辽宁科技大学-材料科学基础-绪论
材料科学基础绪论
现代工业的三大材料体系
材料科学与工程 学科划分的依据
（一）金属材料
• 金属材料是最重要的工程材料，包括金属和以 金属为基的合金，最简单的金属材料是纯金属。
由电子壳层完全填满或完全空着的元素 结合键为金属键
元素 周期 表中 的金 属元 素
简单金属
过渡族金属
• 内电子壳层未完全填满的元素属 • 结合键为金属键和共价键的混合键，但 以金属键为主
夏朝以前就开始了青铜的冶炼
18世纪后，由于工业的迅速发展，对材料特别是钢铁的需求急剧增长， 在物理学、化学、材料力学等学科的基础上，金属学应运而生。 近一百多年来，由于显微镜、X射线技术、电子显微镜等新仪器和新技 术的相继出现和发展，金属学得到了长足的进步。
高分子材料的早期发展较为缓慢。人类最初使用的高分子材料是天然 的木材，皮革和纤维。后来发明了造纸、养蚕、制胶技术。19世纪开 始生产橡胶，直到20世纪后才有了快速发展。
材料科学基础
绪论
第一章 材料结构的基本知识 第二章 材料中的晶体结构 第三章 高分子材料的结构 第四章 晶体缺陷
第五章 材料的相结构及相图
第六章 扩散与固态相变 第七章 材料的变形与断裂 第八章 固体材料的电子结构与物理性能
绪论
材料
现代文明的三大支柱
能源
信息
新材料被视为新技术 革命的基础和先导。
材料的重要性正在得到全社会 的承认和重视。
一、人类生活中的材料
• 我们的周围到处都是材料。事实上，材料是我们衣食住行的必备条件， 是人类一切生活和生产活动的物质基础 • 人类文明史中的石器时代、铜器时代、铁器时代就是按当时生产活动 中所使用的代表性材料作为依据划分的 • 材料与食物、居住空间、能源和信息共同组成人类生活的基本资源， 不仅在我们的日常生活中，而且对国家的繁荣和安全也起着举足轻重 的作用 材料是用来制造各种产品的物质，这些物质能用来生产和构成功 能更多、更强大的产品。 ۩从广泛的意义上说，人类使用的材料可以看作是一个流动着的巨大循环 体系，一个全球性的、时空无限的循环系统。
材料科学基础 绪论和第一章
11924B
一、材料科学的重要地位
表0-1 人类使用材料的
11924B
二、各种材料概况
1.金属材料 2.陶瓷材料 3.电子材料、光电子材料和超导材料
11924B
1.金属材料
图0-1 汽车中各种材料的大致比例
11924B
1.金属材料
图0-2 波音767飞机所用的各种材料比例
11924B
2.陶瓷材料
第二节 原子结合键
三、混合键 解：(1) MgO 据表1-2得电负性数据XMg=1.31；XO= 3.44，代入式(1-1)得： (2) GaAs 1)得 据表1-2得XGa=1.81；XAs=2.18，代入式(1表1-3 某些陶瓷化合物的混合键特征
11924B
第二节 原子结合键
图1-8 原子间结合力 a)原子间吸引力、排斥力、合力 b)原子间 作用位能与原子间距的关系
115.tif
图1-15 利用显微镜观察材料的 组织
11924B
第四节 晶体材料的组织
图1-16 单相组织的两种晶粒形状 a)等轴晶 b)柱状晶
11924B
第四节 晶体材料的组织
二、单相组织 三、多相组织
图1-17 两相组织的一些基本组织形态
11924B
第五节
材料的稳态结构与亚稳态结构
图1-18 激活能的物理意义
11924B
第三节 原子排列方式
二、原子排列的研究方法
图1-13 X射线在原子面AA′和BB′上的衍射
11924B
第三节 原子排列方式
图1-14 X射线衍射分析示意及衍射分布图 a) X射线衍射分析示意图 b) SiO2晶体及非晶体的衍射分布图
11924B
第四节 晶体材料的组织
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。
材料科学基础绪论
材料的分类： 材料的分类：
按化学组成（或基本组成） 按化学组成（或基本组成）分类
