材料科学基础PPT课件
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《材料科学基础》课件
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稳定性
材料在化学环境中保持其组成和结构的能力。
腐蚀性
材料与化学物质反应的能力，一些材料容易受到腐蚀。
活性
材料参与化学反应的能力和程度。
耐候性
材料在各种气候条件下的稳定性，如耐紫外线、耐风雨等。
材料的力学性质
弹性模量
描述材料抵抗弹性变形的能力。
硬度
材料表面抵抗被压入或划痕的能力。
韧性
材料吸收能量并抵抗断裂的能力。
材料科学的发展历程
总结词
概述材料科学的发展历程，包括重要的里程碑和代表 性人物。
详细描述
材料科学的发展历程可以追溯到古代，如中国的陶瓷和 青铜器制作，古埃及的石材加工等。然而，材料科学作 为一门独立的学科是在20世纪中期才开始形成的。在 这个时期，一些重要的里程碑包括开发出高温超导材料 、纳米材料和光电子材料等新型材料，这些材料的出现 极大地推动了科技的发展。同时，一些杰出的科学家如 诺贝尔奖得主也在这个领域做出了卓越的贡献。随着科 技的不断进步，材料科学的发展前景将更加广阔。
。
绿色材料与可持续发展
绿色材料
采用环保的生产方式，开发具有环保性能的新型材料，如可降解 塑料、绿色建材等。
节能减排
通过采用新型材料和技术，降低能源消耗和减少污染物排放，实现 节能减排的目标。
可持续发展
推动材料科学的发展，实现经济、社会和环境的协调发展，促进可 持续发展。
非晶体结构与性质
非晶体的结构特征
非晶体中的原子或分子的排列是无序的，不遵循长程有序的晶体 结构。
非晶体的物理和化学性质
非晶体的物理和化学性质与晶体不同，如玻璃态物质具有较好的化 学稳定性和机械强度。
材料科学基础完整ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
离子% 结 ）= [-1 e 合 -1 4(X A 键 X B )（ 2 1% 00
另一种混合键表现为两种类型的键独立 纯在例如一些气体分子以共价键结合，而 分子凝聚则依靠范德瓦力。聚合物和许多 有机材料的长链分子内部是共价键结合， 链与链之间则是范德瓦力或氢键结合。石 墨碳的上层为共价键结合，而片层间则为 范德瓦力二次键结合。
.
5
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
八.材料科学研究的内容：材料结构的基础知识、
晶体结构、晶体缺陷、材料的相结构及相图、材
料的凝固、材料中的原子扩散、热处理、工程材
料概论等主要内容。 .
子，因此，它们都是良好的电绝缘体。但当
.
16
处在
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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
（1）通过共用电子对形成稳定结构
.
13
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
三.结论
1.原子核周围的电子按照四个量子数的规定 从低能到高能依次排列在不同的量子状态 下，同一原子中电子的四个量子数不可能 完全相同。
材料科学基础ppt课件
性能/性质
成分/结构 MSE的四个组成要素
表1.1 各电子壳层及亚壳层的电子状态
主量子数 壳层序号
次量子数 亚壳层状态
量子数规定 的状态数目
考虑自旋量子数后 的状态数目
壳层 总电子数
1
1s
1
2
2s 2p
1 3
3s
1
3
3p
3
3d
5
4s
1
4
4p 4d
3 5
4f
7
2
2（＝2×12）
2
8（＝2×22）
6
2
配位数: 致密度:
Z＝12
Kn4r3 /V
3
6(4/3a)3(1/2a)3 0.74＝74%
轴比：c/a 1.633
图2-7 两个简单六方晶格穿 插在一起构成密排六方晶格
