自然科学概论材料PPT课件
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合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与 非金属元素熔合在一起形成的具有金属特性的新物质。合 金的性质与组成合金的各个相的性质有关，同时也与这些 相在合金中的数量、形状及分布有关。
13
1
1
H
氢
34
2 Li Be 锂铍
元素周期表
2
He 氦
5
6
7
8
9
10
B C N O F Ne
硼碳氮氧氟氖
11 12
37 38
5 Rb Sr 铷锶
39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 钇 锆铌钼锝钌铑 钯 银 镉 铟 锡 锑 碲 碘 氙
55 56 56-70 71
72 73 74 75 76 77
6
什么是材料？
• 世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。材
料是具有一定性能，可以用来制作器件、构 件、工具、装置等物品的物质。材料存在于 我们的周围，与我们的生活和生命息息相关。 材料是人类文明、社会进步、科技发展的物 质基础。
• 目前世界上传统材料已有几十万种，而新
材料的品种正以每年5%的速度增长。
15
传统的无机非金属材料 主要是指由SiO2及其硅酸盐化 合物为主要成分制成的材料， 包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火 材料等。此外，搪瓷、磨料、 铸石（辉绿岩、玄武岩等）、 碳素材料、非金属矿（石棉、 云母、大理石等）也属于传统 的无机非金属材料。
16ຫໍສະໝຸດ Baidu
3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种简 单低分子化合物经聚合而组成 的分子量很大的化合物。高聚 物的种类繁多，性能各异，其 分类的方法多种多样。按材料 的性能和用途可将高聚物分为 橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。
7
什么是材料科学？
材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体 物理、热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为 理论基础的边缘交叉基础应用学科，它运用电子显 微镜、X-射线衍射、热谱、电子离子探针等各种精 密仪器和技术，探讨材料的组成、结构、制备工艺 和加工使用过程与其机械、物理、化学性能之间的 规律的一门基础应用学科，是研究材料共性的一门 学科。
18
根据材料的性能分类
根据材料在外场作用下其性 质或性能对外场的响应不同，材 料可分为结构材料和功能材料。
19
• 结构材料是指具有抵抗外场作用而保持自己的形状、
结构不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于 结构目的的材料。通常用来制造工具、机械、车辆 和修建房屋、桥梁、铁路等。是人们熟悉的机械制 造材料、建筑材料，包括结构钢、工具钢、铸铁、 普通陶瓷、耐火材料、工程塑料等传统的结构材料 以及高温合金、结构陶瓷等高级结构材料。
17
4. 复合材料
复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结 构不同的材料组合而成。复合材料是多相材料，主要包 括基本相和增强相。基本相是一种连续相材料，它把改 善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用； 增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能 复合材料）的作用。复合材料既能保持原组成材料的重 要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获 得原组分不具备的许多优良性能。
78
79
80
81
82
83
84
85
86
6
Cs Ba 镧系 Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
铯钡 *
镥 铪钽钨铼锇铱 铂 金 汞 铊 铅 铋 钋 砹 氡
7
87
Fr 钫
88
Ra 镭
89-102
锕系 **
103
Lr 铹*
104
Rf
105
Db
106
Sg
金属材料是由化学元素周 期表中的金属元素组成的材料。 可分为由一种金属元素构成的 单质（纯金属）；由两种或两 种以上的金属元素或金属与非 金属元素构成的合金。
12
在103种元素中，除He, Ne, Ar等6种惰性元素和C、Si、 N等16种非金属元素外，其余81种为金属元素。除Hg之外， 单质金属在常温下呈现固体形态，外观不透明，具有特殊 的金属光泽及良好的导电性和导热性。在力学性质方面， 具有较高的强度、刚度、延展性及耐冲击性。
材料科学与技术概论
1
人类最早用来制造工具的 材料是石头
砍砸器（旧石器时代）
2
石镰(新石器时代)
3
制陶技术是人类材料技术的发端
4
材料及其器具作为划分时代的标志
（公元前 250万至 前1万年）
（公元前 1200年至 17世纪末）
（18至20世纪）
（公元前 5千至前 1200年）
（20世纪始）
5
材料与文明发展
20
功能材料是具有优良的电学、磁学、光学、热 学、声学、力学、化学和生物学功能及其相互转 化的功能，被用于非结构目的的高技术材料。以 陶瓷为例：压电陶瓷、磁性陶瓷、热敏、气敏陶 瓷、电致伸缩陶瓷等为功能陶瓷，主要用作一些 功能传感器，如电子仪表、普通通讯设备、航空 通讯卫星等中的温度传感器和温度补偿元件等等。
8
材料与其它学科的关系
使用性能
组成 与结
构
（工程）
性质
（化学）
（物理学）
合成与制备过程
9
材料分类
• 按学科分类 • 根据材料的性能分类 • 按服役的领域来分类 • 按材料的维度分类
10
按学科分类
1. 金属材料 2. 无机非金属材料 3. 高分子材料（聚合物） 4. 复合材料
11
1. 金属材料
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Uun
111
Uuu
112
Uub
113
Uut
114
Uuq
115
Uup
116
Uuh
117 118
Uu1s4 Uuo
2. 无机非金属材料
无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、 磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、碳 化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一 定的工艺制备而成的材料。是除金属材料、高分子材 料以外所有材料的总称。它与广义的陶瓷材料有等同 的含义。一般将其分为传统的（普通的）和新型的 （先进的）无机非金属材料两大类。
3 Na Mg 钠镁
13 14 15 16 17 18
Al Si P S Cl Ar 铝硅磷硫氯氩
19 20
4
K Ca
钾钙
21 22 23 24 25 26 27 28
29
30
31
32
33
34
35
36
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
钪 钛钒铬锰铁钴 镍 铜 锌 镓 锗 砷 硒 溴 氪
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1
1
H
氢
34
2 Li Be 锂铍
元素周期表
2
He 氦
5
6
7
8
9
10
B C N O F Ne
