固体中的相结构.ppt

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1、固体中的相结构现在学习的是第1页，共44页 虽虽然然纯纯金属在工金属在工业业上上获获得了一定的得了一定的应应用，但由于其性用，但由于其性能的局限性，不能能的局限性，不能满满足各种使用足各种使用场场合的要求。合的要求。以以强强度度为为例，例，纯纯金属的金属的强强度一般都很低，如度一般都很低，如铁铁的拉伸的拉伸强强度度约为约为200 MN/m2，而，而铝还铝还不到不到100 MN/m2，显显然都不适然都不适合用作合用作结结构材料；构材料；如何改如何改变变和提高金属材料的性能？和提高金属材料的性能？实实践践证证明，合金化明，合金化是最主要的途径。因此，目前是最主要的途径。因此，目前应应用的金属材料用

2、的金属材料绝绝大多数大多数是合金。是合金。现在学习的是第2页，共44页几个基本概念：几个基本概念：合金合金：一种金属元素与另一种或几种其它元素（金属或非金属），：一种金属元素与另一种或几种其它元素（金属或非金属），通过熔炼或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质。通过熔炼或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质。与纯金属比，合金的力学性能高得多且种类多。与纯金属比，合金的力学性能高得多且种类多。组元组元：组成合金独立的、最基本的单元。：组成合金独立的、最基本的单元。组元包括组元包括 二元合金二元合金：由两个组元组成的合金。：由两个组元组成的合金。由由给给定定组组元元可可以以配配制制

3、成成一一系系列列成成分分不不同同的的合合金金，这这些些合合金金组组成成一一个个合合金金系系统统，称称为为合合金金系系，两两个个组组元元组组成成的的为为二二元元系系，三三个个组组元元组组成的为三元系，更多组元组成的称为多元系。成的为三元系，更多组元组成的称为多元系。合金的组成元素合金的组成元素稳定化合物：固定的熔点和成分，不易分解。稳定化合物：固定的熔点和成分，不易分解。现在学习的是第3页，共44页 相相：在在任任一一给给定定的的物物质质系系统统中中，具具有有同同一一化化学学成成分分、同同一一原原子子聚聚集集状状态态和和性性质质，并并与与其其它它部部分分有有明明显显界界面面分分开开的的均均匀匀组

4、组成部分。成部分。多多数数金金属属在在液液态态各各组组成成元元素素之之间间无无限限互互溶溶，故故液液态态只只有有单单一一的的液液相相（L），固固态态物物质质可可以以是是单单相相，也也可可以以是是多多相相。固固体体中中的的相相从从结结构构上上可可将将其其分分为为固固溶溶体体、化化合合物物、陶陶瓷瓷晶晶体体相相、玻玻璃璃相相及及分分子子相相等等5类类。固固态态合合金金中中有有两两类基本相类基本相 固溶体和化合物。固溶体和化合物。现在学习的是第4页，共44页2.1 固溶体固溶体2.1.1 什么是固溶体什么是固溶体 固溶体固溶体：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀：合金组元通过溶解形成一种成分和性

5、能均匀的，且结构与组元之一相同的固相。习惯以的，且结构与组元之一相同的固相。习惯以、表示。表示。与合金晶体结构相同的元素称溶剂。其它元素称溶质。与合金晶体结构相同的元素称溶剂。其它元素称溶质。溶质原子在溶剂中的最大含量（即极限溶解度）称为固溶质原子在溶剂中的最大含量（即极限溶解度）称为固溶度（摩尔分数）。溶度（摩尔分数）。现在学习的是第5页，共44页2.1.2 固溶体的分固溶体的分类类 （1）按溶质质点在溶剂晶格中的）按溶质质点在溶剂晶格中的位置来划分：位置来划分：a、置换固溶体：溶质原子取代溶、置换固溶体：溶质原子取代溶剂原子的位置，但整个结构仍然是溶剂原子的位置，但整个结构仍然是溶剂的晶体

6、结构。剂的晶体结构。b、间隙固溶体：溶质原子位于、间隙固溶体：溶质原子位于溶剂原子的间隙位置中。形成间溶剂原子的间隙位置中。形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金属元素，如较小的非金属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过渡族元等，而溶剂元素一般是过渡族元素。形成间隙固溶体的一般规律素。形成间隙固溶体的一般规律为为r质质/r剂剂0.59。置置换换固溶体示意固溶体示意图图 间隙固溶体示意图间隙固溶体示意图现在学习的是第6页，共44页 （2）按溶质在溶剂中的溶解度分类）按溶质在溶剂中的溶解度分类 a、有限固溶体：在一定的条件下，溶质在固溶体中存在一极限浓度，、有

