材料概论(周达飞)(二版) 第1章
材料化学(第2版)作者曾兆华、杨建文编著第一章课件
Chapter1 Introduction
43
Architec ture material s
Chapter1 Introduction
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高分子材料（Polymers）
• 高分子是由碳、氢、氧、硅、硫等元素组成的分子量 足够高的有机化合物。 • 天然高分子材料：木材、天然橡胶、棉花、动物皮毛 等。 • 合成高分子材料：塑料、合成橡胶和合成纤维。 • 功能高分子材料：工程塑料、导电高分子、高分子半 导体、光导电高分子、磁性高分子、光功能高分子、 液晶高分子、高分子信息材料、生物医用高分子材料 、反应性高分子、离子交换树脂、高分子分离膜、高 分子催化剂及高分子试剂等。
—— connected with function and, through that function, utilities.
Chapter1 Introduction
11
Distinguish between Chemicals and Materials
• Chemicals：the utility lies primarily in their consumption. • Materials: can be used repeatedly or continuously for an application that does not irreversibly convert them to something else.
复合材料
纳米材料
……
1.2 材料的分类 Classification of Materials
按组成、结构特点分
Metallic Materials Inorganic Materials Polymers Composites
材料概论(周达飞)(二版) 第5-1章
○○ ○ ○
○
○○ ○ ◎
兼隔热, 吸热钢化玻璃 ○ ○ ○ ◎ 有色,安全 吸热夹层玻璃 ○ ○ ○ ◎
○○ ○ ○
○
○◎
隔热， 普通中空玻璃 ○ ○
◎ ◎○
不结露 吸热中空玻璃 ○ ○ ○ ◎ ◎ ◎ ○
有色， 不透明
彩色釉面玻璃
○○ ○ ○
注：○代表具有某种性能；◎代表某些性能较好。
5.2 陶瓷的生产
不同产品de化学成分差异很大。
表51 几种常见玻璃的主要化学组成（wt％）
成分 种类
Sa2O +K2O
平板玻璃 71~73 0.5~2.5 6~10 1.5~4.5
14~16
瓶罐玻璃 70~75 1~5 5.5~9 0.2~2.5
13.5~17
高硼硅仪器 79~85 1.9~2.5 0.1~0.6
第三章 材料的制备方法
❖G液澄清阶段：G液继续加热T，→气泡大量 —去除可见气泡，但还有条纹，T也不均匀。钠钙 硅G一般在14001500℃结束。
❖G液的均化阶段：G液长时间处于高温下，化学组成 →一致，即通过G液的扩散、对流和搅拌作用消除条纹 和热不均匀性。均化可＜T澄清完成，此时太小，不适
合成型要求。
理的、化学的、物理化学的现象 和反应，使各原料的机械混合物
❖玻璃液冷却 →复杂的熔融物即G液。
B.玻璃熔窑的构造
第三章 材料的制备方法
❖硅酸盐形成阶段：很大程度是在固态下进行，各种原料在 8001000℃下反应生成烧结状态的硅酸盐及熔融物， 其中含大量石英砂粒、气泡和条纹。
❖G形成阶段：烧结物连续加热时即开始熔融。普通G 在12001250℃完成。易熔的低共熔混合物先熔化， 同时发生硅酸盐和剩余石英砂粒的互溶。此阶段结束 时，石英砂颗粒已完全熔化，烧结物→含大量可见气 泡和条纹、在T和化学成分上不够均匀的透明G液。 与硅酸盐形成阶段间无明显界限，实际熔制时，前者 尚未结束，后者已开始。
材料概论(考试资料)
(3)性能：①耐火度，高温耐压强度和荷重软化温度随AI2O3增加而提高；
②高温下使用，残余收缩，0.2-0.7%；
③耐热震性好；
④抗酸碱性差；
(4)用途：高炉、热风炉、退火炉、烧结炉、锅炉、浇钢系统
三、硅质耐火材料
1、定义：以SiO2为主要成分的耐火材料
2、制品：硅砖，不定型硅质耐火材料及石英玻璃制品
其中，硅酸盐材料用量最大，主要包括硅、铝、氧三种元素。
二、分类
1、分类：把材料分为普通的和先进的无机非金属材料两大类。表3-1
2、特性对比：表3-2
三、特性
耐热性--高熔点，隔热性；
力学性能--高硬度、高强度、耐磨性；
化学稳定性—耐腐蚀、抗氧化性、催化；
电学性能—导电性、半导体、超导材料；
光学性能—透光性、雷达监控、隐形物（飞机）。
有色金属：黑色金属以外的所有金属及合金。例：铜、铝、镍等。
(2)无机非金属材料：以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物以及硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。
分类：单晶体：宝石、人工合成晶体
多晶体：陶瓷、水泥
非晶质体：玻璃
(3)高分子材料
定义：以高分子化合物为基础制得的材料。
分类：塑料：以合成树脂或天然改性的天然高分子为主要成分加上填料、助剂，在一定的温度和压力下成型。