密排六方晶格，hcp （hexagonal close-packed）
第四章 金属的结晶与元相图
凝固：物质从液态转变为固态的过程。 结晶：物质从液态转变为晶体（固态）的过程。
6
18（＝2×32）
10
2
6 10
32（＝2×42）
14
f
d
p
f
d
s
f
d
p s
能
d
p
s
p
量
d
s
p
s p
s s
1
2
3
4
5
6
7
主量子数n
图1.1 电子能量水平随主量子数和次量子数的变化情况
3s
2N电子
2p
6N电子Leabharlann 2s 1s1原子2原子
第一章 材料科学基础 绪论PPT课件
❖ 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。
1.4.3 材料按服役的领域来分类
根据材料服役的技术领域可分为建筑 材料、信息材料、航空航天材料、能源材 料、生物医用材料等。
❖ 火箭发动机的燃烧室与喷嘴， 需要承受2000℃的高温而不 氧化，它是用石墨表面喷涂 一层二硅化钼材料制成。石 墨已被大量用作核能工业的 “减速剂”。雷达中大型电 子管外壳，既要耐高温，又 要有优良的超高频和绝缘性 能，它是用氧化铝高频陶瓷 制成。核反应堆外部的防护 层是用一种含钡的特种水泥 筑成的。
是为高温技术服务的基础材料。尽管各国对其定义不同， 但基本含义是相同的，即耐火材料是用作高温窑炉等热 工设备的结构材料，以及用作工业高温容器和部件的材 料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、硅石、菱镁 矿、白云母等）为原料制造的。
按矿物组成分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、 橄榄石质、尖晶石质、含碳质、含锆质耐火材料及特殊 耐火材料；
等系统的材 料科学知识
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
1.4.4 材料按结晶状态分类
单晶材料 多晶材料 非晶态材料 准晶材料
单晶材料是由一个比较完整的晶粒构成的 材料，如单晶纤维、单晶硅；
多晶材料是由许多晶粒组成的材料，其性 能与晶粒大小、晶界的性质有密切的关系。
《材料科学基础教案》PPT课件
1学时 1学时 2学时 3学时 2学时 1学时
教材及教学参考书
1.,《材料科学基础教程》 赵品 XX工业大学出版社 2.《材料科学基础教程习题与解答》 赵品 XX工业大学出版社 3.《材料科学基础》 赵品 XX工业大学出版社 1999年 4.《金属学原理》 刘国勋主编 工业冶金出版社 1980年 5.《金属学》 胡庚祥主编 上海科技出版社 1980年 6.《金属学教程》卢光熙主编 机械工业出版社 1985年 7.《金属学原理》 李 超主编 哈工大出版社 1996年 8.《材料科学基础》 马泗春主编 XX科学技术出版社 1998年 9.《材料科学基础》石德珂主编 XX交大出版社 1995年
第二部分 总纲
• 一、课程性质及教学目的 • 二、课程内容 • 三、与其它课程的关系 • 四、教学对象 • 五、教学时间 • 六、教学地点 • 七、教学指导思想 • 八、教学重点 • 九、教学难点 • 十、教学方法 • 十一、学时分配 • 十二、教学过程 • 十三、实验内容 • 十四、教材及教学参考书
编 XX科学技术出版社 1998年
7《材料科学基础》石德珂主编 XX交大出版社
1995年
讲授内容
1、材料在国民经济中的重要地位与作用 2、材料的分类 3、材料的发展历史 4、材料科学的发展方向 5、本课程的任务与内容
材料在国民经济中的重要地位与作用
材料是用来制造各种有用物件的物质. 它是人类生存与发展、征服和改造自然的物质基础,也是 人类社会现代文明的重要支柱.因此史学家将人类发展分为石 器时代、青铜器时代、铁器时代、水泥时代、钢时代、硅时 代和新材料时代.材料科学的发展及进步成为衡量一个国家科 学技术发展的重要标准.材料科学的发展在国民经济中占有极 其重要的地位,因此,材料、能源、信息被誉为现代经济发展 的三大支柱.
