材化第五章
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第五章 木材的化学性质
灰分多，热水抽提物含量高，纤维素与聚戊糖含 量则少。
5.2 木质素 lignin
1.木质素的存在：
存在于高等植物中。 主要是在木质化植物的 细胞壁中。
木质素可分为三种:阔 叶树木质素、针叶树木 质素和草类木质素。
在木本植物中,木质素 含量为20％－35％,在 草本植物中为15％-25
图5－1 云杉木质素的结构示意图
（3）水解反应(磺化)：木质素与亚硫酸盐在高温下 蒸煮，发生磺化反应。木质素经磺化，形成含有或 多或少硫的固态木素磺酸。 固态木素磺酸渐渐转为水溶性的木质素磺酸， 这过程受H+浓度的左右，故可认为这就是一种水 解过程。
（4）光解反应：木材的光降解主要发生于木质素 。对光木质素是不稳定的。
（5）碱液对木质素的作用（脱木素反应）
6.木质素的化学性质
（1）显色反应 因为木质素中含有一些特殊基团，如乙烯基、羰基、苯基等具
有共轭双键的发色基团；以及羟基、羧基等助色基团，会使木材 产生颜色。同时木质素可和许多有机化合物，无机化合物发生特 殊的颜色反应，这对研究木材的颜色及其变化，细胞壁木质化程 度确定木质素在细胞壁中的分布和木质素大分子的功能基者很重 要，同时，还可作为区分针、阔叶树材及木材染色的依据。用苯 酚与盐酸处理木材时，木质素产生蓝绿色；用盐酸苯胺处理，木 质素产生黄色；用间苯三酚与盐酸处理，木质素产生红紫色，具 体见下表：
木质素中结构单元的主要键型
（5）木素的主要官能团 为：甲氧基(-OCH3，存 在于苯环上)、羟基(-OH ，酚羟基和脂肪族羟基) 和羰基(-C=O，主要存 在于侧链上)；
（6）木质素与糖类连接 ：糖苷键连接、缩醛键 连接、酯键连接和醚键 连接。
（7）木质素的结构模型 ：木素的结构复杂，通 常所说的木素结构是指 木素的基本结构单元的 形式以及它们之间的联 结方式等。
5.2 木质素 lignin
1.木质素的存在：
存在于高等植物中。 主要是在木质化植物的 细胞壁中。
木质素可分为三种:阔 叶树木质素、针叶树木 质素和草类木质素。
在木本植物中,木质素 含量为20％－35％,在 草本植物中为15％-25
图5－1 云杉木质素的结构示意图
（3）水解反应(磺化)：木质素与亚硫酸盐在高温下 蒸煮，发生磺化反应。木质素经磺化，形成含有或 多或少硫的固态木素磺酸。 固态木素磺酸渐渐转为水溶性的木质素磺酸， 这过程受H+浓度的左右，故可认为这就是一种水 解过程。
（4）光解反应：木材的光降解主要发生于木质素 。对光木质素是不稳定的。
（5）碱液对木质素的作用（脱木素反应）
6.木质素的化学性质
（1）显色反应 因为木质素中含有一些特殊基团，如乙烯基、羰基、苯基等具
有共轭双键的发色基团；以及羟基、羧基等助色基团，会使木材 产生颜色。同时木质素可和许多有机化合物，无机化合物发生特 殊的颜色反应，这对研究木材的颜色及其变化，细胞壁木质化程 度确定木质素在细胞壁中的分布和木质素大分子的功能基者很重 要，同时，还可作为区分针、阔叶树材及木材染色的依据。用苯 酚与盐酸处理木材时，木质素产生蓝绿色；用盐酸苯胺处理，木 质素产生黄色；用间苯三酚与盐酸处理，木质素产生红紫色，具 体见下表：
木质素中结构单元的主要键型
（5）木素的主要官能团 为：甲氧基(-OCH3，存 在于苯环上)、羟基(-OH ，酚羟基和脂肪族羟基) 和羰基(-C=O，主要存 在于侧链上)；
（6）木质素与糖类连接 ：糖苷键连接、缩醛键 连接、酯键连接和醚键 连接。
（7）木质素的结构模型 ：木素的结构复杂，通 常所说的木素结构是指 木素的基本结构单元的 形式以及它们之间的联 结方式等。
材料力学性能第五章_金属的疲劳
“彗星号”客机悲剧是世界航空史上首次发生的因金属 疲劳而导致飞机失事的事件，从此，在飞机设计中将结构 疲劳极限正式列入强度规范加以要求。
飞机舷窗
高速列车
5.1.3 疲劳宏观断口特征
疲劳断口保留了整个断裂过程的所有痕迹，记载着很多 断裂信息，具有明显的形貌特征，而这些特征又受材料 性质、应力状态、应力大小及环境因素的影响，因此对 疲劳断口的分析是研究疲劳过程、分析疲劳失效原因的 一种重要方法。 疲劳断裂经历了裂纹萌生和扩展过程。由于应力水平较 低，因此具有较明显的裂纹萌生和稳态扩展阶段，相应
疲劳破坏属低应力循环延时断裂，对于疲劳寿命 的预测就显得十分重要和必要。
对缺口、裂纹及组织等缺陷十分敏感，即对缺陷 具有高度的选择性。因为缺口或裂纹会引起应力 集中，加大对材料的损伤作用；组织缺陷(夹杂、 疏松、白点、脱碳等)，将降低材料的局部强度， 二者综合更加速疲劳破坏的起始与发展。
18
应力σmax/10MPa
40
20
灰铸铁
0 103 104
105
106
107
循环周次/次
108
109
41
图 几种材料的疲劳曲线
疲劳极限
有水平段（碳钢、合金结构钢、球铁等） 经过无限次应力循环也不发生疲劳断裂，将对应
的应力称为疲劳极限，记为σ-1（对称循环）
无水平段（铝合金、不锈钢、高强度钢等） 只是随应力降低，循环周次不断增大。此时，根 据材料的使用要求规定某一循环周次下不发生断 裂的应力作为条件疲劳极限。 例：高强度钢、铝合金和不锈钢：N＝108周次 钛合金：N＝107周次
大小：瞬断区大小与机件承受名义应力及材料性质 有关，高名义应力或低韧性材科，瞬断区大；反之。 瞬断区则小。
飞机舷窗
高速列车
5.1.3 疲劳宏观断口特征
疲劳断口保留了整个断裂过程的所有痕迹，记载着很多 断裂信息，具有明显的形貌特征，而这些特征又受材料 性质、应力状态、应力大小及环境因素的影响，因此对 疲劳断口的分析是研究疲劳过程、分析疲劳失效原因的 一种重要方法。 疲劳断裂经历了裂纹萌生和扩展过程。由于应力水平较 低，因此具有较明显的裂纹萌生和稳态扩展阶段，相应
疲劳破坏属低应力循环延时断裂，对于疲劳寿命 的预测就显得十分重要和必要。
对缺口、裂纹及组织等缺陷十分敏感，即对缺陷 具有高度的选择性。因为缺口或裂纹会引起应力 集中，加大对材料的损伤作用；组织缺陷(夹杂、 疏松、白点、脱碳等)，将降低材料的局部强度， 二者综合更加速疲劳破坏的起始与发展。
18
应力σmax/10MPa
40
20
灰铸铁
0 103 104
105
106
107
循环周次/次
108
109
41
图 几种材料的疲劳曲线
疲劳极限
有水平段（碳钢、合金结构钢、球铁等） 经过无限次应力循环也不发生疲劳断裂，将对应
的应力称为疲劳极限，记为σ-1（对称循环）
无水平段（铝合金、不锈钢、高强度钢等） 只是随应力降低，循环周次不断增大。此时，根 据材料的使用要求规定某一循环周次下不发生断 裂的应力作为条件疲劳极限。 例：高强度钢、铝合金和不锈钢：N＝108周次 钛合金：N＝107周次
大小：瞬断区大小与机件承受名义应力及材料性质 有关，高名义应力或低韧性材科，瞬断区大；反之。 瞬断区则小。
7第五章木材的化学性质全解
（4）热解（cellulose pyrolysis） ： 在热作用下，纤维素降解程
度与加热温度、时间以及加热介质的组成相关。纤维素热解不仅引 起分子链断裂，还有脱水、氧化等反应发生。
