纯金属的晶体结构
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常见纯金属的晶格类型
常见纯金属的晶格类型
常见金属晶体的晶格类型有：(1)正方晶系；(2)单斜晶系，包括等轴晶系和面心立方晶系；
(3)四方晶系，即一组四个角为120°的平行四边形晶胞。
纯金属中，按照晶胞的大小分为大、中、小三种晶粒尺寸；按照晶体结构可以分为等轴晶系、面心立方晶系、六方晶系、四方晶系、八面体晶系等几种晶格类型。
在单斜晶系中，因为每条棱都是相互垂直的，所以一个晶胞中只能出现两个晶面。
而六方晶系里，由于每条棱都垂直，所以同样一个晶胞中会有6个晶面。
正方晶系中最主要的晶体结构是立方晶胞。
1 纯金属的晶体结构
金属的晶体结构
常见的晶体结构有以下三种： 1、体心立方晶格(bcc) 2、面心立方晶格(fcc) 3、密排六方晶格(hcp) 这三种晶格的原子排列不同,因此它们的性 能也不同.一般来讲,体心立方结构的材料,其强 度高而塑性相对低一些；面心立方结构的材料, 其强度低而塑性好；密排六方结构的材料,其强 度与塑性均低.
Z
c
X a
b
Y
a、 b、 c —晶格常数（点阵常数） 、 、 — 夹角
金属的晶体结构
4.晶体结构的表征
由于不同晶型的晶体或同一晶格中，相应原子的
排列的情况不同，晶胞特征参数不同，故机械性能及
相应的其它性能有很大的差异。
2、晶胞原子数
晶胞特 征参数 3、原子半径 4、配位数 5、致密度
自然界的绝大多数物质在固态下为晶体， 只有少数为非晶体，所有的金属都是晶体。
一、 晶体的基本知识
2.晶格与晶胞
金属的晶体结构
晶格——将晶体的原子几何化成一点，用一系列平行直 线连接起来，构成一空间格架叫晶格。
晶体模型
晶格
晶胞
组成晶格的最小几何单元体 将晶体的原子看成是刚性小球
金属的晶体结构
3.晶胞的表示方法
a
体心立方晶体模型
体心立方晶格
a
原子半径: 晶胞原子数: 配位数: 致密度:
r ( 3 / 4) a
2a
4 K n r 3 / V 3 2 (4 / 3) ( 3 / 4a)3 a3
0.68＝68%
n =1/8×8 + 1 = 2 Z＝8
2.面心立方晶格：fcc
金属的晶体结构
0.74＝74%
两个简单六方晶格穿插 在一起构成密排六方晶格
金属的晶体结构
组成晶体的质点（原子、离子或分子）在三维空间按 一定规律排列，故金属具有规则的几何形状；
1.3 实际金属的晶体结构 实际金属的晶体结构与理想晶体的结构不同。实际金 属是由很多结晶位向不同的小晶体（即晶粒）组成， 晶粒内晶体的位向不同。 一般金属都是多晶体。晶粒之间的分界面称为晶界。
1Cr17不锈钢的多晶体
晶核形成有两种情况：一是在液体中一定过冷度条件下 自然形成的晶核，称为自发晶核；二是在液体中依附外 来的固态粒子的表面上形成晶核，称为非自发晶核。
根据第二种特性可细化晶粒，如在钢液中加入细化晶粒 的金属元素颗粒(Al、V等),可形成大量的非自发晶核， 因而得到细晶粒组织。 晶体长大有两种方式：平面长大和树枝状长大。分别 发生在冷速较慢和较快时。
平面长大的规则形状晶体
树枝状长大的树枝状晶体
2.3 金属的同素异构转变
同素异构转变是金属在固态下由一种晶格转变为另一 种晶格的现象。可发生这种转变的金属有：Fe、Co、 Mn、Ti、Sn等。 Fe在结晶之后随着温度的变化，有两次晶格转变：
纯铁液体 15380Cδ Fe 13940Cγ Fe9120 Cα Fe
致密度 0.74
面心立方晶胞示意图
3. 密排六方晶格
属于六方晶系。晶格参数a=b≠c；α=β；γ=120。每个晶胞 是一个正六方柱体，六方晶胞的十二个角和上、下底面中 心各有一个原子，上、下底面之间还均匀分布着三个原子, 即晶胞中共有6个原子。属此晶格的金属有：镁、锌、铍、 α钛、镉等。
致密度 0.74
