材料科学基础-课件 清华skja_05
《材料科学基础》课件
晶体与非晶体材料
晶体材料具有有序排列的原子或分子结构,而非晶体材料具有无序排列的结 构。晶体材料的性质受到晶体结构的影响。
材料物理性质
材料的物理性质包括密度、热导率、电导率、磁性等。这些性质影响着材料 在各种条件下的表现和应用。
材料化学性质
材料的化学性质指的是材料与其他物质发生化学反应的能力和性质。它们决定了材料的耐腐蚀性、稳定 性和反应性。
常见材料的分类和特征
金属
金属具有良好的导电性和导热性,适用于制 造结构件和导电元件。
聚合物
聚合物具有轻量、耐疲劳等特点,适用于制 造塑料制品和弹性件。
陶瓷
陶瓷具有优良的耐高温性和绝缘性,适用于 制造耐磨、耐腐蚀的零部件。
复合材料
复合材料具有多种材料的优点,适用于制造 航空航天和汽车等领域的高性能材料。
汽车
应用于汽车制造中的车身和发动机部件。
电子
应用于电子器件的制造,如半导体材料等。
《材料科学基础》PPT课 件
本课件将介绍材料科学的基础知识,包括材料科学的概述、晶体与非晶体材 料、材料的物理性质和化学性质、常见材料的分类和特征、材料的加工方式, 以及材料工程应用。
材料科学概述
材料科学是研究材料的组成、结构、性质和应用的学科。它涉及各种材料,包括金属、陶瓷、聚合物和 复合材料。
材料加工
1
原材料采集
从矿石、石油等中采集原材料,准备
材料处理
2
进入加工过程。
通过熔融、挤压、锻造等方式改变材
料的形态和性能。
3
零部件制造
将材料加工成适合使用的零部件,如
总装与测试
4
铸件、锻件、塑料制品等。
将零部件组装成成品,进行测试和质 量检查。
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精品课件
材料科学与工程学云院纹材,料满学嵌教绿研室松石
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云纹铜禁:春秋中期,1978年河南淅川下寺出土。
高28.8厘米,器身长103厘米,宽46厘米,禁为
承置酒器的案,其器身以粗细不同的铜梗支撑多
层镂空云纹,十二只龙形异兽攀缘于禁的四周,
另十二只蹲于禁下为足。这是我国迄今发现用失
蜡法铸造的时代最早的铜器,其工艺精湛复杂, 莲鹤方壶:春秋,1923年河南
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• 金属铸造工艺-人们得到了他们需要的形状 (4000BC、最早 的模铸件:一个铜制杖头)
• 从矿石中提炼铜-冶金业的黎明 (3500BC、埃及古墓壁画是 人类冶金业的最早纪录之一 )
• 青铜的使用-制造合金 ( 3000BC、青铜:第一种合金)
2021/2/15
材料科学与工程学院材料学教研室
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湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑
2021/2/15
材料科学与工程学院材料学教研室
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三星堆遗址文化距今4800~2800年, 延续时间近2000年(1986年四川广汉三星堆)
青铜辫索冠人头像:高13.7厘 米祭祀坑出土圆头顶,头戴辫 索状帽箍,耳较圆,两耳各有 三个穿孔,耳上端的鬓发清晰 可 见2。02颇1/2具/1土5 著风格
材料无处不在,无处不有:工农业生产、国防、科学技
术、人民生活。
材料、能源和信息是现代技术的三大支柱(1998)。
生物工程、信息技术和新材料是现代技术的三大支柱。
202材1/2/料15 品种、数量和材质料量科学是与工国程家学院现材料代学教化研程室 度标志之一。
5
材料科学(Materials Science)是研究材料的成分、组织结 构、制备工艺、加工工艺、材料的性能与材料应用之间的相互 关系的科学。材料科学是当代科学技术发展的基础、工业生产 的支柱,是当今世界的带头学科之一。
材料科学基础说课PPT课件
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材料要素
• 材料科学与工程所探讨的是材料的制备、结构、性能与功
效之间的相互关系。
Composition 成分/结构
表征
合成/ Synthesis/ 加工
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图3材料四要素(英国科学家)
性能 效能
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图4 材料要素(中国)
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材料科学的形成历史
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• 材料科学导论,冯端、师昌绪、刘治国 主编,化学工业出版社,2006.01
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• 1936年Mott与Jones的专著“金属与合金性质的理论”(The Theory of Properties of Metals and Alloys)问世,表明了应用 量子力学对理解金属材料物性所取得的突破。