材料科学基础ppt课件
11
• 这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的， 因主链带极性，易水解，醇解或酸解
• 优点：耐热性好，强度高 • 缺点：易水解
• 这类聚合物主要用作工程塑料
12
元素高分子
➢主链中不含碳原子，而是由Si 、B 、As等元素和O元 素组成，但在侧链上含有有机取代基团。这类高分 子兼具无机和有机高分子特性，如有机硅高分子。
• 支化高分子的形式：星形(Star)、 梳形 (Comb)、无规(Random)
23
网状(交联)大分子
• 缩聚反应中有三个或三个以上官能 度的单体存在时，高分子链之间通 过支链联结成一个三维空间网形大 分子时即成交联结构
• 交联与支化有本质区别 支化(可溶，可熔，有软化点) 交联(不溶，不熔，可膨胀)
2
•
3-1 材料组成和结构的基本内容
Principal Contents of Materials Composition and Structures
• 材料的组成： 构成材料的基本单元的成分及数目
• 材料的结构： 材料的组成单元(即原子或分子)之间相互吸引 和相互排斥作用达到平衡时在空间的几何排列。
(2)
结构单元 的键接方式 ( 几何构型 Geometric
Configuration) (链节)
16
加聚
缩聚
• 由以上知：
• 由于高分子是链状结构，所以把简单重复(结构)单元称为“链节”(chains) • 简单重复(结构)单元的个数称为聚合度DP(Degree of Polymerization1
28
无 规 共 聚 ( random)
• 两种高分子无规则地平行联结
ABAABABBAAABABBAAA
• 这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的， 因主链带极性，易水解，醇解或酸解
• 优点：耐热性好，强度高 • 缺点：易水解
• 这类聚合物主要用作工程塑料
12
元素高分子
➢主链中不含碳原子，而是由Si 、B 、As等元素和O元 素组成，但在侧链上含有有机取代基团。这类高分 子兼具无机和有机高分子特性，如有机硅高分子。
• 支化高分子的形式：星形(Star)、 梳形 (Comb)、无规(Random)
23
网状(交联)大分子
• 缩聚反应中有三个或三个以上官能 度的单体存在时，高分子链之间通 过支链联结成一个三维空间网形大 分子时即成交联结构
• 交联与支化有本质区别 支化(可溶，可熔，有软化点) 交联(不溶，不熔，可膨胀)
2
•
3-1 材料组成和结构的基本内容
Principal Contents of Materials Composition and Structures
• 材料的组成： 构成材料的基本单元的成分及数目
• 材料的结构： 材料的组成单元(即原子或分子)之间相互吸引 和相互排斥作用达到平衡时在空间的几何排列。
(2)
结构单元 的键接方式 ( 几何构型 Geometric
Configuration) (链节)
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加聚
缩聚
• 由以上知：
• 由于高分子是链状结构，所以把简单重复(结构)单元称为“链节”(chains) • 简单重复(结构)单元的个数称为聚合度DP(Degree of Polymerization1
28
无 规 共 聚 ( random)
• 两种高分子无规则地平行联结
ABAABABBAAABABBAAA
材料科学基础简介PPT课件
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发展期
当高分子理论促进了合成高分子工 业的发展后，出现了一大批商品化 的合成材料，这些合成高分子（合 成材料）的出现，又为理论研究提 供了大量的实验依据和积累了丰富 的数据，促进了高分子物理学的迅 速发展。
38
第38页/共47页
30～40年代，高物领域最有代表性的工作： W．Kuhn、E.Guth和H.Mark等把统计力学用于高 分子链的构象统计，建立了橡胶高弹性统计理论 Svedbergy用超离心技术测定蛋白质的分子量 1942年，Flory和Huggins用似晶格模型推导出高分 子溶液的热力学性质，理论上的解释了高分子稀溶 液的依数性质 Debeye和Zimm用光散射法研究高分子溶液性质， 测定了Mw
7
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8
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9
第9页/共47页
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。
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18
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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。
19
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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
