材料化学复习.doc

1第一章（绪论）第一章（绪论）（1）材料的分类：金属、无机非金属、高分子、复合（2）材料四特性：结构、性能、制备和应用第三章第三章（1）水热法水热法原理：通过对高压釜加热、加压产生相对高温、高压的反应环境，使难溶或不溶物质溶解而达到不饱和，从而析出晶体2）溶胶溶胶-凝胶法凝胶法（sol-gel）原理：通过凝胶前驱体的水解缩聚制备金属氧化物材料前驱体：一般是无机盐无机盐和金属醇盐金属醇盐步骤：前驱体的水解、缩合：前驱体的水解、缩合————形成三维空间网络结形成三维空间网络结构的凝胶构的凝胶————干燥、烧结固化干燥、烧结固化应用：制备 颗粒、纤维、表面涂膜颗粒、纤维、表面涂膜 和和 块状材料块状材料（（3））液相沉淀法液相沉淀法类型： 直接沉淀法：在金属盐溶液中直接加入沉淀剂共沉淀法：在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，全部沉淀均匀沉淀法：利用化学反应使 构晶离子缓慢均匀的释放出来2（4）固相反应固相反应（凡是有固相参与的化学反应都称作固相反应）特点：固态直接参与化学反应一般包括相界面上的反应相界面上的反应和物质迁移物质迁移反应开始温度常常远低于反应物熔点矿化剂的影响（作用）1、 改变反应机制，降低反应活化能。

2、 影响晶核的生产速率3、 影响结晶速率及晶格结构4、 降低系统的共熔点，改善液相性质5））插层法与反插层法插层法与反插层法插层法：把一些新原子导入晶体材料的空位反插层法：将晶体材料的某些原子有选择性的移除应用：固态锂离子电池的阴极材料石墨基质（石墨层间化合物 GIC）（（6））自蔓延高温合成法自蔓延高温合成法原理：利用反应物间化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料平衡机制：燃烧反应与结构化同步进行非平衡机制：化学反应与结构化不同步3（（7））非晶材料的制备非晶材料的制备制备需解决的两个问题制备需解决的两个问题：1、形成原子或分子混乱排列的状态：2、将热力学的亚稳态在一定的温度范围保存下来，使之不发生晶态转变液相骤冷制备原理：使熔体急速降温，使晶体生长来不及成核，从而把熔体中无序结构保留下来，得到无序的固体材料主要方法：喷枪法、活塞法、抛射法第四章第四章（（1）耐氧化性）耐氧化性1、、化学腐蚀：金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗电化学腐蚀：金属和电解质组成两个电极，组成腐蚀原电池，损耗材料阳极保护：在金属材料上加入较活泼的金属作阳极，而被保护的金属作为阴极，发生电化学腐蚀时阳极被腐蚀，金属材料得以保护。

2、耐有机溶剂性、耐有机溶剂性热塑性高分子材料（物质在加热时能发生流动变形，冷却后可以保持一定形状的性质）在有机溶剂中溶解4热固性高分子材料（加热时不能软化和反复塑制）在有机溶剂中溶胀3、高分子材料抗氧化剂光屏蔽剂：屏蔽光辐射源紫外线吸收剂：吸收并消散紫外线辐射2）力学性能）力学性能1、应力：单位截面积承受的力（σ =F/A）应变：材料受力发生的形变（ε=（L-L ）/L） 弹性形变：σ=Eε （E 是弹性模量）2、应力应变曲线中四个参数：弹性极限：σe，表示材料保持完全弹性变形的最大应力屈服强度：σs，表示材料开始发生明显塑性形变的抗力极限强度：σb，表示材料对最大均匀塑性变形的抗力断裂强度：σk，材料对塑性的极限抗力3、塑性材料：伸长率 δ大于等于大于等于5％％ 脆性材料：伸长率小于小于 5％％伸长率 δ=Lf-L0/L0 (Lf 是试样拉断后的长度，是试样拉断后的长度，L0 是原长是原长)5（（3）硬度）硬度1、布氏硬度、维氏硬度和洛氏硬度2、三大材料硬度分析：A:金属材料硬度受其结构影响，形成固溶体或合金时，硬度显著提高.B:无机非金属材料由离子键和共价键构成，两种键强度均较高，一般具有较高硬度。

