材料科学基础引言-材料科学基础课件-01
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材料科学基础ppt
• 第六章 扩散与固态相变
– 第一节 扩散定律及其应用 – 第二节 扩散机制 – 第三节 影响扩散的因素与扩散驱动力 – 第四节 几个特殊的有关扩散的实际问题 – 第五节 固态相变中的形核 – 第六节 固态相变的晶体生长
• 第七章 陶瓷材料
导论
一·各种材料的概况
工程材料按属性可分为三类：金属材料、陶瓷材料和高分子材料。也可由此三个 相互组合而成的复合材料。按使用性能分类，则可分为主要利用其力学性能的结构材料和 主要利用其物理性能的功能材料。
• 第三章 晶体缺陷
– 第一节 点缺陷 – 第二节 位错的基本概念 – 第三节 晶体中的界面
• 第四章 材料的相结构及相图
– 第一节 材料的相结构 – 第二节 二元相图及其类型 – 第三节 复杂相图分析 – 第四节 相图的热力学基础
• 第五章 材料的凝固与气相沉积
– 第一节 材料凝固时晶核的形成 – 第二节 材料凝固时晶体的生长 – 第三节 固溶体合金的凝固 – 第四节 共晶合金的凝固 – 第五节 制造工艺与凝固组织 – 第六节 材料非晶态 – 第七节 材料的气—固转变
四. 晶面间距
1. 晶面间距：相邻两平行晶面间的距离。
2. 计算公式
对于各晶系的简单点阵，晶面间距与晶面指数 (hkl) 和点阵常数(a,b,c)之间有如下
关系：
立方晶系：
dhk la/h [2k2l2]1/2
四方晶系：
d h k1 l/h [2 (k 2 )/a 2 ( l/c )2 ] 1 /2
组织是指用金相观察方法观察材料内部时看到的涉及晶体或晶粒大小、方向、形状排 列状况等组成关系的组成物。不同的组织具有不同的力学性能和物理性能。
第一章 材料结构的基本知识
– 第一节 扩散定律及其应用 – 第二节 扩散机制 – 第三节 影响扩散的因素与扩散驱动力 – 第四节 几个特殊的有关扩散的实际问题 – 第五节 固态相变中的形核 – 第六节 固态相变的晶体生长
• 第七章 陶瓷材料
导论
一·各种材料的概况
工程材料按属性可分为三类：金属材料、陶瓷材料和高分子材料。也可由此三个 相互组合而成的复合材料。按使用性能分类，则可分为主要利用其力学性能的结构材料和 主要利用其物理性能的功能材料。
• 第三章 晶体缺陷
– 第一节 点缺陷 – 第二节 位错的基本概念 – 第三节 晶体中的界面
• 第四章 材料的相结构及相图
– 第一节 材料的相结构 – 第二节 二元相图及其类型 – 第三节 复杂相图分析 – 第四节 相图的热力学基础
• 第五章 材料的凝固与气相沉积
– 第一节 材料凝固时晶核的形成 – 第二节 材料凝固时晶体的生长 – 第三节 固溶体合金的凝固 – 第四节 共晶合金的凝固 – 第五节 制造工艺与凝固组织 – 第六节 材料非晶态 – 第七节 材料的气—固转变
四. 晶面间距
1. 晶面间距：相邻两平行晶面间的距离。
2. 计算公式
对于各晶系的简单点阵，晶面间距与晶面指数 (hkl) 和点阵常数(a,b,c)之间有如下
关系：
立方晶系：
dhk la/h [2k2l2]1/2
四方晶系：
d h k1 l/h [2 (k 2 )/a 2 ( l/c )2 ] 1 /2
组织是指用金相观察方法观察材料内部时看到的涉及晶体或晶粒大小、方向、形状排 列状况等组成关系的组成物。不同的组织具有不同的力学性能和物理性能。
第一章 材料结构的基本知识
《材料科学基础》课件
THANKS
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稳定性
材料在化学环境中保持其组成和结构的能力。
腐蚀性
材料与化学物质反应的能力，一些材料容易受到腐蚀。
活性
材料参与化学反应的能力和程度。
耐候性
材料在各种气候条件下的稳定性，如耐紫外线、耐风雨等。
材料的力学性质
弹性模量
描述材料抵抗弹性变形的能力。
硬度
材料表面抵抗被压入或划痕的能力。
韧性
材料吸收能量并抵抗断裂的能力。
材料科学的发展历程
总结词
概述材料科学的发展历程，包括重要的里程碑和代表 性人物。
详细描述