空位的存在有利于金属内部原子的迁移(即扩散)。 点缺陷造成局部晶格畸变（撑开或靠拢）, 使金属的 电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。
晶体中的点缺陷都处在不断的变化和运动中，其位置 随时在变。这是金属原子扩散的一种主要方式，也是 金属在固态下“相变”和化学热处理工艺的基础。
1.3 实际金属的晶体结构 实际金属的晶体结构与理想晶体的结构不同。实际金 属是由很多结晶位向不同的小晶体（即晶粒）组成， 晶粒内晶体的位向不同。 一般金属都是多晶体。晶粒之间的分界面称为晶界。
1Cr17不锈钢的多晶体
晶核形成有两种情况：一是在液体中一定过冷度条件下 自然形成的晶核，称为自发晶核；二是在液体中依附外 来的固态粒子的表面上形成晶核，称为非自发晶核。
根据第二种特性可细化晶粒，如在钢液中加入细化晶粒 的金属元素颗粒(Al、V等),可形成大量的非自发晶核， 因而得到细晶粒组织。 晶体长大有两种方式：平面长大和树枝状长大。分别 发生在冷速较慢和较快时。
平面长大的规则形状晶体
树枝状长大的树枝状晶体
2.3 金属的同素异构转变
同素异构转变是金属在固态下由一种晶格转变为另一 种晶格的现象。可发生这种转变的金属有：Fe、Co、 Mn、Ti、Sn等。 Fe在结晶之后随着温度的变化，有两次晶格转变：
纯铁液体 15380Cδ Fe 13940Cγ Fe9120 Cα Fe
致密度 0.74
面心立方晶胞示意图
3. 密排六方晶格
属于六方晶系。晶格参数a=b≠c；α=β；γ=120。每个晶胞 是一个正六方柱体，六方晶胞的十二个角和上、下底面中 心各有一个原子，上、下底面之间还均匀分布着三个原子, 即晶胞中共有6个原子。属此晶格的金属有：镁、锌、铍、 α钛、镉等。
致密度 0.74
空位的存在有利于金属内部原子的迁移(即扩散)。 点缺陷造成局部晶格畸变（撑开或靠拢）, 使金属的 电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。
晶体中的点缺陷都处在不断的变化和运动中，其位置 随时在变。这是金属原子扩散的一种主要方式，也是 金属在固态下“相变”和化学热处理工艺的基础。
金属的晶体结构
面心立方晶胞特征： ①晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90° ②晶胞原子数：
③原子半径
面心立方晶格示意图
具有面心立方晶格 的金属有铝、铜、镍、 金、银、γ-铁等。
④致密度：0.74(74%)
第一节 金属的晶体结构
(2)密排六方晶格(胞)
金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。 面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。
体心立方晶胞特征： ①晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90° ②晶胞原子数：一个体心立方晶胞所 含的原子数为2个。
体心立方晶格示意图 具有体心立方晶格
的金属有钼、钨、钒、 α-铁等。
第一节 金属的晶体结构
(1)体心立方晶格(胞)
体心立方晶胞特征： ③原子半径：晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半,或晶胞中原子 密度最大的方向上相邻两原子之间距离的一半称为原子半径(r原子)。
1.增大金属的过冷度 原理：一定体积的液态金属中,若成核速率N越大,则结晶后的晶粒
越多,晶粒就越细小;晶体长大速度G越快,则晶粒越粗。 随着过冷度的增加,形核速率和长大速度均会增大。但当过冷度超
过一定值后，成核速率和长大速度都会下降。对于液体金属，一般不会 得到如此大的过冷度，通常处于曲线的左边上升部分。所以,随着过冷 度的增大，成核速率和长大速度都增大，但前者的增大更快，因而比值 N/G也增大,结果使晶粒细化。
