材料科学基础
材料科学基础-第1章
晶面指数及晶面间距
现在广泛使用的用来表示晶面指数的密勒指数是由 英国晶体学家ler于1939年提出的。
z
确定晶面指数的具体步骤如下： 1.以各晶轴点阵常数为度量单位,求 出晶面与三晶轴的截距m,n,p； 2.取上述截距的倒数1/m,1/n,1/p； 3. 将以上三数值简为比值相同的三 个最小简单整数,即 1 1 1 h k l (553) : : : : h:k :l x m n p e e e 其中e为m,n,p三数的最小公倍数,h,k,l为简单整数； 4.将所得指数括以圆括号, (hkl)即为密勒指数。
13 体心立方点阵
a=b=c，α=β=γ =90°
14 面心立方点阵
a=b=c，α=β=γ =90°
§ 1.5 晶体结构的对称性
一、对称：对称是指物体相同部分作有规律的 重复。对称操作所依据的几何元素，亦即在对 称操作中保持不动的点、线、面等几何元素称 为对称元素。 二、对称性
1．晶体的宏观对称性 2. 晶体的32种点群 3. 晶体的微观对称性 4．230种空间群
晶体结构＝空间点阵+基元
注意：上式并不是一个数学关系式，而只是用来表示这三者之间的 关系。
二、晶体的点阵理论
1 、点阵(Lattice):
将晶体中重复出现的最小单元作为结构基元，用一个数 学上的点来代表 , 称为点阵点，整个晶体就被抽象成一组 点,称为点阵。 1 点阵点必须无穷多； 点阵必须具备的三个条件 2 每个点阵点必须处于相同的环境； 3 点阵在平移方向的周期必须相同。
c
b
a
空间点阵及晶胞的不同取法
选取晶胞的原则： 1.要能充分反映整个空间点阵的周期性和对称性； 2.在满足1的基础上，单胞要具有尽可能多的直角； 3.在满足上条件，晶胞应具有最小的体积。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 材料科学中，材料的基本组成单元是（）。
A. 分子B. 原子C. 离子D. 电子答案：B2. 金属的塑性变形主要是通过（）来实现的。
A. 弹性变形B. 位错运动C. 相变D. 断裂答案：B3. 在材料科学中，硬度的定义是（）。
A. 材料抵抗变形的能力B. 材料抵抗磨损的能力C. 材料抵抗压缩的能力D. 材料抵抗拉伸的能力答案：B4. 材料的热处理过程中，淬火的主要目的是（）。
A. 提高硬度B. 增加韧性C. 减少变形D. 提高导电性答案：A5. 以下哪种材料不属于复合材料？A. 碳纤维增强塑料B. 钢筋混凝土C. 不锈钢D. 玻璃钢答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的强度是指材料在受到______作用时，抵抗______的能力。
答案：外力；破坏2. 材料的断裂韧性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。
答案：裂纹存在；断裂3. 材料的疲劳是指材料在______作用下，经过______循环后发生断裂的现象。
答案：交变应力；多次4. 材料的导热性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。
答案：温度梯度；热量传递5. 材料的电导率是指材料在单位电场强度下，单位时间内通过单位面积的______。
答案：电荷量三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述材料的弹性模量和屈服强度的区别。
答案：弹性模量是指材料在弹性范围内，应力与应变的比值，反映了材料抵抗形变的能力。
屈服强度是指材料在受到外力作用下，从弹性变形过渡到塑性变形时的应力值，反映了材料抵抗塑性变形的能力。
2. 描述材料的疲劳破坏过程。
答案：材料的疲劳破坏过程通常包括三个阶段：裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终断裂。
在交变应力作用下，材料内部的微裂纹逐渐扩展，当裂纹扩展到一定程度，材料无法承受继续增加的应力时，就会发生断裂。