7、限固溶体：在一定的条件下，溶质在固溶体中存在一极限浓度，如超过此浓度则有其它相形成。如超过此浓度则有其它相形成。b、无限固溶体：溶质可以任意比例溶入到溶剂中，最高可达、无限固溶体：溶质可以任意比例溶入到溶剂中，最高可达100%。（。（只能是置换固溶体只能是置换固溶体）形成无限固溶体的几个必要条件：形成无限固溶体的几个必要条件：溶质和溶剂的原子尺寸差极小（在周期表中位置相邻）；溶质与溶质和溶剂的原子尺寸差极小（在周期表中位置相邻）；溶质与溶剂的晶体结构类型相同；溶质和溶剂的负电性相近；只有一价元素溶剂的晶体结构类型相同；溶质和溶剂的负电性相近；只有一价元素或（在计算电子浓度时当作或（在计算电子浓

8、度时当作0价）过渡族金属元素，才有可能与一价）过渡族金属元素，才有可能与一价金属元素（溶剂）形成无限固溶体。价金属元素（溶剂）形成无限固溶体。现在学习的是第7页，共44页 （3）根据各组元分布的规律性划分）根据各组元分布的规律性划分 a、有序固溶体：溶质原子在固溶体中有规律的分布。（、有序固溶体：溶质原子在固溶体中有规律的分布。（只能只能是置换固溶体是置换固溶体）b、无序固溶体：溶质原子在固溶体中无规律的分布。、无序固溶体：溶质原子在固溶体中无规律的分布。当同类原子间的结合能小于异类原子间的结合能时，溶质原子当同类原子间的结合能小于异类原子间的结合能时，溶质原子会呈部分有序分布；此时若溶质原子

9、达到一定的原子分数时，则会呈部分有序分布；此时若溶质原子达到一定的原子分数时，则会呈完全有序分布，即形成有序固溶体。可见有序固溶体有确定会呈完全有序分布，即形成有序固溶体。可见有序固溶体有确定的化学成分，可用化学式表示。的化学成分，可用化学式表示。当有序固溶体加热至某一临界温度时，将转变为无序固溶体；而缓慢当有序固溶体加热至某一临界温度时，将转变为无序固溶体；而缓慢冷却至这一温度时，又可转变为有序固溶体。这一转变过程称为有序化，冷却至这一温度时，又可转变为有序固溶体。这一转变过程称为有序化，临界转变温度称为有序化温度。临界转变温度称为有序化温度。现在学习的是第8页，共44页 形成固溶体时，虽然

10、仍形成固溶体时，虽然仍保持溶剂的晶体结构，但保持溶剂的晶体结构，但由于溶质原子的大小与溶由于溶质原子的大小与溶剂不同，形成固溶体时必剂不同，形成固溶体时必然产生晶格畸变（或称点然产生晶格畸变（或称点阵畸变），导致固溶强化，阵畸变），导致固溶强化，故固溶体的综合机械性能故固溶体的综合机械性能较好，主要作为合金的基较好，主要作为合金的基本相而存在。本相而存在。2.1.3 固溶体的性能固溶体的性能 现在学习的是第9页，共44页 (1)在在形形成成间间隙隙固固溶溶体体时时，晶晶格格常常数数总总是是随随溶溶质质原原子子的的溶入而增大。溶入而增大。(2)形形成成置置换换固固溶溶体体时时，若若溶溶质质原原子

11、子比比溶溶剂剂原原子子大大，则则溶溶质质原原子子周周围围晶晶格格发发生生膨膨胀胀，平平均均晶晶格格常常数数增增大大；反反之之，若若溶溶质质原原子子较较小小，则则溶溶质质原原子子周周围围晶晶格格发发生生收收缩缩，使使固固溶溶体体的平均晶格常数减小。的平均晶格常数减小。(3)间间隙隙式式溶溶质质原原子子的的强强化化效效果果般般要要比比置置换换式式溶溶质质原原子子更更显显著。著。(4)溶溶质质原原子子溶溶入入造造成成的的晶晶格格畸畸变变使使塑塑性性变变形形抗抗力力增增加加，位位错错移移动动困困难难，因因而而使使固固溶溶体体的的强强度度、硬硬度度提提高高，塑塑性性和和韧韧性性有有所所下降，下降，这这种

12、种现现象称象称为为固溶固溶强强化化。(5)固溶固溶强强化是提高金属材料机械性能的重要途径之一。化是提高金属材料机械性能的重要途径之一。现在学习的是第10页，共44页2.2 2.2 金属金属间间化合物化合物 金属间化合物金属间化合物：金属与金属，或金属与类金属之间所形成：金属与金属，或金属与类金属之间所形成的晶格类型及性能与任一组元均不相同的固相。具有金属特的晶格类型及性能与任一组元均不相同的固相。具有金属特性。性。它们在二元相图上所处的位置总是在两个端际固溶体之间它们在二元相图上所处的位置总是在两个端际固溶体之间的中间部位，所以将它们统称为的中间部位，所以将它们统称为中间相中间相。其性能不同于