3、石英玻璃制品：以石英玻璃为原料而制得的再结合制品
特点：①膨胀系数小
②热震稳定好，耐化学侵蚀，耐冲刷
③1100℃以上长期使用，易析晶
析晶(失透性)：当温度高于1000℃时，SiO2分子振动加速，经一段较长时间的重新排列定向便形成结晶。
项 目
轻质硅砖
体积密度G/CM3
材料学概论课件第1章绪论
• Advanced materials
Materials that are utilized in high-technology (or hightech) applications are sometimes termed advanced materials. lasers, integrated circuits, magnetic information storage, liquid crystal displays (LCDs), fiber optics, and thermal protection systems for the Space Shuttle Orbiter. 返回目录
的基本物质（如金属、木料、塑料、纤维等） 迈尔《新百科全书》中材料的含义：材料是从原材料中取
得的，为生产半成品、工件、部件和成品的初始物料，如金 属、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然纤维和化学纤维等 等。
2. 原料与材料
• 原料（Raw Materials） • 由原料到材料。 • 原料一般不是为获得产品，而是生产材料， 往往伴随化学变化。
中国古代陶器
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琉 璃 瓦
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二、一些典型的高聚物材料
塑 料 布
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塑 料 薄 膜
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塑料模仁
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特种工程塑料
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特 种 高 聚 物 材 料
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合成纤维
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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
1-1-2
类别
类别 classifications 材料可以根据化学组成、状态、作用和使用 领域分类。 金属材料
华东理工大学2018年硕士研究生招生复试内容(专业知识、实验技能部分)
《材料力学》（第四版）（I以及II中的十三章能量法）刘鸿文高等教育出版社;《机械设计》安琦科学出版社2008;《工程材料》第三版朱张校清华大学出版社
23
机械与动力工程学院
080700动力工程及工程热物理
《材料力学》《机械设计》《工程材料》
笔试
《材料力学》（第四版）（I以及II中的十三章能量法）刘鸿文高等教育出版社;《机械设计》安琦科学出版社2008;《工程材料》第三版朱张校清华大学出版社
14
生物工程学院
071005微生物学
生物工程学院专业综合
笔试
15
生物工程学院
071010生物化学与分子生物学
生物工程学院专业综合
笔试
16
生物工程学院
081703生物化工
生物工程学院专业综合
笔试
17
生物工程学院
083201食品科学
生物工程学院专业综合
笔试
18
生物工程学院
083600生物工程
生物工程学院专业综合
《AT89C52单片机原理与接口技术》凌志浩、张建正编著高等教育出版社，2011.3或《微型计算机原理与接口技术》吴秀清、周荷琴编著中国科学技术大学出版社，1999
37
信息科学与工程学院
085211计算机技术
突出知识面宽、重点考核基础知识和基本技能。其中专业课内容：计算机网络和数据库原理
笔试
《计算机网络》（第六版）谢希仁编著电子工业出版社2013；《数据库系统原理与设计》（第二版），万常选等，清华大学出版社,2012或《数据库系统概念》第六版，Abraham Silberschatz等著，杨冬青等译，机械工业出版社，2012
53
社会与公共管理学院
《材料概论第》PPT课件
• Subatomic level Electronic structure of individual atoms that defines interaction among atoms (interatomic bonding).
• Atomic level Arrangement of atoms in materials for the same atoms can have different properties, e.g. two forms of carbon: graphite and diamond.