3. 什么是材料的热处理？请列举几种常见的热处理方法。
材料科学基础
1.材料是国民经济的基础；广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质；材料、信息、能源是现代技术的三大支柱。
2.材料科学是研究各种材料的结构、制备加工工艺与性能之间关系的学科。
3.材料分类：金属材料、陶瓷材料或无机非金属材料、高分子材料、复合材料。
4.材料科学基础是进行材料科学研究的基础理论，它将各种材料（包括金属、陶瓷、高分子材料）的微观结构和宏观结构规律建立在共同的理论基础上，用于指导材料的研究、生产、应用和发展。
它涵盖了材料科学和材料工程的基础理论。
5.金属键：金属中自由电子与金属正离子之间构成键合称为金属键。
特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性，形成低能量密堆结构性质：良好导电、导热性能，延展性好。
6.离子键：正负离子之间由于静电引力相互吸引，是原子结合在一起形成离子键。
特点：以离子而不是以原子为结合单元，要求正负离子相间排列，且无方向性，无饱和性性质：熔点和硬度均较高，良好电绝缘体。
7.共价键：两个或多个电负性相差不大的原子通过共用电子对而形成的化学键。
特点：饱和性配位数较小，方向性（s电子除外）性质：熔点高、质硬脆、导电能力差二；晶体学基础晶体：是指其内部原子（分子或离子）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物体。
晶体原子（分子或离子）在空间的具体排列方式称为晶体结构。
晶体结构的基本特征：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列即即存在长程有性能上两大特点：固定的熔点，各向异性空间点阵：将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点，即可得到一个由无数几何点在三维空间排列成规则的阵列—空间点阵特征：每个阵点在空间分布必须具有完全相同的周围环境晶胞：代表性的基本单元（最小平行六面体）选取晶胞的原则1.选取的平行六面体应反映出点阵的最高对称性2.平行六面体的棱和角相等的数目应最多3.当平行六面体的棱边夹角存在直角，直角数目应最多4.在满足上述条件下晶胞应具有最小体积晶格：为了表达空间原子排列的几何规律，把粒子(原子或分子)在空间的平衡位置作为结点，人为地将结点用一系列相互平行的直线连接起来形成的空间格架称为晶格。
材料科学基础完整ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
离子% 结 ）= [-1 e 合 -1 4(X A 键 X B )（ 2 1% 00
另一种混合键表现为两种类型的键独立 纯在例如一些气体分子以共价键结合，而 分子凝聚则依靠范德瓦力。聚合物和许多 有机材料的长链分子内部是共价键结合， 链与链之间则是范德瓦力或氢键结合。石 墨碳的上层为共价键结合，而片层间则为 范德瓦力二次键结合。
.
5
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
八.材料科学研究的内容：材料结构的基础知识、
晶体结构、晶体缺陷、材料的相结构及相图、材
料的凝固、材料中的原子扩散、热处理、工程材
料概论等主要内容。 .
子，因此，它们都是良好的电绝缘体。但当
.
16
处在
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
高温熔融状态时，正负离子在外电场作用 下可以自由运动，即呈现离子导电性。
2.共价键
（1）通过共用电子对形成稳定结构
.
13
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
三.结论