13、组其性能不同于组元，往往有明显的改变；中间相通常是按一定的或大致元，往往有明显的改变；中间相通常是按一定的或大致一定的原子比结合起来一定的原子比结合起来,可用化学分子式来表示。但是可用化学分子式来表示。但是除正常价化合物外，大多数中间相除正常价化合物外，大多数中间相其成分可在一个范围内其成分可在一个范围内变化，其变化，其分子式不遵循化学价规则，分子式不遵循化学价规则，因此化学式只表示其大因此化学式只表示其大致成分。致成分。现在学习的是第11页，共44页2.2.1 2.2.1 正常价化合物正常价化合物 金属与化学元素周期表中一些电负性较强的金属与化学元素周期表中一些电负性较强的 A、A、A族元素

14、，按照化学上的原子价规律所形成的化合物，称为族元素，按照化学上的原子价规律所形成的化合物，称为正常价化合物。它们的成分可以用分子式来表达，如正常价化合物。它们的成分可以用分子式来表达，如Mg2Si、Mg2Sn、ZnS、ZnSe等。等。这些化合物的稳定性与组元间电负性差有关，电负性差越大，这些化合物的稳定性与组元间电负性差有关，电负性差越大，化合物越稳定，越趋于离子键结合。电负性差越小，化合物越化合物越稳定，越趋于离子键结合。电负性差越小，化合物越不稳定，越趋于金属键结合。不稳定，越趋于金属键结合。正常价化合物包括从离子键、共价键过渡到金属键为主的一正常价化合物包括从离子键、共价键过渡到金属键为

15、主的一系列化合物。系列化合物。正常价化合物通常具有较高的硬度和脆性。正常价化合物通常具有较高的硬度和脆性。固溶度范围固溶度范围极小，在相图上为一条垂直线。极小，在相图上为一条垂直线。现在学习的是第12页，共44页表 一些正常价化合物及其晶体结构类型现在学习的是第13页，共44页2.2.2 电电子化合物（子化合物（电电子相）子相）电子化合物不遵循原子价规律，而是按照一定的电子浓度组成一定晶体电子化合物不遵循原子价规律，而是按照一定的电子浓度组成一定晶体结构的化合物。结构的化合物。在相图上占有一成分范围，结合性质为金属键，有明在相图上占有一成分范围，结合性质为金属键，有明显的金属特性。显的金属特性

16、。电子化合物的特点是：凡具有相同的电子浓度，则该相的电子化合物的特点是：凡具有相同的电子浓度，则该相的晶体结构类型相同。亦即结构稳定性，主要取决于电子浓度因素（休姆晶体结构类型相同。亦即结构稳定性，主要取决于电子浓度因素（休姆-罗罗塞里定律）。塞里定律）。电子化合物晶体结构与合金的电子浓度有如下关系：电子化合物晶体结构与合金的电子浓度有如下关系：当电子浓度为当电子浓度为21/14时，电子化合物（一般称为时，电子化合物（一般称为相）多数是体心立方结相）多数是体心立方结构。构。当电子浓度为当电子浓度为21/13时的电子化合物具有复杂立方结构。时的电子化合物具有复杂立方结构。当电子浓度为当电子浓度为

17、21/12时，形成具有密排六方结构的电子化合物，称为时，形成具有密排六方结构的电子化合物，称为相。相。现在学习的是第14页，共44页2.2.3 间隙型化合物间隙型化合物 过渡族金属能与原子半径比较小的非金属元素过渡族金属能与原子半径比较小的非金属元素C、N、H、O、B等形成化合物，等形成化合物，其特点是半径较大的过渡族元素的原子占据新晶格其特点是半径较大的过渡族元素的原子占据新晶格的结点位置，而半径较小的非金属元素的原子则有规律地嵌入晶格的空的结点位置，而半径较小的非金属元素的原子则有规律地嵌入晶格的空隙中。隙中。当金属（当金属（M）与非金属（）与非金属（X）的原子半径比值）的原子半径比值RX

18、/RM0.59且电负且电负性差较大时，化合物具有比较简单的晶体结构，称为间隙相（若性差较大时，化合物具有比较简单的晶体结构，称为间隙相（若RX/RM0.59且电负性差较小时，可形成间隙固溶体）；且电负性差较小时，可形成间隙固溶体）；而当而当RX/RM0.59且电负性差较大时，形成具有复杂结构的化合物，且电负性差较大时，形成具有复杂结构的化合物，称为复杂间隙化合物。称为复杂间隙化合物。现在学习的是第15页，共44页间隙相的主要特点：间隙相的主要特点：a.在间隙相中金属原子组成简单点阵类型的结构，此结构与其在间隙相中金属原子组成简单点阵类型的结构，此结构与其为纯金属时的结构不相同。为纯金属时的结构

