材料科学-材料性能与指标
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 金属材料和无机非金属材料有好的耐有机溶剂性能； • 热塑性高分子材料一般由线形高分子构成，很多有机
溶剂都可以将其溶解； • 交联型高分子在有机溶剂中不溶解，但能溶胀，使材
料体积膨胀，性能变差； • 不同的高分子材料，其分子链以及侧基不同，对各种
有机溶剂表现出不同的耐受性； • 组织结构对耐溶剂性也有较大影响。
4
3.1.1 耐氧化性 （1）化学锈蚀
(1) Chemical stability of metal materials
金属氧化反应的 主要过程示意图
讲解：XX
吸附
氧化物成核 生长 氧溶解
氧化膜生长 内氧化
缝隙 孔洞 微裂纹
宏观裂纹
2021/3/10
5
几种金属的表面氧化膜对比
多孔氧化膜 致密氧化膜 松散氧化膜
耐
碱
材
大多数金属氧化物都是碱性氧化 料
物，相应的材料表现出较强的耐 碱性，而易受酸侵蚀或溶解。
讲解：XX
2021/3/10
15
金属的耐酸碱性
• 主要是高温下浓碱液的腐蚀问题 • 镍铬铸铁中加入稀土，降低镍含量，可以降低材料成
本，又可以保证合金铸铁良好的耐碱蚀性。
耐蚀机理：碱蚀后稀土高镍铬铸铁 表面生成完整、致密的-(Fe, Cr)2O3 氧化膜和Na2SO4、FeCl3等附着物， 使材料本体受到保护。
– 例如，作为结晶性聚合物，聚乙烯在大多数有机溶剂中都难 溶，因而具有很好的耐溶剂性。
讲解：XX
2021/3/10
18
2.1.4 耐老化性 (3) Chemical stability of polymers ——高分子材料面临的问题
• 光照下形成自由基：
CH3 CH2C CHCH2
h -H+
CH3 CH2C CH CH
• 聚四氟乙烯有极好的耐老化性能
– 氟原子与碳原子形成牢固的化学键；
– 氟原子的尺寸大小适中，一个紧挨一个，能把碳链紧紧 包围住。
• 分子链中含有不饱和双键、聚酰氨的酰氨键、聚碳酸 酯的酯键、聚砜的碳硫键、聚苯醚的苯环上的甲基等 等，都会降低高分子材料的耐老化性。
讲解：XX
2021/3/10
20
耐老化性的提高
Chapter 2 Properties of Materials
材料的性能
讲解：XX
2021/3/10
1
General Characters of Materials
讲解：XX
2021/3/10
2
本章主要内容
材料的几类主要性能：
➢ 化学性能 ➢ 力学性能 ➢ 热性能 ➢ 电性能 ➢ 磁性 ➢ 光学性能
思考：
• 为什么有的金属（如铝）比较活泼，但在 空气中很稳定？
• 为什么在潮湿环境下金属材料容易生锈？ • 材料应用中有哪些防锈方法？
讲解：XX
2021/3/10
14
2.1.2 耐酸碱性
(2) Chemical stability of non-metal materials
耐酸材料
以酸性氧化物SiO2为主
CH3 CH3 CH2 C CH C CH2
OC
CO
O
O
CH3 CH3
CH2 + O
CH3 C CH C
CH3 C CH2 CO
O
O
CH3 CH3
讲解：XX
2021/3/10
19
结构与耐老化性
(3) Chemical stability of polymers
• 羰基容易吸收紫外光，因此含羰基的聚合物在太阳光 照射下容易被氧化降解。
弯折
讲解：XX
剪切
2021/3/10
22
2.2.1 材料的强度(Strength)
➢ 拉伸强度 Tensile strength ➢ 弯曲强度 Flexural strength ➢ 扭转强度 Torsional strength ➢ 抗压强度 Compression strength ➢ 冲击强度 Impact strength
(3) Chemical stability of polymers
• 改进聚合物分子结构 • 加入适当助剂
– 抗氧化剂 – 光屏蔽剂 – 紫外线吸收剂 – 淬灭剂
讲解：XX
2021/3/10
21
2.2 力学性能 Mechanical Property
——材料抵受外力作用的能力
F
F
F
F
F
F
拉伸
压缩
讲解：XX
2021/3/10
6
生长应力与热应力
