武汉理工大学材料概论课件1-1

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武汉理工大学材料科学基础PPT

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2、均态核化
1)临界晶核半径r*与相变活化能ΔGr* △Gr=△GV’+△GS=V△GV+AγLS 恒温、恒压下,从过冷液体中形成半径为r的球形新相,且 忽略应变能的变化
dGr 12 2 8r rls r GV 0 dr 3
4 3 2 Gr r GV 4r LS 3
相变过程的浓度条件: 相变过程的推动力:
应为过冷度,过饱和浓度,过饱和蒸汽压,即系统温度、浓 对溶液,用浓度c代替压力P 度和压力与相平衡时温度、浓度和压力之差值。
ΔG=RTlnc0/c
若是电解质溶液还要考虑电离度α,即一个摩尔能离解出 α个离子
c0 c c G RT ln RT ln(1 ) RT c c c
ΔGr=ΔGV ’(-)+ΔGS(+)
存在两种情况: (1)当热起伏较小时,形成的颗粒太小,新生相的颗粒 度愈小其饱和蒸汽压和溶解度都大,会蒸发或溶解而消失 于母相,而不能稳定存在。 将这种尺寸较小而不能稳定长大成新相的区域称为核胚。 (2)当热起伏较大时,界面对体积的比例就减少,当热 起伏达到一定大小时,系统自由能变化由正值变为负值, 这种可以稳定成长的新相称为晶核。
I n ns g
* r
单位体积液体中的临界核胚的数目:
Gr* * nr n exp( ) RT
2.相变过程的压力条件:
从热力学知道,在恒温可逆不作有用功时:
ΔG =VdP
对理想气体而言
RT G VdP dP RT ln P2 / P 1 P
当过饱和蒸汽压力为P的气相凝聚成液相或固相(其 平衡蒸汽压力为P0)时,有
ΔG=RTln P0/P
要使相变能自发进行,必须ΔG <0,即P>P0,也即要 使凝聚相变自发进行,系统的饱和蒸汽压应大于平衡蒸汽 压P0。这种过饱和蒸汽压差为凝聚相变过程的推动力。

1.1武汉理工大学材料科学基础课件全上(考研,张联盟)

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但只有在开发了铁和铜等新材料以后,蒸汽机才得
以使用并逐步推广。
第二次产业革命一直延续到20世纪中叶,以石
油开发和新能源广泛使用为突破口,大力发展飞机、
汽车和其他工业,支持这个时期产业革命的仍然是
新材料开发。如合金钢、铝合金以及各种非金属材 料的发展。

材料是当代文明的三大支柱之一
材料、能源、信息是当代社会文明和国民经
4. 复合材料
1.金属材料
金属材料是由化学元素周期 表中的金属元素组成的材料。可 分为由一种金属元素构成的单质 (纯金属);由两种或两种以上 的金属元素或金属与非金属元素
构成的合金。合金又可分为固溶
体和金属间化合物。
在103种元素中,除He,Ne,Ar等6种惰性元素和C、Si、N等16
种非金属元素外,其余81种为金属元素。除Hg之外,单质金属在
常温下呈现固体形态,外观不透明,具有特殊的金属光泽及良好
的导电性和导热性。在力学性质方面,具有较高的强度、刚度、 延展性及耐冲击性。 合金是由两种或两种以上的金属元素,或金属元素与非金属 元素熔合在一起形成的具有金属特性的新物质。合金的性质与组
成合金的各个相的性质有关,同时也与这些相在合金中的数量、
天然矿物原料经过粉碎混练、成型、煅烧等过程而制
成的各种制品。包括日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、 化工陶瓷、电瓷以及其它工业用陶瓷。 见表0-1。
表0-1 普通陶瓷的分类方法
类 别 餐具 茶具、咖啡具 酒具 文具 陈设瓷(美术瓷) 建筑陶瓷 建筑卫生陶瓷 卫生瓷砖 低压电瓷 电瓷 高压电瓷 超高压电瓷 耐酸砖 化工瓷 耐酸容器 耐酸机械(部件) 化学瓷 主 要 种 类 用 途 中餐具(盘、碗、碟、羹、壶、杯等) 西餐具(碗、盘、碟、糖缸、奶盅、壶、杯等) 日用陶瓷 茶盘、水果盘、点心盘、杯、壶、碟等 酒壶、酒杯、杯托、托盘 笔筒、笔洗、水盂、EP 色盒、笔架 花瓶、灯具、雕塑瓶、薄胎碗等 玻化砖(渗花或非渗花) 、彩釉砖、锦砖(马赛克) 、内墙砖、 外墙砖、腰线砖、广场砖、劈裂砖、园林陶瓷等 洗面器、大便器、小便器、洗涤器、水箱、水槽、存水弯、 肥皂盒、手纸盒、淋浴盒 用于 1kV 以下的电瓷 用于 1kV 以上的电瓷、如普通高压瓷、铝质高强度瓷 用于 500kV 以上的电瓷 耐酸砖、耐酸耐温砖 储酸缸、酸洗槽、电解槽、耐酸塔等 耐酸离心泵、风机、球磨机等 瓷坩埚、蒸发皿、研钵、漏斗、过滤板、燃烧舟等