19、不相同。b.间隙相的一般可以用简单的化学式来表达，而且一定间隙相的一般可以用简单的化学式来表达，而且一定的化学表达式对应着一定的晶体结构类型。的化学表达式对应着一定的晶体结构类型。c.尽管间隙相可以用简单的化学式表示，但大多数间隙相的尽管间隙相可以用简单的化学式表示，但大多数间隙相的成分可以在一定范围内变化。成分可以在一定范围内变化。间隙相具有极高硬度和熔点，但很脆，间隙相具有极高硬度和熔点，但很脆，是硬质合金和高是硬质合金和高温金属陶瓷材料的重要组成部分温金属陶瓷材料的重要组成部分。许多间隙相具有明显的。许多间隙相具有明显的金属特性：金属的光泽、较高的导电性、正的电阻温度系数。金属特性：金属

20、的光泽、较高的导电性、正的电阻温度系数。现在学习的是第16页，共44页表 间隙相举例现在学习的是第17页，共44页复杂间隙化合物：复杂间隙化合物：复杂间隙化合物具有复杂的晶体结构，它的类型较多。复杂间隙化合物具有复杂的晶体结构，它的类型较多。这类这类化合物在熔点、硬度和稳定性方面均较间隙相差。化合物在熔点、硬度和稳定性方面均较间隙相差。一般在合金钢中，常出现的复杂间隙化合物有一般在合金钢中，常出现的复杂间隙化合物有M3C型、型、M7C3型、型、M23C6、M6C等。等。式中式中M可表示一种元素，也可以表示有几种金属元素可表示一种元素，也可以表示有几种金属元素固溶在内。例如，在渗碳体固溶在内。例

21、如，在渗碳体Fe3C中，一部分中，一部分Fe原子若被原子若被Mn原子置换，则形成合金渗碳体（原子置换，则形成合金渗碳体（Fe，Mn）3C；而；而Cr23C6中往往溶入中往往溶入Fe、Mo、W等元素，或写成（等元素，或写成（Cr，Fe，Mo，W）23C6；同样，；同样，Fe3W3C中能溶入中能溶入Ni、Mo等元素，成为等元素，成为（Ni，Fe）3（W，Mo）3C。现在学习的是第18页，共44页2.2.4 金属化合物的特性金属化合物的特性 共性：极高的硬度、较高的熔点，脆性大。因为除共性：极高的硬度、较高的熔点，脆性大。因为除金属键外，还含有较多的离子键及共价键的成分。故金属键外，还含有较多的离子

22、键及共价键的成分。故绝大多数的工程材料将金属化合物作为强化合金的第绝大多数的工程材料将金属化合物作为强化合金的第二相。二相。弥散强化弥散强化：金属化合物硬而脆，当其以极小的粒子均匀：金属化合物硬而脆，当其以极小的粒子均匀分布在固溶体基体上时，使合金的强度、硬度提高，而塑性、分布在固溶体基体上时，使合金的强度、硬度提高，而塑性、韧性降低不多的现象。韧性降低不多的现象。弥散强化是提高金属材料机械性能的重要途径之一。弥散强化是提高金属材料机械性能的重要途径之一。现在学习的是第19页，共44页2.3 陶瓷晶体相陶瓷晶体相 晶体相是组成陶瓷的基本相，也称主晶相。它往往决定陶瓷的力学、物理、晶体相是组成陶

23、瓷的基本相，也称主晶相。它往往决定陶瓷的力学、物理、化学性能。化学性能。陶瓷是以离子键或共价键为主的离子晶体或共价晶体。氧化物结构陶瓷是以离子键或共价键为主的离子晶体或共价晶体。氧化物结构和硅酸盐结构是陶瓷晶体中最重要的两类结构。它们的共同特点：和硅酸盐结构是陶瓷晶体中最重要的两类结构。它们的共同特点：（1）结合键主要是离子键，或含有一定比例的共价键；）结合键主要是离子键，或含有一定比例的共价键；（2）有确定的成分，可以用准确的分子式表示；）有确定的成分，可以用准确的分子式表示；（3）具有典型的非金属性质等。）具有典型的非金属性质等。陶瓷氧化物都具有典型离子化合物的结构，这在陶瓷氧化物都具有典

24、型离子化合物的结构，这在1.2.2.2中已介绍，下面主中已介绍，下面主要介绍硅酸盐结构。要介绍硅酸盐结构。现在学习的是第20页，共44页2.3.2 硅酸盐结构的特点及分类硅酸盐结构的特点及分类 用于制造陶瓷材料的主要硅酸盐矿物有长石、高岭土、滑石、镁橄榄用于制造陶瓷材料的主要硅酸盐矿物有长石、高岭土、滑石、镁橄榄石等。在所有的硅酸盐结构中起决定作用的是硅石等。在所有的硅酸盐结构中起决定作用的是硅-氧间的结合。氧间的结合。2.3.2.1硅酸盐结构的特点硅酸盐结构的特点 1)1)结构是以硅氧四面体为结构基础；结构是以硅氧四面体为结构基础；2)2)硅硅-氧间的结合不只是离子键，还有一定的共价键成分。

