材料概论第一章材料与材料科学
《材料概论》课件
复合材料的物理性质，如热导率、电导率、磁导 率等，也取决于其组成成分的性质以及它们的组 合方式。
化学性质
复合材料的化学性质取决于其组成成分的性质以 及它们的组合方式。它们通常具有更好的耐腐蚀 性和抗氧化性。
复合材料的用途
航空航天领域 汽车工业 建筑领域
体育用品领域
由于复合材料具有高强度、轻质等特点，广泛应用于制造飞机 和航天器的结构件。
有机高分子材料的用途
塑料
包装材料、建筑材料、家电外壳
橡胶
轮胎、密封圈、减震材料
纤维
纺织品、防护服、绳索
涂料与粘合剂
防腐涂料、家居装修用粘合剂
05
复合材料
复合材料的分类
按基体分类
复合材料可以分为金属基复合材料、树脂基复合材料、陶瓷基复合材 料等。
按增强体分类
复合材料可以分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料、层叠增强 复合材料等。
材料科学的分类
总结词
材料科学主要分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料等。
详细描述
根据材料的性质和应用，材料科学主要分为金属材料、无机非金属材料、高分 子材料和复合材料等。这些类别涵盖了各种常见的材料，如钢铁、陶瓷、塑料 、橡胶等。
材料科学的重要性
总结词
材料科学在科技和工业发展中具有重要 作用，对国民经济和社会发展具有重要 意义。
按应用领域分类
复合材料可以分为航空航天复合材料、汽车复合材料、建筑复合材料 、体育用品复合材料等。
按制备工艺分类
复合材料可以分为热压复合材料、热熔复合材料、液体复合材料等。
复合材料的性质
1 2 3
力学性质
复合材料的力学性质取决于其组成成分的性质以 及它们的组合方式。它们通常具有更高的强度、 刚度和耐疲劳性。
新材料概论
第1章材料概论1.能量：可为人类经济利用的成为能源。
知识：需要利用和传播的叫做信息。
物质：可用于制造有用物品的叫做材料。
20世纪70年代，信息、材料和能源称为当代文明的三大支柱；20世纪80年代，新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志；20世纪90年代，材料、信息、能源和生物技术作为国民经济发展的四大支柱产业。
2.材料的定义:为人类社会所接受地、经济地制造有用器件的物质叫做材料。
材料的判据：①资源判据②能源判据③环保判据④质量判据⑤经济判据3.新材料一般具有的特点：①具有一些优异性能或特定功能。
②新材料的发展与材料科学理论的关系比传统材料更为密切。
③新材料的制备生产往往与新技术和新工艺紧密相关。
④更新换代快，样式多变。
⑤新材料大多是知识密集、技术密集、附加值高的高技术材料，传统材料通常为资源型或劳动集约型材料。
4.材料结构的基本概念组元：组成材料最基本、独立的物质，可以是纯元素，也可以是稳定的化合物。
相：材料中同一化学成分并且结构和性能相同的均匀连续部分称。
组织：材料内部的微观形貌。
5.（大题）固溶体：合金由液态结晶为固态时，一组元的晶格中溶入另一种或多种其他组元而形成的均匀相称为固溶体。
保留晶格的组元称为溶剂，溶入晶格的组元称为溶质。
6.硅酸盐结构分类a 岛状硅酸盐：含有限Si-O团的硅酸盐，包括含孤立Si-O团和含成对或环状Si-O团两类。
b 链状硅酸盐：Si-O团共顶连接成一维结构，又含单链和双链两类。
c 层状硅酸盐：Si-O团底面共顶连接成二维结构。
d 骨架状硅酸盐：Si-O团共顶连接成三维结构。
7.高分子材料化学稳定性好的原因：1.分子链上各原子是由共价键结合而成的，键能较高结合牢固;2.高分子的特殊形态，使得大分子链上能够参加化学反应的集团在与化学反应介质的接触上比较困难; 3.高聚物大都是绝缘体，不会产生电化学腐蚀。
8.高分子材料的老化：1.由于大分子链之间产生交联，使其从线型结构或支链结构变为体型结构，变脆，失去弹性。
材料概论重点内容
重点内容第一章：1、掌握材料的概念及其分类；2、了解材料是人类进步的里程碑；先进材料是高新技术发展和社会现代化的基础和先导；3、了解材料科学与工程的形成与内涵；4、掌握材料的组成、结构、性能与使用效能之间的关系及材料的发展与应用第二章：1、重点了解材料的常见性能指标，包括力学性能、物理性能和化学性能；2、了解金属材料中的钢铁、铜和铜合金、铝和铝合金的性能特点及其应用场合。