(完整版)武汉理工大学材料力学期末复习课件

(完整版)武汉理工大学材料力学期末复习课件

fx
Mx EI
; x
Qx EI
第二部分
复杂变形部分
三向应力分析
o 3
max
2
1
1 2 3
max
1
2
3
平面应力分析
x
2
y
x
2
y
cos 2
xy
sin 2
x
2
y
sin 2
xy cos 2
平面内的主应力
max min
x
y
2
x
2
y
2
2 xy
3
主 单元体
tan 2 0
2 xy x
y
1
0
变形能的应用: 求位移和解决动载问题
(1) 自 由 落 体:
2h
Kd 1
1 j
△j:冲击物落点的静位移
(2) 水 平 冲 击:
Kd
v2 gj
材料试验
1、容许应力: jx
n
2、极限应力: jx s , 0.2 , b
3、安全系数:n
三个弹性常数
G
E 2(1
)
E
G
泊松比(或横向变形系数)
k
8DP
d 3
;
其中:
k 4C 1 0.615 ; C D 为弹簧指数
4C 4 C
d
64PR3n Gd 4
P K
其中: K
Gd 4 64R3n
非对称截面梁发生平面弯曲的条件 P
(1)外力必须作用在主惯性面内,
z
(2)中性轴为形心主轴,
o
(3)若是横向力,还必须过弯曲中心。
y
x
积分法求挠曲线方程(弹性曲线)

材料概论

材料概论

The Second Period: 100 AD through 400-500 AD
Glassblowing technique discovered, and glass manufacture becomes a more practical process.
The Third Period: 400-500 AD ~ 1200 AD
1959
1970
Classification of glasses according to compositions 玻璃的分类: 按成份分
Oxide glasses Chalcogenide Glasses (硫属化物玻璃) 特种玻璃 Thioborate glasses (B2S3) (硫硼玻璃) 是指除日用玻璃以外的、采用精制、高纯或新型 Halide glasses (BeF2, ZnCl2 etc.) (卤化物玻璃) 原料,或采用新工艺在特殊条件下或严格控制形
成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻 Heavy metal fluoride glasses (ZrF4) (重金属氟化玻璃) 璃,也包括经玻璃晶化获得的微晶玻璃。 (1)使玻璃具有特殊的功能;
Oxy-halide glasses (氧卤玻璃) Oxynitride glasses (氧氮玻璃)
1
《材料概论》 Introduction to Materials
INTRODUCTION TO MATERIALS
Ch. 4,
Glass
武汉理工大学 材料科学与工程学院
Most time, we did not realize
Can you count how many things in this classroom that are made from glass ?