25、每个四氧间的结合不只是离子键，还有一定的共价键成分。每个四面体的氧原子外层只有面体的氧原子外层只有7 7个电子，故为个电子，故为-1-1价，还能和其他金属离子键价，还能和其他金属离子键合；合；3)3)结构中结构中SiSi4+4+间没有直接的键间没有直接的键,它们是通过它们是通过O O2-2-连接起来的；连接起来的；4)4)每一个每一个O O2-2-只能连接只能连接2 2个硅氧四面体，此时其外层电子数恰好达到个硅氧四面体，此时其外层电子数恰好达到8 8；5)5)硅氧四面体只能共顶连接硅氧四面体只能共顶连接,而不能共棱和共面连接而不能共棱和共面连接。现在学习的是第21页，共44页2.3.2.2 硅

26、酸盐结构的分类硅酸盐结构的分类 按照按照SiO4四面体在空间的组合，可将硅酸盐分成四类：岛状结构、四面体在空间的组合，可将硅酸盐分成四类：岛状结构、链状结构、层状结构、骨架状结构。链状结构、层状结构、骨架状结构。1）岛状结构（含有有限硅氧团的硅酸盐）岛状结构（含有有限硅氧团的硅酸盐）a、含孤立有限硅氧团的硅酸盐，孤立硅氧四面体指四面体之间不通、含孤立有限硅氧团的硅酸盐，孤立硅氧四面体指四面体之间不通过离子键或共价键结合。过离子键或共价键结合。硅氧四面体中氧为硅氧四面体中氧为-1价，单个硅氧四面体为价，单个硅氧四面体为-4价，硅氧四面体价，硅氧四面体可与其它正离子键合使化合价达到饱和。可与其它正

27、离子键合使化合价达到饱和。b、含成对有限硅氧团和环状有限硅氧团的硅酸盐。硅氧四面体、含成对有限硅氧团和环状有限硅氧团的硅酸盐。硅氧四面体可成对连接，或连成封闭环。可成对连接，或连成封闭环。现在学习的是第22页，共44页现在学习的是第23页，共44页2 2）链状结构）链状结构 大量大量SiOSiO4 4四面体通过共顶连接形成的一维结构，分单四面体通过共顶连接形成的一维结构，分单链结构和双链结构。链结构和双链结构。链状硅氧四面体链状硅氧四面体(a)单链单链 (b)双链双链现在学习的是第24页，共44页 单链结构按一维方向的周期性分为单链结构按一维方向的周期性分为1 1，2 2，3 3，4 4，5

28、5，7 7节节链。链。单链结构类型单链结构类型现在学习的是第25页，共44页 3 3）层状结构）层状结构 由大量底面在同一平面上的硅氧四面体通过在该平面上共顶连接形成的由大量底面在同一平面上的硅氧四面体通过在该平面上共顶连接形成的具有六角对称的二维结构。具有六角对称的二维结构。层状硅酸盐中的硅氧四面体层状硅酸盐中的硅氧四面体(a)立体图立体图 (b)在层面上的投影图在层面上的投影图现在学习的是第26页，共44页4）骨架状结构）骨架状结构 骨架状结构是以四面体作为结构的基础。硅氧四面体骨架状结构是以四面体作为结构的基础。硅氧四面体4个个顶点均与相邻硅氧四面体的顶点相邻，并向三维空间延伸形顶点均与

29、相邻硅氧四面体的顶点相邻，并向三维空间延伸形成架状结构。成架状结构。方石英的晶体结构方石英的晶体结构现在学习的是第27页，共44页2.4 玻璃相玻璃相 非晶态物质包括玻璃、凝胶、非晶态金属和合金（金非晶态物质包括玻璃、凝胶、非晶态金属和合金（金属玻璃）、非晶态半导体、无定型碳及某些聚合物等。属玻璃）、非晶态半导体、无定型碳及某些聚合物等。玻璃玻璃：从液态凝固，结构与液态相似的连续的非晶态：从液态凝固，结构与液态相似的连续的非晶态固体。熔融态向玻璃态转化的过程是可逆的与渐变的。固体。熔融态向玻璃态转化的过程是可逆的与渐变的。形成玻璃的内部条件是黏度，外部条件是冷却速度。形成玻璃的内部条件是黏度，

30、外部条件是冷却速度。现在学习的是第28页，共44页 玻璃的结构：无规则网络学说认为，物质的玻璃态结构玻璃的结构：无规则网络学说认为，物质的玻璃态结构与晶体结构相似，是由离子多面体组成的空间网络；晶体与晶体结构相似，是由离子多面体组成的空间网络；晶体结构网是由多面体无数次有规律重复而构成，而玻璃体结结构网是由多面体无数次有规律重复而构成，而玻璃体结构中的多面体重复没有规律性。构中的多面体重复没有规律性。SiO2的结构的结构(a)石英晶体结构石英晶体结构 (b)石英玻璃无规网络结构石英玻璃无规网络结构现在学习的是第29页，共44页2.5 2.5 分子相分子相 分子相：指固体中分子的聚集状态，它决定

