无机非金属材料结构Word下载.docx
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自由•騙氧順子
（町
图2.38层状硅氧四面体
立体图；
投影图
（3）网状结构：
该结构中硅氧四面体在三维方向上相互结合，形成网状结构，如石英，由于结合力强而质地坚硬。
7.3玻璃结构
玻璃是由熔融体过冷而形成的非晶结构透明固体材料，在结构上具有长程无序、短程有序的特点，热力学上具有亚稳性，存在熔融态向玻璃态转变的渐变性。
关于玻璃结构的理论，主要有两种学说:
（1）无规则网络学说：
玻璃是由离子多面体构成，它们之间通过公共氧搭桥作三维无规则连续排列，形成空间网络结构；
（2）晶子学说：
认为玻璃是由晶子构成，晶子是与该玻璃成分一致的晶态化合物，但尺寸远小于一般的晶粒。
有关玻璃态的形成机制，尚待进一步的研究探讨。
石英晶体结构石英跛璃结构
图2.39石英晶体与石英玻璃结构对比
石英晶体；
石英玻璃
7.4氧化物和非氧化物结构
氧化物和非氧化物的结构主要取决于：
a）阴阳离子的电荷（决定化学式）；
b）阴阳离子的半径（决定阳离子周围最近邻阴离子的配位数）。
典型的结构有：
（1）NaCI结构：
又称岩盐型结构，属于立方晶系，面心立方点阵，是典型的离子晶体，氯离子形成密堆的面心立方晶格，钠离子占据其八面体间隙，如：
NaCI,KCI,LiF,KBr,Nal,MgO,CaO,BaO等。
（2）CsCI结构：
属于立方晶系，简单立方点阵，铯离子处于氯离子的正六面体间隙位置，如：
CsCI,LiHg,LiAI,MgTI等。
（3）立方ZnS结构：
又称闪锌矿型结构，属于立方晶系，面心立方点阵，其中硫离子组成面心立方晶格，锌离子相间地占据其一半的四面体间隙，如：
ZnS,?
-SiC等。
（4）CaF2结构：
又称萤石型结构，属于立方晶系，面心立方点阵，氟离子形成简单立方点阵，钙离子有规则地相间占据一半的氟离子六面体间隙，如：
CaF2,ThO2,UO2,CeO2,ZrO2等。
（5）金红石型结构：
属于四方晶系，简单四方点阵，可近似地认为氧离子作六方密堆，钛离子占据其一半的八面体间隙位置，如：
TiO2,GeO2,MnO2等。
IT
NaCl给构
ZnS结构
GF：
结构
图2.40几种典型的氧化物和非氧化物结构
7.5无机非金属材料结构与性能的关系
无机非金属材料一般是由晶相、玻璃相和气相组成的多晶多相复合体，各部分特点是：
（1）晶相：
包括硅酸盐、氧化物和非氧化物，是材料的基本组成部分，其性质决定着该材料的性能。
（2）玻璃相：
是非晶低熔点固体，多为硅酸盐结构，主要作用是填充气孔和空隙、将分散的晶相粘接起来而降低烧结温度、抑制晶粒长大等。
（3）气孔：
一般存在于晶体内部或晶体与玻璃相之间，是裂纹的根源，导致强度降低、脆性增大，一般材料应极力避免，但对于轻质隔热、隔音材料则要求一定的气孔率。
当化学组成一定是，无机非金属材料的性能取决于:
a）晶相的种类、数量、分布，晶粒的大小、形态、取向等；
b）玻璃箱的存在于分布；
c）气孔的尺寸、数量、分布等。
8高分子材料结构
8.1高分子材料及相关的基本概念
高分子材料主要是由高分子化合物组成，高分子化合物通常由一种或几种低分子化合物聚合而成，又称高聚物。
与之相关的基本概念有：
单体：
通过聚合反应形成高分子材料的低分子化合物，主要有：
烷类（甲烷、乙烷、丙烷）、烯类（乙烯）、炔类（乙炔）等碳水化合物以及醇、醚、酸、醛、芳香烃等。
链节：
高分子材料中的重复结构单元。
聚合度：
高分子中的链节数目。
分子量：
为链接分子量与聚合度的乘积。
聚合反应：
包括加聚反应（反应过程无副产物）和缩聚反应（反应过程产生低分子化合物）。
高分子材料中的高分子链，按照化学成分的不同，可分为以下几类：
a）碳链高分子：
大分子主链全部由碳原子构成；
b）杂链高分子：
大分子主链中除了碳原子外，还包含0、N、S、P等。
c）兀素有机高分子：
大分子主链无碳原子，主要由Si、0、N、Al、B、P等原子构成，且侧链为有机取代基；
d）元素无机高分子：
大分子主链无碳原子，且侧链无有机取代基。
8.2高分子材料结构
8.2.1高分子链的结构
高分子链的结构包括空间构型、构象和形态。
（1）空间构型：
指高分子链中原子或原子团在空间的排列方式，即链结构
当分子链的侧基为氢原子时，只有一种链结构。
当分子链侧基包含其它原子或原子团时，根据其在分子链中占据位置的不同，可分为：
全同立构（其它原子或原子团只占据分子链的一侧）、间同立构（其它原子或原子团相间占据分子链的两侧）和无规立构（其它原子或原子团无规律地分布在分子链的两侧）。