（1）金属材料：由金属元素或以金属元素为主体组 ）金属材料： 成的具有金属特性的材料。 （2）无机非金属材料：无机非金属材料是由硅酸盐、 ）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（ 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、 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。 卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料。它与广 义的陶瓷材料有等同的含义。
左图为AL—Si合金 的共晶组织
金属铸锭组织
成分-结构-性质-工艺过程之间的关系
材料科学与工程的四个基本要素： 材料科学与工程的四个基本要素： 合成与加工、成分与组织结构、性质、使用性能， 合成与加工、成分与组织结构、性质、使用性能， 探索这四个要素之间的关系，覆盖从基础学科到工程 的全部内容。 四个要素间的密切关系确定了材料科学与工程这一领 域，确定了本课程的教学线索。
三、金属材料的性能： 金属材料的性能：
零件的加工过程：冶炼 下料（锻件、铸造件） 零件的加工过程： 预先 热处理 机加工 最终热处理 磨削 装配 使用 对金属材料性能要求： 对金属材料性能要求： 工艺性能，使用性能。 工艺性能： 工艺性能：能适应实际生产工艺要求的能力。在于能不能 保证生产、制作。 包括： 包括：铸造性能——流动性，收缩性，偏析等； 锻造性能——固态流动性，冷变形硬化能力等； 以及切削加工性能，热处理性能，焊接性能。
参 考 书： 《金属学》胡庚祥 《金属学基础》包永千 《金属学原理》刘国勋 《金属学原理》徐祖耀 《金属学》《材料科学基础》余永宁 《金属学原理》李超 《物理冶金学》曹明盛 《材料科学基础》徐恒钧 《材料科学基础》胡庚祥
材料科学基础 1绪论
X射线衍射
1912 年 Laue 等发明 X 射线衍射 , 接着 Bragg 父子就把它 应用到金属及一些简单无机化合物的晶体结构测定。到了二 十年代,金相学的一些基本问题得以迎刃而解 ,如β -Fe 不存 在(1922) ,有序固溶体(1923) ,单晶体的滑移系统(1922 1925)，织构(1925)，电子化合物(1926) ,马氏体的四方度 (1926)，等等。进入三十年代，略微复杂一些的晶体结构问 题也列入研究日程 ,如间隙化合物 (1930) ，取向关系 (1930) ， G. P. 区 (1939)，等等。到了四十年代 ,不但已经开始用 傅 立 叶 分 析 研 究 金 属 冷 加 工产 生 的 晶粒 碎 化 及晶 格 畸 变 (1948) , 并已出现“金属的结构” (C. S. Barrett ,1943) 、“X射线金相学”(A. Taylor ,1945) 等专著。
材料科学与工程学科的建立
20世纪60年代至90年代，美国多数拥有上列学 科的学校，以设立《冶金及材料学系》为过渡， 相继设立《材料科学与工程系》、《材料工程系》 或《材料科学系》，其内容无甚差别。
材料科学与工程学科的建立
表1 经典学科和新拓学科一览
经典学科 新拓学科
金属学（物理冶金学）
金属冶炼（化学冶金学） 金属加工（力学冶金学）
超高强度汽车用钢
TRIP钢、TWIP钢、Q-P钢等
70 60 50
IF
软钢 210MPa
高强度钢板
超高强度钢板 550MPa
TW IP Sta inle ss
延伸率 (%)
40 30 20 10 0 0
Mild
HSSIF IS
Bs teel TRI P
材料科学基础 绪论 introduction
对材料内部结构的研究手段：
近一百多年来，光学显微镜、X射线技术、电子显微镜等新仪器和新技 术的相继出现和发展，为揭示材料内部的结构（从肉眼—原子）提供 了有力的手段，金属学得到了长足进步。
湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄
2019/9/14
