材料科学导论 ppt课件
材料科学概述 ppt课件
材料：社会文明进步的里程碑 材料和材料学科 材料科学研究内容 高技术新材料
一、材料：
社会文明进步的里程碑
物质基础
•石器时代、铜器时代、铁器时代
西汉：人口6千万， 占当时世界人口的40%
• 中国古代的四大发明 • 当代文明的三大支柱 • 全球新技术革命的三大标志
德国柏林某打铁铺
重要支柱
钫87 Fr
镭88 Ra
Ac
La 镧 57 铈 58 镨 59 钕 60 钷 61 钐 62 铕 63 钆 64 铽 65 镝 66 钬 67 铒 68 铥 69 镱 70 镥 71
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac 锕 89 钍 90 镤 91 铀 92 镎 93 钚 94 镅 95 锔 96 锫 97 锎 98 锿 99 镄100钔101锘102铹103
Na Mg IIIB IVB VB VIB VIIB
VIII
IB IIB Al Si P S Cl Ar
钾19 钙20 钪21 钛22 钒23 铬24 锰25 铁26 钴27 镍28 铜29 锌30 镓31 锗32 砷33 硒34 溴35 氪36
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
美国国家科学研究委员会的报告： 美国若在新材料的开发、制造及市场开 拓方面不做出更大的努力，就极可能在当
今这个时代中失去有效参与竞争的能力。
技术先导
★ 钢铁材料：现代文明开始的标志
1856年平炉炼钢，1864年转炉炼钢
蒸汽机（1888年） 纺织、交通（20世纪初）
★ 半导体材料：当代信息技术的起点
材料科学导论
（2）过原点O作直线OP，使其平行于待定的晶向。 （3）在直线OP上选取距原点O最近的一个阵点P，确定P点的3个坐标
值。 （4）将这3个坐标值化为最小整数u，v，w，加上方括号，[u v w]即为待
定晶向的晶向指数。若坐标中某一数值为负，则在相应的指数上加 一负号。 8、晶向族：晶体中因对称关系而等价的各组晶向可归并为一个晶向族， 用<u v w> 9、在晶体内凡晶面间距和晶面上原子的分布完全相同，只是空间位向不同 的晶面可以归并为同一晶面族。以{h k l}表示：
晶界和大角度晶界。
28、扭转晶界是小角度晶界的又一种类型，该晶界的结构可看成由互相 交叉的螺型位错所组成。
29、大角度晶界不可以用位错模型描述的原因：大角度晶界中，原子排 列接近无序状态，而位错之间的距离可能只有1，2个原子的大小， 不适用于大角度晶界。
30、晶界的特性： (1)晶界处点阵畸变大，存在着晶界能； (2)晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，具
20、晶体中的位错来源： (1)晶体生长过程中产生位错，其主要来源有： ①由于熔体中杂质 原子在凝固过程中不均匀分布使晶体先后凝固部分的成分不同，从 而点阵常数也有差异，形成的位错可能作为过渡； ②由于温度梯 度、浓度梯度、机械振动等的影响，致使生长着的晶体偏转或弯曲 引起相邻晶块之间有位相差，它们之间就会形成位错； ③在晶体 生长过程中，由于相邻晶粒发生碰撞或因液流冲击，以及冷却时体 积变化的热应力等原因，会使晶体表面产生台阶或受力变形而形成 位错。 (2)由于自高温较快凝固及冷却时，晶体内存在大量过饱和空位，空 位的聚集能形成位错； (3)应力集中，产生局部区域滑移产生的位错。
材料科学导论第六章 扩散PPT课件
三、非稳态扩散
dc
Fick第一定律：
0
dt
Fick第二定律： dc 0 dt
与时间无关，稳定扩散 与时间有关，非稳定扩散
Fick第二定律的推导
例：有一存在浓度梯度的棒
其长度以x表示，与x点相对 应的点的浓度为c，当x点增大 到x+dx，其对应的浓度增大 为c+dc，这时有
dcdx0
溶质原子沿x轴负向流动， 流入dx的扩散流量为Jx+dx， 流出为Jx
与晶体结构类型有关，如γ-Fe较α-Fe原子排列紧密
在二元合金中，间隙原子通常存在间隙位置，其激活能值 一般低于置换原子的激活能值。
2、扩散系数和温度的关系 由于扩散涉及到原子的运动，可以预期，提高系统
的温度会增加扩散速率。
许多扩散系统的扩散速率与温度的关系用Arrhenius 方程来表示，即
D扩散系数（m2/s）， D0扩散常数（m2/s） △E*：扩散物质的激活能（J/mol） R摩尔气体常数， R=8.314J/mol﹒T为热力学温度（K)
激活能：原子应当具有足够的能量来克服激活能 垒,所需的超过原子平均能量的附加能量称为激活能， 单位为J/mol。
一、基本概念
E* E r 反应物 EP
E*
激活能
反应时释 放的能量
产物
图6.1 热激活固态反应的激活能示意图
Er：反应物的能量 △E*：激活能 Ep：产物的能量