Tin
210 thousand
Molybdenum Titanium W Uranium Silver Gold Platinum
121 thousand 95 thousand 43 thousand 39 thousand 14 thousand 1.9 thousand 270 ton
2020/12/21
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精选ppt
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1.1 材料科学与工程的发展史
芳纶纤维
Ceramics 10,000 BC 5,000 BC 1,000 BC
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DJTU Materia精ls 选Scpipent ce & Engineering
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DJTU Materia精ls 选Scpipent ce & Engineering
•Bauxite
101 million
•Coal
4,573 million
•Iron ore
943 million
•Cement
1121 million
材料概论(周达飞)(二版)_第2章2-1
2.3 材料的性能
2.1 材料的组成
材料通常都是由原子or分子结合而成的，也可以说是
由各种物质组成的，而物质是由≥1种元素组成的。按原 子or分子的结合与结构分布状态的不同，可分成3类：
固溶体、聚集体和复合体
2.1.1 材料组元的结合形式 •组元、相和组织 •固溶体 2.1.2 材料的化学组成 •聚集体 •复合体
金属、无机物、有机物 （链状高分子）
宏 观 聚 组 复 集 织 合 组 组 织 织
纤维 无机、有机纤维的聚集体 毛毡、垫料、织布等 聚集 （+空气） 多孔 无机物、有机物+空气 泡沫混凝土、加气混凝土、泡沫塑 料、木材等
灰砂浆、混凝土、纤维增强混凝土、 复合 无机物、有机物复合聚集 木纤维水泥板、石棉水泥板、玻璃 聚集 体 钢、涂料、金属陶瓷 胶合板、石膏板、蜂窝板、钢筋混 凝土等
铝—Al+Cu+Mg等组成的合金。
合金元素：为形成合金所加入的元素。由2或3种元
素构成的分别叫做二元或三元合金。一些主要合金
的化学组成见p16表2-2。
合金一般都是多晶体，有时可形成固溶体、共熔晶、 金属间化合物，以及它们的聚集体。 非晶态合金具有许多优异性能，如强韧性、抗侵蚀、 导磁率高、超导性等。
的结合力。
复合体(复合材料)：由 ≥ 2 种不同材料通过一定的方 式复合而构成的新型材料，各相之间存在着明显的
界面。各相不但保持各自的固有特性而且可最大限
度发挥各种材料相的特性，并赋予单一材料所不具 备的优良特殊性能。其结构通常： • 一相为连续相，称为基体材料；
• 另一相是不连续的，以独立的形态分布在整个连续
• 纯金属是单相材料，钢(非纯金属)在室温下由铁素体 (含碳的Fe)和渗碳体(Fe3C为化合物)组成； • 普通陶瓷：由晶相(1种/几种)与非晶相(玻璃相)组成。
《材料学概论》课程简介和教学大纲
《材料学概论》课程简介课程编号：02024914课程名称：材料学概论［无"Introduction to Materials Science学分:2学时：32 （课内实验（践）：0 上机：0 课外实践：0 ）适用专业：无机非金属材料工程先修课程：大学物理、材料化学基础考核方式与成绩评定标准：总评成绩根据平时成绩（包括考勤、作业、上课听讲等，占20 %）和小论文考查（占80 %）综合评定。
教材与主要参考书目：1.教材：许并社主编.材料概论［M］.北京：机械工业出版社，2012.2.主要参考书目：［1］冯端，师昌绪，刘治国主编.材料科学导论［M］.北京：化学工业出版社，2002.［2］周达飞主编.材料概论［M］.北京：化学工业出版社，2009.［3］徐晓虹主编.材料概论［M］.北京：高等教育出版社，2006.［4］（美）史密斯（Winiam ESmith）,哈希米OaVad Hashemi）著.材料科学与工程基础（英文版）［M］.北京：机械工业出版社，201L内容概述：本课程主要介绍常用的各类工程材料包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料以及在三者基础之上发展的复合材料的成分、组织结构、生产工艺、性能和应用。
通过分析人类社会经济生活中大量有关使用“材料”实例以及对“材料”逐步深入认识的过程，让学生自我总结材料科学与工程的形成历程；授课过程中贯穿材料科学与工程“四要素''主线，通过大量实例，从不同角度深入分析不同类型材料（金属材料、无机非金属材料和高分子材料）存在的共性规律及核心本质，让学生自然形成与掌握材料科学与工程“四要素”原则，让学生自觉提高材料科学与工程专业的基本能力和素质，接受科学作风、科学素质、创新意识和创新能力的培养。
This course mainly introduces the composition, microstructure, processing, properties and application of engineering materials including metals, inorganic materials, polymer materials and composite materials based on the development of the above three materials. This course enables students to summarize the development history of the discipline of materials science and engineering by analyzing a number of materials examples in socioeconomic life. This