第一章材料科学与工程基础绪论
材料科学基础 绪论和第一章
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一、材料科学的重要地位
表0-1 人类使用材料的
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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
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1.金属材料
图0-1 汽车中各种材料的大致比例
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1.金属材料
图0-2 波音767飞机所用的各种材料比例
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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
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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
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图1-15 利用显微镜观察材料的 组织
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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
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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
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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
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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
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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
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第四节 晶体材料的组织
《材料科学与工程基础》课程教学大纲
《材料科学与工程基础》教学大纲课程名称：材料科学与工程基础课程英文名称：Introduction to the Science andEngineering of Materials课程编码：0802ZY017 课程类别/性质：学科基础/选修学分：2学分总学时/理论/实验（上机）：32/32/0开课单位：化工学院适用专业：高分子材料与工程专业先修课程：无机及分析化学，有机化学一、课程简介《材料科学与工程基础》是高分子材料与工程专业学科基础课程。
是一门研究材料的结构、性能、加工和使用状况四者间关系的交叉学科。
材料科学、材料工业和高新技术的发展要求高分子材料与工程专业的学生必须具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构。
开设材料科学与工程基础这门课程，主要是为了使学生建立“大材料”基础。
通过学习材料科学与工程基础，学生将接触到金属材料、无机非金属材料、高分子材料以及复合材料等各种材料，学生能清楚地认识到高分子材料在整个材料家族中所具有的结构特点、性能优势、加工特殊性以及合适的应用领域，为学生以后进一步学习高分子材料和从事材料科学与工程方面的工作打下基础。
《Introduction to the Science and Engineering of Materials》is a basic course of polymer materials and engineering. It is an interdisciplinary subject that studies the relationship between the structure, properties, processing and use of materials. The development of material science, material industry and high technology requires that students majoring in polymer materials and engineering must have the foundation of "big materials" and the generous knowledge structure of "medium materials". The course of fundamentals of materials science and engineering is mainly to enable students to establish the foundation of "big materials". By studying the fundamentals of materials science and engineering, students will be exposed to various materials such as metal materials, inorganic non-metallic materials, polymer materials and composites. Students can clearly understand the structural characteristics, performance advantages, processing particularity and appropriate application fields of polymer materials in the whole material family, Lay a foundation for students to further study polymer materials and engage in material science and Engineering in the future.二、课程教学目标通过本课程的学习使学生掌握材料物质结构、性质、加工和使用性能间的相互联系，培养学生具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构，使学生建立“大材料”观。