在任一温度下，系统中只有一小部分原子的能量会达到 △E*的水平。随着系统温度的升高，越来越多的原子的能量 会达到激活能水平。
二、稳态扩散
研究对象： 溶质原子沿x方向在相距（x2－x1）的 两平行原子面之间的扩散情况。
稳态扩散：经过一段时间后， x2和x1之间各处的 溶质原子浓度不再随时间变化，这种扩散称为稳态 扩散。
材料科学导论
第1 章原子结构与键合决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律，原子集合体的形貌特征等。
物质是由原子组成的，而原子是由位于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的。
原子结构中的电子结构——决定了原子键合的本身。
1.1 原子结构1.1.1 物质的组成一切物质是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。
这些微粒可能是分子、原子或离子。
分子是能单独存在、且保持物质化学特性的一种微粒。
分子的体积很小，如H2O分子的直径约为0.2 nm。
而分子的质量则有大有小：H2分子是分子世界中最小的，它的相对分子质量只有2，而天然高分子化合物——蛋白质可高达几百万。
分子是由一些更小的微粒——原子所组成的。
在化学变化中，分子可以再分成原子，而原子却不能再分，原子是化学变化中的最小微粒。
量子力学中，原子并不是物质的最小微粒。
它具有复杂结构。
原子结构直接影响原子间的结合方式。
1.1.2 原子的结构原子由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成。
原子的体积很小，原子直径约为10–10 m 数量级，原子核直径为10–15 m 数量级。
原子的质量主要在原子核内。
每个质子和中子的质量大致为1.67×10–24 g，电子的质量约为9.11×10–28 g，为质子的1/1836。
原子呈电中性。
原子核带正电（质子带正电，中子不带电），电子带负电（1.6022×10–19 C），电子和质子数目相等。
原子核与电子的结合力为静电力。
1.1.3 原子的电子结构电子云：电子在原子核外空间作高速旋转运动，就好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围。
电子既具有粒子性又具有波动性，即具有波粒二象性。
电子运动没有固定的轨道，但可根据电子的能量高低，用统计方法判断其在核外空间某一区域内出现的几率的大小。
能量低的，通常在离核近的区域（壳层）运动；能量高的，通常在离核远的区域运动。
材料科学基础绪论PPT课件
• 材料的性能包括物理性能、化学性能、力学性能。 • 其内部结构包括
四个层次：①原 子结构；②结合 键；③原子的排 列方式；④显微 组织
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（二）材料科学与材料工程的关系
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学习料料科学基础的意义 （一）材料科学的内涵
材料科学是一个跨物理、化学等 的学科。材料科学的核心问题是材 料的组织结构（Structure）和性 能（Property）以及它们之间的关 系。右图为材料科学与工程四要素。 所以，先要了解材料的结构是什么？
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材料结构关系
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• 1990年美国总统的科学顾问Allany Bromley明确指出“材料科学在美 国是最重要的学科”。
• 1991年日本为未来工业规划技术列举的11项主要项目中有7项是基于先 进材料之上。
• 1986年《科学的美国人》杂志指出“先进材料对未来的宇航、电子设备、 汽车以及其他工业的发展是必要的，材料科学的进步决定了经济关键部 门增长速率的极限范围。”
• 材料科学的形成：“材料”早存在，“材料科学”提出于 20世纪60年代，1957年苏联卫星上天，美国震动很大， 在大学相继建立十余个材料科学研究中心，自此开始， “材料科学”一词广泛应用。
• 一般来讲，科学是研究“为什么”的学问，而工程是解决 “怎么做”的学问。材料科学的基础理论，为材料工程指 明方向，为更好地选择、使用材料，发挥现有材料的潜力、 发展新材料提供理论基础。