二、纯金属的晶体结构
晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式称为晶体结构。 通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。 这种格架称为晶格。晶格的结点为金属原子(或离子)平衡中心的位置。
晶体
晶格
第一节 金属的晶体结构
二、纯金属的晶体结构
机械工程材料 第二章 金属的晶体结构与结晶
均匀长大
树枝状长大
2-2
晶粒度
实际金属结晶后形成多晶体，晶粒的大小对力学性能影响很大。 晶粒细小金属强度、塑性、韧性好，且晶粒愈细小，性能愈好。
标准晶粒度共分八级， 一级最粗，八级最细。 通过100倍显微镜下的 晶粒大小与标准图对 照来评级。
2-2
• 影响晶粒度的因素
• （1）结晶过程中的形核速度N（形核率） • （2）长大速度G（长大率）
面心立方晶 格
912 °C α - Fe
体心立方晶 格
1600
温 度
1500 1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700 600 500
1534℃ 1394℃
体心立方晶格
δ - Fe
γ - Fe
γ - Fe
912℃
纯铁的冷却曲线
α – Fe
体心立方晶 格
时间
由于纯铁具有同素异构转变的特性，因此，生产中才有可能通过 不同的热处理工艺来改变钢铁的组织和性能。
2-3
• 铁碳合金—碳钢+铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。 Fe、C为组元，称为黑色金属。 Fe-C合金除Fe和C外，还含有少量Mn 、Si 、P 、 S 、 N 、O等元素，这些元素称为杂质。
2-3
• 铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC。 • 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 • 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
2-2
物质从液态到固态的转变过程称为凝固。 材料的凝固分为两种类型：
金属的结构与性能
金属的结构与性能⏹纯金属的晶体结构⏹合金的晶体结构纯金属的晶体结构晶体——原子排列长程有序有周期熔点一定材料晶体原子排列长程有序，有周期非晶体——原子排列短程有序，无周期。
性能呈各向异性，一定条件下晶体和非晶体可互相转化。
石英玻璃(非晶体)石英晶体(晶体)一、纯金属的晶体结构（一）晶体的基本概念晶格与晶胞●晶格：用假想的直线将原子中心连接起来所形成的三维空间1、晶格与晶胞用假想的线将原子中心连接起来所形成的维空间格架。
直线的交点（原子中心）称结点。
由结点形成的空间。
点的阵列称空间点阵●晶胞：能代表晶格原子排列规律的最小几何单元。
结点晶体晶胞晶格（空间点阵）晶格与晶胞晶格常数：立方•晶胞各边尺寸a、b、c。
六方•各棱间夹角α、β、γ。
2 晶系：四方●根据晶胞参数不同，将晶体分为七种晶系。
以上的金属具有立方晶系和六方晶系菱方●90%以上的金属具有立方晶系和六方晶系。
=====90︒正交●立方晶系：a b c，αβγ90●六方晶系：a1=a2=a3≠c，α=β=90︒，γ=120︒单斜三斜3原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。
4 晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。
5 配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。