材料科学与工程基础第二版考试必备宝典
材料科学与⼯程基础第⼆版考试必备宝典第1章绪论1.材料科学与⼯程的四个基本要素解:制备与加⼯、组成与结构、性能与应⽤、材料的设计与应⽤2.⾦属﹑⽆机⾮⾦属材料﹑⾼分⼦材料的基本特性解:①⾦属材料的基本特性:a、⾦属键;b、常温下固体,熔点较⾼;c、⾦属不透明,具有光泽;d、纯⾦属范性⼤、展性、延性⼤;e、强度较⾼;f、导热性、导电性好;g、多数⾦属在空⽓中易氧化。
②⽆机⾮⾦属材料的基本性能: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、导热性与导电性差;e、耐化学腐蚀性好;f、耐磨损;g、成型⽅式:粉末制坯、烧结成型。
③⾼分⼦材料的基本特性:a、共价键,部分范德华键;b、分⼦量⼤,⽆明显熔点,有玻璃化转变温度(Tg)与粘流温度(Tf);c、⼒学状态有三态:玻璃态、⾼弹态与粘流态;d、质量轻,⽐重⼩;e、绝缘性好;f、优越的化学稳定性;g、成型⽅法较多。
第2章物质结构基础1. 在多电⼦的原⼦中,核外电⼦的排布应遵循哪些原则？解:泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则2.电离能及其影响电离能的因素解:电离能:从孤⽴原⼦中,去除束缚最弱的电⼦所需外加的能量。
影响因素:①同⼀周期,核电荷增⼤,原⼦半径减⼩,电离能增⼤;②同⼀族,原⼦半径增⼤,电离能减⼩;③电⼦构型的影响,惰性⽓体;⾮⾦属;过渡⾦属;碱⾦属;3.混合键合实例解:⽯墨:同⼀层碳原⼦之间以共价键结合,层与层之间以范德华⼒结合; ⾼分⼦:同⼀条链原⼦之间以共价键结合,链与链之间以范德华⼒结合。
4、将离⼦键,共价键,⾦属键按有⽆⽅向性进⾏分类,简单说明理由有⽅向性:共价键⽆⽅向性:离⼦键,⾦属键③⾦属键: 正离⼦排列成有序晶格,每个原⼦尽可能同更多的原⼦相结合, 形成低能量的密堆结构,正离⼦之间相对位置的改变不破坏电⼦与正离⼦间的结合⼒,⽆饱与性⼜⽆⽅向性。
②共价键:共⽤电⼦云最⼤重叠,有⽅向性③离⼦键:正负离⼦相间排列,构成三维晶体结构,⽆⽅向性与饱与性5、简述离⼦键,共价键,⾦属键的区别6、为什么共价键材料密度通常要⼩于离⼦键或⾦属键材料⾦属密度⾼的两个原因:第⼀,⾦属有较⾼的相对原⼦质量。
本科课程《材料科学与工程基础》教学大纲 (1)
四川大学本科课程《材料科学与工程基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称（中、英文）：《材料科学与工程基础》（FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING）课程号（代码）：30014530课程类别：专业基础课学时/学分：48 /3先修课程：大学化学、大学物理、物理化学适用专业：高分子材料与工程等二级学科材料类专业开课时间：大学二年级下期二、课程的目的及任务材料科学与工程是二十世纪六十年代初期创立的研究材料共性规律的一门学科，其研究内容涉及金属、无机非金属和有机高分子等材料的成分、结构、加工同材料性能及材料应用之间的相互关系。
材料科学、材料工业和高新技术的发展要求高分子材料与工程等二级学科材料类专业的学生必须同时具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构。
本课程是材料类专业的学科基础课程，是联系基础课与专业课的桥梁。
本课程从材料科学与工程的“四要素”出发，采用“集成化”的模式，详细讲授金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料等各种材料的共性规律及个性特征。
使学生建立材料制备/加工——组成/结构——性能---应用关系的“大材料”整体概念，从原理上认识高分子材料等各种材料的基本属性，及其在材料领域中的地位和作用。
为以后二级学科“中材料”专业课程的学习、材料设计、以及材料的应用等奠定良好基础。
本课程采用中文教材与英文原版教材相结合，实施“双语”教学。
使学生通过本课程的学习，熟悉材料科学与工程领域的主要英文专业词汇，提高对英文教材的阅读理解能力。
三、课程的教学内容、要点及学时分配（以红字方式注明重点难点）第一章绪论（1学时）本章概要：简要介绍材料的定义及分类，材料科学与工程的基本内容。
使学生了解本课程的学习内容和学习方法。
讲授要点：材料的定义、分类材料科学与工程的定义、性质、重要性（举例）课程学习的目的、方法、要求第二章材料结构基础（15学时）本章概要：按照从微观到宏观、从内部到表面、从静态到动态、从单组分到多组分的顺序，阐述原子电子结构、原子间相互作用和结合方式，固体内部和表面原子的空间排列状态、聚集态结构的有序性、无序性和转变规律及相互关系。
材料学概论
材料学概论《材料学概论》是2012年化学工业出版社出版的图书，作者是胡珊、李珍。
该书可作为材料及相关专业的教材，同时可作为材料研究人员的参考用书。
[1《材料学概论》共7章。
第1章讲述材料与材料科学研究的内容及任务，材料的类别、性质、应用、发展现状及趋势。
第2～4章分别讲述金属材料、无机非金属材料、高分子材料的基础知识、结构、生产方法、性能特点及应用。
第5章讲述矿物材料基本概念、性能特点，矿物材料的加工及应用。
第6章讲述复合材料的基础知识，增强材料的特性，复合材料的性能特点、生产工艺及应用。
第7章介绍能源、环境、生物、智能、纳米等新型材料的特点、发展及应用。
