材料导论课程教案PPT
《材料学导论》2 陶瓷 谭劲PPT课件
04.08.2020
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（3）塑性与韧性
陶瓷材料最突出的弱点是很低的塑性与韧性。只有极少数具 有简单晶体结构的陶瓷材料在室温下具有塑性。如MgO、 KCl、KBr等。一般的陶瓷材料在室温下塑性为零。这是因 为大多数陶瓷材料晶体结构复杂，滑移系统少，位错生成能 高，而且位错的可动性差，通常呈现典型的脆性断裂。
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陶瓷材料的显微结构
陶瓷材料的显微结构通常由三种不同的相组成， 晶相、玻璃相和气相。
晶相：陶瓷材料中最主要的组成相，晶相一般由 原料带入或玻璃相析晶而成。晶相分为主晶相和 次晶相。主晶相是构成材料的主体，其性质、数 量及结合状态，直接决定材料的基本性质。
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玻璃相：是一种低熔点的非晶态固体，是材料在 高温烧成过程中，由于化学反应或熔融冷却形成 的。通常，其机械强度要比晶相低一些，抗冲击 强度要高一些，在较低温度下开始软化。
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（2）强度
①陶瓷材料在理论上具有很高的断裂强度，但实际断裂强度 往往比金属材料低得多。 ②抗压强度比抗拉强度大得多，其差别程度大大超过金属。 ③气孔和材料密度对陶瓷断裂强度有很大影响。 ④陶瓷材料耐热冲击性较差，严重限制了陶瓷材料在急冷急 热条件下的使用。 ⑤晶粒愈小，强度愈高。
Y A G + B a 2+
JC PD F#731370
10
20
30
40
50
60
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2 T h e t a ( °)
物相成分分析
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第二章
无机非金属材料
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本章主要内容
金属材料导论分析.pptx
• 对于一个机械零件来说，其刚度除与所用
材料的E有关外，还与该零件的形状、尺寸和使
用温度有关。
•
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（第一节 金属材料的力学性能）
• 三、塑性
•
金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引
起断裂的能力。在外力消失后留下来的这部分不可恢复
的变形，叫做塑性变形。
• 通常用伸长率和截面收缩率作为衡量材料塑性大小的指 标。
拉伸试验测定。 • （见P7图1.2为普通低碳钢的应力-应变曲线。）
•
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(第一节 金属材料的力学性能) • ① oe段，变形与外力成正比，试样只产生弹性变形， 即当外力去除后，试样就恢复到原始长度。材料在弹性
范围内所能承受的最大应力称为弹性极限σe。
• ②当载荷继续增大到Fs时，拉伸曲线出现了平台，这时 载荷不增加，试样仍将继续发生塑性变形，这种现象称 为屈服。开始产生屈服现象时的应力称为屈服点，表征
•
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第二节 铁碳合金的基本组织（第二章） • 一、Fe和C的结合方式： • 一）形成固溶体 • 例如碳的原子就能溶解到铁的晶格里，这时铁是溶剂，碳是溶
质。这种溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的合金 相结构叫做固溶体。 • 根据固溶体晶格中溶剂与溶质原子的相互位置不同，固溶体分 为置换固溶体和间隙固溶体。
•
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•
符号压头类型、负荷（kg）、适用范围不同：刻
度盘上常用标尺有：
•
HRA 120°金刚石圆锥体测很硬或硬而薄的材料，
如硬质合金、表面处理的工件，总载荷588.4KN；
•
HRB 直径1.588mm淬火钢球测软金属，如铜合
大学一年级材料学导论PPT课件-6-高分子材料
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4.1.3聚合物的分类
①按大分子主链结构分类：
碳链、杂链和元素有机高分子
举例：碳链
(CH2—CH)n
CH3
杂链 (CH2—O)n
元素有机高分子
CH3 (Si—O)n CH3
高分子化合物的分子式： A—M—M······M—B 高分子的通式： [M]n [M]：结构单元或重复单元，又称为链节。 n：聚合度（常以DP表示）。
Байду номын сангаас
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4.1.1聚合物材料的基本概念
聚合物的分子量：M=n·M0 低分子化合物分子量：<500 高分子化合物分子量：> 104 聚合物分子量：104 ~106
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4.1.5 高分子材料的成型加工
高分子材料的成型加工是将高分子材料 转变成所需形状和性质的实用材料或制 品的工程技术。
通常是使固体状态（粉状或粒状）、糊 状或溶液状态的高分子化合物熔融或变 形，经过模具形成所需的形状，并保持 其已经取得的形状，最终得到制品的工 艺过程。
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4.1.2聚合物材料的命名
①化学名称根据大分子链的化学结构而 确定的。
以单体或假想单体名称为基础，前面冠 以“聚”字，就成为聚合物名称。
由两种单体缩聚而成的聚合物，如果结 构比较复杂或不太明确，则往往在单体 名称后面加上“树脂”二字来命名。
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4.1.2聚合物材料的命名
4.1.6高分子材料的的发展趋势
材料科学与工程导论PPT课件
太空行走
可编辑课件PP火T 星探测
太空攻19 防
世界前沿科技领域的发展动向
航空技术发展面临历史性机遇，应用前景广阔
高超声速导弹、飞机有望在2020年左右进入实际应用 高效、环保发动机的研制倍受关注 智能结构技术开始得到应用，如智能蒙皮、变形飞机等 无人驾驶飞机称为研究热点
航空发动机 可编辑课件PPT
卫星
经济和社会发展对材料科技的重大需求
信息
基础及支柱产业的发展
机械计算机 电子计算机 晶体管计算机 当代计算机
电子管
晶体管 计算机的发展
集成电路
可编电辑课话件PP的T 演变历史
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经济和社会发展对材料科技的重大需求
能源
基础及支柱产业的发展
铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池
锂
电 池
锂离子电池 燃料电池 太阳能电池
可编辑课件PPT
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经济和社会发展对材料科技的重大需求
基础及支柱产业的发展
材料 科技
重大 前沿科技的发展 需求 生活质量的提高
外 力
材料科学自身的发展
可编辑课件PPT
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经济和社会发展对材料科技的重大需求
制备
工业原料
制备
开采
原材料
矿产
再生循环
工程材料 分类/再制造
产品设计 制造装配
废料
农业、建筑、环境
无人机20
世界前沿科技领域的发展动向
