材料科学基础简介.

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图1.6 SiO2中硅和氧原子间的共价键示意图
共价键在亚金属 （碳、硅、锡、 锗等）、聚合物 和无机非金属材 料中均占有重要 地位。 共价键 晶体中各个键之 间都有确定的方 位，配位数比较 小。共价键的结 合极为牢固，故 共价晶体具有结 构稳定、熔点高、 质硬脆等特点。 共价形成的材料 一般是绝缘体， 其导电性能差。
有机玻璃、MBS、涂料 、PET树脂等。
MMA/ DMT 甲醇 MTP
畜禽饲料蛋白等。
蛋白 甲醇 燃料 二甲醚
甲烷 氯 化物
车辆代用燃料等。
聚乙烯、环氧乙烷/乙二 醇、苯乙烯/聚苯乙烯、 聚氯乙烯、醋酸乙烯、 乙丙橡胶、EVA树脂等 。 聚丙烯、环氧丙烷/丙二 醇、聚醚多元醇、苯酚 丙酮、丁辛醇、丙烯酸 及酯、乙丙橡胶、异丙 醇、丙烯腈、丙烯酰胺 等。 气雾剂、民用燃料和车 用燃料（代替柴油）。
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第二节 材料的类别 1. 金属材料（metals）
1.1分类 (1)黑色金属材料－主要是指钢铁材料。 钢（Steel） 按化学成分分碳素钢、合金钢等；按品 质分普通、优质、高级优质钢等；按金相组织或组织结 构分珠光体、贝氏体、马氏体和奥氏体钢等；按用途分 建筑工程、结构、工具、特殊性能、专业用钢等；按冶 炼方法分平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢等。 铸铁（Cast iron）按石墨形态及性能又分为灰铸铁、 球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、特殊性能铸铁等。
b.常温下固体熔点较高；c.金属光泽； d.纯金属范性大、展性、延性大；e.强度 较高；f.导热、导电性好；g.空气中易氧 化，如钢、铁等生成氧化膜，合金可改善 金属性能,提高抗氧化。
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金属键既无饱和 性又无方向性，因 而每个原子有可能 同更多的原子相结 合，并趋于形成低 能量的密堆结构。 当金属受力变形而 改变原子之间的相 互位置时，不至于 使金属键破坏，这 就使金属具有良好 延展性，并且，由 于自由电子的存在， 金属一般都具有良 好的导电和导热性 14 能。
甲醛 甲醇 制氢 醋酸 MTBE 甲醇 MTO
聚甲醛、多聚甲醛、酚 醛树脂、脲醛树脂、氨 基树脂、季戊四醇、新 戊二醇、三羟甲基丙烷 、乌洛托品、MDI等。 醋酸酯、醋酸乙烯、聚 乙烯醇、氯乙酸、醋酸 酐、醋酸纤维素、PTA 等。 油品添加剂，提高辛烷 值
煤炭
MTG
焦炉气
气化 转化
CO、 CO2、H2
第一章 材料科学基础简述
第一节 材料历史—产生、发展与应用
第二节 材料的类别 第三节 高分子材料的发展历程及新动向
美英材料学家 把当今广泛使用 的材料分为十类 ，以金属、高分 子与陶瓷作为材 料基础提供各类 使用要求的材料 领域。 材料间有密切联 系，有许多基础 共性。
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甲醇制芳烃（MTA）。 甲醇燃料电池。 生产加氢产品等。
1.3用途
a.结构材料：如机床、建筑机械设备、工
程交通工具； b. 导体材料，电线芯（铜）
c.工具等。
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战机
舰船
导弹
高层 建筑
火箭
金属材料的 主要应用领域
战车 人造 卫星 高速列车 汽车
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2无机非金属材料（Inorganic nonmetals）
2.1分类 按成分，化学结构和用途分四大类：混凝土
性、导电材料。
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3高分子材料：高分子材料实际上是由
高分子化合物经过加工和加入添加物而 制成的。有机高分子化合物有天然与合 成之分。如蛋白质、淀粉及纤维是自然 界中生长的。叫天然高分子化合物；而 塑料、合成纤维及合成橡胶则属于人工 合成的，所以也叫合成高分子材料。
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2.2基本特性Biblioteka 以陶瓷为例（其它有较大差别）a.离子键、 共价键及其混合键； b.硬而脆； c.熔点高、
耐高温抗氧化d.导热、导电性差； e.耐化学
腐蚀性性好；f.耐磨；g.成型方式为粉末制坏、
烧制成型。三、用途 建筑卫生陶瓷：瓷砖、
浴缸等。工程陶瓷 工程结构陶瓷：反应釜
（耐酸、耐腐蚀）、绝缘瓷瓶；功能陶瓷：磁
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(2)有色金属－常分五大类：
①轻金属（ρ<4.5g/cm3），如铝、 镁、纳、钙等；②重金属 (ρ>4.58 g/cm3) ，如铜、镍、铅、 锌等③贵金属 如金、银、铂、铑 等；④类（半）金属，如硅、硒、 绅、硼等；⑤稀有金属，如钛、锂、 钨、钼、镭等。
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1.2基本特性
a.金属键，常规法生产的为晶体结构；
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一般离子晶体中正负离子静电引力较强， 结合牢固。因此。其熔点和硬度均较高。另 外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子， 因此，它们都是良好的电绝缘体。但当处在 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 两个或多个电负性相差不大的原子间通 过共用电子对而形成的化学键。共价键键合 的基本特点是核外电子云达到最大的重叠， 形成“共用电子对”，有确定的方位，且配 位数较小。
石器-------- 新石器-------青铜---------铁器--------电子材料时代 100万年－BC 9000—3000－ 2500－900－AC1960—2000 代表了人类文明史的不同阶段.
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8-9千年前， 陶器出现，不 仅做器皿，而 且做装饰品--促进了精神 文明的巨大发 展。在烧制过 程中发现了铜、 锡-及其合金青铜。
5 电子清洗剂、制冷剂、 有机硅和有机氟等。 5
基本定义：材料是指；用于制造其
它物品、器件、构件、机器或产品的
那些物质。
衣、食、住、行是人类生存的基本需 求，材料则提供了人类生存的物质基 础，也是当今一切科学技术的基础。
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材料的使用是人类技术 进步的标志
人类的进步是从使用工具开始的， 而最早使用的工具是石器。石器的使 用代表了人类智慧的飞跃。
陶瓷（器）（Ceramics）。其中陶瓷又分为：传
（水泥）、玻璃（Glass）硅及耐火材料（Silane） 统陶瓷（天然硅酸盐矿,粘土烧制而成,Silicate
Ceramics)和特种陶瓷（人工化合物：氧化物、氮 化物、硼化物、碳化物）。
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2.2 结构 1、离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要 以离子键的方式结合。离子键键合的基本特点是 以离子而不是以原子为结合单元。