第1章绪论1 1.1 材料科学与工程1 1.2 材料的分类2 1.3 材料的性能2 1.3.1 力学性能2 1.3.2 电学性能4 1.3.3 热学性能5 1.3.4 化学性能5 1.4 材料的应用6 1.5 材料在人类社会和国民经济发展中的地位与作用8 第2章金属材料11 2.1 概述11 2.1.1 金属材料的基本概念11 2.1.2 金属材料的晶体结构12 2.2 金属及合金的相图16 2.2.1 二元合金相图16 2.2.2 铁碳合金相图24 2.3 金属材料的结晶27 2.3.1 结晶的过程27 2.3.2 结晶的热力学条件28 2.3.3 形核28 2.3.4 晶核的长大33 2.4 金属材料的性能36 2.4.1 物理性能36 2.4.2 化学性能37 2.4.3 力学性能37 2.4.4 工艺性能40 2.5 金属的热处理41 2.5.1 退火和正火422.5.2 淬火及回火42 2.5.3 表面热处理43 2.6 新型金属材料简介43 2.6.1 形状记忆合金44 2.6.2 其他金属功能材料46 第3章无机非金属材料473.1 无机非金属材料概述47 3.1.1 无机非金属材料的概念及分类47 3.1.2 无机非金属材料主要性能及应用47 3.2 陶瓷材料48 3.2.1 陶瓷的概念及分类48 3.2.2 陶瓷的显微结构与性能49 3.2.3 普通陶瓷53 3.2.4 特种陶瓷54 3.2.5 耐火材料61 3.3 玻璃65 3.3.1 玻璃的概念、特点及分类65 3.3.2 玻璃的结构66 3.3.3 玻璃的性质67 3.3.4 普通玻璃69 3.3.5 特种玻璃72 3.4 胶凝材料76 3.4.1 胶凝材料的定义、分类及发展现状76 3.4.2 普通水泥77 3.4.3 特种水泥83 3.4.4 石膏和石灰85 第4章高分子材料87 4.1 概述87 4.1.1 高分子材料的基本概念87 4.1.2 高分子材料的命名87 4.1.3 高分子材料的分类88 4.1.4 聚合反应88 4.1.5 高分子材料的成型加工89 4.1.6 高分子材料的发展现状与趋势90 4.2 高分子的结构与性能91 4.2.1 高分子的结构91 4.2.2 高分子的物理状态94 4.2.3 高分子基本性能及特点95 4.3 常用的高分子材料99 4.3.1 塑料99 4.3.2 橡胶109 4.3.3 纤维114 4.3.4 胶黏剂116 4.3.5 涂料119 4.4 功能高分子120 4.4.1 离子交换树脂121 4.4.2 高吸水性树脂122 4.4.3 感光性高分子123 4.4.4 导电高分子123 第5章矿物材料1255.1 概述125 5.1.1 矿物材料概念125 5.1.2 矿物材料学的特点126 5.1.3 矿物材料分类127 5.1.4 矿物材料的现状与发展趋势127 5.2 矿物材料的加工129 5.2.1 初加工129 5.2.2 深加工130 5.2.3 矿物材料深加工技术发展趋势130 5.2.4 矿物材料制品132 5.3 单晶矿物材料及应用132 5.3.1 金刚石132 5.3.2 石墨134 5.3.3 刚玉136 5.3.4 石英136 5.3.5 高岭石137 5.3.6 蒙脱石138。
材料学概论1-绪论
材料是人类文明 发展的物质基础
内容：学习材料学的基本知识。主要涉及 到各种材料的组成、结构、性能、应用以 及它们之间的关系。 目的：材料类专业的入门课及专业基础课 之一。了解材料的基本知识，逐步扩大材 料的专业知识面，培养分析和解决有关材 料问题的初步能力。
第一章 绪论
1. 材料的定义与分类 2. 材料的地位和作用 3. 材料学的形成和发展
晶体管小到用 电子显微镜都 难以观察！
第三代半导体材料－宽禁带半导体
SiC, GaN, ZnO 等，半导体是一种宽禁带半导体材 料，是继第一代半导体材料硅（Si）和第二代半导 体材料砷化镓（GaAs）后，发展起来的第三代半导 体材料。 在高技术中，尤其是军用和光电子 领域有优势，可以应用于： 1）高温器件
2）高功率器件
3）高频高速 4）发光与激光
SiC与Si使用范围比较
击穿电压
SiC
电子漂移速度
Si
导热率
使用温度
(使用温度>500 º C)
SiC研究和应用现状
高质量大尺寸的 SiC 晶体几乎被美国 Cree公司垄断。我国生产器件用的SiC 晶体全部依赖进口。 2英寸晶片售价为：500－800美元/片
1927~1937 1937~1966 1966~1975 1975~现在
采矿工程与冶金
采矿与冶金 冶金 冶金与材料科学 材料科学与工程
3.3 材料科学的内容
材料科学的内容可以用一个四面体来表示，也就 是材料科学是研究一种材料的成分（结构）、合
成（工艺）、性质与效能及它们之间的关系。
效能(performance)
2010
2020
在发动机上叶片材料应用的年份
合金晶粒结构的变化（约1970年代）
材料科学与工程基础教案第一章绪论
第一章 材料的结构 Structure of Material
❖材料的性能取决于材料的成分、加工工艺和结构。 ❖材料结构学是材料科学体系中最重要的学科之一。
材料科学与工程基础教案第一章绪 论
第一节 结合键 Binding Bond
一、结合力与结合能 双原子模型：
材料科学与工程基础
The Fundamentals(Elements,Principles )of Materials Science & Engineering
An Introduction to Materials Science
材料科学与工程基础教案第一章绪 论
绪论 Introduction
古代科技名著：“考工记”（先秦）、“梦溪笔谈”（宋代沈 括）、 “天工开物”（明代宋应星）
明代后：封建统治、帝国主义侵略束缚了材料的发展 停滞状态 解放后：材料科学受到重视和发展，被列为现代技术三大支柱之一。
一整套材料体系 门类全齐 数量 质量 钢铁突破2亿吨大关 世界第一 原子弹、氢弹、人造卫星、火箭
金 属 材 料 － 金 属 学 陶 瓷 材 料 － 陶 瓷 学 材 料 科 学 基 础 突 出 材 料 共 性 教 学 高 分 子 材 料 － 高 分 子 物 理
材料科学与工程基础教案第一章绪 论
材料科学与工程基础是研究材料的成分、 组织结构与性能之间关系
I ：材料结构学构 ：与 原键 子合 结、固晶 体体 结缺 构陷 、 II： 材 料 相 变 学相 ：图 凝、 固热 、处 理 II： I 材料变形学变 ：形 材与 料再 的结晶 V： I 材料学：金非 属金 材属 料材 、料、复合材料
宝钢高炉
材料科学与工程基础教案第一长章征绪三号运载火箭在发射架上的图片 论
材料科学基础(上海交大)--绪论.答案
复合材料的种类繁多，目前还没有统一的分
类方法，下面根据复合材料的三要素来分类。按 基体材料分类，有金属基复合材料，陶瓷基复合 材料，水泥、混凝土基复合材料，塑料基复合材 料，橡胶基复合材料等；按增强剂形状可分为粒 子、纤维及层状复合材料；依据复合材料的性能 可分为结构复合材料和功能复合材料。
0.1.2 根据材料的性能分类
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。
0.1.3 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信息 材料、航空航天材料、能源材料、生物 医用材料等。
0.1.4 材料按结晶状态分类
单晶材料是由一个比较完整的晶粒构成的材
陈善华 教授 材料与化学化工学院
绪论 INTRODUCTION
什么是材料?