C:高分子材料分子链以共价键结合，分子链之间以范德华力和氢键结合，键力较弱，硬度较低4）热学性能）热学性能1、、三大材料导热机理：A:金属材料导热性能最佳，通过自由电子运动实现B:无机非金属材料自由电子较少，导热靠原子热振动来完成，导热性能差C:高分子材料依靠分子链及链段的运动实现传热2、热膨胀性体膨胀：物质的体积随温度升高而增大线膨胀：物质的长度随温度升高而变长6三大材料热膨胀性能差异原因：结合键越强，原子间作用力越大，原子离开结合键越强，原子间作用力越大，原子离开平衡位置所需的能量越高，膨胀性能差结构紧密的晶体平衡位置所需的能量越高，膨胀性能差结构紧密的晶体的热膨胀系数比结构松散的非晶体热膨胀系数大共价键的热膨胀系数比结构松散的非晶体热膨胀系数大共价键材料与金属相比，热膨胀系数低离子键与金属相比，热材料与金属相比，热膨胀系数低离子键与金属相比，热膨胀系数较高膨胀系数较高，高分子材料和金属及陶瓷相比，热膨胀系数较大3、热容：、热容：1mol 材料的温度升高材料的温度升高 1K 时所需要的时所需要的热量称为热容热量称为热容比热容：单位质量的材料温度升高比热容：单位质量的材料温度升高 1K 所需所需要的能量。

要的能量5）电学性能）电学性能包括：导电性、压电性、介电性和铁电性能包括：导电性、压电性、介电性和铁电性能1、导电性、导电性定义：材料传导电流的能力定义：材料传导电流的能力三大材料导电性：金属材料导电性最好陶三大材料导电性：金属材料导电性最好陶瓷材料大多数是良好的绝缘体瓷材料大多数是良好的绝缘体半导体：常温下半导体：常温下导电性导电性能介于能介于导体导体（（conductor）与）与绝缘体绝缘体（（insulator）之间的）之间的材料材料N-型半导体：自由电子，供体型半导体：自由电子，供体P-型半导体：自由空穴，受体型半导体：自由空穴，受体2、、 介电性：在电场作用下，材料表现出对静介电性：在电场作用下，材料表现出对静7电能的储蓄和损耗的性质电能的储蓄和损耗的性质3、压电性：晶体材料与所施加的机械应力成比、压电性：晶体材料与所施加的机械应力成比例产生电荷的能力例产生电荷的能力正压电效应：由于形变而产生电极化的现象正压电效应：由于形变而产生电极化的现象称为称为“正压电效应正压电效应”逆压电效应：对晶体施加交变电场引起晶体逆压电效应：对晶体施加交变电场引起晶体机械变形机械变形4、铁电性：电滞回线中三个参数（最大极化、铁电性：电滞回线中三个参数（最大极化强度，剩余极化强度，矫顽电场）强度，剩余极化强度，矫顽电场） ，高于居里温度点，铁电，高于居里温度点，铁电性消失性消失（（6）磁学性能）磁学性能磁滞回线中三个参数：饱和磁感应强度、剩余磁滞回线中三个参数：饱和磁感应强度、剩余磁感应强度磁感应强度 和和 矫顽磁场强度。

高于居里温度点，铁磁性矫顽磁场强度高于居里温度点，铁磁性消失消失弱磁：抗磁性弱磁：抗磁性 和和 顺磁性顺磁性强磁：铁磁性强磁：铁磁性 反铁磁性反铁磁性 和和 亚铁磁亚铁磁铁磁性：外磁场去除后，仍保持部分极化状铁磁性：外磁场去除后，仍保持部分极化状态7）光学性能）光学性能定义：各种材料在光学性能上的差异主要是定义：各种材料在光学性能上的差异主要是其对光的反射、吸收和透过程度不同其对光的反射、吸收和透过程度不同81、光的吸收与透过（透明与不透明）：、光的吸收与透过（透明与不透明）：金属：电磁波可激发电子到能量较高的未填金属：电磁波可激发电子到能量较高的未填状态而被吸收，但光波只能进入金属状态而被吸收，但光波只能进入金属 100nm 处，故不透明处，故不透明半导体及无机非金属材料：取决于能隙半导体及无机非金属材料：取决于能隙 EgEg>3.1eV 时，时，λ780,所有可见光都被吸收，不透明所有可见光都被吸收，不透明1.59Ev

