工程材料科学与设计james p. schafferchapter06.ppt

工程材料科学与设计（James P.Schaffer等著）余永宁等翻译机械工业出版社,非晶态与半晶态材料,2,Perhaps happiness does not arrange the position,but succeeds must arrange the position.,3,I 非晶态（无定形态）,从理论上讲，如果熔体冷却速度足够快以抑制晶体的形成，任何一种材料都会形成无定形固体。非晶态（amorphous）固体：玻璃 橡胶二者结构相似，差别在于分子重排列的能力不同,4,玻璃转变温度非晶态材料的特征对任何一个无定形固体，在实验时间内区分玻璃行为与橡胶行为的临界温度。,5,6,温度对其分子运动的影响TTg，大范围的分子运动是不可能的 脆性TgTTm，玻璃转变温度范围内，分子有移动能力 过冷液体（对于聚合物，称为橡胶）,7,加载速率对分子运动的影响（力的响应与时间有关）加载速率影响分子移动可利用的时间，它也影响固体的有效玻璃转变温度。高的加载速率，有效的Tg高。,8,II 粘性变形,9,粘性流动是一个热激活过程。流动性的温度关系是受阿累尼乌斯方程支配的，式中 材料常数，Q粘性变形的激活能,粘度对温度的依从关系,10,III无定形和半晶态聚合物的结构和性质,以分子间键合类型对聚合物分类 聚乙烯 聚氯乙烯 聚丙烯 聚对苯二甲酸乙二酯 聚酰胺（尼龙）酚醛树脂 环氧树脂,11,12,2）热塑性聚合物和热固性聚合物,13,14,聚合度分散度,15,16,4）构象及构型-无规立构、全同立构和间同立构,17,决定聚合物结晶度的因素TS-不会结晶；TP-部分结晶的能力取决于分子是否容易移动并有效地堆垛在一起形成长程有序的难易。（1）侧基的尺寸：越大越不利于结晶（2）链分支的程度：,18,19,（3）立构规整度：全同和间同立构利于结晶（4）重复单元的复杂性 有长重复单元的聚合物一般延缓晶化过程。（5）键间的二次键,20,半晶态聚合物晶态金属和陶瓷是由单晶一次晶粒组成的。半晶态聚合物则是由球晶（晶态和非晶体区域的聚合体）组成。注意到聚合物链垂直于球晶直径并且是无规折叠的。球晶的径向对称在偏光下观察给予“马耳他十字”的外观特征。,21,22,23,球晶的偏光显微照片,24,25,26,27,28,29,对称单体组成的聚合物（C2H4，C2F4和C2H2Cl2等），Tg/Tm-1/2；非对称单体组成的聚合物（C2H3R等乙烯基聚合物），Tg/Tm-2/3。,结构与Tg的关系,30,IV 玻璃的结构和性能,31,同一物质的晶态和玻璃态中的短程有序是相同的。任何材料都可能形成玻璃。,32,网络形成体网络修饰体 降低一次键的密度，Tg降低。Prexy玻璃,1 离子玻璃,33,（1）有机玻璃：聚甲基丙烯酸甲酯（2）无定形的半导体：非晶Si等薄膜太阳能电池,2 共价玻璃,34,1）金属很难形成非晶态。2）形成金属玻璃所要求的冷却速度常常超过108K/s.3）金属玻璃加热到原子能够移动的温度（TgTTm）它们会很快晶化。4)半金属在形成金属玻璃中的作用。,3 金属玻璃,35,V 橡胶和弹性体的结构和性质,橡胶的玻璃转变温度在室温以下。大多数的玻璃材料加热到Tg，分子可以移动就会晶化。有些聚合物拥有能后阻止结晶的独特分子构架。聚合物分子链是高度不规则和非对称的，很难形成晶体。,36,1 热固性弹性体 通过适度交联阻止分子相互滑动。,37,2 热塑性弹性体 不交联3 橡胶中的晶化,38,4 弹性模量对温度的依赖关系,39,5 橡胶的弹性,40,41,高聚物的强化原理（了解）,1.引入极性基2.链段交联3.结晶度和取向 退火后缓冷会使结晶度增加，并形成较大尺寸的球状晶，使高分子材料的密度增大，有利于强度提高。4.定向聚合 提高高分子材料的结构均一性。,42,Thank You!,43,补充内容来自C.T.Liu的报告,44,45,46,47,48,