材料与人类文明
什么是材料科学？
0.1 材料分类
0.2 组成-结构-性质-工艺过程之间的关系
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
组成-结构-性质-工艺过程之间关系示意图
材料的性质是指材料对电、磁、光、热、机械载荷的
反应，主要决定于材料的组成与结构。
使用效能是材料在使用状态下表现的行为，它与材料
设计、工程环境密切相关。实用性能包括可靠性、耐用性、
寿命预测及延寿措施等。
合成与制备过程包括传统的冶炼、铸锭、制粉、压力
加工、焊接等，也包括新发展的真空溅射、气相沉积等新
粘土、硅石、菱镁矿、白云母等）为原料制造的。
材料工程基础绪论
六、材料工程基础课程安排 第一篇 金属材料及制备加工工艺 第二篇 陶瓷材料及其制备和加工工艺
第三篇 高分子材料与复合材料的制备和加 工工艺 第四篇 材料的失效与防护
第五篇 材料工程新技术
七、材料工程基础课程的意义 1了解材料工程技术及装备 2 以教学大纲内容为基础
3 结合材料学院特色方向
4 结合地区优势资源
四、材料工程基础所涉及的三大种类
金属材料 • 优点：综合力学性能好 ；耐热，耐寒；工艺性能 好；导电、导热、磁性好。 • 缺点：能源、资源、环境问题。价格相对较高。 陶瓷材料 • 优点：硬度高，弹性模量大；耐热，绝缘性好； 电阻率高，介电损耗低。 • 缺点：脆性问题。 高分子材料 • 优点：轻、柔韧、加工方便。 • 缺点：不耐热
八、本课程的性质与特点 本课程特点 概念术语多 需要学习的知识点多 涉及相关学科多（物理学、化学、热力学 、矿物学、金属学、陶瓷学以及高分子学 等） 需要系统性化了解工艺流程
八、本课程的性质与特点
本课程性质 讲授金属材料和非金属材料的零件及毛坯的成形 过程、原理及特点的学科专业基础课程。 包括材料成形主要工艺方法中的铸造、锻压、粉 末成形、焊接和塑料、橡胶、陶瓷的成形方法以 及有关模具设计、加工、制造方面的专业知识， 并介绍国内外正在发展的成形新技术、新工艺、 新方法。 通过本课程的学习，拓宽知识面。使学生掌握各 种材料成形的基本理论和基本方法，使学生能够 根据产品的形状、结构、尺寸以及生产实际情况 ，确定合理的成形过程及方法。
提出新概念、新理论。
材料工程侧重于寻求新手段实现新材料的设计思想
并使之投入应用，二者相辅相成。
三、材料科学与材料工程的关系 材料科学基础: 将各种材料（包括金属、 陶瓷、高分子材料）的微观特性和宏观规 律建立在共同的理论基础上，用于指导材 料的研究、生产、应用和发展。它涵盖了 材料科学和材料工程的基础理论。 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。
材料科学与工程基础第一章
(3) 用途
• 结构材料：电视机壳体、冰箱壳体、轴 承、机械零件
• 绝缘材料：漆包线、电缆、绝缘版、电 器零件
• 建筑材料：贴面板、地贴
• 包装材料：塑料袋、薄膜、泡沫塑料
• 涂装：涂料
• 粘合剂：粘合剂
• 日用：织物（衣服）胶鞋
•
运输：轮胎，传送带 材料科学与工程基础第一章
四、复合材料
由两种或两种以上组分组成，并 具有与其组成不同的新的性能的 材料称为复合材料。
往伴随化学变化。 • 材料的特点往往是为获得产品，一般从材料到
产品的转变过程不发生化学变化。 • 3. 材料与物质 • 材料可由一种或多种物质组成。 • 同一物质由于制备方法或加工方法不同可以得
到用途各异、类型不同的材料。
材料科学与工程基础第一章
• 4．材料是人类文明的里程碑 迄今为止，人类使用材料的历史已
• • • 铸铁 • •
灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 特殊性能铸铁
材料科学与工程基础第一章
• (2) 有色金属
• 五大类
• 轻金属 （<4.5g/cm2）铝、镁、钠、钙
• 重金属 (>4.58/cm2) 铜、镍、铅、锌
• 贵金属
金、银、铂、铑
• 类金属（半）
硅、硒、绅、硼
• 稀有金属
钛、锂、钨、钼、镭
钛结构自行车：钛合金的应用场合非常特 殊，一般用于需要抗腐蚀、耐疲劳、高弹 性的场合。
新型轮胎
填补龋齿的新材 料——新型陶瓷
材料科学与工程基础第一章
形状记忆合金
原始形状
拉直
加热后恢复
材料科学与工程基础第一章
原始形状 折成球形装 太阳能加热后 入登月舱
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？
材料科学与工程复习思考题
第1章绪论思考题1．材料科学与工程的四个基本要素解：制备与加工、组成与结构、性能与应用、材料的设计与应用2．材料科学与工程定义解：关于材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知识开发及应用的科学。