course makes a deep analysis in the common character and core essence of various types of materials from various angles. This course also enables students to grasp the “four essences of the materials”, enhance the basic abilities and professionalism as a student of Material Science and Engineering College andaccept the education on the scientific attitude, scientific literacy, innovation consciousness and ability.《材料学概论》［无］教学大纲课程编号：02024914课程名称：材料学概论［无"Introduction to Materials Science学分：2学时：32 （课内实验（践）：0 上机：0 课外实践：0 ）适用专业：无机非金属材料工程建议修读学期：3先修课程：大学物理、材料化学基础一、课程性质、目的与任务【课程性质】本课程是无机非金属材料工程专业的第一门专业课。
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第一章 材料与材料科学
材料的发展趋势 •复合化、功能化、智能化、低维化 •建立定量的结构与性能关系 •分子设计 •先进制造技术：低成本、高质量、高效率 •节省资源、节约能源、回收再生
四次技术革命 •高分子时代 •复合材料时代
第一章 材料与材料科学
1.2材料的定义和分类
什么叫材料？ • 一定的组成和配比 • 成型加工性 • 形状保持性 • 经济性 • 回收和再生性
第一章 材料与材料科学
材料分类 •按组成、结构特点分类:图1－1 •按时期分类
传统材料、新型材料
•按使用方法分类
结构材料、功能材料
•按用途分类
航天航空材料、信息材料、电子材料、能源材料、生 物材料、建筑材料、包装材料、电工电器材料、机械材料、 农用材料、日用品及办公用品材料等等
第一章 材料与材料科学
1.3材料的要素
已经发现的材料达800余万种，每年还以25万种的速度增长着，具有实际工业价值的
也有8万余种
表1－4 各种材料的主要物性
除了上述三个方面外，还包括在较大尺度上的改变，有时也包 括材料制造等工程问题。 • 合成和加工的区别已变得模糊
第一章 材料与材料科学
•仪器设备
表1－5
两个关键
•分析和建模技术
处理微观尺度的最基本模型
处理中间尺度（微米级或更大尺度）上的连续模型
宏观尺度上材料总体性质作为制造过程和使用过程的定 量模型
第一章 材料与材料科学
1.4 材料科学与工程的发展趋势
• 第一代材料：石器时代的木片、石器、骨器等天然材料 • 第二代材料：陶、青铜和铁等从矿物中提炼出来的材料 • 第三代材料：高分子材料，从石油、煤等矿物资源中来 • 第四代材料：复合材料。第一到第三代材料都是各向同 性的，而复合材料以各向异性为特征 • 第五代材料：材料的特征随环境和时间而变化的复合材 料
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 •材料是人类文明的里程碑 •材料是人类赖以生存和得以发展的重要物质基础 •材料是一个国家经济实力、科学技术进步程度、 人民生活水准的度量
第一章 材料与材料科学
材料与人类文明
•石器时代：旧石器时代和新石器时代 •玉器时代 •青铜器时代 •铁器时代
第一章 材料与材料科学
合成和加工
• 是指建立原子、分子和分子聚集体的新排列，在从原子尺度到宏 观尺度的所有尺度上对结构进行控制以及高效而有竞争力地制造材 料和零件的演变过程 • 合成
指原子和分子组合在一起制造新材料的物理和化学方法，包括 合成新材料、用新技术合成已知的材料或将已知材料合成为新的形 式、将已知材料按特殊用途的要求来合成 • 加工
210
70
1.3
热变形温度，C
－
－
60
膨胀系数，×105，1/K
1.3
2.4
8~10
传热系数，W/m2K
0.40 2.0
0.0011
韧性[注]
－
体积电阻率，cm
10-5
3×10-6 1016
燃烧性
不燃 不燃 燃烧
注：“” 优；“－” 良；“×” 差。
10 120 2~3 0.0024
性能
金属
塑料
无机材料
熔点，C 密度 g /cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3
钢铁 铝
1,535 660
7.8
2.7
聚丙烯 175 0.9
玻纤增强尼龙－6 215 1.4
陶瓷 2,050 4.0
玻璃 2.6
拉伸强度，MPa
460
80~280 35
150
120
90
比拉伸强度
(拉伸强度/密度)
59
30~104 39
107
30
35
拉伸模量，GPa
第一章 材料与材料科学
使用性能
•包括可靠性、有效寿命、速度、能量利用率、安 全性和寿命期费用等 •材料在最终使用状态时的行为 •材料固有性质与产品设计、工程能力和人类需要 相融合在一起的一个要素 •取决于材料的基本性能，也应注意加工工艺技术 的影响
第一章 材料与材料科学
结构与成分
•每个特定的材料都含有一个以原子和电子尺度到 宏观尺度的结构体系 •大多数材料结构尺度上的化学成分和分布是立体 变化的 •结构上几乎无限的变化同样会引起与此相应的一 系列复杂的材料性质
5×1011 难燃
390 － 0.85 0.017 × 7×104 不燃
70 － 0.9 0.0083 × 1012 不燃
第一章 材料与材料科学
四个要素：性质和现象、使用性能、结构与成分、合成和加工
第一章 材料与材料科学
性质
•材料功能特性和效用（如电、磁、光、热、力学 等性质）的定量度量和描述 •材料对外界刺激（如电场、磁场、温度场、力场 等）的整体响应 •是合成或加工后材料结构和成分所产生的结果