《材料概论第》PPT课件

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23
• Subatomic level Electronic structure of individual atoms that defines interaction among atoms (interatomic bonding).
• Atomic level Arrangement of atoms in materials for the same atoms can have different properties, e.g. two forms of carbon: graphite and diamond.
Tin
210 thousand
Molybdenum Titanium W Uranium Silver Gold Platinum
121 thousand 95 thousand 43 thousand 39 thousand 14 thousand 1.9 thousand 270 ton
2020/12/21
6
2020/12/21
精选ppt
7
1.1 材料科学与工程的发展史
芳纶纤维
Ceramics 10,000 BC 5,000 BC 1,000 BC
2020/12/21
DJTU Materia精ls 选Scpipent ce & Engineering
8
2020/12/21
DJTU Materia精ls 选Scpipent ce & Engineering
•Bauxite
101 million
•Coal
4,573 million
•Iron ore
943 million
•Cement
1121 million

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第三节 固相反应动力学
一. 一般动力学关系
整个过程的速度将由其中速度最慢的一环控制。现 以金属氧化反应M +1/2O 2→ MO为例(图5)说明之。
O2
M MO
C0
C
δ
图5
由化学动力学和菲克第一定律,其反应速度V和扩散速度V分 别为:
dQ P V= = Kc dt
dQ D V= =D dt
dc dx
积分并考虑到初始条件:t = 0,G = 0,得 :
G
dG (1 G ) 2 / 3 K 0dt 0 0
t
F0(G) = 1-(1-G) 2/3 = K0t 球形或立方体颗粒: F0(G) = 1-(1-G) 1/3 = K0t 园柱形颗粒: F0(G) = 1-(1-G) 1/2 = K01t 平板状颗粒: F0(G) = G= K02t
图1 ZnO-Fe2O3混合物加热过程中性质的变化
1.对色剂的吸附性 2.对2CO+O22CO2反应的催化活性 3.物系的吸湿性 4.对2N2O2N2+O2反应的催化活性 5.x-射线图谱上ZnFe2O4的强度
(1)隐蔽期:约低于300℃。 (2)第一活化期:约在300~400℃之间。 (3)第一脱活期:约在400~500℃之间。 (4)二次活化期:约在500~620℃之间。 (5)二次脱活期或晶体形成期:约在620~750℃ 之间。 (6)反应产物晶格校正期:约>750℃。
固相反应
第一节 引言 第二节 固相反应机理 第三节 固相反应动力学 第四节 影响固相反应的因素
第一节 引言
一 固相反应分类 a. 从反应物的组成变化方面分类 b. 从固体中成分的传输距离来分类 c. 按反应性质分类 d.按参加反应的物质的状态可分为 e.按反应机理可分为 f.按生成物的位置分成

武汉理工工程材料2第一章课件.

武汉理工工程材料2第一章课件.

A′
O A x
C B
y OB: B点:1,1,0 → [110] OB′: B′点:1,1,1 → [111]
• 注意:
• 一个晶向指数并不表示一个晶向,而是一组原子 排列相同、相互平行的晶向。 • 晶向指数[u v w]中如果某一个数字为负,则将 负号标注在该数字的上方。
• 如果两个晶向指数的数字相同而正负号相反,则 这两个晶向相互平行,方向相反,可用同一个晶 向指数来表示。
(1)体心立方晶格 (body-centred cubic) 体心立方金属有-Fe、W、V、Mo等。
体心立方晶胞
晶格常数:a=b=c; ===90
晶胞原子数:2
2=1+8×1/8
原子半径: Z
c
a a
X
致密度:0.68
a
2r
b
Y
致密度= Va/Vc, 其中Vc:晶胞体积a3; Va:晶胞内原子总体积 为24r3/3。
第1章 材料的结构与性能
1.1 1.2 金属材料的结构与组织 金属材料的性能
1.3
1.4
高分子材料的结构与性能(第四章介绍)
陶瓷材料的结构与性能(第四章介绍)
1.1
金属材料的结构与组织
纯金属的晶体结构
1.1.1
1.1.2
合金的晶体结构
金属材料的组织
1.1.3
1.1.1
纯金属的晶体结构
1.三种常见的晶体结构 2.晶面和晶向
3.金属晶体的特性
4.晶体缺陷
●晶体的概念
晶体—— 材料中原子(离子、分子)在三维空间呈规则,周期性重复排列。 非晶体—— 原子(离子、分子)无规则堆积,也称为 “过冷液体” 。 晶体:金刚石、NaCl等。 非晶体:蜂蜡、玻璃等。