《材料科学基础》CAI课件-李克
10
硅片时代：-硅单晶生长，熔点1400 ℃
1、集成电路技术的发明和掌握带动了信息技术的发展，包括数码产 品、数字通信、网络电子商务、以及制造业各领域、包括交通、 物流、航空航天等相关产业的发展。
ipad
GPS
2019/9/14
2019/9/14
《材料科学基础》CAI课件-李克
13
中国古代的科技成就：“考工记” （先秦）， “梦溪笔谈”（宋 代 沈括）， “天工开物”（明代 宋应星 - 奉新）。
其中，“考工记”中有“六齐”之律的论述： “金有六齐，六分其金而锡居一，谓之鈡鼎之齐；五分其金而锡居一， 谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一， 谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金、锡半，谓之 鉴燧之齐。”
2019/9/14
《材料科学基础》CAI课件-李克
18
按照功能和应用分类：
按照功能（新的学科方向）分为：结构材料和功能材料， 功能材料包括电子信息材料、生物材料、能源材料、环境 材料等，实际包含了以上各类材料--金属、非金属等。
0《材料科学基础》绪论(下)
研究制造材料产品
解决“怎样做”
制造角度 理论角度
《材料科学》
指导
《材料工程》
补充完善
奠定工艺基础 提供理论依据 专业理论训练
奠定工业基础 工程实际训练
内容
Fundamentals of Materials Science
第一篇 结构与性质
第一章 晶体学基础 第二章 晶体结构 第三章 晶体结构缺陷 第四章 非晶态结构
Compositions and structure
成分与结构
Properties性ຫໍສະໝຸດ 质Synthyses and processing 合成与加工
Four components of materials
例子
等轴晶
定向凝固
单晶
通过改变凝固方式来提高发动机叶片的高温强度
学科目 标二者
学科目 标
研究“为什么”
•
2、阅读一切好书如同和过去最杰出的 人谈话 。00:2 9:3300: 29:3300 :2912/ 10/2020 12:29:33 AM
•
3、越是没有本领的就越加自命不凡。 20.12.1 000:29: 3300:2 9Dec-20 10-Dec-20
•
4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的 错儿。 00:29:3 300:29: 3300:2 9Thursday, December 10, 2020
第二篇 热力学平衡
第五章 相平衡和相图
第三篇 动力学过程
第六章 固体中的扩散 第七章 材料中的相变 第八章 材料制备中的固态反应 第九章 材料的烧结
2020/12/10
•
1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.1 2.1020. 12.10Thursday, December 10, 2020
材料科学基础知识总结-辽宁科技大学金材10-1
第0章 绪论1.材料的分类①金属材料 ②无机非金属材料 ③高分子材料 ④复合材料2.无机非金属材料分类①水泥 ②玻璃 ③耐火材料 ④陶瓷（器）第一章 固体结构1.要求掌握的内容⑴晶体、晶体结构、空间点阵、对称、配位数、配位多面体、合金、固溶体、置换固溶体⑵晶体结构与空间点阵的关系和区别、点阵几何元素表示法、球体的最紧密堆积、金属的晶体结构、固溶体、鲍林规则、用鲍林规则分析离子晶体结构.⑶重点:晶体结构与空间点阵的关系和区别、点阵几何元素表示法、典型离子晶体的结构.⑷ 难点:空间点阵,点阵几何元素表示法,鲍林规则,硅酸盐晶体结构2.⑴晶体:内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体,即晶体是具有格子构造从理想晶体结构中抽象出来，相当于晶体结构中结构⑶晶体结构与空间格子晶体结构：客观实体，有实际内容，质点代表原子、离子、分子等。