6晶胞中原子本身6 致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。
K=nv’/V=Vrn 334π⨯(二)、金属中常见的晶格类型体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格（bcc）（fcc）（hcp）(二)、金属中常见的晶格类型 1. 体心立方晶格(Body Centered Cubic Lattice, BCC)晶胞原子数晶格常数：a (a =b =c )1/8×8+1=2体心立方结构(b.c.c)原子半径：a 43r 致密度晶格常数：a (a =b =c )晶胞原子数6=41/8×8+1/2×64c晶格常数：a (a =b ), cc/a=1.633晶胞原子数121/2236c/a 1.6331/6×12+1/2×2+3=6a21r =：原子半径配位数：12K ’/V 07474%致密度：K=nv’/V ≈0.74=74%金属中常见晶格类型的基本参数晶格类型体心立方（bcc ）面心立方（fcc ）密排六方（hcp ）晶胞结构a ＝b ＝ca ＝b ＝c90a ＝b c/a ＝1.633α＝β＝γ＝90℃α＝β＝γ＝90℃α＝β＝90℃γ＝120℃晶胞常数晶胞内原子数原子半径致密度配位数0.680.740.7481212α‐Fe 、Mo 、W 、V 、Cr 、β‐Tiγ‐Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Au 、AgMg 、Cd 、Zn 、Be 、Ca 、α‐Ti典型金属(三)、立方晶系晶面、晶向表示方法●晶体中一系列原子组成的面称晶面●任意两原子之间的连线称为原子列，其方向称为晶向。
第二章 金属的晶体结构
晶向指数简化确定方法
1 确定三维坐标系：所求晶向的起点为原点，棱 边以长度为坐标轴的长度单位。 2 求坐标：求所求晶向距起 点最近的原子在三个坐标轴 方向上的坐标值。 3 化最简整数，加方括号。 形式为 [uvw] ，坐标中出现 负值，在数字上方冠负号。
晶向指数的例子
所有平行的晶向，都 具有相同的晶向指数
内蒙古科技大学高等职业技术学院
(111) (111) (111) (111) {1 1 1}晶面族：
(111) (111) (111) (111)
(111)
(111)
(111)
(111)
内蒙古科技大学高等职业技术学院
3.4 晶向指数与晶面指数的联系
当某一晶向[uvw]位于或平行于某一晶面（hkl） 时，必须满足：hu+kv+lw=0。 ［100］//(010)；［110］位于(111)上 当某一晶向[uvw]垂直 于某一晶面（hkl） 时，必须满足：u=h， v=k，w=l。 ［111］⊥（111）； ［010］ ⊥（010）
晶面指数的例子
立方晶系中一些重要晶面的晶面指数
内蒙古科技大学高等职业技术学院
二、晶面族
晶面族：原子排列相同但空间位向不同 的所有晶面，以{hkl}表示。 立方晶系中的晶面族： {1 0 0}：(100)+(010)+(001)
内蒙古科技大学高等职业技术学院
{1 1 0}晶面族：
(110) (101) (011) (110) (101) (011)
基本概念
为了便于确定和区别晶体中不同方位的晶向和晶 面，国际上通用密勒指数（Miller indices）来统 一标定晶向指数与晶面指数。 晶面指数(indices of crystal plane )： 表示晶面的符号。 晶向指数(indices of crystal orientation)： 表示晶向的符号。
金属材料的晶体结构与结晶
1.2 合金的晶体结构与结晶
1.1.1 合金的晶体结构
合金是指由两种或两种以上的金属元素或由金属元素与非金属元素 组成的具有金属特性的物质。