材料科学的发展历程可以追溯到古代，如中国的陶瓷和 青铜器制作，古埃及的石材加工等。然而，材料科学作 为一门独立的学科是在20世纪中期才开始形成的。在 这个时期，一些重要的里程碑包括开发出高温超导材料 、纳米材料和光电子材料等新型材料，这些材料的出现 极大地推动了科技的发展。同时，一些杰出的科学家如 诺贝尔奖得主也在这个领域做出了卓越的贡献。随着科 技的不断进步，材料科学的发展前景将更加广阔。
。
绿色材料与可持续发展
绿色材料
采用环保的生产方式，开发具有环保性能的新型材料，如可降解 塑料、绿色建材等。
节能减排
通过采用新型材料和技术，降低能源消耗和减少污染物排放，实现 节能减排的目标。
可持续发展
推动材料科学的发展，实现经济、社会和环境的协调发展，促进可 持续发展。
非晶体结构与性质
非晶体的结构特征
非晶体中的原子或分子的排列是无序的，不遵循长程有序的晶体 结构。
非晶体的物理和化学性质
非晶体的物理和化学性质与晶体不同，如玻璃态物质具有较好的化 学稳定性和机械强度。
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。
材料科学基础实验课件
实验设备
介绍实验所需的各种设备和器材 ，如显微镜、热分析仪、光谱仪 等，并简要说明其用途和特点。
设备使用方法
详细介绍实验设备的操作步骤和 方法，包括设备的安装、调试和 使用过程，以确保实验的准确性 和可靠性。
实验操作流程
01
02
03
实验前准备
说明实验前的准备工作， 包括实验材料的选取、设 备的检查和实验环境的准 备等。
实验步骤
详细介绍实验的操作步骤， 包括实验的开始、进行和 结束等阶段，确保实验的 顺利进行。
数据处理与分析
说明实验数据的处理和分 析方法，包括数据的采集、 整理、分析和解释等，以 得出准确的实验结果。
安全注意事项
实验室安全规则
紧急处理方法
强调实验室安全的重要性，遵守实验 室安全规则和操作规程。
说明实验过程中可能出现的意外情况 和紧急处理方法，如火灾、泄漏等， 以提高实验人员的应急处理能力。
材料科学基础实验课件
• 引言 • 材料科学基础实验理论知识 • 实验操作与步骤 • 实验结果分析与讨论 • 实验总结与展望
01
引言
实验目的
掌握材料科学基础实 验的基本原理和方法
培养实验操作技能和 数据分析能力
了解材料的物理和化 学性质及其与结构和 性能的关系
实验背景
材料科学是研究材料的组成、结构、性质和应用的一门科学，与工农业生产、国 防建设和人民生活密切相关。
05
实验总结与展望
实验收获与体会
实验技能提升
通过本次实验，我掌握了材料制 备、表征和性能测试的基本技能，
为后续的科研工作打下了坚实的 基础。
理论知识应用
实验过程中，我深刻体会到了理论 知识与实际操作的结合，加深了对 材料科学基础知识的理解。
第一章 材料科学基础 绪论PPT课件
❖ 功能材料是具有优良的电学、磁学、光学、 热学、声学、力学、化学和生物学功能及 其相互转化的功能，被用于非结构目的的 高技术材料。
1.4.3 材料按服役的领域来分类
根据材料服役的技术领域可分为建筑 材料、信息材料、航空航天材料、能源材 料、生物医用材料等。
❖ 火箭发动机的燃烧室与喷嘴， 需要承受2000℃的高温而不 氧化，它是用石墨表面喷涂 一层二硅化钼材料制成。石 墨已被大量用作核能工业的 “减速剂”。雷达中大型电 子管外壳，既要耐高温，又 要有优良的超高频和绝缘性 能，它是用氧化铝高频陶瓷 制成。核反应堆外部的防护 层是用一种含钡的特种水泥 筑成的。
是为高温技术服务的基础材料。尽管各国对其定义不同， 但基本含义是相同的，即耐火材料是用作高温窑炉等热 工设备的结构材料，以及用作工业高温容器和部件的材 料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、硅石、菱镁 矿、白云母等）为原料制造的。
按矿物组成分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、 橄榄石质、尖晶石质、含碳质、含锆质耐火材料及特殊 耐火材料；
等系统的材 料科学知识
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
1.4.4 材料按结晶状态分类
单晶材料 多晶材料 非晶态材料 准晶材料