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发展期
当高分子理论促进了合成高分子工 业的发展后，出现了一大批商品化 的合成材料，这些合成高分子（合 成材料）的出现，又为理论研究提 供了大量的实验依据和积累了丰富 的数据，促进了高分子物理学的迅 速发展。
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30～40年代，高物领域最有代表性的工作： W．Kuhn、E.Guth和H.Mark等把统计力学用于高 分子链的构象统计，建立了橡胶高弹性统计理论 Svedbergy用超离心技术测定蛋白质的分子量 1942年，Flory和Huggins用似晶格模型推导出高分 子溶液的热力学性质，理论上的解释了高分子稀溶 液的依数性质 Debeye和Zimm用光散射法研究高分子溶液性质， 测定了Mw
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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。
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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。
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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
材料科学基础ppt
组织是指用金相观察方法观察材料内部时看到的涉及晶体或晶粒大小、方向、形状排 列状况等组成关系的组成物。不同的组织具有不同的力学性能和物理性能。
第一章 材料结构的基本知识
一、原子的电子排列
第一节 原子结构
原子
原子核
中子 质子
核外电子
原子的结构示意图
原子的运动轨道是有四个量子数所确定的，它们分别为主量子数、次量子数、磁 量子数以及自旋量子数。四个量子数中最重要的是主量子数n(n=1、2、3、4·····），
正方晶系： d h k 1 / l h [ /a ) ( 2 ( k /b ) 2 ( l/c ) 2 ] 1 /2
六方晶系：
d h k 1 / l4 / [ 3 ( h 2 h k k 2 ) /a 2 ( l/c ) 2 ] 1 /2
第二节 纯金属的晶体结构
一. 典型金属的晶体结构
金属晶体中的结合键是金属键，由于金属键没有方向性和饱和性，使大多数金属晶 体都具有排列紧密、对称性高的简单晶体结构。最常见的典型金属通常具有面心立方（A1 或fcc）、体心立方（A2或bcc）和蜜排六方（A3或hcp）三种晶体结构。
四. 晶面间距
1. 晶面间距：相邻两平行晶面间的距离。
2. 计算公式
对于各晶系的简单点阵，晶面间距与晶面指数 (hkl) 和点阵常数(a,b,c)之间有如下
关系：
立方晶系：
dhk la/h ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2k2l2]1/2
四方晶系：
d h k1 l/h [2 (k 2 )/a 2 ( l/c )2 ] 1 /2
二.材料性能与内部结构的关系
材料的不同性能都是由其内部结构决定的。从材料的内部结构来看，可分为四个 层次：原子结构、结合键、原子的排列方式（晶体和非晶体）以及显微组织。
第一章 材料结构的基本知识
一、原子的电子排列
第一节 原子结构
原子
原子核
中子 质子
核外电子
原子的结构示意图
原子的运动轨道是有四个量子数所确定的，它们分别为主量子数、次量子数、磁 量子数以及自旋量子数。四个量子数中最重要的是主量子数n(n=1、2、3、4·····），
正方晶系： d h k 1 / l h [ /a ) ( 2 ( k /b ) 2 ( l/c ) 2 ] 1 /2
六方晶系：
d h k 1 / l4 / [ 3 ( h 2 h k k 2 ) /a 2 ( l/c ) 2 ] 1 /2
第二节 纯金属的晶体结构
一. 典型金属的晶体结构
金属晶体中的结合键是金属键，由于金属键没有方向性和饱和性，使大多数金属晶 体都具有排列紧密、对称性高的简单晶体结构。最常见的典型金属通常具有面心立方（A1 或fcc）、体心立方（A2或bcc）和蜜排六方（A3或hcp）三种晶体结构。
四. 晶面间距
1. 晶面间距：相邻两平行晶面间的距离。
2. 计算公式
对于各晶系的简单点阵，晶面间距与晶面指数 (hkl) 和点阵常数(a,b,c)之间有如下
关系：
立方晶系：
dhk la/h ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2k2l2]1/2
四方晶系：
d h k1 l/h [2 (k 2 )/a 2 ( l/c )2 ] 1 /2
二.材料性能与内部结构的关系
材料的不同性能都是由其内部结构决定的。从材料的内部结构来看，可分为四个 层次：原子结构、结合键、原子的排列方式（晶体和非晶体）以及显微组织。
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SrO•6Fe2O3 光电效应 VO2、NiO LaB6、BaO