3、了解钛和钛合金、陶瓷材料、高聚物材料的性能特点及其应用场合。
第三章：掌握导体、半导体和绝缘体材料、超导材料、铁电、热释电、压电和介电材料的结构、性能特点及其应用场合。
第四章：1、掌握磁性的概念、物质磁性分类、磁性材料的分类；•2、重点了解几种新型磁性材料及其应用途径。
•第五章：1、记住基本概念：零电阻现象、迈斯纳效应、约瑟夫森效应；2、理解产生超导的原因和超导体的临界条件；3、了解一、二类超导体之间的区别与联系、超导材料的发展前景；4、、知道超导氧化物的种类及其性能特点。
第六章：1、了解光纤材料的发展史。
2、掌握光纤材料的分类、特点及其应用；3、理解光色材料。
4、掌握红外材料的分类、性能、应用。
第七章：1、了解新能源材料在我国国民经济发展中的重要地位和未来发展的核心作用；2、掌握新型二次电池的种类、原理、性能及其应用；3、掌握燃料电池的构造、原理、特点和应用前景。
第八章：1、了解生物材料的发展、特点和应用前景；2、掌握硬组织相容材料、软组织相容材料、血液相容性材料、生物降解材料的分类、性能特点及其应用场合。
第九章：1、了解环境材料的发展概况、对我国国民经济发展的影响；2、明确环境材料的提出、定义和研究内容；3、掌握环境协调性评价的涵义、应用标准和注意事项；4、掌握材料的生态设计、材料的环境友好加工以及传统材料的友好加工；5、懂得天然材料的加工和应用、绿色包装材料、绿色建材、环境净化、替代和修复材料、环境降解材料的特点与应用前景。
材料科学与工程概论
材料科学与工程概论第一章绪论第一节元素、物质、材料第二节材料对人类文明进步的意义2.1 材料与人类的日常生活2.2 材料与新技术革命2.3 材料与国防现代化第三节怎样得到新材料第四节材料科学与工程基本要素第二章材料的微观世界第一节固体原子间相互作用和材料分类1.1 元素周期表及电负性1.2 原子结合能与结合力1.3 化学键1.4 材料分类第二节固体中原子的排列2.1 晶体结构2.2 准晶、非晶、液晶结构2.3 晶体缺陷第三节相与组织3.1 相与组织3.2 相的分类3.3 相图3.4 Fe-C 二元相图第四节固体中的电子4.1 单个原子的电子分布4.2 晶体中的电子4.3 导体、半导体和绝缘体第三章材料的组织结构与性能的关系第一节结构材料1.1 材料在承载时发生的变化1.2 金属材料1.3 无机非金属材料1.4 有机高分子材料1.5 复合材料第二节功能材料2.1 功能材料性能简介2.2 电性能与微观结构的关系2.3 光性能与微观结构的关系2.4 磁性能与微观结构的关系1.1 材料工艺的重要第四章材料工艺第一节材料工艺的重要性1.2 材料工艺的创新途径1.1 材料工艺的重要1.3 材料工艺的经济性、稳定性和环境兼容性第二节生产工艺2.1 金属材料2.2 陶瓷材料2.3 高分子材料2.4 单晶材料第三节加工工艺3.1 金属加工工艺3.2 塑料和橡胶的加工工艺3.3 复合材料的加工工艺第四节材料工艺性能的表征4.1 直接实验法4.2 相关法第五节新工艺新技术5.1 表面改性5.2 金属雾化喷射沉积5.3 金属半固态加工5.4 自蔓延合成技术第五章零件失效分析与选材原则第一节产品、工程的质量与材料第二节失效分析及其重要性第三节选材原则与方法3.2 选材方法第四节零件失效分析4.1 失效过程和产生失效原因的特点4.2 失效分析的正确思路4.3 断裂失效4.4 磨损失效4.5 环境介质作用下的失效4.6 金属失效的预防3.1 选材原则。
材料概论绪论课件
铝合金等。
材料的复合化
01
02
03
04
金属基复合材料
利用金属与非金属材料的复合 ，获得具有优异性能的复合材
料。
陶瓷基复合材料
利用陶瓷与非金属材料的复合 ，提高陶瓷材料的韧性和抗冲
击性能。
高分子基复合材料
利用高分子与无机非金属材料 的复合，获得具有优异性能的
高分子复合材料。
纳米复合材料
利用纳米技术与高分子、陶瓷 、金属等材料的复合，获得具
有纳米尺度的复合材料。
生物材料的发展
生物相容性材料
研究开发与生物体相容的 材料，用于医疗器械、人 工器官等领域。
生物降解材料
研究开发能够在生物体内 降解的材料，用于药物载 体、手术缝合线等领域。
生物活性材料
研究开发具有生物活性的 材料，如生物活性玻璃、 生物活性陶瓷等。
材料科学的分类
总结词
材料科学主要分为金属材料、无机非金属材料、高分 子材料和复合材料等。
详细描述