单晶材料是由一个比较完整的晶粒构成的 材料，如单晶纤维、单晶硅；
多晶材料是由许多晶粒组成的材料，其性 能与晶粒大小、晶界的性质有密切的关系。
《材料科学基础教学课件》第一章-相图
在化学工业中的应用
化工过程控制
相图可以用来预测不同成分和温 度下的相态和物性，为化工过程 的控制提供依据，确保生产过程
的稳定性和安全性。
化学反应研究
相图可以用来研究化学反应过程中 物质的状态和性质变化，有助于深 入理解化学反应机理和反应条件的 选择。
分离技术应用
相图可以用来指导分离技术的选择 和应用，例如利用相图的溶解度曲 线进行萃取分离或结晶分离。
04
相图的应用
在材料科学中的应用
合金设计
相图是合金设计的基础，通过相 图可以确定合金的成分范围以及 各相的组成和性质，从而优化合 金的性能。
热处理工艺制定
利用相图可以确定合金在不同温 度下的相变过程，从而制定合理 的热处理工艺，优化材料的显微 组织和力学性能。
新材料研发
相图为新材料研发提供了理论指 导，通过研究不同成分和温度下 的相变规律，可以发现具有优异 性能的新型材料。
实验法是绘制相图最直接和可靠的方 法，但需要耗费大量的时间和资源。
实验法通常需要使用精密的实验仪器 和设备，如热分析仪、X射线衍射仪、 扫描电子显微镜等，以获得精确的数 据。
计算法
计算法是根据物质的分子或原 子模型，通过计算机模拟计算 物质之间的相平衡关系。
计算法可以快速地预测物质的 相平衡关系，但需要建立准确 的分子或原子模型，且对计算 资源的要求较高。
在冶金工业中的应用
钢铁冶金
01
钢铁冶金过程中涉及大量的相变和相分离，相图是指导钢铁冶
金工艺的重要工具，有助于优化炼钢和连铸连轧工艺。
有色金属冶金
02
在有色金属冶金中，相图可以用来确定合金的成分和温度范围，
优化熔炼、浇注和凝固工艺，提高产品的质量和性能。
材料科学基础第一章
38
5）晶体中原子的堆垛方式
39
40
6）晶体结构的多晶型性
多晶型性:有些金属（如Fe， Mn，Ti，Co，Sn，Zr等） 固 态下在 不同温 度或不 同 范 围内具 有不同 的晶体 结 构的性质。 同素异构转变：多晶型的金属在温度或压力变 化时，由一种结构转变为另一种结构的过程称 为多晶型性转变，也称为同素异构转变。
晶胞－空间点阵中反映晶格特征的最小的几何 单元。
10
通常是在晶格中取一个最小的平行六面体作为 晶胞。 晶胞参数： 点阵常数晶胞大小 晶轴夹角晶胞形状
11
晶胞选取原则：
a 能够充分反映空间点阵的对称性；
b 相等的棱和角的数目最多；
c 具有尽可能多的直角；
d 体积最小。
12
结构晶胞：构成了晶体结构中有代表性的部分 的晶胞。 特点:空间重复堆垛，就得到晶体结构。
44
SiC型：类似于金刚石型 SiO2型：面心立方 点阵，1个硅原子 被4个氧原子所包 围，每个氧原子则 介于两个硅原子之 间，起着连接两个 四面体的作用。单 胞共有24个原子。
45
第三节 原子的不规则排列
原子的不规则排列产生晶体缺陷（在晶体中所 占比例低）。 晶体缺陷：晶体中原子偏离其平衡位置而出现 不完整性的区域。 晶体缺陷是以一定的形态存在，按一定的规律 产生、发展、运动和交互作用，对晶体的性能 和物理化学变化有重要的影响。
53
2）螺型位错 screw dislocation
模型：滑移面//位错线。（位错线//晶体滑移方 向，位错线┻位错运动方向，晶体滑移方向┻位 错运动方向。） 分类：左螺型位错,右螺型位错。 左螺型位错和右螺型位错有着本质的区别。 无论位置如何摆放也不会改变其类型。 螺型位错特征：滑移方向//位错线
5）晶体中原子的堆垛方式
39
40
6）晶体结构的多晶型性
多晶型性:有些金属（如Fe， Mn，Ti，Co，Sn，Zr等） 固 态下在 不同温 度或不 同 范 围内具 有不同 的晶体 结 构的性质。 同素异构转变：多晶型的金属在温度或压力变 化时，由一种结构转变为另一种结构的过程称 为多晶型性转变，也称为同素异构转变。
晶胞－空间点阵中反映晶格特征的最小的几何 单元。
10
通常是在晶格中取一个最小的平行六面体作为 晶胞。 晶胞参数： 点阵常数晶胞大小 晶轴夹角晶胞形状
11
晶胞选取原则：
a 能够充分反映空间点阵的对称性；
b 相等的棱和角的数目最多；
c 具有尽可能多的直角；