无机非金属：反射受介质折射率差影响第五章第五章（（1）黑色金属：）黑色金属：铁铁 锰锰 铬及其合金铬及其合金有色金属：有色金属：钢铁除外的所有金属钢铁除外的所有金属有色金属：轻有色金属：密度小于有色金属：轻有色金属：密度小于 4.5有色金属：密度大于有色金属：密度大于 4.5贵金属：金贵金属：金 银银 铜铜准金属：准金属：稀有金属：自然界含量很少、分布稀有金属：自然界含量很少、分布9（（2）金属晶体的结构）金属晶体的结构FCC(A1) BCC(A2) HCP(A3)(3) 合金的基本结构合金的基本结构1、合金类型：机械混合物、固溶体、合金类型：机械混合物、固溶体 和和 金属间化金属间化合物合物2、固溶体类型：置换固溶体、间隙固溶体、固溶体类型：置换固溶体、间隙固溶体 和和 缺缺位固溶体位固溶体 空隙越大，越容易形成间隙固溶体空隙越大，越容易形成间隙固溶体3、金属化合物类型、金属化合物类型定义：两组元组成的合金中，在形成有限固溶定义：两组元组成的合金中，在形成有限固溶体的情况下，溶质含量超过溶解度，会出现新相，新相不体的情况下，溶质含量超过溶解度，会出现新相，新相不同于任一组元。

同于任一组元 正常价化合物、电子化合物正常价化合物、电子化合物 和和 间隙化合物间隙化合物（（4）铁碳相图中各成分分类）铁碳相图中各成分分类固溶体：固溶体：奥氏体（碳与奥氏体（碳与 γγ-Fe）） 铁素体（碳与铁素体（碳与 αα-Fe）） 马氏体（碳与马氏体（碳与 αα-Fe））金属化合物：金属化合物：渗碳体（渗碳体（FeC3））机械混合物：机械混合物：珠光体（铁素体和渗碳体）珠光体（铁素体和渗碳体） 莱氏体莱氏体（珠光体、渗碳体与共晶渗碳体）（珠光体、渗碳体与共晶渗碳体）（（5）金属材料热处理）金属材料热处理退火、正火、回火和淬火退火、正火、回火和淬火细晶强化：细晶强化：晶界使变形晶粒中的位错在晶界处受晶界使变形晶粒中的位错在晶界处受10阻，而且各晶粒间存在位向差，必然有多滑移，产生交割，阻，而且各晶粒间存在位向差，必然有多滑移，产生交割，两者共同作用大大提高金属材料的强度而晶粒越多，晶两者共同作用大大提高金属材料的强度而晶粒越多，晶界也越多，强化效果更好界也越多，强化效果更好.（（6）储氢合金）储氢合金储氢原理：储氢原理：可以大量吸氢，且吸放氢气过程可可以大量吸氢，且吸放氢气过程可逆。

逆吸氢放热，加热放热吸氢放热，加热放热吸氢过程：吸氢过程：氢气氢气————————含氢固溶体含氢固溶体————————————金属氢化物金属氢化物——————过饱和氢化物过饱和氢化物吸放氢与温度的关系：吸放氢与温度的关系：P123 (7) 形状记忆合金形状记忆合金1、定义：、定义：材料在某一温度下受外力而变形，当外材料在某一温度下受外力而变形，当外力撤去后，仍保持变形后的形状，当温度上升到某数值时，力撤去后，仍保持变形后的形状，当温度上升到某数值时，材料会自动恢复到变形前原有的形状材料会自动恢复到变形前原有的形状2、分类、分类单程：材料加热后恢复原形，再改变温度，形状单程：材料加热后恢复原形，再改变温度，形状不发生改变不发生改变双程：物体的形状自动随温度变化在高温、低温双程：物体的形状自动随温度变化在高温、低温形状间变化形状间变化吸附 在超过固溶度 后11全程：除具有可逆记忆的特点外，当温度较低时，全程：除具有可逆记忆的特点外，当温度较低时，物体的形状向与高温形状相反的方向变化物体的形状向与高温形状相反的方向变化3、工作原理、工作原理（（8）其他合金材料）其他合金材料1、超塑性合金：、超塑性合金：在在 700-1200C 高温下仍能长时高温下仍能长时间保持所需力学性能，具有抗氧化、抗腐蚀能力，能满足间保持所需力学性能，具有抗氧化、抗腐蚀能力，能满足工作条件的金属材料。

工作条件的金属材料2、超塑性合金、超塑性合金细晶超塑性：细晶超塑性：晶粒一般为微小等轴。