• 20世纪60年代初,美国许多大学建立了跨学科的材料研究 中心,不同类型的材料在同一实验室平行地被研究,促进 了不同材料学科的相互借鉴和融汇贯通。美国高校开始出 现以“材料科学与工程”系取代原先的冶金系的变更,将 专业范围由金属扩大到陶瓷,然后到高分子材料。
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• 1949年创刊的“金属物理学进展”(Progress in Metal Physics)于1961年更名为“材料科学的进展”(Progress in Materials Science),明确地指出,材料科学是在实 用和理论上相当重要的领域,而金属物理学仅是其重要的 组成部分,而非其全部。这是材料科学名称的首次提出。
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• 金属、半导体和陶瓷之间的共同点较多:以晶态为主,辅 以非晶态的玻璃。而以高分子为主的有机材料的发展途径 和研究工具和无机材料有较大差异。
材料科学基础 课件
材料的结构与性能关系
晶体结构
材料的晶体结构影响其力学、电 学、热学等方面的性能,如金属 、陶瓷和聚合物的不同晶体结构 导致其不同的物理和化学性质。
相组成
材料的相组成对其整体性能产生重 要影响,如钢中不同含量的碳和其 他合金元素可以改变其硬度和韧性 。
界面结构
材料的界面结构对其性能具有重要 影响,如复合材料的界面结合强度 和分布对其整体力学性能的影响。
3D打印材料
可用于快速原型制造、个性化定制等 领域,满足多样化需求。
01
02
生物相容性材料
与生物体相容性好,可用于生物医学 领域,如人工关节、血管等。
03
超材料
具有超常的物理性质,如超导、超硬 、超轻等,可用于制造高性能的器件 和结构。
05
04
复合材料
由两种或多种材料组成,具有单一材 料无法比拟的优异性能,如碳纤维复 合材料、纳米复合材料等。
材料处理的基本技术
热处理技术
通过加热、保温和冷却等工艺条件, 改变材料内部组织结构,以达到改善 材料性能的目的。
表面处理技术
通过化学或物理方法,改变材料表面 的性质,以提高材料的耐腐蚀性、耐 磨性和装饰性。
复合材料技术
将两种或两种以上的材料组合在一起 ,形成具有优异性能的复合材料,以 满足各种复杂的使用环境。
材料科学的重要性
总结词
材料科学在科技发展和人类生活中具有重要作用。
详细描述
随着科技的不断发展,新材料的需求越来越大,如航空航天、新能源、生物医疗 等领域都需要高性能的材料。同时,随着人们对生活品质要求的提高,对材料的 性能和外观要求也越来越高,这也推动了材料科学的不断发展。
02
材料的基本性质
材料科学基础ppt课件
• 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
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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)
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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
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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PPT精品课件
材料科学基础
Foundations of Materials Science
绪 论
绪
教学目的与要求
论
1.掌握材料科学研究的内容及其要素之间的逻辑关系. 2.了解材料发展的现状与发展趋势. 3.了解本课程的主要内容和学习方法.
2015/11/23
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2
绪 论
绪论部分主要介绍以下几个方面的内容:
绪 论
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绪 论 材料的历史:300,000 BC—3,500 BC
• 燧石:神奇的石头,这种容易制成工具 的石头,开始了制陶业的发展 (300000BC)。 • 天然金与铜被用作工具与武器,开始了 人类金属的使用(5500 BC) • 熔炼和锤击改变了铜的性能-材料开始发 展 (5000 BC)
绪 论
云纹铜禁:春秋中期,1978年河南淅川下寺出土。 高28.8厘米,器身长103厘米,宽46厘米,禁为 承置酒器的案,其器身以粗细不同的铜梗支撑多 层镂空云纹,十二只龙形异兽攀缘于禁的四周, 另十二只蹲于禁下为足。这是我国迄今发现用失 蜡法铸造的时代最早的铜器,其工艺精湛复杂, 莲鹤方壶:春秋,1923年河南 令人叹为观止。 新郑李家园出土。高117厘米, 2015/11/23 15 材料科学与工程学院材料学教研室 口长30.5厘米,口宽24.9厘米。
一. 什么是材料和材料科学基础?
二. 材料科学的地位和作用。
三. 材料的分类。
四. 为什么要学习《材料科学基础》?