d 体积最小。
12
结构晶胞：构成了晶体结构中有代表性的部分 的晶胞。 特点:空间重复堆垛，就得到晶体结构。
44
SiC型：类似于金刚石型 SiO2型：面心立方 点阵，1个硅原子 被4个氧原子所包 围，每个氧原子则 介于两个硅原子之 间，起着连接两个 四面体的作用。单 胞共有24个原子。
45
第三节 原子的不规则排列
原子的不规则排列产生晶体缺陷（在晶体中所 占比例低）。 晶体缺陷：晶体中原子偏离其平衡位置而出现 不完整性的区域。 晶体缺陷是以一定的形态存在，按一定的规律 产生、发展、运动和交互作用，对晶体的性能 和物理化学变化有重要的影响。
53
2）螺型位错 screw dislocation
模型：滑移面//位错线。（位错线//晶体滑移方 向，位错线┻位错运动方向，晶体滑移方向┻位 错运动方向。） 分类：左螺型位错,右螺型位错。 左螺型位错和右螺型位错有着本质的区别。 无论位置如何摆放也不会改变其类型。 螺型位错特征：滑移方向//位错线
材料科学基础-第1章
复合材料和纳米材料
1 复合材料
由两种或更多种不同材料组成，具有综合性 能优于单一材料。
2 纳米材料
具有纳米级尺寸的材料，具有特殊的电学、 磁学和光学性质造和航空航天等领域。
聚合物材料
用于塑料制品、纤维和包装材料等领域。
陶瓷材料
用于电子、玻璃和医疗器械等领域。
材料的晶体结构、晶格缺陷和晶界等对性能的影响。
2
特定结构的特定性能
不同结构的材料具有不同的力学、电学和热学性能。
3
性能优化
通过调整材料的结构来优化其性能，例如热处理和合金化。
基础金属和非金属材料
基础金属材料
如铁、铜、铝等，具有良好的导电性和导热性，广 泛用于电子和建筑领域。
非金属材料
如玻璃、塑料和陶瓷等，具有良好的绝缘性和耐腐 蚀性，在化工和医疗领域有重要应用。
复合材料
用于航空航天、运动器材和建筑领域。
材料科学的发展和未来趋势
1
新材料的发展
石墨烯、有机发光二极管等新材料的研究和应用。
2
可持续发展
可再生能源、环保材料和循环利用的发展。
3
智能材料的兴起
具有传感、响应和自修复功能的智能材料的研究。
总结和回顾
材料科学是一个广泛的领域，涵盖了各种材料和应用领域。掌握材料特征、结构与性能的关系对于材料科学的 发展至关重要。
材料科学基础-第1章
材料科学研究材料的特征、性能和应用。它是现代工程学的基础，涉及多个 领域，包括金属、聚合物、陶瓷、复合材料和纳米材料等。
材料的特征和分类
1 材料的特征
2 材料的分类
材料的密度、强度、导电性和导热性等特性。
金属、陶瓷、聚合物和复合材料等不同类型 的材料。
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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
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、形状及分布有关。
按矿物组成分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、 白云石质、橄榄石质、尖晶石质、含碳质、含锆质耐 火材料及特殊耐火材料； 按制造方法分为天然矿石和人造制品； 按形状分为块状制品和不定形耐火材料； 按热处理方式分为不烧制品、烧成制品和熔铸 制品；
2. 无机非金属材料
无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、 磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、碳 化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一 定的工艺制备而成的材料。是除金属材料、高分子材 料以外所有材料的总称。它与广义的陶瓷材料有等同 的含义。无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前 还没有统一完善的分类方法。一般将其分为传统的 （普通的）和新型的（先进的）无机非金属材料两大 类。
《材料学基础》
主讲： 叶原丰
金陵科技学院材料工程学院
材料引言