空间格子：抽象几何图形，结点为几何点。
⑷根据6个点阵参数间的相互关系，可将全部空间点阵归属于7种类型，即7个晶系。
⑸布拉菲点阵：用数学方法推导出能够反映空间点阵全部特征的单位平面六面体只有14种，这14种空间点阵也称布拉菲点阵。
⑹晶胞-能代表整个晶体全部结构特征的最小单位。
（与单位平行六面体（单位空间格子）相对应,从实际晶体选取的这种最小单位。
）单位平行六面体（单位空间格子）：能代表整个空间点阵全部特点的最小单位。
晶体结构：晶体内部质点在三维空间作周期性重复排列构成。
晶胞与平行六面体比较：区别：点的意义不同相同：晶胞与平行六面体的大小、形状、参数相同，“点”排列规律相同2.晶向符号①符号[212] ②符号[]210晶向符号不仅代表一根直线方向，而且代表所有平行于这根直线的直线方向。
3.晶面指数X C A ZO AX Z OXm 面： ()233 晶面符号代表了一组平行等距的晶面。
P 面： ()2334.晶带：⑴晶带：所有平行或相交于某一直线的这些晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴。
材料科学基础第一章
材料科学基础第一章绪论第二章怎么做：从原料到产品第三章怎么样：从结构到功能第四章是什么：从宏观到微观第五章纳米材料第1章绪论1、什么是材料2、材料的地位3、材料的分类4、常见材料的用途5、材料研究的内涵-----四要素6、材料研究的外延------相关学科7、材料的学科定位材料性能提高材料的使用范围扩大材料性能提高材料的使用范围扩大材料是用来制造器件的物质。
人类文明的发展依赖于材料的进步。
旧石器时代：约170万年前~约公元前8000年新石器时代：约公元前8000年~约公元前3000年青铜器时代：约公元前3000年~约公元前1000年铁器时代：约公元前1000以后钢铁时代： 1850年以后材料性能提高材料的使用范围扩大钢铁时代 1854和1864年发明了转炉和平炉炼钢。
新材料时代半导体材料的发展制作越来越小的硅芯片新材料时代，这一时代的特征是:不像以前的各个材料时代，它是一个由多种材料决定社会和经济发展的时代;新材料以人造为特征，而不是在自然界中有现成的。
尼龙的商业发展是高分子材料发展的关键时期高温合金的发展，掺镍合金促进了喷气发动机的发展高温超导体，高温超导的革命时代。
人类文明社会的先导--新材料1、材料的发展史，就是人类社会的发展史2、材料的发展史，就是科学技术的发展史材料的分类从化学组成和原子结构角度分类金属材料 (Metals) 无机非金属材料 (Ceramics)高分子材料 (Polymers)复合材料 (Composites) 从特性和性质角度分类结构材料 (力学性能)功能材料 (化学性能和物理性能)从应用角度分类航空材料建筑材料电子材料半导体材料生物材料智能材料纳米材料…主要材料的特性和用途金属材料化学组成和原子结构金属材料是由一种或几种金属元素以及少量的非金属元素的无机物。
合金是由两种或两种以上的金属元素和非金属元素构成的，其中至少一种是金属元素。
金属元素: iron(Fe), copper (Cu), aluminum (Al),magnesium(Mg), nickel(Ni), titanium(Ti)非金属元素: Carbon(C), nitrogen (N), oxygen (O),晶体结构是原子定向排列。
材料科学基础绪论
所谓材料，是指经过某种加工，具有一定 结构、组分和性能，并可应用于 一定用途 的物质。
而材料科学就是就是研究各种材料的成分、 工艺、组织和性能之间相互关系的科学。
我们通常说成分--工艺--组织--性能是材料 科学的一条主线。
材料科学与材料工程的关系
材料科学的形成：“材料”早存在，“材料科学”提出于 20世纪60年代，1957年苏联卫星上天，美国震动很大， 在大学相继建立十余个材料科学研究中心，自此开始， “材料科学”一词广泛应用。