《济地的制造有用物品的物质。 材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、材料 的性能与材料应用之间的相互关系的科学。材料科学是当代科学技术发展 的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头学科之一。纳米材料科学与 技术是20世纪80年代发展起来的新兴学科，成为21世纪新技术的主导中 心。 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。
材料科学导论
材料科学导论材料科学导论材料科学是一门研究和应用材料的学科，它涵盖了材料的制备、性能、结构和应用等方面。
材料是现代科技发展的基础，无论是电子设备、汽车、建筑还是生物医学器械，都离不开优质的材料。
因此，材料科学的研究和应用对于社会的进步和发展起着重要的作用。
材料科学研究的内容十分广泛，其中包括金属材料、陶瓷材料、聚合物材料、复合材料等。
每一种材料都有其特殊的性能和应用领域。
例如，金属材料具有良好的导电性和热传导性，适用于电子、汽车等领域。
陶瓷材料具有优异的耐高温性能，可用于航空航天和高温装置中。
聚合物材料则具有良好的可塑性和耐腐蚀性，广泛应用于塑料制品和纤维材料等领域。
复合材料是由两种或多种不同材料组成的，它们的结合会产生比原材料更好的性能，如车辆和飞机上的碳纤维增强复合材料。
材料科学的研究方法主要包括材料制备、表征和性能测试等。
材料制备是指根据不同的要求和应用，选择不同的制备方法，包括熔炼、固相反应、溶液法等。
在材料制备的过程中，需要控制材料的成分、结构和形态，以实现所需的性能。
材料的表征是指使用各种技术手段对材料的成分、组织和性能进行分析和测试。
常用的表征方法有显微观测、X射线衍射、电子显微镜和热分析等。
而材料的性能测试则是对材料的各种特性进行量化和定量的测量，以评价材料的优劣和适用性。
材料科学的应用范围非常广泛。
在电子领域，材料科学的研究大大提升了电子器件的性能和可靠性，推动了信息技术的发展。
在能源领域，材料科学的研究为新能源的开发和利用提供了重要的支持，如太阳能电池、燃料电池等。
在医学领域，材料科学的应用促进了生物医学材料的研发，如人工关节、植入物等，有力地改善了人们的生活质量。
总之，材料科学是一门重要的学科，它对于社会的进步和发展有着不可替代的作用。
通过对不同材料进行研究和应用，能够改善生活品质，促进经济发展，推动科技创新。
因此，加强材料科学的研究和培养相关的专业人才，对于我们国家的可持续发展具有重要意义。
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
9
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
材料学概论绪论PPT课件
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聚丙稀短纤维
一些典型的高聚物材料
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合成橡胶轮胎
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衣服 纤维
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三、聚合物的应用
塑 钢 窗
塑料的应用
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塑 料 的 应 用
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塑料的应用
往往伴随化学变化。 • 材料的特点往往是为获得产品，一般从材料
到产品的转变过程不发生化学变化。
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3. 材料与物质
材料与物质(Materials and Matter) 材料可由一种或多种物质组成。 同一物质由于制备方法或加工方法不同
可以得到用途各异、类型不同的材料。
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材料重要性
b. 导体材料，电线芯（铜） c. 工具
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无机非金属材料
Inorganic nonmetals
分类（按成分，化学结构和用途分四大类） 混凝土（水泥） 玻璃 Glass 硅及耐火材料 Silicon 陶瓷（器） Ceramics
传统陶瓷（天然硅酸盐矿）：各中粘土烧制而成。 (Silicate Ceramics)
Biomaterials are employed in components implanted into the human body for replacement of diseased or damaged body parts.