1.原子核周围的电子按照四个量子数的规定 从低能到高能依次排列在不同的量子状态 下，同一原子中电子的四个量子数不可能 完全相同。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷2. 扩散3. 塑性变形4. 应力5. 比热容二、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪种材料属于金属材料？A. 玻璃B. 塑料C. 陶瓷D. 铜2. 下列哪种材料属于陶瓷材料？A. 铁B. 铝C. 硅酸盐D. 聚合物3. 下列哪种材料属于高分子材料？A. 玻璃B. 钢铁C. 聚乙烯D. 陶瓷4. 下列哪种材料属于半导体材料？A. 铜B. 铝C. 硅D. 铁5. 下列哪种材料属于绝缘体？A. 铜B. 铝C. 硅D. 玻璃三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简述晶体结构的基本类型及其特点。
2. 请简述塑性变形与弹性变形的区别。
3. 请简述材料的热传导原理。
四、计算题（每题15分，共30分）1. 计算一个碳化硅晶体的体积。
已知碳化硅的晶胞参数：a=4.05 Å，b=4.05 Å，c=8.85 Å，α=β=γ=90°。
2. 计算在恒定温度下，将一个100 cm³的铜块加热100℃所需的热量。
已知铜的比热容为0.39J/(g·℃)，铜的密度为8.96 g/cm³。
五、论述题（每题20分，共40分）1. 论述材料科学在现代科技发展中的重要性。
2. 论述材料制备方法及其对材料性能的影响。
答案：一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷：晶体在生长过程中，由于外界环境的影响，导致其内部结构出现不完整或不符合理想周期性排列的现象。
2. 扩散：物质由高浓度区域向低浓度区域自发地移动的过程。
3. 塑性变形：材料在受到外力作用下，能够产生永久变形而不恢复原状的性质。
4. 应力：单位面积上作用于材料上的力。
5. 比热容：单位质量的物质温度升高1℃所吸收的热量。
二、选择题（每题2分，共20分）1. D2. C3. C4. C5. D三、简答题（每题10分，共30分）1. 晶体结构的基本类型及其特点：晶体结构的基本类型有立方晶系、四方晶系、六方晶系和单斜晶系。
材料科学基础
材料科学基础
材料科学基础是材料理论、实验、应用的交叉学科。
它集成了多学科的实验手段和理论计
算技术，利用理论计算、数理物理和实验技术，研究材料的性能和制备、表征，分析和优
化材料结构和功能性能，以满足材料领域的需求。
基础的材料科学主要包括材料多尺度结构的研究、材料微观机制的研究、材料表面与界面
性质的研究以及材料抗损性表征及改进等。
材料多尺度结构研究是通过研究材料的原子、
分子、晶体等多种尺度结构，探索材料性能及其关联机制。
材料微观机制研究是通过对材
料微细结构、代表性性质进行研究，从原子、分子、晶体分解的角度探究材料行为及影响
其行为的机制；材料表面与界面性质的研究是指利用实验与分子模拟方法，研究材料的表
面和界面结构、化学组分特性及其性能等；材料抗损性表征与改进研究是针对特定工况作
用环境下材料应力损伤、耐磨性能等进行研究，目的是区分材料质变以及失效机制，提出
与改善结构、材料条件等有关的优化技术。
此外，材料科学的基础还涉及其他学科，如物理化学、机械工程、计算机科学、化学工程、材料物理学、有机合成和金属学等，以便从新的视角，综合研究材料的结构、性质、加工
技术、性能表征等。
总之，材料科学基础是一门宽泛而全面的学科，能够涵盖实验、理论计算技术、物理化学
等诸多分支，来研究材料的性能及功能。
未来，随着材料应用的不断发展，材料科学基础
也将在科学研究中发挥重要作用，为材料发展提供重要保障。
材料科学基础知识
材料科学基础知识材料科学是一门研究材料结构、性能和制备的学科，涉及广泛的领域，包括金属、陶瓷、塑料、纤维、半导体等材料的研究与应用。
本文将介绍一些材料科学的基础知识，包括材料分类、晶体结构和材料性能等内容。
一、材料分类根据组成和结构特征，材料可以分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。