3．按材料特性，材料分为哪几类？金属通常分哪两大类？无机非金属材料分哪四大类？高分子材料按使用性质哪几类？解：按材料特性，材料分为：金属材料、无机非金属材料、和有机高分子材料三类。
金属材料分为：黑色金属材料和有色金属材料。
无机非金属材料分为：混泥土（水泥）、玻璃、砖及耐火材料、陶瓷四大类。
高分子材料按使用性能分为：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等类。
4．金属﹑无机非金属材料﹑高分子材料的基本特性解：①金属材料的基本特性：a.金属键；b.常温下固体，熔点较高；c.金属不透明，具有光泽；d.纯金属范性大、展性、延性大；e.强度较高；f.导热性、导电性好；g.多数金属在空气中易氧化。
②无机非金属材料的基本性能：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.导热性和导电性差；e.耐化学腐蚀性好；f.耐磨损；g.成型方式：粉末制坯、烧结成型。
③高分子材料的基本特性：a.共价键，部分范德华键；b.分子量大，无明显熔点，有玻璃化转变温度（Tg）和粘流温度（Tf ）；c.力学状态有三态：玻璃态、高弹态和粘流态；d.质量轻，比重小；e.绝缘性好；f.优越的化学稳定性；g.成型方法较多。
第2章物质结构基础 Structure of Matter思考题1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？解：主量子数n、角量子数l、磁量子数m l、自旋量子数m s2．在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？解：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则3．配位数及其影响配位数的因素解：配位数：一个原子周围具有的第一邻近原子（离子）数。
影响因素：①共价键数；②原子的有效堆积（离子和金属键合）。
材料概论各章节教学内容
《材料概论》部分章节内容第一章绪论材料科学与工程的概念；材料发展简史；材料的分类；材料的基本结构与性能；材料类专业的培养目标、毕业要求、课程体系以及就业与发展。
第二章无机非金属材料陶瓷材料的定义、结构特点；日用陶瓷和先进陶瓷的成分差异、性质差异；陶瓷键作用和其性质之间的联系；日用陶瓷和先进陶瓷的生产工艺；日用陶瓷和先进陶瓷制备原材料、制备方法上的差异性；陶瓷在航空、信息、电子等领域的最新发展。
玻璃的成分、定义和分类方法；晶态、无定形结构形式的区分；形成体、修改体的作用；退火的作用和机理；玻璃的化学性质的特点和外来侵蚀作用的主要机理；现代平板玻璃的生产工艺；玻璃在光电领域、通讯领域的应用。
水泥混凝土材料的基本技术性质和生产方法；水化反应过程、水化产物的成分、硬化浆体水泥的微观结构；新型特种混凝土简介：自密实混凝土、装饰混凝土、轻质混凝土、超高性能混凝土、大体积混凝土、聚合物混凝土和清水混凝土。
第三章金属材料金属的分类方法和结构特点；黑色金属的成分特点；铁和钢的基本区别；合金钢的基本类型和合金元素对其性质的影响、铸铁和钢的生产方法；有色金属的基本类型；镁及其合金、铝及其合金、铜及其合金的特点；典型金属与合金的物理、力学性能，稀有金属及其特点；金属晶体结构和性能之间的联系；常用的金属防腐处理方法；新型金属材料的设计与性能。
第四章高分子材料高分子材料的定义、结构；高分子材料和小分子材料的差异；结构和性质之间的联系；连锁聚合反应机理；逐步聚合反应机理；聚合方法：本体聚合、溶液聚合、乳液聚合和悬浮聚合；高分子材料生产过程和质量控制；功能高分子材料简介；高分子材料在生物、军事、医学上的最新发展。
第五章复合材料复合材料的定义；复合材料的主要成分和设计原则；复合材料的基本体系、典型物理、力学性质，及其优点；增强材料处理的基本方法和途径；复合材料结构对力学性质的影响；复合材料的制备和生产；复合材料在军事、结构上的应用；新型复合材料的发展趋势。
完整课件-材料科学与工程基础
目录
第一章 绪论 (Introduction) 第二章 物质结构基础 (Structure of Matter) 第三章 材料组成和结构 (Compositions and
Structures of Materials )
第四章 材料的性能 (Material Properties) 第五章 材料的制备和成型加工
1.1Definition of Materials and Historical Perspective ----Definition
• The matter (substance)，not spiritly • Webster “New International Dictionary
（1971）”:The substance or matter of which anything is made or may be made.