五.《材料科学基础》课程的主要内容。
六.《材料科学基础》课程的特点、学习方法和安排。
2015/11/23 材料科学与工程学院材料学教研室 3
材料科学基础-第五章ppt
*** 晶体在滑移过程中的位错增殖, 位错密度增大, 相互作用,导 致强化, 即加工硬化.
1 0
0 Gb 2
2. 孪生的机制
孪晶区域各晶面的相对位移距离是孪生方向原子 间距的分数值,这表明孪生时每层晶面的位移应借一 个不全位错的移动而造成。
位错增殖的极轴机制:fcc 中 OA、OB和OC三 条位错线相交于结点O,OA、OB不在滑移面上,属 不动位错——极轴位错,OC为可动的不全位错,且 只能绕极轴转动,每当它在(111)面上扫过一圈, 就产生一个单原子层的孪晶,同时又沿着螺旋面上升 一层,这样不断转动,上述过程逐层地重复进行,就 在晶体中形成一个孪晶区域。
1. 对室温机械性能的影响 晶粒愈细、晶界愈多→强化效应↑-细晶强化
s b HV Strengthening by Grain Size Re-duction
较好塑性,因细晶的晶内和晶界附近应变差较小,变形较均匀, 有可能断裂前承受大量的变形
细晶具有良好的综合机械性能。
平衡时
n
k 0 L Gb
根据每个位错的受力情况,可导出每个位错的位置,以
综上所述,滑移变形的基本特点:
Ⅰ) 滑移变形系不均匀的切变,它只集中在某些晶面上;
Ⅱ) 滑移结果两部分晶体产生相对移动,移动的距离△=nb,
仍保持晶体学的一致性; Ⅲ) 沿着一定的晶面和晶向进行,滑移系较多的材料为(fcc)
一般具有较好塑性; Ⅳ) 在切应力作用下,且> c; Ⅴ)滑移同时,滑移面和滑移方向将发生转动; Ⅵ)实质位错沿滑移面的运动过程
4. 晶体在滑移时的转动 (rotation)
晶体滑移
滑移面上发生相对位移 晶体转动 空间取向发生变化
在拉伸时使滑移面和滑移方 向逐渐转到与应力轴平行
材料科学基础课件part5
层状硅酸盐的判据:骨架状硅酸盐:一类[SiO4]4-四面体单元的四个角都相互连接的硅酸盐矿物。
典型代表氧化硅氧化硅的四种结构:xx ( )、鳞xx ( )、方xx (,, )和xxxx(四元环是基本单元,如 ,晶胞有四个层面组成,如 所示,具有很大的通道,是形成长石和分子筛矿物的基础)长石类矿物:基于xxxx 的开放结构,1/4到1/2的[SiO4]4-被[AlO4]5-所取代(但阳离子(M 或M2+)总数对Si 和Al 的总和比总是1/4),不足电荷由碱金属 (Li+,Na+,K+)或碱土金属(Ca2+,Ba2+)补充,阳离子填充在xxxx 骨架结构的通道中。
氧化硅转变成长石矿物简式:SiO2(xxxx) )(8324/14/34/1钠长石O NaAlSi O Al Si Na →⎥⎦⎤⎢⎣⎡→)(8324/14/34/1钾长石O KAlSi O Al Si K →⎥⎦⎤⎢⎣⎡→五、高分子晶体高分子的基本形态是以双键打开的有机分子为结构单元的线性连接,这些结构单元(链节)是大分子中线性重复的基本单位。
通常这样的大分子有数千或上万个结构单元,具有极高的分子量,因此这类材料称为高分子材料或高聚物材料。
(一) 高分子晶体的形成乙烯CH2=CH2、CH2=CHR(R为取代H的有机基团)n(CH2=CHR)(CH2--CHR)n基本形态:双键打开的有机分子为结构单元的线性重复连接,有数千上万结构单元,具极高分子量高分子材料特点:很多独立分子组成。
长链大分子结构单元完全一致称均聚;两种以上的结构单元混合组成称共聚。
高分子结构单元连接特点:链节间通常饱和共价键(一次键)。
大分子间或同一大分子不同链段间仅有二次分子力(xx等)。
结构形态:二次分子力弱,难使大分子形成有序的结晶结构。
易见结构是无规线团和线团的交缠(非晶区)。
结晶特性:同一分子的不同链段或不同分子的某些链段间平行排列时,弱二次分子力能将这些链段排列成局部的结晶区域。
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Total: 12
{123} (123) ( 1 23) (1 2 3) (12 3 ) (132) ( 1 32) (1 3 2) (13 2 ) (231) ( 2 31) (2 3 1) (23 1 ) (213) ( 2 13) ( 2 1 3) (21 3 ) (312) ( 3 12) (3 1 2) (31 2 ) (321) ( 3 21) (3 2 1) (32 1 )
Total: 4×3!=24
Ⅲ. Direction Indices
1. Derivation for the crystallographic direction
①
As the first above, set the origin on the direction to be indexed. ② Find the coordinates of another point on the direction in questions. ③ Reduce to three smallest integers: u, v, w. ④ Enclose in square brackets [u v w].