能源技术将变革未来社会的动力基础，促进人类实 现可持续发展
煤炭的高效清洁利用成为化石能源技术研发热点 核能技术酝酿新的突破 氢能技术研发和商业应用加速 新能源和可再生能源技术展现良好前景
核电站
可编辑课件PP燃T 料电池车
北京化工大学材料导论PPT
x-y plane
p62, para.3
Space lattice (crystal lattice)
(空间点阵) (晶体点阵, 晶格)
A unit cell repeats itself in all three dimensions
create
A crystalline structure with a definite pattern
Slip occurs on distinct parallel planes for single crystal after plastic deformation.
2
p62, para. 3
Unit cells (晶胞，单位晶格）
Angles夹角 α：x-y & x-z planes x-z plane β：x-y & y-z planes γ：x-z & y-z planes
y-z plane
Lattice parameters (intercepts)晶格参数 a：intercept in the x direction b：intercept in the y direction c：intercept in the z direction
9 The sides边 of the box
c
x
b
y
a origin
p61, last para.
A box aligned on an axis system
Three primary planes
(主平面）
9 The three axes form
z
three mutually
perpendicular planes
北京化工大学材料导论PPT
2.1 Nature
Module 2
Nature and Structure of Materials
Module 2
2.1.1 Internal structure 2.1.1.1 Atomic structure 2.1.1.2 Molecular Structure and Bonding 2.1.2 Solid State
no direction or sense（矢量的）指向 magnitude 大小 ONLY
an object’s resistance to change in its state of motion or rest 9 SI unit: kilogram (Kg)
9
(p44, para.3)
g Weight重量
depends on: mass of the object mass of the earth distance of the object from the center of the earth
9
When two or more atoms are joined by covalent bond, the unit of matter formed is call a molecule.两个或多个原子通过 (covalent bonds)结合，所形成物质的单位称为分子。 j Element
e Isotope [5aisEutEup] n.[化]同位素 9 contain: same numbers of protons different numbers of neutrons 9 atoms of an element that have different masses 9 e.g.: protium 1 hydrogen: deuterium 2 mass number tritium 3
材料导论(幻灯片)PPT 3_Module 7_20120422
This time7.3.1.6 High-performance polymeric fibers 7.3.1.4 Kevlar fiber7.3.1.7 Smart fibersThis time 7.3.2.1 Fiber strength7.3.2.2 Specific tensile strength 7.3.2.3 Specific stiffness7.3.2.4 Fiber loading7.3.2.5 Fiber orientation7.3.1.6 High-performance ManufacturedPolymeric FibersPage 343PolyesterNylonAramid 芳香族聚酰胺Polyolefins聚烯烃Aramid fibers 芳香族聚酰胺纤维Country Trade name CompositionAmerican, DuPont kevlarNomex聚对苯二甲酰对苯二胺聚间苯二甲酰间苯二胺Japan ConexTechnora聚间苯二甲酰间苯二胺聚对苯二甲酰对苯二胺荷兰阿克苏Twaron聚对苯二甲酰对苯二胺Kevlar TM fiberPage 342（aramidaromatic, polyamideMelt-spunStructure of Kevlar fiberStiff, rodlikemolecule lineup in parallelarray.Aromatic ringstructureWhat are the properties of kevlar fibers?Anisotropy [7Anai5sCtrEpi ]fiber-longitudinal Page 342Que. ?Page 342 Three grades of kevlarKevlar 29Kevlar 49Kevlar149Bending stress-strain curves showing the relation of Kevlar 49 to other common reinforcing fibers Undirectional composite bending stress-strain curves (epoxy resion matrix)Page 342Poly imidazole[7pClibenzimE5dAzEul] PBI 聚苯并咪唑Sulfar or Polyphenylene Sulfide耐纶Polyolefins聚烯烃丙纶（Polypropylene, 缩略为PP）Spectra 900Page 343 Polyolefin.U ltrahigh-molecular-weight polyethylenehas a low specific gravity of 0.9, higher specific strength and specific stiffness, and has 7 to 10 times abrasiveresistance than aramid, with low moistureabsorptionPage 343 7.3.1.7 Smart fibersSmart fibersSmart fibersOne example of smart fibers Antimicrobialsprevent the spread of bacteriareduce odors 气味For exampleRef.Examples of smart fibers Athletic wearSmart fibers using photonics7.3.2.1 Fiber strengthPage 343 The strength of an individual fiber is dependent onMicrocracks localized stressload concentrationfailure of fiber7.3.2.1 Fiber strength The properties of a fiber are mainlydependent onQue.1补充How do the fiber’s length,diameter, and orientation affect the fiber strength ?Page 343Relationship between tensile strength and gauge length （规长）Tensile strength of CF versus gauge lengthWhy?