金属材料主要由金属元素构成，具有优秀的导电、导热和强度等性能；无机非金属材料包括陶瓷、玻璃、水泥等，其特点是高硬度、高耐热性和电绝缘性；有机高分子材料由含有大量碳元素的高分子化合物构成，如塑料、橡胶和纤维等，具有良好的可塑性和可拉伸性。
二、晶体结构晶体是材料学中一种有序排列的结构形态，具有规则的周期性。
晶体结构由原子、离子或分子按照一定的几何规则排列而成。
根据晶格的不同，晶体可分为立方晶系、四方晶系、单斜晶系、正交晶系、斜方晶系、菱方晶系和三斜晶系等。
其中，立方晶系是晶体结构中最简单的一种，其晶格具有等边、等角的特点。
三、材料性能材料的性能决定了其在实际应用中的表现。
常见的材料性能包括力学性能、热学性能、电学性能和磁学性能等。
力学性能体现了材料的强度、韧性和硬度等特点，如抗拉强度、屈服强度和冲击韧性；热学性能包括导热性、热膨胀系数和导电性等，这些性能对材料的热稳定性和导热导电能力有重要影响；电学性能和磁学性能则与材料的导电性和导磁性相关。
四、材料制备材料的制备过程对于最终材料的性能和结构有重要影响。
常见的材料制备方法包括熔融法、沉积法、固相反应法和溶液法等。
熔融法是指将材料加热至熔点后进行冷却的过程，常用于金属材料的制备；沉积法则是通过气相或溶液中的化学反应沉积材料薄膜；固相反应法是指两个或多个固体物质在一定条件下发生化学反应生成新的化合物；溶液法是将材料溶解于溶剂中，通过溶液的蒸发或化学反应生成新材料。
总结材料科学是一门涉及广泛的学科，研究的内容包括材料分类、晶体结构、材料性能和材料制备等方面。
了解这些基础知识对于深入学习和应用材料科学具有重要意义。
材料科学基础课程教学大纲
材料科学基础课程教学大纲
一、课程背景与目标
材料科学基础课程是材料科学与工程专业的一门基础性课程，旨在培养学生对材料科学基本理论和基本知识的理解和掌握，为其后续的专业学习和科研工作打下坚实的基础。
本课程通过系统地讲授材料结构、性能与应用等方面的基础知识，旨在培养学生的科学思维、分析问题和解决问题的能力。
二、教学内容
1. 材料科学基础
1.1 材料科学的发展历程
1.2 材料科学的研究方法与手段
1.3 材料科学的基本概念和专业术语
2. 材料结构与性能
2.1 材料的晶体结构与非晶体结构
2.2 材料的晶体缺陷与非晶缺陷
2.3 材料的晶体结构与性能关系
2.4 材料的物理性质与化学性质
2.5 材料的机械性能与材料强度
3. 材料制备与加工
3.1 金属材料的制备与加工
3.2 陶瓷材料的制备与加工
3.3 高分子材料的制备与加工
3.4 复合材料的制备与加工
3.5 材料制备与加工中的工艺控制与监测
4. 材料性能测试与分析
4.1 材料性能测试的基本原理与方法4.2 材料力学性能测试与分析
4.3 材料热学性能测试与分析
4.4 材料电学性能测试与分析。
- 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)。
摘自文献： 退火温度对热轧5052/AZ31/5052镁铝复合板 组织和性能的影响
变质处理
AlMg合金没有变质处理晶粒
AlMg合金经过变质处理晶粒
变质处理:向金属液体中进入一些细小的形核剂，非自发形核，从而细化晶粒。如B、Ti
2，铸锭中的偏析
分为宏观偏析和显微偏析 宏观偏析的形成是由于不同阶段形成的合金成分差异所造成。 （按照合金凝固顺序总是含溶质量较少的液体先凝固，后凝固 的液体溶质和杂质的含量越来越多） 1 正常偏析：先 凝固的外层中溶 质含量较后凝固 的内层低，因此 合金铸件中心含 溶质浓度较高的 现象是凝固过程 的正常现象。
23
铸造过程
①将钢液不断浇入水冷 的铸模中，钢液很快凝 固，凝固后立即抽出轧 制 ②连续铸造时，没有集 中缩孔，同时，在水冷 的模中冷却很快，没有 等轴晶的产生，也没有 疏松，正常偏析程度小
连续铸锭示意图 1-浇包 2-浇口杯 3-结晶器 4-铸锭 5-引锭
缩孔：多数金属在凝固时发生体积收缩，使铸锭内形成孔洞
5
细晶区的形成
细晶区
当高温液体浇入铸 模后，液体受到强烈冷 却获得很大的过冷，又 由于模壁是非均匀形核 的有利位置，因而形核 率很高，晶核迅速生长 并相互接触，便形成了 表层细晶区