（5）光降解（cellulose photochemical degradation） ：波长愈短， 光强度愈大，对纤维素的降解作用也愈大。光对纤维素的降解作用 有两种类型：光解作用;光敏作用。 （6）生物降解:纤维素在微生物作用下，可产生有用的物质，如醋酸、 乙醇、丁酸等。 （7）机械降解：纤维素纤维原料在研磨、压碎或强烈压缩时受到机 械作用往往降解，使反应能力提高，其原因在于大分子的价键及分
单一糖基，葡萄糖基
半纤维素 多种糖基，如D-葡萄糖、D-半 乳糖、D-木糖、D-甘露糖、L阿拉伯糖、4-氧-甲基-D葡萄糖 醛酸。
200～700 线形，常带各种支链
聚合度 链形
7000～15000 直链线形
结晶性
吸湿性
结晶区和无定形区，为 细胞壁的骨架物质
基体物质，无结晶
吸附水只能进入无定形 更大一般为无定形物质，水分 区，结晶区对润胀有限 子容易进，故吸湿性和润胀度 比纤维素高。 制作用
2、可及度 可及度：指化学药剂所能到达并发生反应的部
分占其纤维素整体的百分率。水不能进入纤维素的结 晶区，只能进入结晶区的表面和无定形区。
3、纤维素的氢键
分子间的氢键：
分子内的氢键：
图 5-9 分子内的氢键 分子间的氢键
氢键的作用：
（ 1 ）湿法纤维板（ wetting method fiber-board ）成板理 论（一是氢键结合理论，二是木素结合理论） 打浆使游离羟基数目增加，改善形成氢键的条件，板 坯的热压——提高板内各组分功能基的活性，使功能基之 间的距离缩短，形成氢键和范德华力，增强板的结合强度， 无胶成板。 （2）木材力学强度之所以在纤维饱和点以下随水分减少而增 大，纤维素大分子之间形成的氢键是主要原因之一。 （3）干燥过程中，木材水分初期易蒸发，后期不易蒸发也和 水分与木材之间形成的氢键有关。
第五章 第三节 无机非金属材料 第二课时 教案--高一下学期化学人教版(2019)必修第二册
无机非金属材料第二课时教案一、教学内容分析（一）课标分析本课内容在《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中对应必修课程模块二常见的无机物及其应用中主题“5—非金属及其化合物”的内容。
通过对课标进行分析，可得到如下三类具体教学内容。
【内容要求】2.5非金属化合物结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，了解费劲使及其化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。
2.6物质性质及物质转化的价值了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。
【教学提示】教学策略发挥核心概念对元素化合物学习的指导作用；重视开展高水平的实验探究活动；紧密联系生产和生活实际，创设丰富多彩的真实问题情境。
【学业要求】1、能列举、描述、辨识典型物质重要的物理和化学性质及实验现象，能用化学方程式、离子方程式正确表示典型物质的主要化学性质。
2、能利用典型代表物的性质和反应，设计常见物质制备分离提纯检验等简单任务的方案。
能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化途径。
综上，对于“无机非金属材料”一课，需要基于课标建立实际情境，帮助学生学会掌握利用物质的相关性质进行分离提纯，建立在工业上从矿石中提取高纯物质的模型，培养学生的科学意识和社会责任感。
（二）教材分析本节课立足于义务教育阶段人教版必修二第一章第三节的第二课时部分，本节位于“”的最后一节，在本章前两节学生已经学习了硫、氮的结构、性质、转化和应用，非金属元素的学习马上进入尾声，同时，第一课时中介绍了传统硅酸盐材料的组成、性能和应用以及硅和二氧化硅的性质，本节课则主要介绍新型无机非金属材料，包括硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料、以及这些材料在信息、能源领域的应用，并以二氧化硅的提纯、高纯硅的提纯的讨论探究为例，对硅及其化合物的性质进行归纳复习。
二、学情分析本节课的授课对象是普通高中的高一学生。
《材料科学基础》课件——第五章相平衡与相图第一节第二节第三节第四节
相和相平衡
Байду номын сангаас四、自由度与相律
1、自由度：平衡系统中独立可变的因素
自由度数：独立可变的强度变量的最大数目
(强度变量与广度变量的区别）
2、相律：自然规律
在平衡系统中由于受平衡条件的制约，系统内
存在的相数有一定限制。 组元数 相数P≥1
吉布斯相律：不可为负数
f=c-p+n
外界影 响因素
通常外界影响因素只考虑T、P，所以f=c-p+2
• 掌握匀晶，包晶，共晶相图的特点，进而了解二元合金的一些平衡凝固，固 相转变的规律。
• 重点难点： • 二元系相图的建立，杠杆定律 • 包晶相图，共晶相图，共晶合金 • 相图分析，各种液固，固相转变的判断
材料的性能决定于内部的组织结构，而组织结构
又由基本的相所组成。
相：均匀而具有物理特性的部分，并和体系的其他 部分有明显界面。
晶型转变过程都是在恒温下进行，并伴随有体 积、密度的变化。 2、SiO2系统相图 α-石英与β-石英相变相当慢， β-石英常因冷却过快而被保留 到室温，在常压下，低于573℃
单元系相图
β-石英很稳定，所以自然界或低温时最常见的是 β-石英。晶型转变时，体积效应特别显著。 Al2O3、ZrO2也具有多晶型转变。 3、聚合物相图 （1）状态由分子间作用力决定，分子间约束力弱
共晶相图，平衡凝固，共晶合金，包晶相图，形成化合物的相图，含有双液 共存区的相图，熔晶相图等 ，二元相图的几何规律 ，单相，双相及三相共 存区，相图特征 ，二元系相图的分析，分析的方法与步骤，分析举例。
• 教学目的： • 学习相平衡与相图的基本知识，了解相图在材料科学学习中的重要性，学会
相图的使用。
材料性能学第五章 材料的疲劳性能
§5.2 疲劳破坏的机理
一、疲劳裂纹的萌生
因变动应力的循环作用，裂纹萌生往往在材料薄弱区或 高应力区，通过不均匀滑移、微裂纹形成及长大而完成。常 将长0.05～0.10mm的裂纹定为疲劳裂纹核，对应的循环周期 为裂纹萌生期,其长短与应力水平有关。疲劳微裂纹由不均 匀滑移和显微开裂引起的，主要方式有表面滑移带开裂；第 二相、夹杂物与基体界面或夹杂物本身开裂；晶界或亚晶界 处开裂，如下图所示。
σ-1p=0.85σ-1
• 铸铁:
σ-1p=0.65σ-1
• 钢及轻合金:
τ-1=0.55σ-1
• 铸铁:
τ-1=0.80σ-1
• 同种材料的疲劳强度σ-1＞σ-1p ＞τ-1。这些经验关系尽
管有误差(10～30%),但用于估计疲劳强度值还有一定的参考
价值。
4.疲劳强度与静强度间关系
材料的抗拉强度愈大,其疲劳强度也愈大。中、低强度钢,
(1)该破坏是一种潜藏的突发性破坏，不论在静载下显 示韧性或脆性破坏的材料，在疲破坏前均不会发生明显的塑 性变形，呈脆性断裂,易引起事故造成经济损失。
(2)疲劳破坏属低应力循环延时断裂，对于疲劳寿命的 预测就显得十分重要和必要。