• 什么是材料? • 1.1 材料分类 • 1.2 组成-结构-性质-工艺过程之间的关系
• 1.3材料的选择
什么是材料?
世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。材 料是具有一定性能，可以用来制作器件、构件、 工具、装置等物品的物质。材料存在于我们的周 围，与我们的生活、我们的生命息息相关。材料 是人类文明、社会进步、科技发展的物质基础。
• 通用水泥为大量土木工程所使用的一般用途的水 泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸 盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水 泥和复合硅酸盐水泥等。 • 专用水泥指有专门用途的水泥，如油井水泥、砌 筑水泥等。 • 特性水泥则是某种性能比较突出的一类水泥，如 快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、中热硅 酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力铝酸盐水 泥等。
粗陶器 陶器 普通陶器 细陶器 炻瓷器 瓷器 普通瓷器 细瓷器
传统的无机非金属材料 之二：玻璃
玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料。根据 其形成网络的组分不同可分为硅酸盐玻璃、硼酸盐 玻璃、磷酸盐玻璃等，其网络形成剂分为SiO2、 B2O3和P2O5。习惯上玻璃态材料可分为普通玻璃和 特种玻璃两大类。 普通玻璃是指采用天然原料，能够大规模生产 的玻璃。普通玻璃包括日用玻璃、建筑玻璃、微晶 玻璃、光学玻璃和玻璃纤维等。
• 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 民经济的三大支柱，是人类社会进步和科学 技术发展的物质基础和技术先导。
• 材料是全球新技术革命的四大标志之一 （新材料技术、新能源技术、信息技术、 生物技术）。
什么是材料科学？
材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体 物理、热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为 理论基础的边缘交叉基础应用学科，它运用电子显 微镜、X-射线衍射、热谱、电子离子探针等各种精 密仪器和技术，探讨材料的组成、结构、制备工艺 和加工使用过程与其机械、物理、化学性能之间的 规律的一门基础应用学科，是研究材料共性的一门 学科。
材料与人类文明
材料是人类文明、社会进步、科学技术 发展的物质基础和技术先导。在历史上，人 们将石器、青铜器、铁器等当时的主导材料 作为时代的标志，称其为石器时代、青铜器 时代和铁器时代。在近代，材料的种类及其 繁多，各种新材料不断涌现，很难用一种材 料来代表当今时代的特征。
第一次产业革命的突破口是推广应用蒸汽 机 ，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。
此外，合金中溶质原子还可能形成丛聚，即 同类原子趋于相邻。丛聚可以呈随机弥散分布。事 实上，实验中还没有见到溶质原子呈完全随机分布 的固溶体。因此，只能在宏观尺度上认为处于热力 学平衡态的固溶体是真正均匀的，而原子尺度上并 不要求它也是均匀的。不同类型固溶体中原子排列 情况示于图0.1。
（a） 随机置换固溶 体
传统的无机非金属材料 主要是指由SiO2 及其硅酸盐化 合物为主要成分制成的材料， 包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火 材料等。此外，搪瓷、磨料、 铸石（辉绿岩、玄武岩等）、 碳素材料、非金属矿（石棉、 云母、大理石等）也属于传统 的无机非金属材料。
先进（或新型）无机非金属材料是用氧化 物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物 以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制 成的材料。主要包括先进陶瓷、非晶态材料、人 工晶体、无机涂层、无机纤维等。