补充补充adversely affected defects flaw (缺陷）How are the amount of defects in fibers reduced? macro reducing the amount of cross-sectional area in the fiber.Que.2补充补充Fiber-aspect ratio (L/D)Page 343Fig. 7-11 Strength versusfiber-aspect ratioDifferent Strength of the same materials in different forms Page 344MaterialsStrengthIn fiber form in bulk formGlass around 3.5GPa a few mega pascal(MPa) Plain-carbon steel around 4 GPa around 0.5 GPaValues of strength of materials in fiber form is much over the same materials in bulk form, why?the crystals aligning themselves along the fiber axis in ordered fashion Que.3Page 344Page 344 7.3.2.2 Specific tensile strengthThe ratio of the tensile strengthmaterial to its weigh density in KN/mmillimeters (mm)inches (in.)kilometers (km)Table 7-4 Specific Strength of materialsMaterials WeightDensity(KN/m3)Tensilestrength(GN/m2 )Specificstrength(Km)S-glass197 E-glass137 Boron137Carbon and Graphite123 Page 3457.3.2.3 Specific stiffnessPage 344 Stiffness(or specific modulus) ratio of the modulus of elasticityelasticity ) to the weight densityTable 7-5 Specific Stiffness/ModulusMaterials WeightDensity(KN/m3)Tensileelasticity(GN/m2 )Specificstiffness(Mm)Boron16Carbon and Graphite14 Page 345Page 344of the mass densityweight density.Mass density to weightdensity)to mass density Kg/m 3Tab. Units of parameters Page 344Page 346 7.3.2.4 Fiber Loading (填充量）Fiber loadingThe strength of the composite is directly proportional toIf all fibers are placed parallel toBe inversely proportional to 成反比的Fiber loading and the arrangement ororientation of the fibersPage 346-347if all fibers are placed parallel tounidirectionalreached if half the fibers are arranged atright angles to fabricsA random arrangementchopped strands7.3.2.5 Fiber orientationunidirectionalBidirectionalMultidirectional RandomPage 348Page 347 Directional orientedIf continuous fiberstheir length is in the directionof the loading, this type of arrangement isdirectional orientedloadingloadingdecreases to (降低至）Page 347‘7.4.1 Structure and propertiesof CompositesPage348their composition and their structure.Que.1What does the structure of acomposite material refer to?In monolithic materials macroscopic major ingredients or constituents Page349Structure of CompositesPage 348 Properties of compositesdesignedisotropic[properties (nearly homogeneous2) anisotropic[E7naisEu5trCpik]3) directionalReview What is directional oriental? (Page 347)7.4.1.1 Rules of mixtureconstituents of a composite interact in various ways to produce the collective properties ( rule of mixtures (ROM) 混合原则Page 348What ？Page 349 Rules of mixturesuch as modulus of elasticity, follow ROM. Que.？relative amounts properties of thecomponents。
材料导论课件6
2a = 4R
2a
a = 2R 2
原子堆砌密度 Atomic packing factor, APF 原子体积＝
4 3 R 4 3
4(4 / 3 R 3 ) APF = = 0.74 3 (4 R / 2)
BODY-CENTERED CUBIC 体心立方
在室温常压下为BCC结构的元素有碱金属Li，Na，K以 及过渡金属V，Cr，Nb，Mo，Ta，W，Fe（a-Fe）等
Zn2+
S2－
AX2型 八配位
氟化钙（CaF2)
Ca2+ F-
0.100 0.133 rCa/rF =0.8
配位数＝8
钙离子占据间隙位置
氟离子占据8个角
UO2 PuO2 ThO2 Ca++ F－
AmBnXp 型
钙钛矿
Ti4+:at the body center Ca2+: at corners O2-: at face centers
2a
Hexagonal Close-packed Crystal Structure (HCP)
c
a
6.1 晶体结构
6.1.3 金属结构
六方密堆积结构（HCP）
A
B
A
cos30 =
a/2 a/2 a , m= = m 3/2 3
a/2
a m
a c/2
m= a 3
c a2 = a2 , 2 3
Structure: perovskite (CaTiO3) type Bravais lattice: simple cubic Ions/unit cell: 1Ca2+ + 1Ti4+ + 3O2Typical ceramics: CaTiO3, BaTiO3