(3)疲劳对缺陷(缺口,裂纹及组织)十分敏感，即对缺陷 具有高度的选择性。因为缺口或裂纹会引起应力集中，加大 对材料的损伤作用；组织缺陷(夹杂、疏松、白点、脱碳等), 将降低材料的局部强度，二者综合更加速疲劳破坏的起始与 发展。
1.对称循环疲劳强度
对称应力循环时，应力比r=-1，平均应力
σm=0，故将σ-1定义为材料的对称循环疲劳强
度。 常见的对称循环载荷有对称弯曲,对称扭转、
对称拉压等。 对应的疲劳强度分别记为σ-1,τ-1 及σ-1P,其中σ-1是最常用的。
高中化学第五章进入合成有机高分子化合物的时代第二节应用广泛的高分子材料课件新人教版选修
刷基础
2.下列有关线型高分子和体型高分子的说法错误的是( D )
A．线型高分子是由许多链节相互连接成链状，通常不具有或很少具有支链，而体型高分 子则是长链跟长链之间产生交联 B．线型高分子通常具有热塑性，而体型高分子通常具有热固性 C．线型高分子可在适当溶剂中溶解，而体型高分子通常很难溶解在任何溶剂中 D．体型高分子化合物的相对分子质量一定比线型高分子化合物的相对分子质量大
解析
线型结构的聚乙烯加热可熔融，是热塑性材料，A项正确；用氨水催化生成的酚醛树脂为网 状结构，一般不被任何溶剂溶解，B项正确；加入交联剂会生成具有网状结构的树脂，可提 高其性能，C项正确；合成洗涤剂不属于三大合成材料，三大合成材料还包括合成橡胶，D 项错误。
第二节 应用广泛的高分子材料
刷基础
13．关于下列三种常见高分子材料的说法正确的是( C )
解析 尼龙－66是HOOC(CH2)4COOH和H2N(CH2)6NH2通过成肽反应缩聚而成的高分子化合物， 分子中含有肽键，在一定条件下可以发生水解，故C错误。
第二节 应用广泛的高分子材料
刷基础
8．近年来，由于石油价格不断上涨，以煤为原料制备一些化工产品的前景又被看好。如 图是以烃A为原料生产人造羊毛的合成路线。下列说法正确的是( B )
A．合成人造羊毛的反应属于缩聚反应 B．A生成C的反应属于加成反应 C．A生成D的反应属于取代反应 D．烃A的结构简式为CH2=CH2
解析
第二节 应用广泛的高分子材料
刷基础
题型3 合成橡胶
9．[河北秦皇岛一中2018高二月考]橡胶是一种重要的战略物资，一般分为天然橡胶和合成
橡胶两类。丁苯橡胶是合成橡胶的一种，其结构简式为
解析
A项，酚醛树脂是苯酚和甲醛缩聚得到的有机高分子化合物，不符合题意；B项，二氧化硅 是无机化合物，不是有机高分子化合物，符合题意；C项，聚酯纤维是有机二元酸和二元醇 缩聚得到的有机高分子化合物，不符合题意；D项，聚丙烯酸钠是丙烯酸用氢氧化钠中和后 聚合得到的有机高分子化合物，不符合题意。
材料化学导论
都能相互溶解，即 溶体常常在某一限定成分 范围内才能形成。
LnxA-μA关系曲线会终止于 A在B中的饱和溶解度处， 要用LnxA=0处外插之后μA 的值，标准状态也变成了 假想标准状态。
4.固体的溶解度
• 固体与液体平衡时溶液中A 的化学势等于固体A的化学
• 物质A的溶解行为取决于固 体A的化学势大小和溶解过
2．课堂讨论 2 3．机动 2（复习及习题解答）
教学过程
1. 后次复习前次概念 2. 本次讲授内容的引入 3. 新教学内容的讲授过程 4. 小结 5. 思考题 6． 作业
教材及教学参考书
1. 《材料化学导论》 席慧智 哈尔滨工业大学出版社 2001 2. 《材料化学导论》 唐小真 高教出版社 1997 3. 《材料化学导论》 丁马太 厦门大学出版社出版 1995年 4. 《材料化学导论》 杨宏秀 高等教育出版社 1997 5. 《Introduction to Materials Chemistry》 Harry R. Allcock
•
P+为标准压力,G+为该压力 下n摩尔理想气体的标准自
•
由能，与压力无关，是温
温度较低时，单位压力气 体的化学势高于液体的化 学势，这时气体凝结；
度的函数
• 高温时则正好相反。
•
当气体压力保持一定时， 单纯理想气体的化学势随
•
温度达到Tb，气体和固体 的两条曲线相交，此时，
温度而变化。单位压力下
Tb温度下单位压力的气体
• 溶体平均每摩尔自由能g为：
2.混合气体化学势 • 把单纯理想气体的化学势表达式中的全压力p换成各成
分的分压，即可得到理想混合气体的化学势。 (理想气体) (对A成分而言)
LnxA-μA关系曲线会终止于 A在B中的饱和溶解度处， 要用LnxA=0处外插之后μA 的值，标准状态也变成了 假想标准状态。
4.固体的溶解度
• 固体与液体平衡时溶液中A 的化学势等于固体A的化学
• 物质A的溶解行为取决于固 体A的化学势大小和溶解过
2．课堂讨论 2 3．机动 2（复习及习题解答）
教学过程
1. 后次复习前次概念 2. 本次讲授内容的引入 3. 新教学内容的讲授过程 4. 小结 5. 思考题 6． 作业
教材及教学参考书
1. 《材料化学导论》 席慧智 哈尔滨工业大学出版社 2001 2. 《材料化学导论》 唐小真 高教出版社 1997 3. 《材料化学导论》 丁马太 厦门大学出版社出版 1995年 4. 《材料化学导论》 杨宏秀 高等教育出版社 1997 5. 《Introduction to Materials Chemistry》 Harry R. Allcock
•
P+为标准压力,G+为该压力 下n摩尔理想气体的标准自
•
由能，与压力无关，是温
温度较低时，单位压力气 体的化学势高于液体的化 学势，这时气体凝结；
度的函数
• 高温时则正好相反。
•
当气体压力保持一定时， 单纯理想气体的化学势随
•
温度达到Tb，气体和固体 的两条曲线相交，此时，
温度而变化。单位压力下
Tb温度下单位压力的气体
• 溶体平均每摩尔自由能g为：
2.混合气体化学势 • 把单纯理想气体的化学势表达式中的全压力p换成各成
分的分压，即可得到理想混合气体的化学势。 (理想气体) (对A成分而言)
机械工程材料第五章 铁碳合金
4、共晶白口铁
L
L→ Ld( A+Fe3C) A→ （Fe3C）Ⅱ
A→P(α+Fe3C)
室温组织:Ld′ 即 P+（Fe3C）Ⅱ+Fe3C 室温相：α+Fe3C
5、亚共晶白口铁
L L→A L→ Ld (A+Fe3C) A→ （Fe3C）Ⅱ
A→P(α+Fe3C)
室温组织: Ld′+P+（Fe3C）Ⅱ 即(P+（Fe3C）Ⅱ+Fe3C)+P+Fe3CⅡ 室温相：α+Fe3C
四、 Fe-Fe3C相图的应用
1.为选材提供成分依据
低碳钢（0.10-0.25%C）：建筑结构和容器等 中碳钢（0.25-0.60%C）：如轴等 高碳钢（0.6-1.3%C）：如工具等 白口铁：如拔丝模、轧辊和球磨机的铁球等
34
2.为制定热加工工艺提供依据
（1）在铸造生产方面的应用 根据Fe-Fe3C相图可以确定铁碳合金的浇注温度， 浇注温度一般在液相线以上50℃～100℃。 共晶成分的铸铁凝固区间最小（为零），流动性 好，分散缩孔少，可使缩孔集中在冒口内，有可 能得到致密的铸件得到较广泛的应用。
其性能特点是强度低，硬度不高，易于塑性变形。
⑸ Fe3C相（又称渗碳体）：根据其生成条件不同有条状、网状、
片状、粒状等形态，对铁碳合金的力学性能有很大影响。
1600 A 1400 N 1200 1000
+L