主要组成 Al2O3、Mg2SiO4 热敏电阻
振荡器
电容器 Al2O3CrNd玻璃 红外线窗口 光导纤维 显示器 ZnFe2O、γ-Fe2O3 电声器件、仪表及控制器件的磁芯 CdS、Ca2Sx 温度传感器 热阴极
用途 集成电路基板
激光
磁带、各种高频磁心 太阳电池
10
3. 有机高分子材料
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。
特点：
质轻、传热系数小、耐腐蚀性好、电气 绝缘性和成形加工性优良、减震消音、 透光、易着色等明显突出的优点，但也 存在着热膨胀系数大、使用温度低、容 易燃烧和容易老化等缺点。
11
高分子材料的种类
铁氧体磁性；铁磁性；顺磁性；抗磁性；磁导率
声吸收；声反射；声透射；吸声系数；降噪系数
化学稳定性；腐蚀；氧化；催化性能；纯度
四大材料的成形工艺方法
材料 金属 高分子
常见成形方法 铸造、焊接、锻造、冲压等 挤出、注射、模压、热成形等
陶瓷
压制-烧结、浇注-烧结、挤出-烧结等
复合材料 手糊成形、压制成形、挤出等
工程材料的性质（性能）
典型性能
硬度（磨损率，冲击，耐划痕性）； 强度（弹性模量，拉伸强度，屈服强度）； 蠕变（蠕变速率，应力断裂性能）； 延性（延伸率，断面收缩率）； 疲劳（疲劳极限，疲劳寿命）； 其他性质（密度，气孔率） 热容量；导热性；热膨胀；转变温度；抗热冲击性 光吸收；光反射；光折射；光透射；颜色；光衍射； 激光作用；光电导性；光辐射 导电性；介电性（绝缘）；铁电性；压电性
6
1. 金属材料
金属材料是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)，由两种以上的金属元素或金 属与非金属元素构成的合金。合金又分为 固溶体和金属间化合物。
铸铁
铝
铜
7
种类
范围
金属材料的种类
钢
碳素钢：碳素结构钢、碳素工具钢
合金钢：合金结构钢(渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、易切钢等)
合金工具钢(刃具钢、模具钢、量具钢等)
特殊性能钢(不锈钢、耐热钢、耐磨钢等)
铸铁
灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、特殊性能铸铁(如耐磨铸铁、耐热铸铁)等
有色金属 铝及铝合金：变形铝合金(防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝4类)
及合金
铸造铝合金(铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金4类) 铜及铜合金：紫铜(纯铜)、黄铜、白铜和青铜(锡青铜和无锡青铜)
9
常用功能陶瓷
种类 介电陶瓷 热电性
压电性
强介电性 光学陶瓷 红外透过性 高透明度 电发色效应 磁性陶瓷 硬磁性 半导体陶瓷 阻抗温度变化效应 热电子放射效应
性能特征 绝缘性 PbTiO3、 BaTiO3 PbTiO3、 LiNbO3 BaTiO3 荧光、发光性 CaAs、CdTe
SiO2 WO3 软磁性
材料科学与工程基础
任课教师：张英
Email: Tel:
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2
目
烧固相扩相晶晶引
结态变散平体体言
反
衡结结
录
应
与构构
相缺
图陷
1 引言
材料科学——研究材料的组分、结构与性能之间相互关系和
变化规律的一门应用基础科学。
材料工艺
化学反应
4
结构
物理性能
材料的分类：
按材料性质：结构材料、功能材料； 按材料用途：能源材料、建筑材料、航空材料、
信息材料、生物医学材料等。
5
根据材料的基本组成、性质特征、存在的状态、 物理性质及效应、用途等对材料进行分类，材料可分为 金属材料、无机非金属材料、高分子材料(聚合物)和复 合材料等四大类。
钛及钛合金
其他金属及合金
8
2. 无机非金属材料
无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的 氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸 盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金 属材料以外的所有材料的统称。
水泥
玻璃
色彩等）
性质 （力学、电学、光学、磁学、
声学、热学等）
制备与加工
（各种制备工艺及 后期加工工艺）
结构
（微观结构、显微结构、组 织结构、相结构）
组成—结构—性能关系
14
材料的结构层次
①原子及电子结构 ②原子的空间排列 ③组织结构或相结构
15
类别 力学性能
热学性能 光学性能 电学性能 磁学性能 声学性能 化学性能
种类
范围
塑料 纤维 橡胶
通用塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂等 工程塑料：聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯等 人造纤维：粘胶纤维、蛋白质纤维等 合成纤维：涤纶、锦纶、腈纶等 通用橡胶：顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶等 特种橡胶：丁腈橡胶、硅橡胶等
12
4. 复合材料