1980 年，美国的电子工业产值已经超过了钢铁和纺 织工业，仅次于化工和汽车工业 。
日本通过 冶炼等技术的改进来大幅度提高传统金属 材料性能，如超级钢计划就是要在本 世纪末将钢的 性能提高一倍，实质上就是节约了一倍的资源，使 得产品更具竞 争力，保持日本经济的持续发展。
材料科学与经济发展
生物医用材料
一般来讲，科学是研究“为什么”的学问，而工程是解决 “怎么做”的学问。材料科学的基础理论，为材料工程指 明方向，为更好地选择、使用材料，发挥现有材料的潜力、 发展新材料提供理论基础。
材料科学和材料工程之间的区别主要在于着眼点的不同或 者说各自强调的中心不同，它们之间并没有一条明确的界 线，因此，后来人们常常将二者放在一起，采用一个复合 名词－材料科学与工程（MSE，Material Science and Engineering）
原来使用专用的汞合金， 为防止金属合金的分解已经 开发出一种可以满足口腔中 特殊的物理及化学环境的新 型陶瓷。具体来讲，它需要 满足下列要求：耐口腔中的 酸；低热导率（这对你吃冷 饮有好处）；尽得住数年的 咀嚼力；耐骤冷骤热；当然 还要口感舒适。
Titanic的沉没是必然还是偶然？
第0章材料科学基础绪论
金属材料的一般特性
2024/5/4
• 金属材料：由金属元素或以金属元素为主而形成的，并具有 一般金属特性。
1 良好的导电、导热性 2 正的电阻温度系数 3 不透明、金属光泽 4 良好的延展性
05:17
金属材料的优点
2024/5/4
1) 多样性、多变性、特殊性 综合性能好 2) 性能有提高的巨大潜力。
材料的性能：
1) 工艺性能 适应实际生产工艺的能力 2) 使用性能 适应或抵抗作用到它上面的各种外界作用的能力 工艺性能和使用性能是既有联系又不相同的两类性能，尽管它
们都是金属材料本身蕴藏着的，但由于目的的不同，这两类 性能上的好与坏或高与低，有时是一致的，有时却是互相矛 盾的。
05:17
2024/5/4
05:17
材料化学专业定位 2024/5/4
• 材料学与化学的交叉学科，研究材料的组成、加工、结构性 能与应用的学科，要求掌握材料和化学相关专业的基础，掌 握数学、物理等基础知识，掌握材料科学发展方向的前沿知 识，可以服务于教学、科研、产业开发、管理等行业。
• 我院材料化学的特色 ----主要以金属材料和粉末冶金材料为对象
• 内在因素： • 原子结构的特点以及原子间的相互作用 • 内部原子总体的组合状态-即内部原子总体的运动状态。
• 化学成分、原子集合体的结构以及内部组织是决定金属材料 性能的内在基本因素，金属材料性能方面的多变性，也正是 通过这3个因素的多变性而表现出来的。
• 对结构敏感性性能和对结构不敏感性性能。
一根空冷，用手折时，发现前者很脆，后者很韧（因组织 不同，见下图）
• 举例4 若断开一根铁丝，可反复弯曲，在应变处发热→变
硬（脆）→断（因塑性变形）。
材料科学基础 绪论
Bi2Sr2CaCu2O8
C60 K
1987:91K
1989:130K
1996,美国朱经武161K
美国杜克大学锂硼化合物Tc=39K 磁悬浮 快离子导体:电池 光电材料：太阳能电池 压电材料：遥控，超声，精密测量，地震预报
9
b.与磁性能有关的材料 铁氧体(尖晶石，石榴石) 天线 磁材料 : ，钕硼铁(王震西) 磁记录材料 计算机存储 巨磁阻效应：利用磁场变换，电阻率发生变化， 高存储密度的硬盘。 6G硬盘，650M光盘，1999年IBM公司实现商业化
21
3.高分子材料
塑料：薄膜，包装用品，工程塑料等 合成纤维：尼龙 橡胶
4.复合材料
塑料基复合材料：玻璃钢，玻璃纤维增强树脂 金属基复合材料：金属陶瓷，航空航天，汽车 陶瓷基复合材料：航天
22
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。
历史时期的划分 以材料为标志 新石器时代(原始社会） 青铜器时代（奴隶社会） 铁器时代（封建社会） 水泥时代 钢时代 半导体时代