B 0.53 J 0.17 H 0.09 1495
L
2.11 E
4.3 1148 C
+
注意：由于不保证化学成分，所以热处理时不能 依甲类钢来选材，应依乙类钢选，才能根据相图 制定热处理工艺。
第五章木材的化学性质
第五章 木材的化学性质
第一节 木材的化学组成
木材是一种天然材料，由高分子物质和低分 子物质构成。
木材细胞壁主要由三种高分子物质—纤维素、 半纤维素和木质素构成，它们约占木材重量的 97~99%。此外，木材中还有少量的低分子
物质—抽提物和灰分。
木材的化学组成：
木
材
高分子物质
低分子物质
多糖 木质素
有机物 无机物
纤维素化学结构式的特点：
1 纤维素大分子中的葡萄糖基为六环的吡喃式葡 萄糖基，构型为β-D型，相邻的葡萄糖基扭转180
度；
2 每个葡萄糖基之间以β-1、4糖苷键相互联结； 3 中间的每个葡萄糖基具有三个游离的羟基； 4 两个末端葡萄糖基的结构和性质不同； 5 除还原性末端基外，其余每个葡萄糖基均为氧环椅式
其导电性随含水量的增加而增大。因此可用来 测定纤维素在纤维饱和点以下的含水率。 （三）纤维素的主要化学性质
1 水解作用（与酸的作用） 2 碱性降解 3 乙酰化（酯化作用） 4 氧化作用 5 纤维素的热解 6 纤维素的光化学降解 7 交联作用 8 接枝共聚
第四节 半纤维素
一 半纤维素的组成
组成半纤维素的糖基有六种：D-葡萄糖、 D-木糖、 D-半乳糖、 D-甘露糖、 L-阿拉伯糖、 4-氧-甲基D-葡萄糖醛酸。半纤维素可以是由一种糖基组成的 均聚物，也可以是由两种或两种以上糖基组成的杂 聚物。
可用木质素的显色反应—莫尔反应鉴别针、阔 叶材，这与根据木材结构特性对树种进行的分类是 一致的。 (二)木质素与木材颜色 (三)木质素与木材胶合 1 玻璃化转变特性 2 木质素的玻璃化转变特性 3 木质素的自动胶合
(四)木质素与木材强度 (五)木质素与木材电学性质 (六)木质素脱除（制浆） 木材制浆也就是木质素脱除，在生产上分为两类： 1 酸法（亚硫酸法） 2 减法：又分为两种方法： 苏打法 硫酸盐法
第一节 木材的化学组成
木材是一种天然材料，由高分子物质和低分 子物质构成。
木材细胞壁主要由三种高分子物质—纤维素、 半纤维素和木质素构成，它们约占木材重量的 97~99%。此外，木材中还有少量的低分子
物质—抽提物和灰分。
木材的化学组成：
木
材
高分子物质
低分子物质
多糖 木质素
有机物 无机物
纤维素化学结构式的特点：
1 纤维素大分子中的葡萄糖基为六环的吡喃式葡 萄糖基，构型为β-D型，相邻的葡萄糖基扭转180
度；
2 每个葡萄糖基之间以β-1、4糖苷键相互联结； 3 中间的每个葡萄糖基具有三个游离的羟基； 4 两个末端葡萄糖基的结构和性质不同； 5 除还原性末端基外，其余每个葡萄糖基均为氧环椅式
其导电性随含水量的增加而增大。因此可用来 测定纤维素在纤维饱和点以下的含水率。 （三）纤维素的主要化学性质
1 水解作用（与酸的作用） 2 碱性降解 3 乙酰化（酯化作用） 4 氧化作用 5 纤维素的热解 6 纤维素的光化学降解 7 交联作用 8 接枝共聚
第四节 半纤维素
一 半纤维素的组成
组成半纤维素的糖基有六种：D-葡萄糖、 D-木糖、 D-半乳糖、 D-甘露糖、 L-阿拉伯糖、 4-氧-甲基D-葡萄糖醛酸。半纤维素可以是由一种糖基组成的 均聚物，也可以是由两种或两种以上糖基组成的杂 聚物。
可用木质素的显色反应—莫尔反应鉴别针、阔 叶材，这与根据木材结构特性对树种进行的分类是 一致的。 (二)木质素与木材颜色 (三)木质素与木材胶合 1 玻璃化转变特性 2 木质素的玻璃化转变特性 3 木质素的自动胶合
(四)木质素与木材强度 (五)木质素与木材电学性质 (六)木质素脱除（制浆） 木材制浆也就是木质素脱除，在生产上分为两类： 1 酸法（亚硫酸法） 2 减法：又分为两种方法： 苏打法 硫酸盐法
工程材料力学性能第五章 金属的疲劳
第五章 金属的疲劳
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
金属疲劳现象及特点 疲劳曲线及基本疲劳力学性能 疲劳裂纹扩展速率及疲劳门槛值 疲劳过程及机理 影响疲劳强度的因素 低周疲劳
第一节 金属疲劳现象及特点
一、变动载荷和循环应力 1、变动载荷和变动应力 变动载荷：载荷大小、甚至方向均随时间变化的载荷。 变动应力：变动载荷在单位面积上的平均值。分规则周 期变动应力和无规则随机变动应力两种。 2、循环应力 规则周期性变化的应力称循环应力，表征应力循环特征的几个 参量： 最大应力 σmax 最小应力 σmin 平均应力 σm=（σmax+σmin）/2 应力幅 σa=（σmax－σmin）/2
三、疲劳宏观断口特征
典型的疲劳断口按照断裂过程可分为三个 区域，疲劳源、疲劳区和瞬断区。
1、疲劳源
疲劳源（或称疲劳核心），疲劳裂纹萌生的策源地，一 般总是产生在构件表面层的局部应力集中处，但如果构件 内部存在冶金缺陷或内裂纹，也可在构件内部或皮下产生 疲劳源。 疲劳源区光亮度最大，在断口上常能看到一个明显的亮斑。 疲劳源有时不止一个，尤其在低周疲劳下，其应力幅值较 大，断口上常有几个不同位臵的疲劳源。可以根据源区的 光亮度、相邻疲劳区的大小，贝纹线的密度去确定各个疲 劳源的产生顺序。 源区光亮度↑；相邻疲劳区越大；贝纹线越多越密者→疲 劳源越先产生。
如认为疲劳裂纹扩展的每一微小过程类似 是裂纹体小区域的断裂过程，ΔK就是裂纹 尖端控制疲劳裂纹扩展的复合力学参量。
3、da/dN--Δk （ lgda/dN-- lgΔk）曲线 将a-N曲线可转化为由Δk控制 的疲劳裂纹扩展速率曲线： da/dN -Δk 或 lgda/dNlgΔk 由曲线可知，可分为三个区： I区：疲劳裂纹初始扩展阶段 da/dN很小。 随Δk↑→da/dN快速提高，但 Δk变化范围很小， da/dN提 高有限，所占扩展寿命不长。
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
金属疲劳现象及特点 疲劳曲线及基本疲劳力学性能 疲劳裂纹扩展速率及疲劳门槛值 疲劳过程及机理 影响疲劳强度的因素 低周疲劳
第一节 金属疲劳现象及特点
一、变动载荷和循环应力 1、变动载荷和变动应力 变动载荷：载荷大小、甚至方向均随时间变化的载荷。 变动应力：变动载荷在单位面积上的平均值。分规则周 期变动应力和无规则随机变动应力两种。 2、循环应力 规则周期性变化的应力称循环应力，表征应力循环特征的几个 参量： 最大应力 σmax 最小应力 σmin 平均应力 σm=（σmax+σmin）/2 应力幅 σa=（σmax－σmin）/2
三、疲劳宏观断口特征
典型的疲劳断口按照断裂过程可分为三个 区域，疲劳源、疲劳区和瞬断区。
1、疲劳源
疲劳源（或称疲劳核心），疲劳裂纹萌生的策源地，一 般总是产生在构件表面层的局部应力集中处，但如果构件 内部存在冶金缺陷或内裂纹，也可在构件内部或皮下产生 疲劳源。 疲劳源区光亮度最大，在断口上常能看到一个明显的亮斑。 疲劳源有时不止一个，尤其在低周疲劳下，其应力幅值较 大，断口上常有几个不同位臵的疲劳源。可以根据源区的 光亮度、相邻疲劳区的大小，贝纹线的密度去确定各个疲 劳源的产生顺序。 源区光亮度↑；相邻疲劳区越大；贝纹线越多越密者→疲 劳源越先产生。