31、了分子固体分子相：指固体中分子的聚集状态，它决定了分子固体的微观结构。的微观结构。高分子材料：分子量特别大的有机化合物的总称，也高分子材料：分子量特别大的有机化合物的总称，也称聚合物或高聚物。称聚合物或高聚物。从聚合物分子结构可分为：线型聚合物和三维网型聚合从聚合物分子结构可分为：线型聚合物和三维网型聚合物物 从聚合物受热时行为可分为：热塑性聚合物和热固性聚合从聚合物受热时行为可分为：热塑性聚合物和热固性聚合物物现在学习的是第30页，共44页2.5.1 2.5.1 大分子及其构成大分子及其构成2.5.1.1 2.5.1.1 巨大分子及相对分子质量巨大分子及相对分子质量 通常，相对分子质量小于通

32、常，相对分子质量小于500500的称为低分子物质，相对分子质量大于的称为低分子物质，相对分子质量大于50005000的称为高分子物质。的称为高分子物质。合成高分子化合物的低分子化合物称作合成高分子化合物的低分子化合物称作单体单体。如由乙烯合成聚乙烯如由乙烯合成聚乙烯:CH2=CH2+CH2=CH2+-CH2-CH2-CH2-CH2-,CH2CH2 n 可简写成可简写成 n CH2=CH2 。聚合物的分子为很长的链条，称为聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链大分子链。CH2CH2 n 大分子链中重复结构单元大分子链中重复结构单元(如聚乙烯中如聚乙烯中 )称为称为链链节节。聚乙烯分子链聚乙烯分子

33、链现在学习的是第31页，共44页 链节的结构和成分代表高聚物的结构和成分。当高聚物链节的结构和成分代表高聚物的结构和成分。当高聚物只由一种单体组成时，单体的结构即为链节的结构，也就只由一种单体组成时，单体的结构即为链节的结构，也就是整个高聚物的结构。是整个高聚物的结构。链节的重复次数称为链节的重复次数称为聚合度聚合度。一个大分子链的相对分子。一个大分子链的相对分子质量质量M，应该是它的链节的相对分子质量，应该是它的链节的相对分子质量m和聚合度和聚合度n的乘积，的乘积，即即M=Nm。高聚物的性能及使用时的稳定性是随着分子大小不同高聚物的性能及使用时的稳定性是随着分子大小不同而变化。而变化。现在学

34、习的是第32页，共44页2.5.1.2 2.5.1.2 高分子的合成高分子的合成 高聚物的合成就是把单体聚合起来形成高聚物的过程，其所进行的高聚物的合成就是把单体聚合起来形成高聚物的过程，其所进行的反应为聚合反应。反应为聚合反应。常用的聚合反应有加成聚合反应（简称常用的聚合反应有加成聚合反应（简称加聚反应加聚反应）和缩合聚合反应（简称和缩合聚合反应（简称缩聚反应缩聚反应）两种。）两种。加聚反应是指一种或几种单体相互加成而连接成聚合物的反应，加聚反应是指一种或几种单体相互加成而连接成聚合物的反应，反应过程中无副产物生成，因此生成物与其单体具有相同的成分。反应过程中无副产物生成，因此生成物与其单体

35、具有相同的成分。加聚反应的单体必须具有不饱和键，以便在外界条件作用下，形加聚反应的单体必须具有不饱和键，以便在外界条件作用下，形成两个或两个以上的新键。分均聚、共聚。成两个或两个以上的新键。分均聚、共聚。缩聚反应是指一种或几种单体相互混合而连接成聚合物，同时缩聚反应是指一种或几种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出（缩去）某种低分子物质（如水、氨、醇、卤化氢等）的反析出（缩去）某种低分子物质（如水、氨、醇、卤化氢等）的反应。反应生成物成分与单体不同，反应也较复杂。分均缩聚、共应。反应生成物成分与单体不同，反应也较复杂。分均缩聚、共缩聚。缩聚。现在学习的是第33页，共44页2.5.2 2.5.2

36、 高聚物的结构高聚物的结构 高聚物的结构包括大分子的链结构和聚集态结构。高聚物的结构包括大分子的链结构和聚集态结构。链结链结构是指单个分子的结构和形态，又分为近程结构和远程构是指单个分子的结构和形态，又分为近程结构和远程结构。近程结构是指单个大分子结构单元的化学组成、结构。近程结构是指单个大分子结构单元的化学组成、链接方式和立体构型等；远程结构是指分子的大小与形链接方式和立体构型等；远程结构是指分子的大小与形态，链的柔顺性及分子的构象。聚集态结构是指高分子态，链的柔顺性及分子的构象。聚集态结构是指高分子材料整体的内部结构，即分子间的结构形式，包括晶态材料整体的内部结构，即分子间的结构形式，包括