金属的氧化动力学曲线常常由于发生氧化膜的开裂与剥落而 偏离理论公式，并失去保护作用。
氧比膜中的应力与松弛是决定氧化动力学的重要因素。
讲解：XX
2021/3/10
7
讲解：XX
2021/3/10
8
讲解：XX
2021/3/10
9
（2）电化学腐蚀
Electrochemistry corrosion
simple electrochemical cell
讲解：XX
corrosion cell between a steel water pipe and a copper fitting
2021/3/10
10
（2来自百度文库电化学腐蚀
Electrochemistry corrosion
讲解：XX
SO2气体对铁的侵蚀过程
讲解：XX
2021/3/10
16
高分子材料：
化学稳定性好，耐酸耐碱
讲解：XX
(3) Chemical stability of polymers
• 主链原子以共价键结合 • 长分子链对反应基团的保护 • 电绝缘性，无电化学腐蚀
2021/3/10
17
2.1.3 耐有机溶剂性 (3) Chemical stability of polymers
• 氧气的参与：
(1) RH + •O－O• R • + •O－OH (2) R • + •O－O• R－O－O• RH RO－OH+R • (3) RO－OH+RH RO• + •OH (4) RO• + •OH ROH + R • (5) HO• + RH R • + H 2O
• 自由基形成后导致 链的断裂（降解）：
2021/3/10
11
Example
海水对金属的侵蚀示意图
讲解：XX
2021/3/10
12
电化学防锈——牺牲阳极法
Cathodic protection of a buried steel pipeline
Why Mg? How about Ca, Al, Zn?
讲解：XX
2021/3/10
13
学习目的：
1. 了解材料的各类性能； 2. 学习一些材料性能的表征及测试方法； 3. 加深理解材料结构与性能的关系。
讲解：XX
2021/3/10
3
2.1 化学性能 Chemical Performance
——材料抵抗各种介质作用的能力
溶蚀性 耐腐蚀性 抗渗透性 抗氧化性
化学稳定性
讲解：XX
2021/3/10
溶剂都可以将其溶解； • 交联型高分子在有机溶剂中不溶解，但能溶胀，使材
料体积膨胀，性能变差； • 不同的高分子材料，其分子链以及侧基不同，对各种
有机溶剂表现出不同的耐受性； • 组织结构对耐溶剂性也有较大影响。
4
3.1.1 耐氧化性 （1）化学锈蚀
(1) Chemical stability of metal materials
金属氧化反应的 主要过程示意图
讲解：XX
吸附
氧化物成核 生长 氧溶解
氧化膜生长 内氧化
缝隙 孔洞 微裂纹
宏观裂纹
2021/3/10
5
几种金属的表面氧化膜对比
多孔氧化膜 致密氧化膜 松散氧化膜
耐
碱
材
大多数金属氧化物都是碱性氧化 料
物，相应的材料表现出较强的耐 碱性，而易受酸侵蚀或溶解。
讲解：XX
2021/3/10
15
金属的耐酸碱性
• 主要是高温下浓碱液的腐蚀问题 • 镍铬铸铁中加入稀土，降低镍含量，可以降低材料成
本，又可以保证合金铸铁良好的耐碱蚀性。
耐蚀机理：碱蚀后稀土高镍铬铸铁 表面生成完整、致密的-(Fe, Cr)2O3 氧化膜和Na2SO4、FeCl3等附着物， 使材料本体受到保护。
– 例如，作为结晶性聚合物，聚乙烯在大多数有机溶剂中都难 溶，因而具有很好的耐溶剂性。
讲解：XX
2021/3/10
18
2.1.4 耐老化性 (3) Chemical stability of polymers ——高分子材料面临的问题
• 光照下形成自由基：
CH3 CH2C CHCH2
h -H+
CH3 CH2C CH CH
• 聚四氟乙烯有极好的耐老化性能
– 氟原子与碳原子形成牢固的化学键；
– 氟原子的尺寸大小适中，一个紧挨一个，能把碳链紧紧 包围住。
• 分子链中含有不饱和双键、聚酰氨的酰氨键、聚碳酸 酯的酯键、聚砜的碳硫键、聚苯醚的苯环上的甲基等 等，都会降低高分子材料的耐老化性。
讲解：XX
2021/3/10
20
耐老化性的提高
Chapter 2 Properties of Materials
