《高分子材料与工程基础》讲稿(1,2章).pptVIP

第一章 材料科学概论 1.1 材料与材料科学 1.2 材料结构简述 1.1 材料与材料科学 1.1.1 材料及材料化过程(材料工艺过程) 材料——具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质称为材料。 材料总是和一定的用场相联系。材料可由一种物质或若干种物质构成。同一种物质，由于制备方法或加工方法的不同，可成为用场各异的不同类型的材料。 例如：聚丙烯——聚合反应 聚丙烯塑料 ——纺丝加工 腈纶 （聚酯纤维——涤纶，聚酰胺纤维——锦纶） 材料是物质，但不是所有的物质都是材料，如燃料、化学原料、工业化学品、食品和药品，一般都不算材料，金属、陶瓷、聚合物、玻璃、木材、石头、半导体等都是材料。 由化学物质或原料转变成适应于一定用场的材料，其转变过程称为材料化过程或材料工艺过程。 1.1.2 材料的类别 1.1.2 材料的类别 金属材料 黑色金属——主要以铁—碳为基的合金，包括碳钢、合金钢、不锈钢、 铸铁。钢的性能主要由渗碳体的数量、尺寸、形状 及分布决定的。 有色金属——除铁之外的纯金属或以其为基的合金。 如铝合 金、铜合金、镁合金、钛合金等 无机材料——是由无机化合物构成的材料，其中包括如锗、硅、碳之类的单质所构成的材料。 有机材料（高分子材料）——是由脂肪族和芳香族的C—C 共价键为基本结构的高分子构成的，也 称为有机材料。高分子材料可分为天然有机材料和人工合成有机材料。  复合材料——是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质，用适当的工艺方法组合起 来，而得到的具有复合效应的多相固体材料称之为复合材料。 复合效应——是指通过复合所得的产物性能优于组成它的材料或具有新的性能特点。 如增强玻璃纤维塑料、钢筋混凝土等。 根据构成原料在复合材料中的形态，可分成基体材料和分散材料。 1.1.3 材料科学的范畴及任务 材料科学是一门以材料为研究对象，介于基础科学与应用科学之间的应用基础科学。 其研究内容： 1、从化学的角度出发，研究材料的化学组成、键性、结构与性能的关系规律； 2、从物理学角度出发，阐述材料的组成原子、分子及其运动状态与各种物性之间的关系。 在此基础上为材料的合成、加工工艺及应用提出科学依据。 1．2材料结构简述 宏观组织结构——是用肉眼或放大镜能观察到的晶粒、相的集合状态。 显微组织结构（亚微观结构）——是借助光学显微镜、电子显微镜可观察到的晶粒、相的集合状态或材料内部的微区结构,其尺寸约为10-7-10-4m。 微观结构——比显微组织结构更细的一层结构。包括原子及分子结构以及原子和分子的排列结构。 1．2．1 原子结构 原子组成： 原子核——由中子及带正电的质子组成 围绕原子核的电子组成 原子的质量主要集中在原子核，电子的质量可忽略。 原子结构一般都是指原子的电子结构。 根据量子力学原理，在原子内，电子具有不连续的能级，每个电子的能级和状态由四个量子数决定，即： 主量子数（电子层数） 角量子数（电子亚层和电子云形状） 磁量子数（电子云在空间伸展方向） 自旋量子数（电子自旋） 1.2.1.1电子的运动状态 电子层:是按电子出现几率最大的地方离核的远近来划分的,通常用K、L、M、N、O、P、Q等表示，也可用第1层、第2层、…等表示。 电子亚层：属于同一电子层的各个电子所处的能级有差别，根据这些差别把一个电子层划分为一个或一个以上的的电子亚层，用s、p、d、f等表示，能级高低顺序是：spdf 电子云在空中的伸展方向：s亚层1个方向，p亚层3个方向，d亚层5个方向，f亚层7个方向 电子的自旋：电子的自旋方向有两种，即顺时针和逆时针，用↑和↓表示。 1.2.1.1电子的运动状态 泡利(W.Pauli)不相容原理： 一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子。 如果有两个电子处于电子层、电子云的形状和空间伸展方向都相同的轨道，那么他们的自旋方向必然相反。 因此每个轨道最多只能容纳2个电子。 1.2.1.2原子核外电子的分布与周期系 电子能级的高低顺序： 1s2s2p3s3p4s3d4