如认为疲劳裂纹扩展的每一微小过程类似 是裂纹体小区域的断裂过程，ΔK就是裂纹 尖端控制疲劳裂纹扩展的复合力学参量。
3、da/dN--Δk （ lgda/dN-- lgΔk）曲线 将a-N曲线可转化为由Δk控制 的疲劳裂纹扩展速率曲线： da/dN -Δk 或 lgda/dNlgΔk 由曲线可知，可分为三个区： I区：疲劳裂纹初始扩展阶段 da/dN很小。 随Δk↑→da/dN快速提高，但 Δk变化范围很小， da/dN提 高有限，所占扩展寿命不长。
材料成形工艺基础最新精品课件第五章金属塑性成形理论基础
图5-3孪生变形示意图
2. 多晶体的塑性变形
多晶体的塑性变形是由于晶界的存在和 各晶粒晶格位向的不同，其塑性变形过程比 单晶体的塑性变形复杂得多。在外力作用下， 多晶体的塑性变形首先在晶格方向有利于滑 移的晶粒A内开始，然后，才在晶格方向较 为不利的晶粒B、C内滑移。由于多晶体中 各晶粒的晶格位向不同，滑移方向不一致， 各晶粒间势必相互牵制阻扰。为了协调相邻 晶粒之间的变形，使滑移得以继续进行，便 图5-4 多晶体塑性变形过程示意图 会出现晶粒彼此间相对的移动和转动。因此， 多晶体的塑性变形，除晶粒内部的滑移和转 动外，晶粒与晶粒之间也存在滑移和转动。
图5-6 回复和再结晶示意图
（3）晶粒长大 在结晶退火后的金属组织一般为细小均匀的等 轴晶。如果温度继续升高，或延长保温时间，则在结晶后的晶粒 又会长大而形成粗大晶粒，从而使金属的强度、硬度和塑性降低。 所以要正确选择再结晶温度和加热时间的长短。
5.2.2 冷变形和热变形后金属的组织与性能
金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形，在再结晶以 上进行的塑性变形称为热变形。
图5-7 冲压件的制耳
（4）残余内应力 残余内应力是指去除外力后，残留在金属内 部的应力，它主要是由于金属在外力作用下变形不均匀而造成的。 残余内应力的存在，使金属原子处于一种高能状态，具有自发恢 复到平衡状态的倾向。在低温下，原子活动能力较低，这种恢复 现象难以觉察，但是，当温度升高到某一程度后，金属原子获得 热能而加剧运动。金属组织和性能将会发生一系列变化。
1. 锻造比 锻造比是锻造生产中代表金属变形程度大小的一个参数，一 般是用锻造过程中的典型工序的变形程度来表示（Y）。如拔长时， 锻造比Y拔=F0/F；镦粗时，锻造比Y镦=H0/H。（式中，H0、F0分别为坯 料变形前的高度和横截面积，H、F分别为坯料变形后的高度和横截面 积）。
2. 多晶体的塑性变形
多晶体的塑性变形是由于晶界的存在和 各晶粒晶格位向的不同，其塑性变形过程比 单晶体的塑性变形复杂得多。在外力作用下， 多晶体的塑性变形首先在晶格方向有利于滑 移的晶粒A内开始，然后，才在晶格方向较 为不利的晶粒B、C内滑移。由于多晶体中 各晶粒的晶格位向不同，滑移方向不一致， 各晶粒间势必相互牵制阻扰。为了协调相邻 晶粒之间的变形，使滑移得以继续进行，便 图5-4 多晶体塑性变形过程示意图 会出现晶粒彼此间相对的移动和转动。因此， 多晶体的塑性变形，除晶粒内部的滑移和转 动外，晶粒与晶粒之间也存在滑移和转动。
图5-6 回复和再结晶示意图
（3）晶粒长大 在结晶退火后的金属组织一般为细小均匀的等 轴晶。如果温度继续升高，或延长保温时间，则在结晶后的晶粒 又会长大而形成粗大晶粒，从而使金属的强度、硬度和塑性降低。 所以要正确选择再结晶温度和加热时间的长短。
5.2.2 冷变形和热变形后金属的组织与性能
金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形，在再结晶以 上进行的塑性变形称为热变形。
图5-7 冲压件的制耳
（4）残余内应力 残余内应力是指去除外力后，残留在金属内 部的应力，它主要是由于金属在外力作用下变形不均匀而造成的。 残余内应力的存在，使金属原子处于一种高能状态，具有自发恢 复到平衡状态的倾向。在低温下，原子活动能力较低，这种恢复 现象难以觉察，但是，当温度升高到某一程度后，金属原子获得 热能而加剧运动。金属组织和性能将会发生一系列变化。
1. 锻造比 锻造比是锻造生产中代表金属变形程度大小的一个参数，一 般是用锻造过程中的典型工序的变形程度来表示（Y）。如拔长时， 锻造比Y拔=F0/F；镦粗时，锻造比Y镦=H0/H。（式中，H0、F0分别为坯 料变形前的高度和横截面积，H、F分别为坯料变形后的高度和横截面 积）。
天然药物化学第五章 黄酮
H
HO
O
OH NaBH4 HO
H O
H+
OH
H
H
-H2O
H O
HO HH
+
HO
OH
HO
+
OH
H
X－
CCC
H
H
H
CCC
H
H
X－
三、理化性质
（二）显色反应
1、还原反应：
（2）四氢硼钠（钾）反应： （NaBH4） 操作：样品溶于1ml甲醇或乙醇中，加入2％NaBH4甲醇溶液， 1分钟后加浓盐酸或浓硫酸数滴即可显紫红色（＋）。
OH
O
二、结构分类
（二）结构类型 9、双苯吡酮类(口山酮)（xanthones）：
O
O
10、花色素类（anthocyanidins）：
+
O OH
二、结构分类
（二）结构类型
黄酮母核中A、B环上常见的取代基：
酚羟基： 甲氧基： 甲基： 异戊烯基
二、结构分类
（二）结构类型
组成黄酮苷的常见糖类：
单糖类：见下表 双糖类：槐糖、龙胆二糖、芸香糖、新橙皮糖、刺槐二糖 三糖类：龙胆三糖，槐三糖等 酰化糖类：2-乙酰基葡萄糖，
HO
O
OH
ruitnose-O
O
OH
OH OCH3
OH O
O-rutinose
OH O
芦丁 (rutin)
橙皮苷(hesperidin)
一、概述
（二）生物活性
2、抗肝脏毒作用：
从水飞蓟种子中得到的水飞蓟素（silybin）、异水飞蓟素 （silydianin）及次水飞蓟素（silychristin）等证明有很强的保肝 作用。临床用以治疗急慢性肝炎、肝硬化及多种中毒性肝损伤 等疾病。
新人教版 化学 必修第二册第五章第三节无机非金属材料课件
（4）应用
光导纤维
水晶、玛瑙饰品
化学仪器
硅酸H2SiO3
高中化学唯一难溶性酸，酸性比碳酸还弱
硅酸
聚合
硅酸凝胶
干燥脱水
硅酸干凝胶
“硅胶”
硅胶的用途： 食品、药品的干燥剂 催化剂的载体
3.新型陶瓷
SiC(金刚砂) 陶瓷
结构 碳原子和硅原子通过共价键连接
硬度大 砂纸和砂轮பைடு நூலகம்磨料
性能
耐高温结构材料
高温抗氧化 耐高温半导体材料
1．保存NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？ SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O 有粘性
2．SiO2既能与HF酸反应又能和NaOH反应，所以它是两性 氧化物？ 错。因为SiO2＋4HF＝SiF4 ↑＋2H2O，生成的SiF4 不属于盐。
二、二新.新型型无无机机非非金金属属材材料 料
SiO2+Na2CO3 SiO2+CaCO3
Na2SiO3+CO2↑ CaSiO3+CO2↑