钢塔
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汽车与高速公路
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大江截流
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汽车工业
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飞机 结束动画图片
火箭发射
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陶瓷艺术品
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Today
The history of materials is the history of
、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。
Materials and Raw Materials(原材料)
Raw Materials: any crude, unfinished, not to obtain products，but produce materials。（having chemical changes） Materials：to obtain products.
《材料科学与工程基础》课程大纲
《材料科学与工程基础》课程大纲一、课程概述课程名称（中文）：材料科学与工程基础（英文）：Fundamentals of Materials Science and Engineering课程编号：14241009课程学分：3课程总学时：48课程性质：专业课二、课程内容简介《材料科学与工程基础》是一门以材料为研究对象的科学，其研究内容涉及高分子材料、无机非金属材料、复合材料等各种材料的成分、结构、加工同材料性能及材料应用之间的相互关系，在材料科学与工程专业教学计划中是一门重要的专业基础课。
通过本课程的学习，使学生充分掌握材料科学的基础理论，深入理解材料的组成-结构-工艺-性能之间的关系。
为后继专业课程的学习打下良好的基础。
三、教学目标与要求通过本课程的教学，使学生获得材料科学与工程专业高等工程技术人才所必须掌握的材料科学的基本概念、基本理论和基本原理等知识，培养学生分析解决生产实际问题的能力，进行新材料、新工艺研究开发的初步能力，培养学生的专业素质、科学思维、创新精神要求通过本课程的教学,使学生掌握本课程中的基本概念、基本原理和相关的知识，了解用物理化学等基本原理阐明材料形成过程中的组成、结构、工艺与性能之间关系及相互联系，注重知识的连贯性和增强分析问题和解决问题的能力。
四、教学内容与学时安排第一章绪论（2学时）1. 教学目的与要求：了解本课程的学习内容、性质和作用。
2. 教学重点与难点：《材料科学基础》课程的性质、任务和内容，以及在材料科学与工程技术中的作用。
第二章材料结构基础（18学时）1. 教学目的与要求：掌握描述原子中电子的空间位置和能量的四个量子数、核外电子排布遵循的原则;元素性质、原子结构和该元素在周期表中的位置三者之间的关系；原子间结合键分类及其特点；正确理解并掌握高分子链的近程和远程结构。
掌握结晶的热力学、结构和能量条件；相律的应用、克劳修斯——克拉珀龙方程的应用；均匀形核的临界晶核半径和形核功的推导；润湿角的变化范围及其含义；液—固界面的分类及其热力学判据；晶体的生长方式及其对生长速率的关系；阿弗拉密方程的应用；液—固界面结构和液—固界面前沿液体的温度分布对晶体形态的影响；减小晶粒尺寸的方法；了解亚稳相出现的原因；高分子结晶与低分子结晶的相似性和差异性；2. 教学重点与难点：重点：（1）晶向、晶面的表示及其指数的计算；（2）面心立方、体心立方、密排六方晶体的主要参数和计算方法；（3）立方晶体的间隙；（4）点缺陷的主要类型，扩散激活能和FICK第一定律；（5）四种转变类型及特点。
第一章材料科学与工程基础绪论
• 1-1 材料的定义和分类 材料的定义和分类(Definition and Classfication) • 1-1-1定义 定义 • 1. 材料 Materials • Material：材料科学 （工科） • 物质科学 （理科） • Webster编者“New International Dictionary（1971年）” 中关于材料（Materials）的定义为：材料是指用来制造 某些有形物体（如：机械、工具、建材、织物等的整 体或部分）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 迈尔《新百科全书》 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。 • 材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和 物理性状的物质。 物理性状的物质。
3. 高分子材料 polymers, Marcomolecules