材料的性能
讲解：XX
2021/3/10
1
General Characters of Materials
讲解：XX
2021/3/10
2
本章主要内容
材料的几类主要性能：
➢ 化学性能 ➢ 力学性能 ➢ 热性能 ➢ 电性能 ➢ 磁性 ➢ 光学性能
思考：
• 为什么有的金属（如铝）比较活泼，但在 空气中很稳定？
• 为什么在潮湿环境下金属材料容易生锈？ • 材料应用中有哪些防锈方法？
讲解：XX
2021/3/10
14
2.1.2 耐酸碱性
(2) Chemical stability of non-metal materials
耐酸材料
以酸性氧化物SiO2为主
CH3 CH3 CH2 C CH C CH2
OC
CO
O
O
CH3 CH3
CH2 + O
CH3 C CH C
CH3 C CH2 CO
O
O
CH3 CH3
讲解：XX
2021/3/10
19
结构与耐老化性
(3) Chemical stability of polymers
• 羰基容易吸收紫外光，因此含羰基的聚合物在太阳光 照射下容易被氧化降解。
弯折
讲解：XX
剪切
2021/3/10
22
2.2.1 材料的强度(Strength)
➢ 拉伸强度 Tensile strength ➢ 弯曲强度 Flexural strength ➢ 扭转强度 Torsional strength ➢ 抗压强度 Compression strength ➢ 冲击强度 Impact strength
(3) Chemical stability of polymers
• 改进聚合物分子结构 • 加入适当助剂
– 抗氧化剂 – 光屏蔽剂 – 紫外线吸收剂 – 淬灭剂
讲解：XX
2021/3/10
21
2.2 力学性能 Mechanical Property
——材料抵受外力作用的能力
F
F
F
F
F
F
拉伸
压缩
讲解：XX
2021/3/10
6
生长应力与热应力
金属的氧化动力学曲线常常由于发生氧化膜的开裂与剥落而 偏离理论公式，并失去保护作用。
氧比膜中的应力与松弛是决定氧化动力学的重要因素。
讲解：XX
2021/3/10
7
讲解：XX
2021/3/10
8
讲解：XX
2021/3/10
9
（2）电化学腐蚀
Electrochemistry corrosion
simple electrochemical cell
讲解：XX
corrosion cell between a steel water pipe and a copper fitting
2021/3/10
10
（2来自百度文库电化学腐蚀
Electrochemistry corrosion
讲解：XX
SO2气体对铁的侵蚀过程
讲解：XX
2021/3/10
16
高分子材料：
化学稳定性好，耐酸耐碱
讲解：XX
(3) Chemical stability of polymers
• 主链原子以共价键结合 • 长分子链对反应基团的保护 • 电绝缘性，无电化学腐蚀
2021/3/10
17
2.1.3 耐有机溶剂性 (3) Chemical stability of polymers
• 氧气的参与：
(1) RH + •O－O• R • + •O－OH (2) R • + •O－O• R－O－O• RH RO－OH+R • (3) RO－OH+RH RO• + •OH (4) RO• + •OH ROH + R • (5) HO• + RH R • + H 2O
• 自由基形成后导致 链的断裂（降解）：
2021/3/10
11
Example
海水对金属的侵蚀示意图
讲解：XX
2021/3/10
12
电化学防锈——牺牲阳极法
Cathodic protection of a buried steel pipeline
Why Mg? How about Ca, Al, Zn?
讲解：XX
2021/3/10
13
学习目的：
1. 了解材料的各类性能； 2. 学习一些材料性能的表征及测试方法； 3. 加深理解材料结构与性能的关系。
讲解：XX
2021/3/10
3
2.1 化学性能 Chemical Performance
——材料抵抗各种介质作用的能力
溶蚀性 耐腐蚀性 抗渗透性 抗氧化性
化学稳定性
讲解：XX
2021/3/10