主要成分
Na2SiO3 CaSiO3
SiO2
玻璃无固定的熔沸点。
2. 玻璃
应用
生产建筑材料、光学仪器和各种器皿、还可制造玻璃 纤维用于高强度符合材料等。
用含铅的原料制 造的光学玻璃
加入一些金属氧化物或盐可以 得到彩色玻璃，常用于建筑和 装饰
新人教版 化学 必修第二册
第三节 无机非金属材料
硅酸盐材料 新型无机非金属材料
材料的分类
材料 （按化学组成 和特性来分）
金属单质 金属材料
合金
无机非金属材料
传统无机非金属材料 新型无机非金属材料
高分子材料： 塑料、合成橡胶、合成纤维
光导纤维
水晶、玛瑙饰品
化学仪器
硅酸H2SiO3
高中化学唯一难溶性酸，酸性比碳酸还弱
硅酸
聚合
硅酸凝胶
干燥脱水
硅酸干凝胶
“硅胶”
硅胶的用途： 食品、药品的干燥剂 催化剂的载体
3.新型陶瓷
SiC(金刚砂) 陶瓷
结构 碳原子和硅原子通过共价键连接
硬度大 砂纸和砂轮பைடு நூலகம்磨料
性能
耐高温结构材料
高温抗氧化 耐高温半导体材料
1．保存NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？ SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O 有粘性
2．SiO2既能与HF酸反应又能和NaOH反应，所以它是两性 氧化物？ 错。因为SiO2＋4HF＝SiF4 ↑＋2H2O，生成的SiF4 不属于盐。
二、二新.新型型无无机机非非金金属属材材料 料
SiO2+Na2CO3 SiO2+CaCO3
Na2SiO3+CO2↑ CaSiO3+CO2↑
主要成分
Na2SiO3 CaSiO3
SiO2
玻璃无固定的熔沸点。
2. 玻璃
应用
生产建筑材料、光学仪器和各种器皿、还可制造玻璃 纤维用于高强度符合材料等。
用含铅的原料制 造的光学玻璃
加入一些金属氧化物或盐可以 得到彩色玻璃，常用于建筑和 装饰
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第三节 无机非金属材料
硅酸盐材料 新型无机非金属材料
材料的分类
材料 （按化学组成 和特性来分）
金属单质 金属材料
合金
无机非金属材料
传统无机非金属材料 新型无机非金属材料
高分子材料： 塑料、合成橡胶、合成纤维
《材料工程基础》课件——第五章 金属的塑性加工(第5、6、7节)
脂肪酸皂 石蜡等
3.5.4 拉拔工具
拉拔工具主要包括拉拔模和芯头。此二者的结构、 形状尺寸、表面质量与材质对制品的质量、产量、 成本等具有重要影响。
拉拔模
拉拔模
旋转模
辊式模 普通模（应用最多 ）
弧线模：只用于细线的拉拔
锥形模：管、棒、型材和较粗的 线材拉拔
图 普通拉拔模的基本结构 （a）锥形模 （b）弧线模
空拉时壁厚增加或减少，主要取决于两个因素：
①圆周方向压应力：促使金属沿径向流动，导致管材壁厚增 加
②轴向拉应力：促使金属产生轴向延伸，并导致壁厚减薄。
这两个因素作用的强弱取决于各种变形条件。
③固定短芯头拉拔变形
变形分三部分：
AB C D
AB段：空拉区，主要是减径 变形，壁厚一般有所增加， 又称减径区。应力应变特点 与空拉时一样。 BC段：减壁区，此阶段外径 减小，内径不变，壁厚减薄。 应力应变特点与棒材拉拔时 一样。 CD段：定径区，为弹性变形 区。
②空拉时的应力与变形
应力状态：与圆棒拉拔时类似，即：周向、径向为
压，轴向为拉，但 ，且有
。
径向压应力的数值由管材外表面至内表面逐渐减小， 在内表面上为零。
周向应力由外表面向内逐渐增大。
轴向应力由变形区入口为零逐渐增加，在变形区出
口(模孔出口)处达到最大。
变形
按目的不同有： 减径空拉：目的是减径，主要用于中间道次，一般 认为拉拔后壁厚不变； 整径空拉：目的是精确控制制品的尺寸，减径量不 大（0.5～1），一般在最后道次进行； 定型空拉：目的是控制形状，主要用于异型管材拉 拔，即用于圆截面向异型截面过渡拉拔。
拉拔加工的特点
①拉拔制品的尺寸精度高，表面粗糙度低 ②工具与设备简单，维护方便，一机多用 ③适用于连续高速生产断面尺寸小的长尺产品（Al、
3.5.4 拉拔工具
拉拔工具主要包括拉拔模和芯头。此二者的结构、 形状尺寸、表面质量与材质对制品的质量、产量、 成本等具有重要影响。
拉拔模
拉拔模
旋转模
辊式模 普通模（应用最多 ）
弧线模：只用于细线的拉拔
锥形模：管、棒、型材和较粗的 线材拉拔
图 普通拉拔模的基本结构 （a）锥形模 （b）弧线模
空拉时壁厚增加或减少，主要取决于两个因素：
①圆周方向压应力：促使金属沿径向流动，导致管材壁厚增 加
②轴向拉应力：促使金属产生轴向延伸，并导致壁厚减薄。
这两个因素作用的强弱取决于各种变形条件。
③固定短芯头拉拔变形
变形分三部分：
AB C D
AB段：空拉区，主要是减径 变形，壁厚一般有所增加， 又称减径区。应力应变特点 与空拉时一样。 BC段：减壁区，此阶段外径 减小，内径不变，壁厚减薄。 应力应变特点与棒材拉拔时 一样。 CD段：定径区，为弹性变形 区。
②空拉时的应力与变形
应力状态：与圆棒拉拔时类似，即：周向、径向为
压，轴向为拉，但 ，且有
。
径向压应力的数值由管材外表面至内表面逐渐减小， 在内表面上为零。
周向应力由外表面向内逐渐增大。
轴向应力由变形区入口为零逐渐增加，在变形区出
口(模孔出口)处达到最大。
变形
按目的不同有： 减径空拉：目的是减径，主要用于中间道次，一般 认为拉拔后壁厚不变； 整径空拉：目的是精确控制制品的尺寸，减径量不 大（0.5～1），一般在最后道次进行； 定型空拉：目的是控制形状，主要用于异型管材拉 拔，即用于圆截面向异型截面过渡拉拔。
拉拔加工的特点
①拉拔制品的尺寸精度高，表面粗糙度低 ②工具与设备简单，维护方便，一机多用 ③适用于连续高速生产断面尺寸小的长尺产品（Al、
天然药物化学 第五章 黄酮
性质 及其苷
黄酮醇及其苷 异黄酮
查耳酮
花色素
颜色 灰黄～黄
无色
微黄
随pH不同而改 黄～橙黄
变
旋光性
苷元：无 苷：有
苷元：无 苷元：无 苷元及苷均有
苷：有 苷：有
苷元：无 苷：有
平面型分子， 水溶性 分子间引力大，非平面分子，溶 溶解性一 溶解性较差
解性较黄酮类好 般 溶解性差
水溶性
第三节 理化性质 五、酸碱性
第三节 理化性质
一、性状
单体黄酮（游离）多为结晶性固体，少为无定形 粉末（如黄酮多糖苷类）
分子量小，结晶性好 分子量大，结晶性差
槐米芦丁
银杏叶黄酮
第三节 理化性质
二. 颜色：无色~淡黄色~黄色~橙色，与结构相关
（1）
灰黄~黄色：黄酮、黄酮醇及其苷 黄色~橙黄色：查尔酮
有交叉共 轭体系
（2）
微黄色：异黄酮
OH OH
O
OH
OH O
斛皮素
OH
芦丁(rutin)是槲皮素
HO
O
的３-O- 芸香糖苷。用于治
Orutinose
OH O
芦丁
疗毛细血管脆弱 引起的出 血病，作为高血压的辅助
治疗剂。
（一）黄酮（醇）类 flavones （flavonol）
➢ 知识扩展：曲克芦丁
【英文名称】 Troxerutin 【中文别名】羟乙基芦丁、维脑路通 【药理作用】本品系芦丁经羟乙基化制成的半合成黄酮化 合物，具有抑制红细胞和血小板凝聚作用，防止血栓形成 。