(1) 分类 • 碳链 –C–C–C 按主链结构 杂链 –C–N–C=O –C–O–C– backebone 元素 Si 、P、B 通用塑料、工程塑料； 热塑性、热固性 橡胶 Ruber 天然、合成 人造、合成 按使用性质 纤维 Fiber 粘合剂 Adhesive 涂料 Coating 塑料 Plastics
•
•
function
应用领域分类
•
application
1. 金属材料 metals (1) 黑色金属材料 • 化学成分——碳素钢、合金钢
• • Stell • 品质——普通、优质、高级优质钢 用途——建筑工程、结构、工具、特殊性能、专业用钢 冶炼方法——平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢 灰铸铁 可锻铸铁 蠕墨铸铁 特殊性能铸铁
【同济大学】【材料学院】材料科学与工程基础-绪论
e kBT 1
式中f(E)称为费米分布函数，EF即是费米能量或 化学势
分布函数f具有下列性质： 当T=0K, 若E<EF，f（E）=1；
而E>EF，f（E）=0； 当T >0K，若E=EF，f（E）=1/2；
而E>EF，f（E） > 0； 若E<EF，f（E） < 1
可见，当T > 0K时，在EF附近的少量电子（比EF小kBT）因 吸收热能而跃迁到能量较高的状态。在室温下kBT ≈0.025ev, 而EF有几个电子伏特，即kBT ≈10-2 EF，因此只有少量和EF接 近的电子能跃迁。
形成库柏电子对的最佳状态是： K1+ K2= K1'+ K2'=0
5、极化子 在离子晶体中，电子的运动会影响离子的平
衡位置；它吸引正离子使之内移，排斥负离子 使之外移，从而产生离子的位移极化，导致所 在区域内电子静电势的下降，出现趋于束缚电 子的势阱，构成电子的束缚态——电子的自陷 态。这可以看成是一个准粒子（电子+晶格畸 变），称为极化子
杂化轨道：原子在化合成分子的过程中，原有（能量相近） 的原子轨道线性地组合成新的原子轨道，称为杂化轨道，但 轨道数目不变，轨道在空间的分布方向和分布情况发生改变。 原子轨道经杂化后，可使成键的相对强度加大。
分子轨道：分子中每个电子是在各个原子核和其余电子组成的 势能中运动，它的运动状态可用分子轨道描述（波函数）。 分子轨道可近似地用能量相近的原子轨道组合得到。轨道数 不变，能量改变。
晶向指数是从原点出发到达某一阵点，其方向
用该阵点的坐标来表示，并取互质的最小整数倍，
微观粒子的状态用波函数ψ（r，t）描述， 当时间改变时粒子状态（波函数）将按照薛定谔 （Schrodinger）方程进行变化.
绪论
合计
讲课
小计
6
6
6
6
5
5
4
4
8
8
4
4
2
2
3
3
10
10
48
48
1.绪论
• 四、主要参考书 • 1. 周美玲．材料工程基础．北京工业大学出版社，
2004 • 2. 王昆林．材料工程基础．清华大学出版社,2004 • 3. 毕大森．材料工程基础．机械工业出版社,2011 • 4．谷臣清．焊接冶金学．机械工业出版社,2004 • 五、评价方式（包括作业、测验、考试等） • 考试100分占总分80%， 课堂作业、课堂、出勤占有
1.绪论
• 三、课程的教学内容 • 课堂讲授的教学内容 • 第一章 材料的熔炼： • 钢铁冶金、铝冶金与熔炼、铜冶金、
真空冶金、单晶材料制备、玻璃的熔炼与 凝固。 • 第二章 金属液态与半固态成形： • 液态成形、半固态成形、快速凝固技术。
1.绪论
• 第三章 粉末材料制备： • 粉末测定、机械制粉法、物理制粉法、化
20%。
1.绪论
1.液态成型：液态凝固理论 半固态理论 焊接原理 粉末冶.固态成型 应力应变分析
•
塑性问题求解
1.绪论
3.聚合物成型原理
1.绪论
• 只能部分学习
•
1.凝固原理
•
2.焊接原理
•
3.固态成型原理
学制粉、纳米粉体的制备方法。 • 第四章 粉末成形与固化 • 粉末的成形与干燥、粉末体烧结、胶凝固
化。 • 第五章 金属塑性加工： • 概述、金属塑性加工理论基础、轧制、挤
压、拉拔、锻造、冲压成形。
1.绪论
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Glass
• 硅及耐火材料 Silane
• 陶瓷（器） Ceramics
传统陶瓷（天然硅酸盐矿）：各中粘土烧
制而成。(Silicate Ceramics)
特种陶瓷（人工化合物：氧化物、氮化物、
硼化物、碳化物）。
第一章材料科学与工程基础绪论
(2) 基本特性，以陶瓷为例，其它有较大差别
a. 离子键、共价键及其混合键；
第一章材料科学与工程 基础绪论
2020/12/1
第一章材料科学与工程基础绪论
第一章
绪论
Chapter 1 Introduction
• What is Materials • Classfication of Materials • What is Materials Science • What is Materials Engineering • Importance of Materials on Progress of Humen
• 1. 材料 Materials
• Material：材料科学 （工科）
•
物质科学 （理科）
• Webster编者“New International Dictionary（1971年）” 中关于材料（Materials）的定义为：材料是指用来制造