组成合金的最基本的、独立的单元称为组元。由两个组元组成的合 金称为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金，由三个以上组 元组成的合金称为多元合金。
合金中结构相同、成分相同和性能一致，并以界面相互隔开的组成 部分称为相。只有一种相组成的合金为单相合金，由两种或两种以上相 组成的合金为多相合金。用金相观察方法，在金属及合金内部看到的相 的形态、数量、大小和分布及相间结合状态称为显微组织。
非晶体
晶体
金属材料的晶体结构与结晶
1.晶体结构的基本知识
图2-1 晶体结构示意图
金属材料的晶体结构与结晶
1.常见的金属晶格类型 常见的金属晶格类型包括体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方
晶格三大类。 1）体心立方晶格 body—centered cubic lattice 特点：b 较好。如：＜912℃ Fe, Cr, Mo, V等。 含有2个原子体积组成。
图2-7 刃型位错示意图
金属材料的晶体结构与结晶
（3）面缺陷。面缺陷是指在晶体中呈面状分布（在两个方向上尺寸很大，在第 三个方向上尺寸很小）的缺陷。常见的面缺陷是晶界和亚晶界。
晶界是位向不同的晶粒间的过渡区，其宽度为5～10个原子间距。晶界区域的晶 粒的位向通过晶界的协调逐步过渡到相邻晶粒的位向，如图2-8（a）所示。亚晶界 是由位向相差很小的亚晶粒组成的，如图2-8（b）所示。晶界和亚晶界的原子排列 都不规则，会产生晶格畸变。因此，晶界和亚晶界均可提高金属的强度，改善塑性 和韧性。
图2-10 液态金属的结晶过程示意图
金属材料的晶体结构与结晶
1.1.1 合金的晶体结构
合金是指由两种或两种以上的金属元素或由金属元素与非金属元素 组成的具有金属特性的物质。
组成合金的最基本的、独立的单元称为组元。由两个组元组成的合 金称为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金，由三个以上组 元组成的合金称为多元合金。
合金中结构相同、成分相同和性能一致，并以界面相互隔开的组成 部分称为相。只有一种相组成的合金为单相合金，由两种或两种以上相 组成的合金为多相合金。用金相观察方法，在金属及合金内部看到的相 的形态、数量、大小和分布及相间结合状态称为显微组织。
非晶体
晶体
金属材料的晶体结构与结晶
1.晶体结构的基本知识
图2-1 晶体结构示意图
金属材料的晶体结构与结晶
1.常见的金属晶格类型 常见的金属晶格类型包括体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方
晶格三大类。 1）体心立方晶格 body—centered cubic lattice 特点：b 较好。如：＜912℃ Fe, Cr, Mo, V等。 含有2个原子体积组成。
图2-7 刃型位错示意图
金属材料的晶体结构与结晶
（3）面缺陷。面缺陷是指在晶体中呈面状分布（在两个方向上尺寸很大，在第 三个方向上尺寸很小）的缺陷。常见的面缺陷是晶界和亚晶界。
晶界是位向不同的晶粒间的过渡区，其宽度为5～10个原子间距。晶界区域的晶 粒的位向通过晶界的协调逐步过渡到相邻晶粒的位向，如图2-8（a）所示。亚晶界 是由位向相差很小的亚晶粒组成的，如图2-8（b）所示。晶界和亚晶界的原子排列 都不规则，会产生晶格畸变。因此，晶界和亚晶界均可提高金属的强度，改善塑性 和韧性。
图2-10 液态金属的结晶过程示意图
金属材料的晶体结构与结晶
机械工程材料 第二章 金属的晶体结构与结晶
2-3 根据组元数, 一般分为二元相图、三元相图。 三元相图
Fe-C二元相 图
2-3 同素异构转变 有些物质在固态下其晶格类型会随温度变化而发生变化，这 种现象称为同素异构转变。 锡，四方结构的白锡在13℃下转变为金刚石立方结构的灰 锡。 同素异构转变同样也遵循形核、长大的规律，但它是一个 固态下的相变过程，即固态相变。 除锡之外，铁、锰、钴、钛等也都存在着同素异构转变。