硼碳氮氧氟氖
11 12
37 38
5 Rb Sr 铷锶
39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 钇 锆铌钼锝钌铑 钯 银 镉 铟 锡 锑 碲 碘 氙
55 56 56-70 71
72 73 74 75 76 77
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什么是材料？
• 世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。材
料是具有一定性能，可以用来制作器件、构 件、工具、装置等物品的物质。材料存在于 我们的周围，与我们的生活和生命息息相关。 材料是人类文明、社会进步、科技发展的物 质基础。
• 目前世界上传统材料已有几十万种，而新
材料的品种正以每年5%的速度增长。
15
传统的无机非金属材料 主要是指由SiO2及其硅酸盐化 合物为主要成分制成的材料， 包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火 材料等。此外，搪瓷、磨料、 铸石（辉绿岩、玄武岩等）、 碳素材料、非金属矿（石棉、 云母、大理石等）也属于传统 的无机非金属材料。
16ຫໍສະໝຸດ Baidu
3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种简 单低分子化合物经聚合而组成 的分子量很大的化合物。高聚 物的种类繁多，性能各异，其 分类的方法多种多样。按材料 的性能和用途可将高聚物分为 橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。
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什么是材料科学？
材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体 物理、热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为 理论基础的边缘交叉基础应用学科，它运用电子显 微镜、X-射线衍射、热谱、电子离子探针等各种精 密仪器和技术，探讨材料的组成、结构、制备工艺 和加工使用过程与其机械、物理、化学性能之间的 规律的一门基础应用学科，是研究材料共性的一门 学科。
18
根据材料的性能分类
根据材料在外场作用下其性 质或性能对外场的响应不同，材 料可分为结构材料和功能材料。
19
• 结构材料是指具有抵抗外场作用而保持自己的形状、
结构不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于 结构目的的材料。通常用来制造工具、机械、车辆 和修建房屋、桥梁、铁路等。是人们熟悉的机械制 造材料、建筑材料，包括结构钢、工具钢、铸铁、 普通陶瓷、耐火材料、工程塑料等传统的结构材料 以及高温合金、结构陶瓷等高级结构材料。
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4. 复合材料
复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结 构不同的材料组合而成。复合材料是多相材料，主要包 括基本相和增强相。基本相是一种连续相材料，它把改 善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用； 增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能 复合材料）的作用。复合材料既能保持原组成材料的重 要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获 得原组分不具备的许多优良性能。
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Cs Ba 镧系 Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
铯钡 *
镥 铪钽钨铼锇铱 铂 金 汞 铊 铅 铋 钋 砹 氡
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Fr 钫
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Ra 镭
89-102
锕系 **
103
Lr 铹*
104
Rf
105
Db
106
Sg
金属材料是由化学元素周 期表中的金属元素组成的材料。 可分为由一种金属元素构成的 单质（纯金属）；由两种或两 种以上的金属元素或金属与非 金属元素构成的合金。
12
在103种元素中，除He, Ne, Ar等6种惰性元素和C、Si、 N等16种非金属元素外，其余81种为金属元素。除Hg之外， 单质金属在常温下呈现固体形态，外观不透明，具有特殊 的金属光泽及良好的导电性和导热性。在力学性质方面， 具有较高的强度、刚度、延展性及耐冲击性。
材料科学与技术概论
1
人类最早用来制造工具的 材料是石头
砍砸器（旧石器时代）
2
石镰(新石器时代)
3
制陶技术是人类材料技术的发端
4
材料及其器具作为划分时代的标志
（公元前 250万至 前1万年）
（公元前 1200年至 17世纪末）
（18至20世纪）
（公元前 5千至前 1200年）
（20世纪始）
5
材料与文明发展
20
功能材料是具有优良的电学、磁学、光学、热 学、声学、力学、化学和生物学功能及其相互转 化的功能，被用于非结构目的的高技术材料。以 陶瓷为例：压电陶瓷、磁性陶瓷、热敏、气敏陶 瓷、电致伸缩陶瓷等为功能陶瓷，主要用作一些 功能传感器，如电子仪表、普通通讯设备、航空 通讯卫星等中的温度传感器和温度补偿元件等等。
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材料与其它学科的关系
使用性能
组成 与结
构
（工程）
性质
（化学）
（物理学）
合成与制备过程
9
材料分类
• 按学科分类 • 根据材料的性能分类 • 按服役的领域来分类 • 按材料的维度分类
10
按学科分类
1. 金属材料 2. 无机非金属材料 3. 高分子材料（聚合物） 4. 复合材料
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1. 金属材料
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Uun
111
Uuu
112
Uub
113
Uut
114
Uuq
115
Uup
116
Uuh
117 118
Uu1s4 Uuo
2. 无机非金属材料
无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、 磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、碳 化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一 定的工艺制备而成的材料。是除金属材料、高分子材 料以外所有材料的总称。它与广义的陶瓷材料有等同 的含义。一般将其分为传统的（普通的）和新型的 （先进的）无机非金属材料两大类。
3 Na Mg 钠镁
13 14 15 16 17 18
Al Si P S Cl Ar 铝硅磷硫氯氩
19 20
4
K Ca
钾钙
21 22 23 24 25 26 27 28
29
30
31
32
33
34
35
36
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
钪 钛钒铬锰铁钴 镍 铜 锌 镓 锗 砷 硒 溴 氪