某些有形物体（如：机械、工具、建材、织物等的整
体或部分）的基本物质（如金属、木料、塑料、纤维
• 材料可以根据化学组成、状态、作用和使用领域分类。
• • 化学组成分类
• components
金属材料 无机非金属材料
有机高分子材料
• • 状态分类
• state
•
•
•
作用分类
• function
气态 液态
单晶
固态 功能
多晶 非晶 复晶
结构（工程）
•
应用领域分类
• application
建筑、仪表、电子、医用 包装、耐火．．．．能源等等。
History and Modern Science and Technology • Objective and Methods of Learning this Course
第一章材料科学与工程基础绪论
• 1-1 材料的定义和分类(Definition and Classfication)
• 1-1-1定义
•
•
灰铸铁
•
可锻铸铁
• 铸铁 — 球墨铸铁
•
蠕墨铸铁
•
特殊性能铸铁
•
第一章材料科学与工程基础绪论
(2) 有色金属
五大类
• 轻金属 （<4.5g/cm2）铝、镁、纳、钙
• 重金属 (>4.58/cm2) 铜、镍、铅、锌
• 贵金属
金、银、铂、铑
• 类金属（半）
硅Hale Waihona Puke 硒、绅、硼• 稀有金属钛、锂、钨、钼、镭
常用的稀有金属材料有：Al、Cu 、Zn、 Sn、 Pb、 Mg、 Ni……
第一章材料科学与工程基础绪论
(3) 基本特性 Principal Properties
a. 金属键，常规法生产的为晶体结构； 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. 空气中移氧化，如钢、铁等生成氧化膜，合金可改性
化学变化。 • 材料的特点往往是为获得产品，一般从材料到产品的
转变过程不发生化学变化。
• 3. 材料与物质(Materials and Matter) • 材料可由一种或多种物质组成。 • 同一物质由于制备方法或加工方法不同可以得到用途
各异、类型不同的材料。
第一章材料科学与工程基础绪论
• 1-1-2类别 classfication
第一章材料科学与工程基础绪论
1. 金属材料 metals
(1) 黑色金属材料
•
化学成分——碳素钢、合金钢
•
品质——普通、优质、高级优质钢
• 钢 --- 金相组织或组织结构——珠光体、贝氏体、马氏体和奥氏体
• Stell 用途——建筑工程、结构、工具、特殊性能、专业用钢
•
冶炼方法——平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢
(1) 分类 碳链 –C–C–C
• 按主链结构 杂链 –C–N–C=O –C–O–C– backebone 元素 Si 、P、B
•
塑料 Plastics 通用塑料、工程塑料；
热塑性、热固性
橡胶 Ruber 天然、合成
• 按使用性质 纤维 Fiber 人造、合成
粘合剂 Adhesive
涂料 Coating
•
绝缘材料：漆包线、电缆、绝缘版、电器零件
•
建筑材料：贴面板、地贴
•
包装材料：塑料袋、薄膜、泡沫塑料
•
涂装：涂料
•
粘合剂：粘合剂
•
日用：织物（衣服）胶鞋
•
运输：轮胎，传送带
第一章材料科学与工程基础绪论
4. 复合材料 composites
定义：由两种以上组分组成，并且具有与其组成不同的 新的性能的材料 (1) 分类 • 按性能： 结构复合材料
抗氧化性。
(4) 用途 Application
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
第一章材料科学与工程基础绪论
2 无机非金属材料 Inorganic nonmetals
(1) 分类（按成分，化学结构和用途分四大类）
• 混凝土（水泥）
• 玻璃
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。
• 材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和
物理性状的物质。
第一章材料科学与工程基础绪论
• 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
第一章材料科学与工程基础绪论
(2) 基本性质
a. 共价键，部分范氏键
b. 分子量大，无明显容点，有玻璃化转变温度Tg和粘流温度Tf；
c. 力学状态有三态 玻璃态、高弹态、粘流态
d. 比重小
e. 绝缘性好
f. 优越的化学稳定性
g. 成型方法多
(3) 用途
•
结构材料：电视机壳体、冰箱壳体、轴承、机械零件
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
(3) 用途
• 建筑卫生陶瓷：瓷砖、浴缸。
• 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：磁性、导电。
第一章材料科学与工程基础绪论
3. 高分子材料 polymers, Marcomolecules