位错密度增加，能提高金属强度。
2-1
（3）面缺陷
呈面状分布的缺陷，主要是晶界和亚晶界。 晶体缺陷产生晶格畸变，使金属的强度、硬度提高，韧性下降。
2-1
二、合金的晶体结构 1.合金的基本概念
合金：两种或两种以上的金属与金属，或金属与非金属经一定方法合成的 具有金属特性的物质。 例如，钢和生铁是Fe与C的合金，黄铜是Cu和Zn的合金。 组元：组成合金最基本的物质。可以是元素，也可以是化合物。 黄铜的组元是铜和锌；青铜的组元是铜和锡。铁碳合金中的Fe3C，镁硅合 金中的Mg2Si。 合金系：组元不变，当组元比例发生变化，可配制出一系列不同成分、不 同性能的合金，这一系列的合金构成一个“合金系统”，简称合金系。
2-1
（2）金属化合物
合金组元间发生相互作用而形成一种具有金属特性的物质。
1.正常价化合物：如Mg2Si, Mg2Sn, Mg2Pb, Cu2Se等。
2.电子化合物：不遵守原子价规律，但有一定的电子浓度的化合物。
如Cu3Al, CuZn3, Cu5Zn8等。
3.间隙化合物：由过渡族金属元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较
通常在钢中加入铝、钒，向铸铁液中加入硅铁合金。
（3）机械振动、超声振动、电磁搅拌： 使结晶过程中形成的枝晶折断裂碎，增加晶核数，达到细化晶粒的目的。
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目录
2.1 金属材料的结构与组织
2.1.1 纯金属的晶体结构 1.晶格、晶胞与晶格常数
图2-1 晶格构造模型
2.晶面与晶向
图2-2 立方晶格中的一些晶面
3.金属晶体的类型 (1)体心立方晶格 (2)面心立方晶格 (3)密排六方晶格
图2-3 体心立方晶胞
图2-4 面心立方晶胞
图2-5 密排六方晶胞
综上所述，金 属材料的成分、 工艺、组织结构 和性能之间有着 密切的关系。
图2-11 两种晶粒大小不同的纯铁示意图Βιβλιοθήκη 2.2 高分子材料的结构与性能
• • • • 2.2.1 高分子材料的结构 1.大分子链的构成 (1)化学组成 组成大分子链的化学元素，主要是碳、氢、氧， 另外还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等，其中碳是 形成大分子链的主要元素。 • 大分子链根据组成元素不同可分为三类，即碳链 大分子、杂链大分子和元素链大分子。
图2-14 分子链的内旋转示意图
3.高分子材料的聚集态 • 图2-15为聚合物三种聚集态结构示意图。
图2-15 聚合物三种聚集态结构示意图
2.2.2 高分子材料的性能
• • • • • 1.高分子材料的物理性能和化学性能特点 (1)绝缘性 (2)耐热性 (3)耐蚀性 (4)老化
2.高分子材料的力学性能 • (1)高聚物的物理、力学状态 • 线型非晶态高聚物的三种力学状态为玻璃态、高弹态和黏 流态。 • 如图2-16所示。 图中Tb为脆化温度、Tg为玻璃化温度、 Tf为黏流温度、Td为分解温度。
(3)面缺陷
面缺陷是指在两个方向上尺寸很大，第三个方向上尺寸很小而呈 面状分布的缺陷。面缺陷主要是指金属中的晶界和亚晶界。 晶界处的主要特征： ●原子排列不规则，因此对金属的塑性变形起着阻碍作用，晶界越多， 其作用越明显。 显然，晶粒越细，晶界总面积就越大，金属的强度 和硬度也就越高。所以在常温下使用的金 属材料，一般总是力求获 得细小的晶粒。 ●晶界处原子具有较高的能量，且杂质（往往是一些低熔点的杂质） 较多，因此其熔点较低，有时还未加热到金属的熔点，晶界处就已先 熔化了。 ●晶界处原子能量较高而容易满足固态相变所需要的能量起伏，因此 新相往往在旧相晶界处形核。晶粒越细小，晶界越多，新相的形核率 就越高。 ●晶界处有较多的空位，因此原子沿晶界的扩散速度较快。 ●晶界处电阻较高，且易被腐蚀。
