高分子材料微觀結構

高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料。高分子化合物是分子量很大的化合物，每個分子可含幾千、幾萬甚至幾十萬個原子。

在元素週期表中只有ⅲa、ⅳa、ⅴa、ⅵa中部分非金屬、亞金屬元素（如n、c、b、o、p、s、si、se等）才能形成高分子鏈。由於高聚物中常見的c、h、o、n等元素均為輕元素，所以高分子材料具有密度小的特點

（1）高分子鏈的幾何形態

1）線型分子鏈由許多鏈節組成的長鏈，通常是捲曲成線團狀。這類結構高聚物的特點是彈性、塑性好，硬度低，是熱塑性材料的典型結構。

2）支化型分子鏈在主鏈上帶有支鏈。這類結構高聚物的效能和加工都接近線型分子鏈高聚物。

3）體型分子鏈分子鏈之間由許多鏈節相互橫向交聯。具有這類結構的高聚物硬度高、脆性大、無彈性和塑性，是熱固性材料的典型結構。

（2）高分子鏈的構象及柔順性

由於單鏈內旋轉所產生的大分子鏈的空間形象稱為大分子鏈的構象。由於構象變化獲得不同捲曲程度的特性。這種能拉伸、回縮的效能稱為分子鏈的柔性，這是聚合物具有彈性的原因。

（3）高聚物的聚集態結構

高分子化合物的聚集態結構是指高聚物內部高分子鏈之間的幾何排列或堆砌結構,也稱超分子結構。依分子在空間排列的規整性可將高聚物分為結晶型、部分結晶型和無定型(非晶態)三類。

在實際生產中大多數聚合物都是部分晶態或完全非晶態。晶態結構在高分子化合物中所佔的質量分數或體積分數稱為結晶度。結晶度越高，分子間作用力越強，因此高分子化合物的強度、硬度、剛度和熔點越高，耐熱性和化學穩定性也越好；而與鍵運動有關的效能，如彈性、伸長率、衝擊韌性則降低。

陶瓷亦稱無機非金屬材料，是指用天然矽酸鹽（粘土、長石、石英等）或人工合成化合物（、氧化物、碳化物、矽化物等）為原料，經粉碎、配置、成型和高溫燒製而成的無機非金屬材料。陶瓷的基本相結構主要有:晶相、玻璃相、氣相等。

晶體相是陶瓷的主要組成相：主要有矽酸鹽、氧化物和非氧化物等。它們的結構、數量、形態和分布，決定陶瓷的主要效能和應用。

玻璃相是一種非晶態物質。其作用： ①粘連晶體相，填充晶體相間空隙，提高材料致密度； ②降低燒成溫度，加快燒結； ③阻止晶體轉變，抑制其長大； ④獲得透光性等玻璃特性；⑤不能成為陶瓷的主導相：

對陶瓷的機械強度、介電效能、耐熱耐火性等不利。

氣相是陶瓷內部殘留的孔洞；成因複雜，影響因素多。陶瓷根據氣孔率分緻密陶瓷、無開孔陶瓷和多孔陶瓷。氣孔對陶瓷的效能不利（多孔陶瓷除外）。

普通陶瓷氣孔率5%～10％，特種陶瓷氣孔率5％以下，金屬陶瓷氣孔率低於0.5％。

工程材料的效能

金屬材料的物理效能主要有密度、熔點、導熱導電性、熱膨脹性等。

密度，單位體積物質的質量稱為該物質的密度。密度小於5×103kg/ m3的金屬稱為輕金屬，如鋁、鎂、鈦及它們的合金。密度大於5×103kg/ m3的金屬稱為重金屬，如鐵、鉛、鎢等。

熔點，金屬從固態向液態轉變時的溫度稱為熔點。熔點高的金屬稱為難熔金屬，如鎢、鉬、釩等，可以用來製造耐高溫零件，如在火箭、飛彈、燃氣輪機和噴氣飛機等方面得到廣泛應用。熔點低的金屬稱為易熔金屬，如錫、鉛等，可用於製造熔絲和防火安全閥零件等。

導熱性，導熱性通常用導熱率來衡量。熱導率的符號是λ，單位是w/(m·k)。導熱率越大，導熱性越好。金屬的導熱性以銀為最好，銅、鋁次之。

導電性，金屬材料能夠傳導電流的能力稱導電性，通常用電導率來衡量，電導率越大，金屬材料導電性越好。金屬導電性以銀為最好，銅、鋁次之。

熱膨脹性，金屬材料隨著溫度變化而膨脹、收縮的特性稱為熱膨脹性。

金屬材料的化學效能主要就抗氧化性和耐蝕性等。

抗氧化性，金屬材料在加熱時抵抗氧化作用的能力稱抗氧化性。加入cr、si等合金元素可提高鋼的抗氧化性。

耐蝕性，金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其它化學介質腐蝕破壞作用的能力稱耐蝕性。

金屬材料的工藝效能有很多，其中金屬材料鑄造成形的能力稱為鑄造效能，常用流動性、收縮性和偏析來衡量。金屬鍛造成形的能力為鍛造效能。它主要取決於金屬的塑性和變形抗力。

金屬切削的難易程度稱為切削加工效能。金屬能焊接成具有一定使用效能的焊接接頭的特性稱為焊接效能。金屬經熱處理可使效能順利改善的性質稱為熱處理效能。