材料科学基础-课件 清华skja_22
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《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。
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
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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。
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
14
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
11
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
12
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
2020/1/2
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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
2020/1/2
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
2020/1/2
• 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。
26
• 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
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
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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)
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
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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)
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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 ppt课件
2.力学性能：
（1）弹性模量是材料应力-应变曲线上弹性变 形段的斜率，在拉伸变形中通常称它为杨式模量 ，以E表示。而结合键能是影响弹性模量的主要 因素，结合键能越大，则“弹簧”越“硬”，原 子之间距离的移动所需要的外力就越大，即弹性 模量越大。如金刚石具有最高的弹性模量值， E=1000GPa；其他一些工程陶瓷如碳化物、氧化 物等结合键能也较高，它们的弹性模量为250600GPa；由金属键结合的金属材料，弹性模量略 低些，一般约为70-350GPa；而聚合物由于二次 键的作用，弹性模量仅为0.7-3.5GPa。
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。
氢键具有饱和性和方向性，氢键在高分子材料中特别重要。Fra bibliotek （3）混合键
对于某一具体材料而言，似乎只具有单一 的结合键，如金属应为金属键，ⅣA族元素应为 共价键，电负性不同的元素应结合成离子键。然 而，实际材料中单一结合键的情况并不是很多， 大部分材料的内部原子结合键往往是各种键的混 合。
陶瓷化合物中出现离子键和共价键混合的 情况很常见，通常金属正离子与非金属离子所组 成的化合物不是纯粹的离子化合物，它们的性质 不能仅用离子键理解。化合物中离子键的比例取 决于组成元素中电负性差。电负性差相差越大， 则离子键比例越高。鲍林推荐以下公式来确定化
一.材料使用时间划分：石器时代→青铜器时代→ 铁器时代→水泥时代→钢时代→硅时代→新材料 时代
（1）弹性模量是材料应力-应变曲线上弹性变 形段的斜率，在拉伸变形中通常称它为杨式模量 ，以E表示。而结合键能是影响弹性模量的主要 因素，结合键能越大，则“弹簧”越“硬”，原 子之间距离的移动所需要的外力就越大，即弹性 模量越大。如金刚石具有最高的弹性模量值， E=1000GPa；其他一些工程陶瓷如碳化物、氧化 物等结合键能也较高，它们的弹性模量为250600GPa；由金属键结合的金属材料，弹性模量略 低些，一般约为70-350GPa；而聚合物由于二次 键的作用，弹性模量仅为0.7-3.5GPa。
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。
氢键具有饱和性和方向性，氢键在高分子材料中特别重要。Fra bibliotek （3）混合键
对于某一具体材料而言，似乎只具有单一 的结合键，如金属应为金属键，ⅣA族元素应为 共价键，电负性不同的元素应结合成离子键。然 而，实际材料中单一结合键的情况并不是很多， 大部分材料的内部原子结合键往往是各种键的混 合。
陶瓷化合物中出现离子键和共价键混合的 情况很常见，通常金属正离子与非金属离子所组 成的化合物不是纯粹的离子化合物，它们的性质 不能仅用离子键理解。化合物中离子键的比例取 决于组成元素中电负性差。电负性差相差越大， 则离子键比例越高。鲍林推荐以下公式来确定化
一.材料使用时间划分：石器时代→青铜器时代→ 铁器时代→水泥时代→钢时代→硅时代→新材料 时代
材料科学基础PPT精品课件
绪 论
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
材料科学与工程学院材料学教研室
2
绪 论
绪论部分主要介绍以下几个方面的内容:
绪 论
2015/11/23
材料科学与工程学院材料学教研室
9
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
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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绪 论
绪论部分主要介绍以下几个方面的内容:
绪 论
2015/11/23
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9
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