材料科学的发展推动了整个世界文明的发展，在某 种程度上决定了一个国家的发达水平。
3
材料科学，信息科学，与能源科学是新技术 革命的三个支柱，是实现新技术革命的关键。 2.材料是各种物理效应产生的物质基础 周光召：材料是高技术发展以及现代文明的物质 基础。材料科学一直是活跃的科学前沿。 从科学与技术关系来看，材料往往是科学 理论过渡到技术应用的成败关键，直接影响着许 多科技领域的进展。
辽宁科技大学2021 年硕士研究生入学考试
辽宁科技大学2021年硕士研究生入学考试自命题考试大纲2020年11月目录《数学分析》考试大纲 (3)《高等代数》考试大纲 (5)《物理光学》考试大纲 (7)《机械设计》考试大纲 (9)《材料科学基础》考试大纲 (12)《钢铁冶金原理》考试大纲 (14)《冶金传输原理》考试大纲 (16)《有色金属冶金学》考试大纲 (18)《传热学》考试大纲 (20)《自动控制原理》考试大纲 (22)《电子技术》考试大纲 (23)《专业基础综合（含数据结构与算法、数据库原理）》考试大纲 (25)《物理化学》考试大纲 (28)《化工原理》考试大纲 (29)《有机化学》考试大纲 (31)《分析化学》考试大纲 (33)《环境工程原理》考试大纲 (34)《水污染控制工程》考试大纲 (36)《测量学》考试大纲 (38)《流体力学》考试大纲 (40)《材料力学》考试大纲 (42)《采矿学》考试大纲 (45)《矿物分选原理》考试大纲 (47)《安全学原理》考试大纲 (49)《管理学（含经济学基础）》考试大纲 (51)《设计史论》考试大纲 (54)《专业设计》考试大纲 (56)辽宁科技大学2021年全国硕士研究生入学考试《数学分析》考试大纲科目代码：611I.考试性质数学分析考试是为辽宁科技大学理学院数学一级硕士点招收硕士研究生而设置的具有选拔性质的全国统一入学考试科目，其目的是科学、公平、有效地测试学生掌握大学本科阶段数学分析课程的基本知识、基本理论，以及运用数学分析的基础理论和方法分析和解决问题的能力，评价的标准是高等学校本科相关专业毕业生能达到的及格或及格以上水平，以保证被录取者具有数学学科的基本素质，并有利于其他高等院校和科研院所相关专业的择优选拔。
II.考查目标数学分析考试涵盖数列极限、函数极限，函数的连续与一致连续，一元函数的导数、微分及其应用，不定积分，定积分及其应用，一元函数的反常积分，数项级数，函数项级数，Fourier级数，多元函数的偏导数及其应用，多元函数的重积分，曲线、曲面积分，含参变量积分。
材料科学基础1绪论
材料科学基础1绪论材料科学是研究材料的性质、结构、制备、性能和应用的学科，具有广泛的领域和深远的影响。
材料是构成物质世界的基本单元，不同材料具有不同的特性和用途。
材料科学基础就是研究材料的基本原理和基础知识，为后续的材料科学研究和应用打下坚实的基础。
材料科学基础研究的内容包括材料的组成、结构、性质以及制备和加工技术等方面。
首先，材料的组成是指材料的成分和元素的种类和比例。
不同的元素组合可以形成不同的材料，例如金属、陶瓷、塑料等。
其次，材料的结构是指材料内部的原子、分子或晶体的排列方式。
不同的结构决定了材料的性质。
再次，材料的性质是指材料特定条件下所表现出来的特征和行为。
例如，强度、硬度、导电性、热传导性等都是材料的性质。
最后，材料的制备和加工技术是指制备材料的方法和工艺，例如熔炼、凝固、烧结、激光制造等。
制备和加工技术可以改变材料的结构和性质，从而满足不同的需求和应用。
材料科学在许多领域中都起着关键的作用。
首先，在材料工程领域，材料科学的基础研究为新材料的设计和开发提供了理论支持和指导。
新材料的研发可以改善产品的性能和功能，从而推动技术进步和社会发展。
其次，在能源领域，材料科学的研究可以帮助开发高效的能源材料和设备，例如太阳能电池、锂离子电池等，促进可再生能源的利用和节能减排。
此外，在医学领域，材料科学的研究为生物材料的设计和应用提供了基础，例如人工关节、组织工程材料等，改善了医疗技术和治疗效果。