金属材料是指以金属元素或以金属元素为主组成的材料 ，具有导电、导热等优良性能，广泛应用于工业、建筑 和日常生活中。无机非金属材料是指以非金属元素或以 非金属元素为主组成的固体无机材料，如陶瓷、玻璃、 水泥等，具有耐高温、耐腐蚀等特性。高分子材料是由 大量分子链组成的材料，如塑料、橡胶、纤维等，具有 质轻、绝缘等特性。复合材料是由两种或多种材料组成 的新型材料，通过复合可以获得单一材料所不具备的性 能。
材料的回收与再利用
资源节约
通过材料的回收与再利用，可以减少对新资源的 需求，从而节约资源，降低开采对环境的影响。
减少污染
回收与再利用可以减少废物的产生，从而降低对 环境的污染。
材料学概论1-绪论
材料是人类文明 发展的物质基础
内容：学习材料学的基本知识。主要涉及 到各种材料的组成、结构、性能、应用以 及它们之间的关系。 目的：材料类专业的入门课及专业基础课 之一。了解材料的基本知识，逐步扩大材 料的专业知识面，培养分析和解决有关材 料问题的初步能力。
第一章 绪论
1. 材料的定义与分类 2. 材料的地位和作用 3. 材料学的形成和发展
晶体管小到用 电子显微镜都 难以观察！
第三代半导体材料－宽禁带半导体
SiC, GaN, ZnO 等，半导体是一种宽禁带半导体材 料，是继第一代半导体材料硅（Si）和第二代半导 体材料砷化镓（GaAs）后，发展起来的第三代半导 体材料。 在高技术中，尤其是军用和光电子 领域有优势，可以应用于： 1）高温器件
2）高功率器件
3）高频高速 4）发光与激光
SiC与Si使用范围比较
击穿电压
SiC
电子漂移速度
Si
导热率
使用温度
(使用温度>500 º C)
SiC研究和应用现状
高质量大尺寸的 SiC 晶体几乎被美国 Cree公司垄断。我国生产器件用的SiC 晶体全部依赖进口。 2英寸晶片售价为：500－800美元/片
1927~1937 1937~1966 1966~1975 1975~现在
采矿工程与冶金
采矿与冶金 冶金 冶金与材料科学 材料科学与工程
3.3 材料科学的内容
材料科学的内容可以用一个四面体来表示，也就 是材料科学是研究一种材料的成分（结构）、合
成（工艺）、性质与效能及它们之间的关系。
效能(performance)
2010
2020
在发动机上叶片材料应用的年份
合金晶粒结构的变化（约1970年代）
材料基础-第一章材料科学概论
第 四，不同类型的材料是可以相互替代和 补充，充分发挥各种材料特有的优异性能。 例如，通过对不同材料之间的复合，可以 获得结构与性能明显优于原组分材料的性能。 此外，金属材料、高分子材料和 陶瓷材料 如果一直自成体系，缺乏沟通，互不了解，就 不利于学科的协调发展和创新，更不利于集各 个单一材料的优异性能于一体，研制出性能更 为优越的新型复合材料。 正是在这样的背景下，一门新的综合性学 科－材料科学诞生了。
1.4. 2 材料科学与工程 1. 材料科学 材料科学是研究材料的组成、结构与材 料性质之间关系的一门学科。 简言之，材料科学是研究材料的组织、 结构与性质的相互关系。 它是从化学的角度，研究材料的化学组 成、原子结构、原子结合键、物相及合成方 法； 从晶体学和固体物理学的角度，分析和 讨论材料的形态、结构及其性能。
2. 材料科学与工程 材料科学与工程是研究有关材料的组成、 结构、制备工艺与其性能及使用效能以及它们 之间相互关系的技术开发及其应用的科学。 材料科学与工程的研究内容可用四面体图 来表示（图1-1）, 即材料科学与工程四要素的 相互关系： 合成与制备（synthesis-preparation）、 组成与结构（composition - structure）、 性质（property） 性能（performance）以及它们之间的关系。
1.2 材料的分类 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是 社会进步文明程度的标志，是一切科学技术与工 程技术的物质基础。它与世界科技发展、国家经 济建设和日常生活密切相关。 在20世纪70年代，人们已把信息、材料和能 源列为现代文明的三大支柱；20世纪80年代以高 新技术为代表的新技术革命，把新材料、信息技 术和生物技术列为重要标志；21世纪，美国把与 材料密切相关的四大技术：纳米技术、生物技术、 信息技术和认知技术列为发展的重中之重。 材料不仅非常重要，而且种类繁多，目前主 要有如下几种分类方法：
材料科学基础知识点