把两种或两种以上性质不同的材料通过设计结合在一起称为一体， 这样的多相固体材料往往可以综合各种组分材料如金属、高分子材 料、陶瓷等的优点，可满足各种不同环境的使用要求，这类多相多 质固体新型材料称为复合材料。
17
材料性能的环境效应
温度、气氛、辐射、重力等 例： 不锈钢在还原气氛、高温下生锈； 核反应堆中中子的高能辐射可以影响所有材料的内部结构， 使材料的硬度降低、脆化等； 在太空生长出的晶体，其结构和性能与地球上的也不一样。
18
问题：
① 日常生活中使用的茶杯、餐具是什么材料制作的？材料具有何 种性能才能满足使用要求？
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。
金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。
非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料 主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉 纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
13
使用环境、服役条件
组成
（化学组成、矿物 组成、相组成）
性能 （满足设计要求的多种性 能——强度、导电性、硬度、
② 电子仪表内不同元件之间需要用材料连接起来，以实现每个元 件的功能，试考虑选择何种材料恰当？
③ 选择飞机机翼材料时应考虑哪些主要的性能？
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材料选择
① 使用性：材料在使用过程中，能够安全可靠地工作所 必需具备的性能，包括材料的力学性能、物理性能、 化学性能。
主要组成 Al2O3、Mg2SiO4 热敏电阻
振荡器
电容器 Al2O3CrNd玻璃 红外线窗口 光导纤维 显示器 ZnFe2O、γ-Fe2O3 电声器件、仪表及控制器件的磁芯 CdS、Ca2Sx 温度传感器 热阴极
用途 集成电路基板
激光
磁带、各种高频磁心 太阳电池
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3. 有机高分子材料
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。
特点：
质轻、传热系数小、耐腐蚀性好、电气 绝缘性和成形加工性优良、减震消音、 透光、易着色等明显突出的优点，但也 存在着热膨胀系数大、使用温度低、容 易燃烧和容易老化等缺点。
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高分子材料的种类
铁氧体磁性；铁磁性；顺磁性；抗磁性；磁导率
声吸收；声反射；声透射；吸声系数；降噪系数
化学稳定性；腐蚀；氧化；催化性能；纯度
四大材料的成形工艺方法
材料 金属 高分子
常见成形方法 铸造、焊接、锻造、冲压等 挤出、注射、模压、热成形等
陶瓷
压制-烧结、浇注-烧结、挤出-烧结等
复合材料 手糊成形、压制成形、挤出等
工程材料的性质（性能）
典型性能
硬度（磨损率，冲击，耐划痕性）； 强度（弹性模量，拉伸强度，屈服强度）； 蠕变（蠕变速率，应力断裂性能）； 延性（延伸率，断面收缩率）； 疲劳（疲劳极限，疲劳寿命）； 其他性质（密度，气孔率） 热容量；导热性；热膨胀；转变温度；抗热冲击性 光吸收；光反射；光折射；光透射；颜色；光衍射； 激光作用；光电导性；光辐射 导电性；介电性（绝缘）；铁电性；压电性
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1. 金属材料
金属材料是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)，由两种以上的金属元素或金 属与非金属元素构成的合金。合金又分为 固溶体和金属间化合物。
铸铁
铝
铜
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种类
范围
金属材料的种类
钢
碳素钢：碳素结构钢、碳素工具钢
合金钢：合金结构钢(渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、易切钢等)
合金工具钢(刃具钢、模具钢、量具钢等)
特殊性能钢(不锈钢、耐热钢、耐磨钢等)
铸铁
灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、特殊性能铸铁(如耐磨铸铁、耐热铸铁)等
有色金属 铝及铝合金：变形铝合金(防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝4类)
及合金
铸造铝合金(铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金4类) 铜及铜合金：紫铜(纯铜)、黄铜、白铜和青铜(锡青铜和无锡青铜)
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常用功能陶瓷
种类 介电陶瓷 热电性
压电性
强介电性 光学陶瓷 红外透过性 高透明度 电发色效应 磁性陶瓷 硬磁性 半导体陶瓷 阻抗温度变化效应 热电子放射效应
