高分子材料微观结构

高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。高分子化合物是分子量很大的化合物，每个分子可含几千、几万甚至几十万个原子。

在元素周期表中只有ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA中部分非金属、亚金属元素（如N、C、B、O、P、S、Si、Se等）才能形成高分子链。由于高聚物中常见的C、H、O、N等元素均为轻元素，所以高分子材料具有密度小的特点

（1）高分子链的几何形态

1）线型分子链由许多链节组成的长链，通常是卷曲成线团状。这类结构高聚物的特点是弹性、塑性好，硬度低，是热塑性材料的典型结构。

2）支化型分子链在主链上带有支链。这类结构高聚物的性能和加工都接近线型分子链高聚物。

3）体型分子链分子链之间由许多链节相互横向交联。具有这类结构的高聚物硬度高、脆性大、无弹性和塑性，是热固性材料的典型结构。

（2）高分子链的构象及柔顺性

由于单链内旋转所产生的大分子链的空间形象称为大分子链的构象。由于构象变化获得不同卷曲程度的特性。这种能拉伸、回缩的性能称为分子链的柔性，这是聚合物具有弹性的原因。

（3）高聚物的聚集态结构

高分子化合物的聚集态结构是指高聚物内部高分子链之间的几何排列或堆砌结构,也称超分子结构。依分子在空间排列的规整

性可将高聚物分为结晶型、部分结晶型和无定型(非晶态)三类。

在实际生产中大多数聚合物都是部分晶态或完全非晶态。晶态结构在高分子化合物中所占的质量分数或体积分数称为结晶度。结晶度越高，分子间作用力越强，因此高分子化合物的强度、硬度、刚度和熔点越高，耐热性和化学稳定性也越好；而与键运动有关的性能，如弹性、伸长率、冲击韧性则降低。

陶瓷亦称无机非金属材料，是指用天然硅酸盐（粘土、长石、石英等）或人工合成化合物（、氧化物、碳化物、硅化物等）为原料，经粉碎、配置、成型和高温烧制而成的无机非金属材料。陶瓷的基本相结构主要有:晶相、玻璃相、气相等。

晶体相是陶瓷的主要组成相：主要有硅酸盐、氧化物和非氧化物等。它们的结构、数量、形态和分布，决定陶瓷的主要性能和应用。

玻璃相是一种非晶态物质。其作用：①粘连晶体相，填充晶体相间空隙，提高材料致密度；②降低烧成温度，加快烧结；③阻止晶体转变，抑制其长大；④获得透光性等玻璃特性；⑤不能成为陶瓷的主导相：对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热耐火性等不利。

气相是陶瓷内部残留的孔洞；成因复杂，影响因素多。陶瓷根据气孔率分致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶瓷。气孔对陶瓷的性能不利（多孔陶瓷除外）。普通陶瓷气孔率5%～10％，特种陶瓷气孔率5％以下，金属陶瓷气孔率低于0.5％。

工程材料的性能

金属材料的物理性能主要有密度、熔点、导热导电性、热膨胀性

等。

密度，单位体积物质的质量称为该物质的密度。密度小于5×103kg/ m3的金属称为轻金属，如铝、镁、钛及它们的合金。密度大于5×103kg/ m3的金属称为重金属，如铁、铅、钨等。

熔点，金属从固态向液态转变时的温度称为熔点。熔点高的金属称为难熔金属，如钨、钼、钒等，可以用来制造耐高温零件，如在火箭、导弹、燃气轮机和喷气飞机等方面得到广泛应用。熔点低的金属称为易熔金属，如锡、铅等，可用于制造熔丝和防火安全阀零件等。

导热性，导热性通常用导热率来衡量。热导率的符号是λ，单位是W/(m·K)。导热率越大，导热性越好。金属的导热性以银为最好，铜、铝次之。

导电性，金属材料能够传导电流的能力称导电性，通常用电导率来衡量，电导率越大，金属材料导电性越好。金属导电性以银为最好，铜、铝次之。

热膨胀性，金属材料随着温度变化而膨胀、收缩的特性称为热膨胀性。

金属材料的化学性能主要就抗氧化性和耐蚀性等。

抗氧化性，金属材料在加热时抵抗氧化作用的能力称抗氧化性。加入Cr、Si等合金元素可提高钢的抗氧化性。

耐蚀性，金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其它化学介质腐蚀破坏作用的能力称耐蚀性。

金属材料的工艺性能有很多，其中金属材料铸造成形的能力称为

铸造性能，常用流动性、收缩性和偏析来衡量。金属锻造成形的能力为锻造性能。它主要取决于金属的塑性和变形抗力。金属切削的难易程度称为切削加工性能。金属能焊接成具有一定使用性能的焊接接头的特性称为焊接性能。金属经热处理可使性能顺利改善的性质称为热处理性能。