柱状晶区的形成
表层细晶区很薄， 它形成后产生了负 的温度梯度，这使 即便是纯金属也可 以树枝状方式向前 生长，柱状晶的形 成，就是在表层细 晶粒带上引起树枝 状生长的结果
偏析消除方法
正常偏析：难以完全避免，可在浇注时控制 比重偏析：增大冷却速度，加入其他元素
反偏析
：减少液体中的气体含量
胞状偏析：尺寸较小，均匀退火消除 枝晶偏析：控制溶质含量均匀
偏析涉及到的内容很多，这里只是简要介绍。有兴趣大家可 以查一些文献。
二、连续铸造和熔化焊的凝固组织
连续铸造是一种先进的铸造方法，其原理是将熔融的金 属，不断浇入一种叫做结晶器的特殊金属型中，凝固 （结壳）了的铸件，连续不断地从结晶器的另一端拉出， 它可获得任意长或特定的长度的铸件。
中心等轴晶区
等 轴 晶
在柱状晶生长过程中， 由于铸锭中心远离模壁， 液体散热困难.随着凝 固的进行，铸锭中心温 度不断降低，液体金属 流动、冲刷将破碎或者 熔断的枝晶推向中心形 成了中心等轴晶区。
晶粒形状可以通过后续处理来改变
在铸件中，一般 都希望得到主要是 由细小的中心等轴 晶带构成的组织。 一般的中心等轴晶 粗大，疏松较多； 通过加入变质剂， 退火处理等可形成 细小的等轴晶粒。
例外
文献
文献
文献
文献
可以看出，N和S含量低于检测下限，O和H含量也都很低，远低于结 构件用铝合金气体含量；C含量高可能是由于石墨铸件的原因。如此 低的气体含量，铸锭在凝固时不可能析出很多气体将铸锭心部低Si 含量的熔体挤出铸锭外边面处。
文献
研究表明。在铸锭气体含量极低的情况下，高纯AlSi1铸锭存在着严 重的反偏析倾向；铸锭反偏析程度与铸锭该区域的凝固速度有关， 最后凝固的区域反偏析最严重；传统的析气与铸锭收缩挤压熔体不 能给出合理的解释；反偏析的原因可能是凝固过程中，领先相Si的 形核与长大导致最后凝固的熔体贫Si。
熔化焊的组织
组织接近于连续铸造，焊接速度不同熔池的形状也不同
a）熔池的冷却
b）焊接时的等温线
29
熔化焊的组织 组织结构与温度 梯度有关，d图速 度快熔池变为梨 形，温度梯度大 体不变柱状晶均 匀
c）低速焊接时组织 d）高速焊接时组织
增补熔合
第六章 材料的凝固与气相沉积
5制造工艺与凝固组织 侯彬红
1
目录
一、铸锭与铸件的凝固组织及偏析
1、凝固组织 2、偏析
二、连续铸造和熔化焊的凝固组织
1、连续铸造的组织 2、熔化焊的组织
2பைடு நூலகம்
一、铸锭与铸件的凝固组织及偏析
凝固过程
浇铸 在模壁形核 形成柱状晶 形成等轴晶
3
1，凝固组织
截面图
成因分析
模内钢液的温度分布 a)刚注入时的温度分布 b)激冷层形成后的温度分布
11
比重偏析
2 比重偏析：两组元密度差异很大时先析出部分会浮 在上面或沉在下面。
在Pb-Sb合金中， Pb和Sb两个组元的 密度相差很大，有 时先结晶出初生晶 体Sb，由于Sb晶体 与液体合金的密度 差，Sb晶体上浮顶 部多为初生晶体Sb。
反偏析
3 反偏析：与正常偏析相反的情况，凝固时
溶质或者杂质的含量到反趋近与表面. 一般认为反偏析的形成原因是：正常情况 下铸件中心部位应该富集溶质元素，由于铸件 凝固时发生收缩而在树枝晶之间产生空隙，加 上温度的降低，液体内气体析出形成压强，使 铸件中心溶质较高的液体沿着柱状晶之间的渠 道被压向铸件表面形成反偏析
反偏析视图
例：锡青铜铸件中经常会看到表面有“锡汗”的现象，当熔 化的锡青铜融入较多的氢时，氢气的释放迫使富含锡的液体 通过树枝间间隙流至铸件表面。
显微偏析
显微偏析：晶粒内部的成分不均匀现象。分为胞状偏析和 树枝偏析。 胞状偏析：胞壁含溶质较多的显微偏析。 树枝偏析：树枝枝干与间隙处的成分差异形成的显微偏析。
疏松：树枝晶生长各枝晶互相穿插有可能使其中的液体被封闭， 凝固收缩得不到补充，形成小的分散缩孔也叫疏松
铸造过程
③固液界面为抛物线状，柱状晶 的生长都是沿着热流方向垂直于界 面
连铸机
26
27
2、熔化焊的组织
所谓熔焊，是指焊 接过程中，将焊接接 头在高温等的作用下 至熔化状态。由于被 焊工件是紧密贴在一 起的，，两个工件熔 化的融液会发生混合 现象。完成焊接的方 法。