材料科学基础的研究方法包括实验研究和理论分析。
实验研究是获取材料性质和行为的主要方法，通过实验可以测试材料的力学性能、导电性能、光学性能等。
实验结果可以用于验证理论模型和假设，并指导材料的设计和制备。
理论分析是对材料的组成、结构和性质进行推断和预测的一种方法，通过数学模型和计算机模拟可以分析材料的行为和相互作用。
实验研究和理论分析相互补充，在材料科学的研究中起着重要的作用。
总之，材料科学基础是研究材料的组成、结构、性质和制备技术的学科，对于材料科学的研究和应用具有重要的意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
材料与人类社会发展息息相关
建筑
能源 信息
材料
食品
交通
衣物
新材料时代
石器时代
青铜器时代
硅时代
铁器时代
材料是人类社 会进步的标志
材料的分类
按成分
பைடு நூலகம்
按来源 按用途
按应用领域
无
金 属 材 料
机 非 金 属 材
高 分 子 材 料
复 合 材 料
料
天人 然工 材材 料料
结功 构能 材材 料料
航
生
信 息 材 料
• 材料科学课程内容庞杂，但是系统性强， 有很强的自然哲学内涵。
• 宏观和微观相结合 • 理论和实验相结合
参考书目
• 材料科学基础 潘金生等 清华大学出版社 • 金属学原理 余永宁 冶金工业出版社 • 材料科学基础 石德珂 冶金工业出版社 • 材料科学基础 胡赓祥等 上海交通大学出版社 • 材料科学基础 张联盟 武汉理工大学出版社 • Essential of Materials Science and Engineering Donald R.
无直角 有两直角
◆晶胞的描述: 平行六面体的晶胞由表示其形状与大小的3个矢 量a、b、c来描述。 a、b、c称为单位晶胞矢量（点阵基矢）。
◆点阵常数: 矢量a、b、c 的长度（即晶胞三个棱边的长度a、
b、c）+ 矢量间的夹角 、 、
Z
为b、c边夹角
为a、c边夹角
为a、b边夹角
c
βα b
Y
aγ
X
◆晶胞与点阵的关系:
晶胞在空间的重复堆砌 → 空间点阵
c
o
b
a
晶系：按照晶胞的大小和形状特点，也就是按照6个点阵常数之 间的关系和特点，可以将各种晶体归纳为7种晶系。（依据特征 对称元素）
◆法国晶体学家布拉
菲（A.Bravais）于 1850年推导出空间点 阵只能有十四种，这 十四种类型的空间点 阵，称为布拉菲点阵。
材料科学与工程任务
• 研究材料的结构（成分）、性能、加工和应用状况四者之 间的关系
• 材料科学主要研究材料的结构与性能之间的关系 • 材料工程是基于结构—性能之间关系 ，设计和构建相应
结构以获得具有预置性能或功能的材料
材料结构
• 微观结构：通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等获得
Dendrites of aluminium
晶体几何基础
物质结晶状态的本质特征是：物质的结构基元(分子、原 子或离子)在三维空间作有规律的周期性重复排列，它决定了 晶体的宏观和微观物理性质。因此，研究晶体微观结构的首 要任务就是研究周期排列的规律性。
在研究结构基元周期排列的规律性时，往往把结构基元 抽象为一个几何阵点。这样，结构基元的三维周期排列就被 抽象为点的三维周期排列（称空间点阵）。研究结构基元的 三维周期排列规律就可以转化为研究几何阵点的三维周期排 列规律。
晶体几何基础
晶体周期结构抽象为点阵的基本规则是： 它们各自的物理和几何环境应该完全相同，这些点
称为等同点（Equivalent Point）。
晶体几何基础
空间点阵只具有几何 性，不同的物质可以 有相同的空间点阵。
晶体结构具有物质性， 不同的物质具有不同 的晶体结构。
◆空间点阵 + 结构基元 = 晶体结构
Askeland Pradeep P. Phuelé. • Materials Science and Engineering-An Introduction William D.