材料科学基础第零章材料概论该课程以金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料为对象，从材料的电子、原子尺度入手，介绍了材料科学理论及纳观、微观尺度组织、细观尺度断裂机制及宏观性能。
核心是介绍材料的成分、微观结构、制备工艺及性能之间的关系。
主要内容包括：材料的原子排列、晶体结构与缺陷、相结构和相图、晶体及非晶体的凝固、扩散与固态相变、塑性变形及强韧化、材料概论、复合材料及界面，并简要介绍材料科学理论新发展及高性能材料研究新成果。
材料是指：能够满足指定工作条件下使用要求的，就有一定形态和物理化学性状的物质。
按基本组成分为：金属、陶瓷、高分子、复合材料金属材料是由金属元素或以金属元素为主，通过冶炼方法制成的一类晶体材料，如Fe、Cu、Ni等。
原子之间的键合方式是金属键。
陶瓷材料是由非金属元素或金属元素与非金属元素组成的、经烧结或合成而制成的一类无机非金属材料。
它可以是晶体、非晶体或混合晶体。
原子之间的键合方式是离子键，共价键。
聚合物是用聚合工艺合成的、原子之间以共价键连接的、由长分子链组成的髙分子材料。
它主要是非晶体或晶体与非晶体的混合物。
原子的键合方式通常是共价键。
复合材料是由二种或二种以上不同的材料组成的、通过特殊加工工艺制成的一类面向应用的新材料。
其原子间的键合方式是混合键。
密度弹性模量:材料抵抗变形的能力强度:是指零件承受载荷后抵抗发生破坏的能力。
韧性：表征材料阻止裂纹扩展的能力功能成本结构(Structure)性质(Properties)加工(Processing)使用性能(Performance)在四要素中，基本的是结构和性能的关系，而“材料科学”这门课的主要任务就是研究材料的结构、性能及二者之间的关系。
宏观结构←显微镜下的结构←晶体结构←原子、电子结构重点讨论材料中原子的排列方式（晶体结构）和显微镜下的微观结构（显微组织）的关系。
以及有哪些主要因素能够影响和改变结构，实现控制结构和性能的目的。
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新型材料的研究、开发与应用反映一个国家的科学 技术与工业水平，关系到国家的综合国力与安全。
材料概论第一章材料与材料科学
现代科学技术的基础： 以半导体材料为核心的计算机制造技术； 以光导纤维为基础的光纤通讯技术； 以超导材料为基础的磁悬浮技术；
我国是材料大国，但不是材料强国
“神舟 六号” 飞船 始返 前后 图片
材料2概0论0第5一年章材，料与1材1料5科小学 时飞行
材料概论第一章材料与材料科学
材料在国民经济中的地位
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。
材料概论第一章材料与材料科学
铁器时代（1）公元前1200年
材料概论第一章材料与材料科学
铁器时代（2）
材料概论第一章材料与材料科学
人类的文明史就是材料的发展史 ——是人类学习利用材料、制造 材料、创新材料的历史。
材料概论第一章材料与材料科学
材料发展近代史
以1712年蒸汽机发明为起点，近300年来，人类经 历了4次技术革命。
• 顾家琳 主编 《材料科学与工程概论》
北京：清华大学出版社，2005
• 李俊寿 主编 《新材料概论》
北京：国防工业出版社，2004
材料概论第一章材料与材料科学
教学内容
一. 材料与材料科学
五.10种产品的生产过程概述
二. 材料的组织、结构与性能 六.材料应用
三. 材料的制备方法
七.材料与环境
四.材料成型
八.比较与选择
材料概论第一章材料与材料科学
材料概论第一章材料与材料科学
第一章 材料与材料科学
一. 材料的地位、作用与发展 二. 材料的定义和分类 三. 材料的要素 四. 材料科学与工程的发展趋势
材料概论第一章材料与材料科学
1.1材料的地位、作用与发展
➢材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础； ➢ 人类的文明史以使用的主要材料来划分为四个时代。
材料概论第一章材料与材料 科学
课程的性质
材料科学基础 现代测试方法
无机化学 分析化学 物理化学
《材料概论》 材料工学
普通物理
认识实习
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
进一步深造
材料概论第一章材料与材料科学
教材与参考书
• 周达飞《材料概论 》
北京：化学工业出版社，2001
