到百分之几、百分之几十。 已知矿物约有2000－3000种，最常见的有100多种。 金属、玻璃、陶瓷、高分子材料的原料大多数来自矿物。 地壳中矿物组成可分为5类： 单质矿物 90多种，占地壳总重的0.1％。Cu、Ag 、 Au、Pt、 Bi、Sb、C、S 硫化物类矿物 200多种，占地壳总重的75％。其中FexSn和H2S 占75％。 氧化物类矿物 有200多种，占地壳总重的17％。Fe、Cr、Mn、 Al、Ti、Sn、 Nb、Ta、U、Re等元素的重要 矿物。 卤化物类矿物 氢氟酸、盐酸、溴氢酸、氢碘酸所形成的盐， 阳离子主要是K+、Na+、Ca++、Mg++等。 含氧盐类矿物 占已知矿物的2/3。硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐、 钒酸盐、碳 酸盐等。 2、材料的化学组成 金属 单质、合金 如 Fe、Al、Cu、Ti 陶瓷 MOx、M(OH)x、非金属氧化物 如Al2O3、 MgO、TiO2、ZnO、SiO2、SiC、BN 水泥 SiO2－CaO－Al2O3－Fe2O3 玻璃 SiO2－CaO－Na2CO3 有机高分子 C（为主）结合H、O 还结合N、SP、Cl、F、Si等 聚合度300－2500，分子量2－16万 2.2、材料的结构  材料的结构 电负性：不同元素的原子在分子中吸引电子的能力 , 与原子的亲合能和第一电离能之和成正比 电负性与键性的关系 ▲ 电负性小的原子结合形成金属键； ▲ 电负性大的原子结合形成共价键； ▲ 电负性相差大的不同原子结合形成离子键； ▲ 电负性相差小的不同原子结合形成共价键和 离子键的混合键。 2.2.1、材料中的化学键 金属键－金属离子与自由电子相互吸引所形成的结合力。 无方向性和饱和性－电子可在晶格之间自由活动。 2.2.1、材料中的化学键 离子键－正负离子之间的引力所形成的键力。 无方向性 有饱和性，配位数高、紧密堆积 2.2.1、材料中的化学键 共价键－两个或多个原子相互吸引、 共用若干电子所形成的键力。 有方向性和饱和性 配位数低、 堆积密度低。 2.2.1、材料中的化学键 范德华键 －分子之间的作用力。 较弱，作用能在几十 kj/mol以下。 （化学键120－600kj/mol）  氢键－ 氢原子在分子中与一个原子A结合时，还与 另一个原子B结合的附加键。比范德华键略强。 如H2O、HCl  金属 金属键 无机非金属 离子键/共价键 高分子 共价键、范德华键、氢键 键合结构对材料性能的影响 键合结构对材料性能的影响 2.2.2、晶体结构 1、晶体结构 2、晶体的缺陷。 3、固溶体 4、材料的结构。 1、晶体结构 晶体－原子或原子团、离子或离子团按一定 规律呈周期性地排列构成的物质 单晶 固体 多晶