Callister, Jr. David G. Rethwisch.
晶体结构
1.1 晶体几何基础 1.2 理想晶体结构
Copper/hot extruded
• 宏观结构：直接肉眼观察
Dislocations/TEM
材料的性能
材料力学性能
材料电、磁、光学性能 材料热性能
材料加工方法
材料科学
固体物理、无机化学 有机化学、物理化学
理论基础
冶金学、金属学、陶瓷 学、高分子学等
系统性和专业性
材
料
现代材料分析测试方法增加了材料科学研究的深 入性
NaCl结构
+ = 0,0,0 1/2,0,0 Na+ Cl-
面心F点阵
结构基元
+ 0, 0, 0 = Cu 面心F点阵 结构基元
Cu 结构
晶格与晶胞
晶格 为了表达三维空间内原子排列的几何规律，把空间点阵
中的各个结点，人为地用一系列相互平行的直线连接起 来形成的空间格子，也称为晶格。
晶格与晶胞
晶胞 构成晶格的最基本单元。晶胞在三维空间重复堆砌可构成整个空间 点阵，通常为小的平行六面体。 晶胞要依次满足：①能充分反映整个空间点阵的对称性；②具有尽 可能多的直角；③体积要最小。
晶体几何基础
现代应用的材料大部分都是晶态（Crystalline）材料。 晶态材料包括单晶材料、多材料、微晶材料和液晶材料等 等。我们日常使用的各种金属材料大部分是多晶材料。天 然晶体具有规则外形和宏观对称性
水晶晶体
KTP(磷酸氧钛钾)晶体
氧化镁晶体
晶体几何基础
晶体结构与空间点阵
• 晶体结构：晶体中原子（或离子、分子、原子 集团，一般称为基元）的具体排列方式，也就 是它们在三维空间有规律的周期性的重复排列 方式。
P
P
Auguste Bravais (1811-1863)
能 源 材 料
建 筑 材 料
空 航 天 材
电 子 材 料
物 医 学 材
… … …
料
料
材料的分类
• 金属材料：钢铁、钛合金、铝合金、镁合金等。 • 无机非金属材料：陶瓷、玻璃、氧化物、半导体材料等 • 高分子材料：塑料、橡胶、纤维等。
• 复合材料：纤维增强复合材料、夹层复合材料、细粒复合材料等（金 属基复合材料、聚合物基复合材料等）
科
研究热点由结构材料转向功能材料、先进材料和 复合系统材料工程
学
单纯的尝试法(trial and error)向实验加计算模拟相 结合
课程特点和学习方法
• 大部分概念不需要定量分析，而是定性的 分析，很少演绎、推理、计算。
• 对实验结果进行归纳分析，找出各种事物 和因素之间联系以及它们相互制约的规律 ，解决实际问题。
空间点阵
+ 结构基元
晶体结构
3.晶体结构与空间点阵 ◆若将组成晶体的原子（离子、分子等， 以下称为结构基元）置于点阵的各个结点 上，则将还原为晶体结构，即：
晶体结构 = 空间点阵 + 结构基元．
NaCl结构
+ = 0,0,0 1/2,0,0
Na+ Cl面心F点阵 结构基元
例：Cu和NaCl 同属面心F点阵，因结 构基元不同，而晶体结构不同