• 施惠生 主编 《材料概论 》
上海：同济大学出版社，2002
蒸汽机 → 电 → 原子能 → 计算机、生物、
空间技术
18世纪末 19世纪末 20世纪中期 20世纪70年代
纺织 冶金 机械 造船
电子 石油 化工 电气
合成材料 半导体材料
新型无机材料 高分子材料 新型金属材料 复合材料
材料概论第一章材料与材料科学
材料是人类生存、社会发展、科技进步的 物质基础、现代科技发展的先导
建筑材料
航空航天 材料
生物材料
包装材料
材料
电子材料
农用材料
磁性材料
能源材料
材料概论第一章材料与材料科学
航 空 、 航 天 材 料
材料概论第一章材料与材料科学
能源材料
生物材料
以耐热轻质材料为结构材料的航空航天技术等。
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。
材料概论第一章材料与材料科学
钛结构自行车：“自行车发烧友” 选择钛合金制自行车。钛合 金的应用场合很特殊。通常用于需要抗腐蚀，耐疲劳，高弹 性的场合
材料和生活用品
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材料概论第一章材料与材料科学
超级钢 一种汽车用钢，比原先的轻24%，强度高34%，称为超级钢。
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材料概论第一章材料与材料科学
磁悬浮列车 速度：500km/h
南京－北京只需4个小时
核磁共振仪
材料概论第一章材料与材料科学
材料概论第一章材料与材料科学
1.2、材料的定义和分类
一. 材料的定义
材料是由一种化学物质为主要成分，并添加一定的助剂作为次要 成分所组成的；---一定的组成和配比 可以在一定的温度和一定压力下使之熔融，并在模具中塑制成一 定形状；-------成型加工性 冷却后在室温下能保持既定形状，并可在一定条件下使用的物品； --------形状保持性 其生产过程必须实现最高的生产率、最低的原料成本和能耗；------经济性 最少地产生废物和环境污染物，并且其废弃物可以回收再利用。 ------回收和再生性
激光材料
催化剂 高温炉管
材料概论第一章材料与材料科学
二.材料的分类
➢ 按化学组成分类 ➢ 按材料的应用分类 ➢ 按材料的使用性能分类 ➢ 按材料结晶状态分类
材料概论第一章材料与材料科学
1、按化学组成分类
无机非金属材料 ROX、RNX、碳化物 、硼化物及硅酸盐、铝酸盐等 水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料
石器时代 → 陶器 → 青铜器 → 铁器
250万年前
1万年前 公元前5000年 公元前1200年
材料概论第一章材料与材料科学
旧石器时代
（10000年前）
材料概论第一章材料与材料科学
新石器时代
（距今10000-4000年）
磨制石器 7000年前 陶器
材料概论第一章材料与材料科学
青铜时代 公元前5000年
材料概论第一章材料与材料科学
工 程 塑 料 制 成 的 零 件
材料概论第一章材料与材料科学
高 温 结 构 陶 瓷 零 件
材料概论第一章材料与材料科学
复合材料
用碳纤维增强环氧树脂制得的高尔夫球杆强 度高、重量轻、刚性好。
材料概论第一章材料与材料科学
复合材料
材料概论第一章材料与材料科学
2、按材料的应用领域分类
材料概论第一章材料与材料科学
注意:
材料是物质，但不是所有物质都可以称为材 料。
大多数的物质需通过一定的工艺过程才能转 化为材料.
材料可由一种物质或若干种物质构成. 同一种物质,由于制备或加工方法不同,可成为
用途不同—不同类型的材料.
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宝石
基板材料
切削工具
Al2O3
金属材料 金属元素 黑色、有色 、特种金属材料
有机高分子材料 H、 C、 O、 N 塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂
复合材料 两种或两种以上材料组成 金属基、陶瓷基、树脂基
材料概论第一章材料与材料科学
金属＋陶瓷 金属 金属＋高分子
无机非金属 高分子 陶瓷＋高分子
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各种金属零部件