天然药物化学
第五章 黄酮类化合物
学习目标
1.掌握黄酮类化合物的理化性质及提取分离方法。 2.熟悉黄酮类化合物的概念、分类及结构特点。 3.了解黄酮类化合物的分布特点、生物活性。
天然药化_第五章_醌类化合物
（二）化学性质
1.酸性
2.颜色反应
二、理化性质 1.性状
（一）物理性质
颜色—— 无Ar-OH近乎于无色 助色团越多，颜色越深 如：黄、红、橙、紫红等 多为有色晶体
存在状态：苯醌、萘醌——多以游离状态存在；
蒽醌类——则往往结合成苷而存在于
植物中。
二、理化性质 （一）物理性质 1.性 状 2.溶解度 3.挥发性 4.升华性 5.不同pH条件下显色
四、结构鉴定 1.甲基化反应
（一）衍生物的制备
目的——保护-OH、测定-OH数目及成苷的位置。
条件 (1)反应物甲基化易难：
-COOH > -OH > Ar-OH > -OH > R-OH
( 酸性越强，质子易解离，甲基化易 )
(2)试剂的活性 CH3I > (CH3)2SO4 > CH2N2 (3)溶剂 溶剂的极性强，甲基化能力增强 例：曲菌素的甲基化反应
（三）蒽醌苷类与游离蒽醌衍生物的分离
（四）蒽醌苷类的分离
（二）游离羟基蒽醌的分离 1.pH梯度萃取法
三、提取分离 2.层析法
（二）游离羟基蒽醌的分离
吸附剂——硅胶、聚酰胺 *不易用氧化铝，尤其不易用碱性氧化铝，避免与酸 性的蒽醌类成分发生化学吸附而难以洗脱。
三、提取分离
（一）游离醌类的提取方法 （二）游离羟基蒽醌的分离
O O Mg O O H O O H O O
O Mg O
O
O
与醋酸镁形成的络合物
O
二、理化性质
（二）化学性质
2.颜色反应 （5）与金属离子反应
与醋酸镁形成的络合物具有一定的颜色——鉴定
OH O O -OH O -OH
材料表面工程第五章 堆焊与热喷涂技术
第五章 堆焊及热喷涂技术
5.1 一 概述
堆焊：是借用焊接的手段对金属材料表面进行厚膜改质。 对本来是用一般材料制成的零件，通过堆焊一层高合金， 可使其性能得到明显的改善或提高。堆焊也是修复的方法
堆焊是一种熔焊工艺 ，堆焊就其物理本质和冶金过程 而言，具有焊接的一般规律，原则上已有的熔焊方法都可 以用于堆焊。
• (4)为防止工件变形，对批量较大的工件，应采用 专用工卡具，以防止变形。也可以采用预制反变 形法。对于工况条件为低应力磨料磨损的工件， 在基体表面堆焊成网格状焊道，就可以获得很高 的抗磨损性能，这样即可以降低成本，又可以防 止变形过大。
氧-乙炔堆焊
氧－乙炔火焰温度较低（3050～3100℃），火焰加热面 积大，可获得较低的稀释率（1﹪～10﹪），堆焊层厚度 较小，可在1㎜左右。氧-乙炔火焰尤其适用于堆焊碳化钨 管状焊丝，这种合金要求在堆焊时WC颗粒不熔化，这样 才能最好地发挥WC的耐磨性。
线材火焰喷涂
棒材火焰喷涂
气体燃烧热源
粉末火焰喷涂 超音速火焰喷涂
粉末火焰喷焊
热 喷 涂 方 法 的
气体放电热源
电弧喷涂 等离子喷涂
大气等离子喷涂
真空等离子喷涂 保护气氛等离子喷涂 水稳等离子喷涂 超音速等离子喷涂
种
等离子喷焊
类
电热热源
电容放电喷焊 感应加热喷涂
爆炸热源 激光热源
燃气重复爆炸喷涂 线材电爆喷涂
• (1)焊前清除工件表面上的油、锈。 • (2)将工件放平防止铁水流出。 • (3)用碳化焰将工件表面加热至半熔化温度，即呈现＂出
汗＂状态，此时添入堆焊材料进行堆焊。注意堆焊时不要 使母材完全熔化形成熔池。 • (4)堆焊时，焊丝和熔化区应处于还原焰的保护中，不得将 火焰急速移开，以防止堆焊金属氧化。 • (5)单层堆焊一般在2～3㎜厚，厚度不够时可用多层堆焊， 必要时可用火焰重熔堆焊层，以消除堆焊缺陷。
5.1 一 概述
堆焊：是借用焊接的手段对金属材料表面进行厚膜改质。 对本来是用一般材料制成的零件，通过堆焊一层高合金， 可使其性能得到明显的改善或提高。堆焊也是修复的方法
堆焊是一种熔焊工艺 ，堆焊就其物理本质和冶金过程 而言，具有焊接的一般规律，原则上已有的熔焊方法都可 以用于堆焊。
• (4)为防止工件变形，对批量较大的工件，应采用 专用工卡具，以防止变形。也可以采用预制反变 形法。对于工况条件为低应力磨料磨损的工件， 在基体表面堆焊成网格状焊道，就可以获得很高 的抗磨损性能，这样即可以降低成本，又可以防 止变形过大。
氧-乙炔堆焊
氧－乙炔火焰温度较低（3050～3100℃），火焰加热面 积大，可获得较低的稀释率（1﹪～10﹪），堆焊层厚度 较小，可在1㎜左右。氧-乙炔火焰尤其适用于堆焊碳化钨 管状焊丝，这种合金要求在堆焊时WC颗粒不熔化，这样 才能最好地发挥WC的耐磨性。
线材火焰喷涂
棒材火焰喷涂
气体燃烧热源
粉末火焰喷涂 超音速火焰喷涂
粉末火焰喷焊
热 喷 涂 方 法 的
气体放电热源
电弧喷涂 等离子喷涂
大气等离子喷涂
真空等离子喷涂 保护气氛等离子喷涂 水稳等离子喷涂 超音速等离子喷涂
种
等离子喷焊
类
电热热源
电容放电喷焊 感应加热喷涂
爆炸热源 激光热源
燃气重复爆炸喷涂 线材电爆喷涂
• (1)焊前清除工件表面上的油、锈。 • (2)将工件放平防止铁水流出。 • (3)用碳化焰将工件表面加热至半熔化温度，即呈现＂出
汗＂状态，此时添入堆焊材料进行堆焊。注意堆焊时不要 使母材完全熔化形成熔池。 • (4)堆焊时，焊丝和熔化区应处于还原焰的保护中，不得将 火焰急速移开，以防止堆焊金属氧化。 • (5)单层堆焊一般在2～3㎜厚，厚度不够时可用多层堆焊， 必要时可用火焰重熔堆焊层，以消除堆焊缺陷。
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2013-7-11
菲克第一定律
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.
Illustration of the concentration gradient
扩散的微观机理
a.
间隙扩散: P≈1
Gm zP exp( ) kT
2013-7-11
Sm H m 1 2 1 2 D fa fa z exp( ) exp( ) 6 6 k kT H m D0: 扩散常数 D D0 exp( ) kT
2013-7-11 第五章 材料中的扩散 15
§5.1 扩散定律及其应用
2) 限定源扩散—测定金的自扩散系数菲克第二定 律(将Au198涂覆于Au197, Au198扩散进入Au197)
边界条件:
c t 0 : x 0, J 0, 0, x , c 0 x 初始条件: t 0 : x 0, c , x , c 0
D取常数(浓度变 化不大时,近似)
c 2 2 2 D( 2 2 2 )c 三个方向扩散系 t x y z 数相等(Dx=Dy= Dz=D)
第五章 材料中的扩散 12
2013-7-11
§5.1 扩散定律及其应用
3) 物理意义: 扩散过程中,扩散物质浓度随时间的变化率与沿 扩散方向上扩散物质的浓度梯度随扩散距离的 变化率成正比. 4) 适应条件: c J 稳态扩散 0, 0
材料科学基础
2010.10
第五章 材料中的扩散—概述
扩散Diffusion: 由于热运动而导致原子 (分子)在介质中迁移的现象.