• Advanced materials
Materials that are utilized in high-technology (or high-tech) applications are sometimes termed advanced materials.
材料科学导论(二)ppt课件
划痕硬度试验法
中国海洋大学材料学院
第四节 材料的力学性能指标
三、材料的其他力学性能
1、材料的疲劳性能指标 指在指定疲劳寿命下，材料能承受的上 限循环应力。分为对称循环疲劳强度和不对
称循环疲劳强度。应力包括弯曲、拉伸和扭
转等。
中国海洋大学材料学院
第四节 材料的力学性能指标
三、材料的其他力学性能
2、材料的磨损指标 磨损是指在摩擦作用下，材料表面逐渐 损伤的现象。
肖氏硬度：将一定质量的钢球，在一定高度下落
撞击材料，测量回弹高度
中国海洋大学材料学院
硬度指材料抵抗局部塑性变形的能力
布氏硬度
中国海洋大学材料学院
维氏硬度
硬度指材料抵抗局部塑性变形的能力
中国海洋大学材料学院
洛氏硬度
硬度指材料抵抗局部塑性变形的能力
莫氏硬度是以材料抵抗刻划的能力作为衡量硬度的 依据
五、材料的腐蚀性能
六、材料的老化
中国海洋大学材料学院
第五节 材料的其他性能
一、材料的热学性能
1. 材料的热容：表示材料吸收热量的能力，用单位 质量材料温度升高1度所吸收的热量表示 2. 材料的热膨胀：表示材料受热后外型尺寸变化的
中国海洋大学材料学院
第三节
二、材料的结构层次
1. 材料的元素组成 2. 材料的分子结构
材料的结构
3. 材料的超分子结构（凝聚态结构） 4. 材料的晶体结构（聚集态结构） 5. 材料的相态结构 6. 材料的宏观结构（物理结构）
中国海洋大学材料学院
二、材料的结构层次
1、材料的元素组成：组成材料的元素种类和相对数量
第一节
什么是材料科学？
材料的定义
材料科学是从事对材料本质的发现、 分析、认识、设计及控制方面的理论体系。 其目的在于揭示材料的行为，给予材 料属性的描述或建立模型，以及解释组成
《材料科学概论》课件
陶瓷材料的应用
总结词
耐高温、硬度高
详细描述
陶瓷材料具有优良的耐高温和硬度高的特性，广 泛应用于高温炉具、航空航天、机械等领域。
总结词
绝缘性好、化学稳定性高
陶瓷材料的应用
详细描述
陶瓷材料具有良好的绝缘性能和化学稳定性，能够适应各种恶劣 环境下的使用需求。
总结词
生物容性和生物活性，能够促进骨组织 再生和修复。
02
CATALOGUE
材料的性质
材料的物理性质
导热性
光学性质
描述材料传输热量的能力。金属通常 具有良好的导热性，而隔热材料如玻 璃纤维或泡沫则具有较低的导热性。
涉及材料对光的吸收、反射和折射等 特性。例如，镜子利用玻璃的高反射 性，而透明玻璃则允许光线通过。
电导率
衡量材料传导电流的能力。金属是电 的良导体，而塑料和陶瓷则是电的不 良导体。
材料的化学性质
耐腐蚀性
材料抵抗化学物质（如酸、碱、 盐等）腐蚀的能力。例如，不锈 钢因其抗腐蚀性而在许多应用中
得到使用。
抗氧化性
材料在高温下抵抗氧化（即生锈或 腐蚀）的能力。某些金属如金和铂 具有很高的抗氧化性。
稳定性
材料在各种环境条件下保持其化学 性质的能力。例如，食盐在水中溶 解，但在干燥条件下会结晶。
高分子材料的应用
总结词
质轻、强度高
VS
详细描述
高分子材料具有质量轻、强度高的特点， 能够有效地减轻产品重量，提高使用性能 。
高分子材料的应用
总结词
绝缘、耐腐蚀
详细描述
高分子材料具有良好的绝缘性能和耐腐蚀性 ，能够适应各种复杂环境下的使用需求。
高分子材料的应用
总结词