a a
atomic atomic planar density arrangement arrangement
4
a a
1 1 a
2
1
{100}
1
a
4
4 2
4 2 a
4 1 4 2a
2
2 a
2
1 4
{110}
2a
a
1
2
1.4 a
2
a
2a 2a 2a
2
1 2 1.4 2 a
In cubic systems, a direction that has the same indices as a plane is perpendicular to that plane.
2. The important planes in cubic crystals
(001) (110)
Ⅱ. Plane indices
1. Steps to determinate the plane indices: Establish a set of coordinate axes Find the intercepts of the planes to be indexed on a, b and c axes (x, y, z). c
100 [100] [010] [001] [ 1 00] [0 1 0] [00 1 ]
§2.6 Hexagonal axes for hexagonal crystals
Ⅰ. Why choose four-axis system?
Four indices has been devised for hexagonal unit cells because of the unique symmetry of the system.
(111) (112)
3. A family of planes consists of equivalent planes so far as the atom arrangement is concerned.
{110} (110) ( 1 10) (101) (10 1 ) (011) (0 1 1)
c c´
(11 1 )
b a
( 1 1 1)
a´
b´
4. The atomic arrangement and planar density of the important direction in cubic crystal.
plane indices
BCC
FCC
planar density
4
材料科学基础
Fundamental of Materials
Prof: Tian Min Bo
Tel: 62795426 ,62772851 E-mail: tmb@ Department of Material Science and Engineering Tsinghua University. Beijing 100084
Important directions
[01 1 0]
[2 1 1 0]
Transformation of indices
Transformation of 3 to 4 indices, or vice versa. Suppose we have a vector, whose 3 indices [u v w], and 4 indices [u v t w].
1.4 a
2a 2 1
<111>
3a
1.16 a
3a
2 0.58 a 3a
Exercise
1. Calculate the planar density and planar packing fraction for the (010) and (020) planes cubic polonium, which has a lattice parameter of 0.334nm.
2 3
u
v
1 3
[100] :
t
1 3
[2 1 1 0]
w0
Examples and Discussions
1. Quick way for indexing the directions in cubic crystals:
The value of a direction depends on its feature while the sign on direction.
1 2 2.3 2 a
2a
3
1
{111}
2a
2a
2a
6 0.58 2 a 3 2 a 2
3
1 6
3 3 a
2
2a
2
5. The atomic arrangement and linear density of the important direction in cubic crystal.
Plane indices referred to three axes a, b and c are also called Miller Indices.
Several important aspects of the Miller indices for planes should be noted: Planes and their negatives are identical. Therefore (020) (020) . Planes and their multiples are not identical.
(10 1 1)
(11 2 0)
(10 1 0)
Ⅲ. Direction indices [ u v t w ]
To make the indices unique, an additional condition is imposed. ---- Let t=-(u+v)
[0001]
[ 1 011]
c
(1 1 0)
(100)
b a
[100]
[110]
Ⅱ. Plane indices (hkil)
It can be proved: i ≡-(h+k)
(100) (10 1 0)
(1 1 0) (1 1 00)
Important planes :
(10 1 2)
c
(0001)
a3 a2 a1
linear indices
BCC
atomic arrangement
a
FCC
atomic arrangement
a
linear density
2 1
linear density
2 1
<100>
2 1 a a
1 0.7
2 1 a a
1
<110>
2
2a
2
2a
1 2
2 a 2a 2 1 2 3a 1
L ua1 va2 ta3 wc Ua1 Va2 Wc a3 (a1 a2 ) t (u v)
We have
Since
ua1 va 2 (u v)( a1 a2 ) wc Ua1 Va2 Wc
2. The coordinate origin can be set arbitrarily (for example on apices, body-center, facecenters etc.), but never on plane in questions, otherwise the intercepts would be 0,0,0 . 3. The coordinate system can be transferred arbitrarily, but rotation is forbidden.
Thank you !
5
2. The important direction in cubic crystals: <100> : crystal axes <110> : face diagonal <111> : body diagonal <112> : apices to opposite face-centers 3. Family of directions consists of crystallographically equivalent directions, denoted <u v w> e.g.