微观: 热激活的原子通过自身热振动克服 束缚而迁移它处的过程. 宏观: 原子无序跃迁的统计结果. 扩散速率及其宏观规律; 扩散微观机理—扩散中原子的具体迁移方式.
第五章 材料中的扩散 2
1) 臵换互溶扩散偶—纯铜和纯镍,焊接面上嵌 入惰性标记; 2) 扩散后浓度分布; 3) 扩散后惰性标记移动; 4) 科肯道尔效应: 由于两组元的原子以不同的 速率(DA≠DB)相对扩散而引起的标记面漂 移现象; 5) 科肯道尔效应广泛存在于臵换型扩散偶中.
2013-7-11 第五章 材料中的扩散 14
2013-7-11 第五章 材料中的扩散 21
§5.2 扩散的微观机理
3) 其他扩散机制
填隙机制 平衡位臵的 原子挤入邻 近原子的间 隙中.
2013-7-11
第五章 材料中的扩散
22
§5.2 扩散的微观机理
换位机制:
直接交换 环形交换
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第五章 材料中的扩散
23
§5.2 扩散的微观机理
间隙机制扩散示意图
2013-7-11 第五章 材料中的扩散 20
§5.2 扩散的微观机理
2) 空位机制
方式: 原子跃迁到与之相邻的空位; 条件: 原子旁边存在空位; 结果: 形成扩 散原子和空位 的逆向流动— 空位流动造成 科肯道尔效应; 金属和臵换固 溶体的扩散机 制. 空位机制扩散示意图
（金属的氧化和化学热处理，玻璃的化学增强处理及某些半 导体扩散掺杂工艺都属于此类问题）
扩散方程在渗碳过程中的应用误差函数解 边界条件: c x 0 cs 初始条件: c t 0 c0
c( x , t ) c0 (cs c0 )[1 erf (
—扩散第二方程特解, 式中:
Dt —制定渗碳工艺的理论依据.
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第五章 材料中的扩散
18
§5.1 扩散定律及其应用
扩散方程在扩散退火中的应用—正弦解
具有枝晶偏析的合金,其溶质浓度分布 可近似用正弦函数表示:
c c p A0 sin(
x
l
)
cp: 平均浓度; A0: 振幅, cm- cp; cm: 最大偏析量; l: 枝晶间距一半; 扩散方程正弦解:
主要研究内容:
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第五章 材料中的扩散—概述
扩散现象举例:
气体、液体; 固体中质量传输的 唯一途径; 与材料中的许多现 象有关,是影响材料 组织性能及加工处 理的重要过程因素.
第五章 材料中 材料中的扩散—概述
扩散的分类
（1）根据有无浓度变化分 自扩散: 原子经由自己元素的晶体点阵而迁移的 扩散(如纯金属或固溶体的晶粒长大, 无浓度变化). 互扩散: 原子通过进入对方元素晶体点阵而导致 的扩散(有浓度变化).
（1）温度足够高; （2）时间足够长; （3）扩散原子能固溶; （4）具有驱动力: 化学位梯度.
2013-7-11 第五章 材料中的扩散 5
§5.1 扩散定律及其应用
1. 扩散定律
单向扩散实验 —扩散偶 c1<c2(1<2),950℃保温
扩散通量J: 单位 时间内通过垂直 于扩散方向的单 位截面积的扩散 物质量.
（2）根据扩散方向分
下坡扩散: 原子由高浓度向低浓度处进行的扩散. 上坡扩散: 原子由低浓度向高浓度处进行的扩散.
2013-7-11 第五章 材料中的扩散 4
第五章 材料中的扩散—概述
（3）根据是否出现新相
原子扩散: 扩散过程中不出现新相. 反应扩散: 导致形成新相的扩散.
固态扩散的条件
2013-7-11 第五章 材料中的扩散 10
§5.1 扩散定律及其应用
沿一个方向只有1/2的几率 则单位时间内两者的差值即扩散原子净流量 J=（1/2）f（n1-n2） =（1/2）fC1dx-（1/2）fC2dx =f（C2-C1）dx/2
令D=（1/2）（dx）2f，则 J=-（1/2）fdxdc =-（1/2）（dx）2f（dc/dx） =-D （dc/dx）（稳态扩散）
2013-7-11
第五章 材料中的扩散
11
§5.1 扩散定律及其应用
菲克第二定律
浓度及浓度梯度 随时间不断变化
1) 菲克第一定律不能全面描述非稳态扩散过程; 2) 数学表达式(扩散第二方程): c c (D ) 一般: t x x 一维 c 2c D 2 特殊: t x 三维
2. 原子热运动与晶体中的扩散
原子迁移需 克服能垒 Gm =G2-G1, 只有自由能 高于G2的原 子才能迁移. 原子扩散能 力由扩散激 活能和扩散 系数描述.
原子迁移需越过的能垒
2013-7-11 第五章 材料中的扩散 24
§5.2 扩散的微观机理
1) 扩散系数与原子迁移
几条假设: ① 给定条件下扩散溶质原子跳到 相邻位臵的频率(跃迁频率)为; ② 原子跳动使其从晶面Ⅰ跃迁至 晶面Ⅱ的几率为p; ③ 晶面Ⅰ和Ⅱ上扩散原子的面密 度分别为n1和n2且n1>n2. ④ 相邻晶面的面间距为a, 体积浓 度c与溶质原子面密度n的关系: c = n/a
2013-7-11 第五章 材料中的扩散 6
§5.1 扩散定律及其应用
菲克第一定律
The flux during diffusion is defined as the number of atoms passing through a plane of unit area per unit time
2013-7-11
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.
第五章 材料中的扩散
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§5.1 扩散定律及其应用
x 2 Dt
)]
erf (
x
2 Dt
)
—高斯误差 函数
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适用条件: 半无限长棒 如恒定扩散源的渗碳过程
第五章 材料中的扩散
17
§5.1 扩散定律及其应用
设为渗碳层深度(表面至给定碳浓度c*的距离), * 则有: cs c erf ( ) =常数
2 Dt
c s c0
即:
第五章 材料中的扩散 9
2013-7-11
§5.1 扩散定律及其应用
x轴上两单位面积1和2，间距dx，面上原子浓度为C1、C2 则平面1到平面2上原子数n1=C1dx 平面2到平面1上原子数n2=C2dx 若原子平均跳动频率f, dt时间内跳离平面1的原子数为n1f· dt，跳离平面2的 原子数为n2fdt，
第五章 材料中的扩散 8
扩散第一方程
§5.1 扩散定律及其应用
菲克第一定律
J: 扩散通量(g /cm2•s); c D: 扩散系数(cm2/s); 1) 数学表达式: J D x c: 体积浓度(g /cm3); 2) 物理意义: "-": 扩散方向与浓度 扩散通量J(单位时间内通 梯度方向相反. 过垂直于扩散方向的某一单 位面积截面的扩散物质流量) 与浓度梯度成正比. 3) 适用条件：稳态扩散—浓度及浓度梯度不随时 间改变(dc/dt=0), 此时可用dc/dx代 替∂c/∂x.
x c J c J 非稳态扩散 0, 0( ) t x t x
扩散过程中,扩散物质的浓度不仅随距离发 生变化,还随时间发生变化.
t
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第五章 材料中的扩散
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§5.1 扩散定律及其应用
2. 科肯道尔(Kirkendall)效应
DniCu> DcuNi, Ni一侧向Cu一侧 有物质净输送.
双原子气体:
§5.1 扩散定律及其应用