37、晶态结构、非晶态结构等。结构、非晶态结构等。现在学习的是第34页，共44页2.5.2.1 2.5.2.1 结构单元的化学组成结构单元的化学组成 大分子链的化学组成不同，原子间共价键力就不同，高分子材料的化学大分子链的化学组成不同，原子间共价键力就不同，高分子材料的化学和物理性能也不同。和物理性能也不同。a.a.碳链大分子：主链以碳链大分子：主链以C C原子间共价键相联结原子间共价键相联结,加聚反应制得。加聚反应制得。b.b.杂链大分子：主链除杂链大分子：主链除C C原子外还有其它原子如原子外还有其它原子如O O、N N、S S等，并以共等，并以共价键联接，缩聚反应而得。价键联接，缩聚反应而得。

38、c.c.元素链大分子：主链中不含元素链大分子：主链中不含C C原子，而由原子，而由SiSi、B B、P P、AlAl、Ti Ti、AsAs等元素与等元素与O O组成，其侧链则有机基团，故组成，其侧链则有机基团，故兼具无机物的热稳定性兼具无机物的热稳定性及有机物的弹性和塑性。及有机物的弹性和塑性。现在学习的是第35页，共44页2.5.2.2 2.5.2.2 结构单元的键接方式和构型结构单元的键接方式和构型a:a:均聚物结构单元键接顺序均聚物结构单元键接顺序 结构单元在链中的连接方式和顺序决定于单体及合成反应的性结构单元在链中的连接方式和顺序决定于单体及合成反应的性质。缩聚反应的产物变化较少，结构

39、较规整；加聚反应则不然，质。缩聚反应的产物变化较少，结构较规整；加聚反应则不然，单烯类单体中，除乙烯分子是完全对称的，其结构单元在分子链单烯类单体中，除乙烯分子是完全对称的，其结构单元在分子链中的键接方法只有一种外，其它单体因有不对称原子或原子团中的键接方法只有一种外，其它单体因有不对称原子或原子团（取代基），故有三种不同的键接方式（以聚氯乙烯为例），结（取代基），故有三种不同的键接方式（以聚氯乙烯为例），结构的规整程度也不同：构的规整程度也不同：头头头头尾尾尾尾头头尾尾现在学习的是第36页，共44页b:共聚物的序列结构共聚物的序列结构 在两种以上单体的共聚物中，连接方式更为多样。按结构单元在

40、分子在两种以上单体的共聚物中，连接方式更为多样。按结构单元在分子链内排列方式的不同分为：链内排列方式的不同分为：无规无规(a)、交替、交替(b)、嵌段、嵌段(c)和接枝和接枝共聚物共聚物(d)示意图示意图现在学习的是第37页，共44页 大分子链的空间构型大分子链的空间构型是指大分子链中原子或原子团在空间是指大分子链中原子或原子团在空间的排列方式，即链结构。分子链的取代（侧）基的排列方式，即链结构。分子链的取代（侧）基R全部分布全部分布在主链的一侧，称为在主链的一侧，称为全同立构全同立构；取代基；取代基R相间地分布在主链相间地分布在主链的两侧，称为的两侧，称为间同立构间同立构；取代基；取代基R无

41、规则地分布在主链的两无规则地分布在主链的两侧，称为侧，称为无规立构无规立构。分子链的空间构型对高分子材料的性能有显著影响。成分分子链的空间构型对高分子材料的性能有显著影响。成分相同的聚合物，全同立构和间同立构者容易结晶，具有较好相同的聚合物，全同立构和间同立构者容易结晶，具有较好性能，其硬度、相对密度、软化温度及熔点都较高；而无规性能，其硬度、相对密度、软化温度及熔点都较高；而无规立构者不易结晶，性能较差，易软化。立构者不易结晶，性能较差，易软化。现在学习的是第38页，共44页 聚丙烯的立体构型聚丙烯的立体构型(a)全同立构全同立构 (b)间同立构间同立构 (c)无规立构无规立构 (d)形象化

42、示意图，形象化示意图，M代表单体代表单体现在学习的是第39页，共44页2.5.2.3 大分子链的几何形状大分子链的几何形状 大分子链的形状有大分子链的形状有线型线型、支化型支化型和和体型（网型或交联型）体型（网型或交联型）三类。三类。线型分子链如同一根细长的铁丝，可以蜷曲成团，也可以伸展线型分子链如同一根细长的铁丝，可以蜷曲成团，也可以伸展成直线，这取决于分子本身的柔顺性及外部条件。成直线，这取决于分子本身的柔顺性及外部条件。支化型分子链是在线型大分子主链上有一些或长或短的小支链，整支化型分子链是在线型大分子主链上有一些或长或短的小支链，整个大分子呈树枝状。支化高分子材料的化学性质与线型分子相