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1
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丄——HH——C——®
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图2.41高分子链的三种空间构型
全通立构；
b:
简同立构；
c：
无轨立构
（2）构象：
以单键连接的原子由于热运动，两个原子可以在保持键角、键长不变的前提下作相对旋转，称为单键内旋，由此而产生的高分子链的空间形态称为高分子链的构象。
高频率的单键内旋可以随时改变高分子链的构象，是线性
分子链在空间呈卷曲状。
在拉力作用下，卷曲状的分子链可以伸展拉直，外力除去后又缩回到原来的卷曲状，从而使高分子具有柔性。
实际高分子链都带有不同形式和大小的侧基，很难发生单键内旋，而是以几个单键为一个独立单元进行内旋转，形成链段运动。
链段越短，数目越多，则高分子越柔软。
高分子的柔性主要受构成单键的元素、分子链的侧基或支链、链节数、温度等的影响。
图2.42高分子链的构象
（3）形态：
有线型、支化型、交联型和网络型。
前两者分子链构成的聚合
物统称为线性聚合物，具有高弹性和热塑性，又称为热塑性聚合物，如涤纶、尼龙、生胶等。
后两者构成的聚合物称为体型聚合物，具有较高的强度和热固性，又称为热固性聚合物，如酚醛塑料、环氧树脂等。
线蜃
支化型
变联型*网络型
图2.43高分子链的形态
8.2.2高分子的聚集态
高分子材料是由高分子化合物通过分子间力（范德华力、氢键）聚集而成的。
按照高分子链排列的有序程度，高分子聚集态有晶态、非晶态和混合态三种。
对于混合态，可用结晶区域所占的百分数表示聚合物的结晶程度，称为结晶度。
图2.44高分子的聚集态
a和b:
晶态结构；
混合态；
d:
非晶态
高聚物结晶度的影响因素有冷却速度、单体复杂程度、高分子链形态和高分子链的空间构型等。
一般冷却越慢、单体越简单则对成性越好；
侧基原子或原子团极性越大，越容易结晶。
高分子材料的结晶度对性能的影响如下表所示。
表2.5高分子材料的结晶度与性能的关系
聚集态
分子链特点
性能特点
晶态
规则排列，分子间作用力大，运
熔点、相对密度、强度咼，刚性、
动困难
耐热性好
无规则排列，运动容易
弹性、延伸率和韧性好
混合态
介于以上两者之间
本章思考题
1．原子是由什么构成的？
构成原子各要素的质量和尺寸怎样？
2．原子核外电子的排布遵循怎样的规律？
什么是电负性？
它在元素周期表中是如何体现的？
3．晶体中原子核外电子的排布状况与孤立原子时有什么区别？
晶体中的能带有哪些类型？
它们是如何影响材料的导电性能的？
4．固体中原子间的结合方式有哪些形式？
各有什么特点？
5．简述固体中结合键对材料性能的影响。
6．空间点阵和晶体结构的区别是什么？
简述晶格、晶胞、晶系、晶面、晶向、晶带等的概念。
7．如何确定晶向指数和晶面指数？
8．晶体中的缺陷有哪些类型？
它们在热力学上各有什么特点？
9．点缺陷有哪些类型？
产生原因是什么？
什么是点缺陷的形成能？
为什么可以计算点缺陷平衡浓度？
理论依据是什么？
10．点缺陷对材料性能有怎样的影响?
11．位错有哪些基本类型？
12．什么是柏氏矢量？
它是如何确定的？
试绘图说明。
13．位错有哪些运动方式？
14．位错是热力学平衡缺陷吗？
什么是位错应变能？
15．简述位错与其它缺陷的交互作用特点。
16．什么是位错反应？
发生位错反应的条件是什么？
17．晶体中的面缺陷有哪些类型?
晶界和亚晶界有何区别？
18．晶界是由什么构成的？
有哪些特点？
19．什么是相界？
晶体中的相界有哪些类型？
20．常见纯金属材料的晶体结构有哪些类型？
试计算它们的晶胞原子数、晶胞常数与原子半径的关系、原子填充率。
21．什么是固溶体？
有哪些分类？
什么是固溶强化？
22．常见的中间相有哪些？
在性能上与组成元素原有性能相比，它们具有怎样的特点？
23．简述合金相结构与性能的关系。
24．无机非金属材料有哪些结构类型？
举例说明。
25．简述无机非金属材料结构与性能的关系。
26．与高分子材料相关的基本概念有哪些？
试简述之。
27．简述高分子链的结构类型和特点。
28．高分子有哪几类聚集态？
高分子的结晶度对材料的性能有怎样的影响？
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