1.1.1 按化学组成（或基本组成）分类：
1. 金属材料 2. 无机非金属材料 3. 高分子材料（聚合物） 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。
根据陶瓷坯体结构及其基本物理性能 的差异，陶瓷制品可分为陶器和瓷器，见表 0-2 。陶器包括粗陶器、普陶器和细陶器。 陶器的坯体结构较疏松，致密度较低，有一 定吸水率，断口粗糙无光，没有半透明性， 断面成面状或贝壳状。
表0-2 中国日用瓷分类标准
类 性质 别 及特 吸水率 征 （%） >15 ≤12 ≤15 ≤3 ≤1 ≤0.5 特征 不时施釉，制作粗糙 断面颗粒较粗，气孔较大，表面施釉， 制作不够精细 断面颗粒较细，气孔较小，施釉或不施 釉，制作不够精细 透光性差，通常胎体较厚，呈色，断口 呈石状，制作精细 有一定透光性，断而呈石状或贝壳状， 制作精细 透光性好，断面细腻，呈贝壳状，制作 精细
（b） 有序置换固溶体
（c） 随机间隙固溶体
（d） 固溶体中的溶质丛聚
图0.1 不同类型固溶体中原子排列示意图
金属间化合物可分为三类，即由负电性决定 的原子价化合物（简称价化合物）、由电子浓度 决定的电子化合物（亦称为电子相）以及由原子 尺寸决定的尺寸因素化合物。除了这三类由单一 元素决定的典型金属间化合物外，还有许多金属 间化合物，其结构由两个或多个因素决定，称之 为复杂化合物。
• 特种陶瓷是用于各种现代工业及尖端科学技术 领域的陶瓷制品。包括结构陶瓷和功能陶瓷。 结构陶瓷主要用于耐磨损、高强度、耐高温、 耐热冲击、硬质、高刚性、低膨胀、隔热等场 所。功能陶瓷主要包括电磁功能、光学功能、 生物功能、核功能及其它功能的陶瓷材料。
常见高温结构陶瓷包括：高熔点氧化物、碳化 物、硼化物、氮化物、硅化物。 功能陶瓷包括:装置瓷（即电绝缘瓷）、电容器 陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷（又称为铁氧体）、导 电陶瓷、超导陶瓷、半导体陶瓷（又称为敏感陶 瓷）、热学功能陶瓷（热释电陶瓷、导热陶瓷、低 膨胀陶瓷、红外辐射陶瓷等）、化学功能陶瓷（多 孔陶瓷载体等）、生物功能陶瓷等。
传统的无机非金属材料 之四：耐火材 料
耐火材料是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材 料。它是为高温技术服务的基础材料。尽管各国对其定 义不同，但基本含义是相同的，即耐火材料是用作高温 窑炉等热工设备的结构材料，以及用作工业高温容器和 部件的材料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。 大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、硅石、 菱镁矿、白云母等）为原料制造的。
传统的无机非金属材料 之一：陶瓷
陶瓷按其概念和用途不 同，可分为两大类，即普通陶 瓷和特种陶瓷。 根据陶瓷坯体结构及其基 本物理性能的差异，陶瓷制品 可分为陶器和瓷器。
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• 普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与 其它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。
特种玻璃（亦称为新型玻璃）是指采用精制、高 纯或新型原料，通过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璃。 特种玻璃包括SiO2 含量在85%以上或55%以下的 硅酸盐玻璃、非硅酸盐氧化物玻璃（硼酸盐、磷酸盐、 锗酸盐、碲酸盐、铝酸盐及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）、 非氧化物玻璃（卤化物、氮化物、硫化物、硫卤化物、 金属玻璃等）以及光学纤维等。 根据用途不同，特种玻璃分为防辐射玻璃、激光 玻璃、生物玻璃、多孔玻璃、非线性光学玻璃和光纤玻 璃等。