(2)形态 • 大分子链呈现不同的几何形状，主要有线型、支 化型和体型三类，如图2-12所示。 ①线型分子链；②支化型分子链；③体型(网型或 交联型)。
图2-12 大分子链的形态
(3)空间构型 • 图2-13 所示为乙烯聚合物常见的三种空间构型。
图2-13 乙烯聚合物的立体异构
2.大分子链的构象及柔性
第2章 材料的结构与组织
2 ．1 金属材料的结构与组织 2 ．1 ．1 纯金属的晶体结构 2 ．1 ．2 金属的实际晶体结构 2 ．1 ．3 合金的晶体结构 2 ．1 ．4 金属材料的组织 2 ．2 高分子材料的结构与性能 2 ．2 ．1 高分子材料的结构 2 ．2 ．2 高分子材料的性能 2 ．3 陶瓷材料的结构与性能 2 ．3 ．1 陶瓷材料的结构 2 ．3 ． 2 陶瓷材料的性能
黏弹性:应变与应力同步发生，或应变与应力同时 达到平衡，如图2-19(a)所示。 应变不仅决定于应力，而且决定于应力作用的速 率。即应变不随作用力即时建立平衡，而有所滞后， 如图2-19(b)所示。
图2-19 应力、应变与时间的关系
●蠕变（如图2－20所示）。
图2-20 蠕变前、后分子构象变化示意图 ●应力松弛 如图2－21所示。
图2-23 高聚物的应力-应变曲线
2.3 陶瓷材料的结构与性能
• • • • 2.3.1 陶瓷材料的结构 按照组织形态陶瓷材料分为三类。 无机玻璃－即硅酸盐玻璃 微晶玻璃－即玻璃陶瓷，是单个晶体分布 在非晶态的玻璃基体上的一类陶瓷材料。 • 陶瓷（晶体陶瓷）
陶瓷的典型组织结构包括： 晶体相（莫来石和石英） 硅酸盐基本结构具有以下特点: 玻璃相 ①构成硅酸盐的基本单元为硅氧 四面体结构，如图2-24所示; 气相
图2-21 应力松弛过程中分子构象变化示意图
●滞后与内耗 高聚物受周期性载荷时，产生 伸-缩的循环应变，如图2-22所示。
图2-22 橡胶在一个承载周期中的应力-应变曲线
图2-23可以看出高聚物的变形特点。A点为初始 状态，B点为屈服点，C点为断裂点。
●B点所对应 的屈服应变 较大，比金 属大得多。 ●缩颈变形 阶段很长，C 点所对应的 断裂伸长量 较大。
图2-16 线型非晶态高聚物在恒定载荷下的变形-温度曲线
(2)高分子材料的力学性能特点
高聚物的性能由硬脆、强硬、强韧、柔韧而缓慢地发 生变化，其应力应变曲线如图2-17所示。有机玻璃具有这 类典型的变化规律。 图2-18为高聚物在不同加载速度时的应力应变。高聚 物大都服从这种规律。
图2-17 非晶态高聚物在不同温度时的 图2-18 高聚物在不同加载速度时的 应力-应变曲线 应力-应变曲线
• 根据溶质原子在溶剂中所处位置不同，固溶体可分为间隙 固溶体和置换固溶体两大类。 (1)间隙固溶体 如图2-10(a)所示。 (2)置换固溶体 如图2-10(b)所示。
图2-10 晶格结构模型
2.1.4 金属材料的组织
1.组织的概念 2.组织的决定因素 3.组织与性能的关系 • 不同组织结构的材料具有不同的性能
总之，实际金属的晶体结构不是理 想完整的，而是存在着各种晶体缺陷， 并且这些缺陷在不断地运动变化着， 金属中的许多重要变化过程，都是依 靠晶体缺陷的运动来进行的，并且金 属的许多性能也都与晶体缺陷密切相 关。
2.1.3 合金的晶体结构
1.合金的基本概念 （1）合金 （2）组元 （3）相
2.固溶体
2.1.2 金属的实际晶体结构
1.单晶体和多晶体
图2-6 单晶体和多晶体结构示意图
2.实际金属的晶体缺陷
(1)点缺陷 ①空位 ②间隙原子
图2-7 空位和间隙原子示意图
(2)线缺陷 ①刃型位错:刃型位错如图2-8（a）所示。
图2-8 刃型位错示意图
②螺型位错:螺型位错如图2-9所示。
图2-9
螺型位错示意图