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二、由于间隙正离子,使金属离子过剩
Zn1+xO和Cdl+xO属于这种类型。过剩的金 属离子进入间隙位置,带正电,为了保持电中 性,等价的电子被束缚在间隙位置金属离子的 周围,这也是一种色心。例如ZnO在锌蒸汽中 加热,颜色会逐渐加深,就是形成这种缺陷的 缘故。
e
图2.23 由于间隙正离子,使金属离子过剩型结构(II)
2.6 非化学计量化合物
实际的化合物中,有一些化合物不符合定比定律,负离 子与正离子的比例并不是一个简单的固定的比例关系,这些 化合物称为非化学计量化合物。
非化学计量化合物的特点:
1)非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有 关; 2)可以看作是陷浓度与温度有关,这点可以从平衡常数看出;
溶体,具有这样的缺陷。当在晶格中存在间
隙负离子时,为了保持电中牲,结构中引入 电子空穴,相应的正离子升价,电子空穴在 电场下会运动。因此,这种材料是P型半导体。
h
h
图2.25由于存在间隙负离子,使负离子过剩型的结构(III)
对于UO2+x中的缺焰反应可以表示为:
U 3O8 U 2O6 UO2 U 2O6 UO3
为什么TiO2-x是一种n型半导体?
色心、色心的产生及恢复
“色心”是由于电子补偿而引起的一种缺陷。
某些晶体,如果有x射线,γ射线,中子或电子辐照,往 往会产生颜色。由于辐照破坏晶格,产生了各种类型的点 缺陷。为在缺陷区域保持电中性,过剩的电子或过剩正电 荷(电子空穴)就处在缺陷的位置上。在点缺陷上的电荷,具 有一系列分离的允许能级。这些允许能级相当于在可见光 谱区域的光子能级,能吸收一定波长的光,使材料呈现某 种颜色。
把这种经过辐照而变色的晶体加热,能使缺陷扩散掉,
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1.1 Materials and Material Science
材料的重要性
石器时代陶器时代青铜器时代铁器时代
材料的发展史,就是人类社会的发展史。
材料的发展历史
金 青铜 铁
高分子材料
木材 皮革 纤维 骨 皮胶 橡胶
金属材料
钢 玻璃态金属
合金钢
微合金钢
相 对 占 有 量
复合材料
稻草杆砖 纸
• Materials Engineering: concerned with manufacturing, transformation and shaping processes.
战机
舰船
导弹
高层 建筑
火箭
材料的应用领域
战车 人造 卫星 汽车
高速列车
1.1.2 Classification



Basis of classification: atomic structures nature of chemical bonds: 金属键 Metallic bond 离子键 Ionic bond 共价键 Covalent bond


Classification:
ceramics - ionic bonding & covalent bonding

Types of materials
• Metals and their alloys: are good conductors of heat and electricity; are opaque to visible light; are hard, rigid; can undergo plastic deformation have a high melting temperature (Tm).
Composite