性能特征 绝缘性 PbTiO3、 BaTiO3 PbTiO3、 LiNbO3 BaTiO3 荧光、发光性 CaAs、CdTe
SiO2 WO3 软磁性
材料科学与工程基础
任课教师：张英
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整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2
目
烧固相扩相晶晶引
结态变散平体体言
反
衡结结
录
应
与构构
相缺
图陷
1 引言
材料科学——研究材料的组分、结构与性能之间相互关系和
变化规律的一门应用基础科学。
材料工艺
化学反应
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结构
物理性能
材料的分类：
按材料性质：结构材料、功能材料； 按材料用途：能源材料、建筑材料、航空材料、
信息材料、生物医学材料等。
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根据材料的基本组成、性质特征、存在的状态、 物理性质及效应、用途等对材料进行分类，材料可分为 金属材料、无机非金属材料、高分子材料(聚合物)和复 合材料等四大类。
钛及钛合金
其他金属及合金
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2. 无机非金属材料
无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的 氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸 盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金 属材料以外的所有材料的统称。
水泥
玻璃
色彩等）
性质 （力学、电学、光学、磁学、
声学、热学等）
制备与加工
（各种制备工艺及 后期加工工艺）
结构
（微观结构、显微结构、组 织结构、相结构）
组成—结构—性能关系
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材料的结构层次
①原子及电子结构 ②原子的空间排列 ③组织结构或相结构
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类别 力学性能
热学性能 光学性能 电学性能 磁学性能 声学性能 化学性能
种类
范围
塑料 纤维 橡胶
通用塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂等 工程塑料：聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯等 人造纤维：粘胶纤维、蛋白质纤维等 合成纤维：涤纶、锦纶、腈纶等 通用橡胶：顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶等 特种橡胶：丁腈橡胶、硅橡胶等
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4. 复合材料
把两种或两种以上性质不同的材料通过设计结合在一起称为一体， 这样的多相固体材料往往可以综合各种组分材料如金属、高分子材 料、陶瓷等的优点，可满足各种不同环境的使用要求，这类多相多 质固体新型材料称为复合材料。
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材料性能的环境效应
温度、气氛、辐射、重力等 例： 不锈钢在还原气氛、高温下生锈； 核反应堆中中子的高能辐射可以影响所有材料的内部结构， 使材料的硬度降低、脆化等； 在太空生长出的晶体，其结构和性能与地球上的也不一样。
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问题：
① 日常生活中使用的茶杯、餐具是什么材料制作的？材料具有何 种性能才能满足使用要求？
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。
金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。
非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料 主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉 纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
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使用环境、服役条件
组成
（化学组成、矿物 组成、相组成）
性能 （满足设计要求的多种性 能——强度、导电性、硬度、
② 电子仪表内不同元件之间需要用材料连接起来，以实现每个元 件的功能，试考虑选择何种材料恰当？
③ 选择飞机机翼材料时应考虑哪些主要的性能？
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材料选择
① 使用性：材料在使用过程中，能够安全可靠地工作所 必需具备的性能，包括材料的力学性能、物理性能、 化学性能。