43、似，但个大分子呈树枝状。支化高分子材料的化学性质与线型分子相似，但由于存在支链，分子链之间不易形成规则排列，难于完全结晶为晶体，由于存在支链，分子链之间不易形成规则排列，难于完全结晶为晶体，且支链使塑性变形难以进行，对物理力学性能的影响有时相当显著。且支链使塑性变形难以进行，对物理力学性能的影响有时相当显著。体型分子链是大分子链之间通过支链或化学键连接成一个三维体型分子链是大分子链之间通过支链或化学键连接成一个三维空间网型大分子。由于网状分子链的形成，使聚合物分子间不易空间网型大分子。由于网状分子链的形成，使聚合物分子间不易相互流动，因而提高了聚合物的强度、耐热性及化学稳定性。相互流动，因而提

44、高了聚合物的强度、耐热性及化学稳定性。现在学习的是第40页，共44页 线型和支化型分子链构成的聚合物统称线型聚合物，具有高弹线型和支化型分子链构成的聚合物统称线型聚合物，具有高弹性和热塑性，即可通过加热和冷却的方法重复的软化（或熔化）性和热塑性，即可通过加热和冷却的方法重复的软化（或熔化）和硬化（或固化），故又称为热塑性聚合物；体型分子链构成的和硬化（或固化），故又称为热塑性聚合物；体型分子链构成的聚合物称为体型聚合物，具有较高的强度和热固性，即加热加压聚合物称为体型聚合物，具有较高的强度和热固性，即加热加压成形固化后，不能再加热熔化或软化，故又称为热固性聚合物。成形固化后，不能再加热熔化或软

45、化，故又称为热固性聚合物。现在学习的是第41页，共44页2.5.2.4 大分子链的构象大分子链的构象 高分子材料结构单元是通过共价键重复连接形成线型大分高分子材料结构单元是通过共价键重复连接形成线型大分子。共价键的特点是键能大，原子间距离短，两键间夹角基子。共价键的特点是键能大，原子间距离短，两键间夹角基本一定。碳本一定。碳-碳单键可以绕轴旋转，一个高分子链中有许多单碳单键可以绕轴旋转，一个高分子链中有许多单键，每个单键都能内旋转，因此，高分子在空间的形态具有键，每个单键都能内旋转，因此，高分子在空间的形态具有无穷多个；通常并不伸直的，而是卷曲起来使分子采取各种无穷多个；通常并不伸直的，而是卷

46、曲起来使分子采取各种形态，称之为无规线团，对外力有很大的适应性，表现出范形态，称之为无规线团，对外力有很大的适应性，表现出范围很广的伸缩能力。由于单键内旋转而产生的大分子链在空围很广的伸缩能力。由于单键内旋转而产生的大分子链在空间的不同形态称为间的不同形态称为大分子链的构象大分子链的构象，能有构象变化获得不同卷，能有构象变化获得不同卷曲程度的特性，即为曲程度的特性，即为大分子链的柔顺性大分子链的柔顺性。同一种分子链，分子链愈长，温度愈高，柔性增加。同一种分子链，分子链愈长，温度愈高，柔性增加。柔性大的分子链聚合物的强度、硬度和熔点较低，但弹性柔性大的分子链聚合物的强度、硬度和熔点较低，但弹性和

47、韧性较好。和韧性较好。现在学习的是第42页，共44页单键内旋示意图单键内旋示意图现在学习的是第43页，共44页2.5.2.5 2.5.2.5 大分子的聚集大分子的聚集态结态结构构 高分子材料聚集高分子材料聚集态结态结构一般分构一般分为为非晶非晶态态（分子（分子链链在空在空间间无无规则规则排列，亦排列，亦称玻璃称玻璃态态）、）、晶晶态态（分子（分子链链在空在空间规则间规则排列）。通常排列）。通常线线型聚合物在不同条型聚合物在不同条件下可能形成非晶件下可能形成非晶态态或部分晶或部分晶态态，体型聚合物由于分子，体型聚合物由于分子链间链间存在大量交存在大量交联联，分子分子链链不可能作有序排列，所以都不可能作有序排列，所以都为为非晶非晶态态。晶晶态态高聚物高聚物实际为实际为两相两相结结构，形成晶区和非晶区。晶区所占的构，形成晶区和非晶区。晶区所占的质质量分量分数即数即为结为结晶度。晶度。分子分子链链的的侧侧基分子基分子团较团较小、没有或很少有支化小、没有或很少有支化链产链产生、全同立生、全同立构或构或间间同立构及只有一种同立构及只有一种单单体体时时，分子，分子链链容易容易产产生生结结晶；由液晶；由液态态到固到固态态的冷却速度越小，越容易的冷却速度越小，越容易结结晶。晶。现在学习的是第44页，共44页