materials: are constituted by two or more different materials, have specific properties. glass fiber reinforced resins: lightweight composites with high mechanical strength concrete: an agglomeration of cement, sand and gravel
• Ceramics/inorganic nonmetallic materials: the combination of metallic elements (Mg, Al, Ti, ...) with non-metallic elements (o); have high mechanical and thermal resistance at high temperature; are very hard and used as abrasives; are electrical and thermal insulators; but some are thermal conductors, or semiconductors.
Polymeric Biomaterials
•人工心脏:
聚酯、聚氨酯、环氧树脂
•人工肺:
硅橡胶半透膜
•关节(肩、髋、膝):
聚四氟乙烯
•人工肾(kidney):
透析膜 •……
Atrifical Heart
硅油
聚酯编织管
环氧树脂
聚醚型聚氨酯
聚酯
Artifical Bone
Resomer® Resorbable Polyester:Polylactide, Polyglycolide or the copolymers
原始人打造的石器
印地安人用的石斧
(2)青铜器时代:这是人类社会出现 最早的金属材料,中国历史上曾有过灿 烂的青铜文化。
青铜鼎 青铜宝剑
青铜编钟(chimes)
hoe
(3)铁器时代:用铁作为材料来制造农具,铁在农 业上的广泛应用,推动了以农业为中心的科学技 术日益进步;以钢铁为中心的金属材料大规模发 展,有力地摧毁了封建社会的生产方式,萌发了 资本主义。
组成:构成物质世界的材料由具有亚 微观尺度的各种微粒子组成。
Materials: defined as solids used by man to produce items which constitute the support for his living environment.
Character: materials have certain compositions; can be formed; with certain shape and color; can be used and reused or recycled.
1.1.3 Properties




Mechanical properties: the behavior of materials deformed by a set of forces. 弹性 Elasticity 塑性 Plasticity 强度 Strength 硬度 Hardness 韧性 Toughness 疲劳特性 Fatigue behaviour 耐磨性 Abrasion resistance
《材料概论》
Introduction to Materials
Introduction to Materials
材料学院
November 2011
Chapter 1 Introduction to Materials
Content
-Definition
材料的定义 -Types 材料的类型 -Structure 材料的结构 – Structure – properties – processing 结构-性能-工艺之间的关系
耐热合金 赛璐珞
功能高分子
高温高分子
高强高模高分子
火石 陶 瓷 玻璃 水泥 耐火材料
各种基体复合材料
通用高分子
纤维增强塑料 金属陶瓷 韧性工程陶瓷
1980 1990 2000 2010
无机非金属材料
先进功能陶瓷
5000 公元前
0 公元
1000 1500 1800
1900
1940
1960
时间 / 年
(1)石器时代: 旧石器时代--原始人采用天然的石、木、竹、骨等材料作 为狩猎工具; 新石器时代--公元前6000年,人类发明了火,掌握了钻木 取火技术,用以烧制陶瓷。瓷器的出现已成为中华民族文化的 象征之一,对世界文化产生过深远的影响。
Electric properties Magnetic properties Thermal properties Optical properties
• Chemical properties: the behavior of material in a reactive environment.
Materials Science studies:
• 化学组成、化学键、合成方法:
chemical composition, chemical bonds and synthesis methods
• 特性: nature of materials • 结构与性能的关系:
describe the relationship between structure and properties based on crystal physics and solid physics
特点: 具有一定的成分和配比;
可成型加工; 保持一定形状和外观; 具有使用价值并可回收再利用。
保持一定形状和外观
可成型加工
具有使用价值
Essential role of materials: indispensable to our society as food, energy and information. substance ~ material: differences
• Organic polymers: made up of long-chain molecules; are electrical and thermal insulators; are light and easily formable; and the best-known organic polymers are: - poly (vinyl chloride) (PVC); - polyethylene (PE); - polystyrene (PS).
• Physical properties: the behavior of materials subjected to the action of temperature, electric or magnetic fields, or light.

电性能 磁性能 热性能 光性能
材料科学:
基于现代科学技术,一方面,利用 化学手段研究材料的化学成分、化学键 和合成方法; 另一方面,借助物理学 方法,研究材料性质, 主要根据晶体物 理和固体物理描述材料结构和性能的关 系。
The four basic aspects of materials science and technology
—Boehringer Ingelheim KG
1.1 Materials and Material Science
影响材料使用的因素 materials behavior availability cost synthesis and production method processing techniques
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