材料基础知识
材料基础知识
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2019/2/27
(2) 基本性质
a. b. c. d. e. f. g. 共价键,部分范氏键 分子量大,无明显容点,有玻璃化转变温度Tg和粘流温度Tf; 力学状态有三态 玻璃态、高弹态、粘流态 比重小 绝缘性好 优越的化学稳定性 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 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
如果汽车重量减轻10%,油耗可降低8~10%
德国奔驰公司,研制出以铝合 金为框架的车体,使汽车重量减 少40%
2019/2/27
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50年代造 武汉长江大桥 用普 通钢Q235,跨度128m
60年代 南京长江大桥 16Mn钢 (节约钢材15%) 跨度160m
90年代 九江大桥 用15MnVN(节 约钢材20%) 跨度216m
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 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
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1-2 材料科学与工程概述 Brief Introduction
1-2-1材料的重要作用
Importance of Materials for the Development of Human History and Science &Technology 材料是人类社会发展的巨大推动力,生产工具制造的 物质基础是材料。 石器时代 —— 陶器时代 —— 青铜时代 —— 铁期时 代——复合材料
材料科学基础知识
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材料科学基础知识材料科学是一门研究材料结构、性能和制备的学科,涉及广泛的领域,包括金属、陶瓷、塑料、纤维、半导体等材料的研究与应用。
本文将介绍一些材料科学的基础知识,包括材料分类、晶体结构和材料性能等内容。
一、材料分类根据组成和结构特征,材料可以分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。
金属材料主要由金属元素构成,具有优秀的导电、导热和强度等性能;无机非金属材料包括陶瓷、玻璃、水泥等,其特点是高硬度、高耐热性和电绝缘性;有机高分子材料由含有大量碳元素的高分子化合物构成,如塑料、橡胶和纤维等,具有良好的可塑性和可拉伸性。
二、晶体结构晶体是材料学中一种有序排列的结构形态,具有规则的周期性。
晶体结构由原子、离子或分子按照一定的几何规则排列而成。
根据晶格的不同,晶体可分为立方晶系、四方晶系、单斜晶系、正交晶系、斜方晶系、菱方晶系和三斜晶系等。
其中,立方晶系是晶体结构中最简单的一种,其晶格具有等边、等角的特点。
三、材料性能材料的性能决定了其在实际应用中的表现。
常见的材料性能包括力学性能、热学性能、电学性能和磁学性能等。
力学性能体现了材料的强度、韧性和硬度等特点,如抗拉强度、屈服强度和冲击韧性;热学性能包括导热性、热膨胀系数和导电性等,这些性能对材料的热稳定性和导热导电能力有重要影响;电学性能和磁学性能则与材料的导电性和导磁性相关。
四、材料制备材料的制备过程对于最终材料的性能和结构有重要影响。
常见的材料制备方法包括熔融法、沉积法、固相反应法和溶液法等。
熔融法是指将材料加热至熔点后进行冷却的过程,常用于金属材料的制备;沉积法则是通过气相或溶液中的化学反应沉积材料薄膜;固相反应法是指两个或多个固体物质在一定条件下发生化学反应生成新的化合物;溶液法是将材料溶解于溶剂中,通过溶液的蒸发或化学反应生成新材料。
总结材料科学是一门涉及广泛的学科,研究的内容包括材料分类、晶体结构、材料性能和材料制备等方面。
了解这些基础知识对于深入学习和应用材料科学具有重要意义。
材料学基础知识
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材料学基础知识1. 材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性。
2. 材料在弹性范围内,应力与应变的比值εσ/称为弹性模量E (单位MPa )。
E 标志材料抵抗弹性变形的能力,用以表示材料的刚度。
3. 强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和破坏的能力。
4. 塑性是材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。
5. 韧性是材料在塑性应变和断裂全过程中吸收能量的能力,它是强度和塑性的综合表现。
6. 硬度是指材料对局部塑性变形、压痕或划痕的抗力。
7. 应力场强度因子I K ,这个I K 的临界值,称为材料的断裂韧度,用C K I 表示。
换言之,断裂韧度C K I 是材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学性能指标。
8. 晶体是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。
9. 非晶体是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。
10. 把原子看成空间的几何点,这些点的空间排列称为空间点阵。
用一些假想的空间直线把这些点连接起来,就构成了三维的几何格架称为晶格。
从晶格中取出一个最能代表原子排列特征的最基本的几何单元,称为晶胞。
11. 体心立方晶格(bcc );面心立方晶格(fcc );密排六方晶格(hcp )12. 在晶体中,由一系列原子所组成的平面称为晶面。
任意两个原子的连线称为原子列,其所指的方向称为晶向。
立方晶系中,凡是指数相同的晶面与晶向是相互垂直的。
13.在晶体中,不同晶面和晶向上原子排列方式和密度不同,则原子间结合力的大小也不同,因而金属晶体不同方向上性能不同,这种性质叫做晶体的各向异性。
14.所谓位错是指晶体中一部分晶体沿一定晶面与晶向相对另一部分晶体发生了一列或若干列原子某种有规律的错排现象。
位错的基本类型有两种,即刃型位错和螺旋位错。
15.由于塑性变形过程中晶粒的转动,当形变量达到一定程度(70%以上)时,会使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致,形成特殊的择优取向。
择优取向的结果形成了具有明显方向性的组织,称为织构。
材料科学基础重点知识
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第5章 纯金属的凝固1、金属结晶的必要条件:过冷度-理论结晶温度与实际结晶温度的差;结构起伏-大小不一的近程有序排列的此起彼伏;能量起伏-温度不变时原子的平均能量一定,但原子的热振动能量高低起伏的现象;成分起伏-材料内微区中因原子的热运动引起瞬时偏离熔液的平均成分,出现此起彼伏的现象。
结晶过程:形核和长大过程交替重叠在一起进行2、过冷度与液态金属结晶的关系:液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。
从热力学看,没有过冷度结晶就没有趋动力。
根据T R k ∆∝1可知当过冷度T ∆=0时临界晶核半径R *为无穷大,临界形核功(21T G ∆∝∆)也为无穷大,无法形核,所以液态金属不能结晶。
晶体的长大也需要过冷度,所以液态金属结晶需要过冷度。
孕育期:过冷至实际结晶温度,晶核并未立即产生,结晶开始前的这段停留时间3、均匀形核和非均匀形核均匀形核:以液态金属本身具有的能够稳定存在的晶胚为结晶核心直接成核的过程。
非均匀形核:液态金属原子依附于固态杂质颗粒上形核的方式。
临界晶核半径:ΔG 达到最大值时的晶核半径r *=-2γ/ΔGv 物理意义:r<rc 时, ΔGs 占优势,故ΔG>0,晶核不能自动形成。
r>rc 时, ΔGv 占优势,故ΔG<0,晶核可以自动形成,并可以稳定生长。
临界形核功:ΔGv *=16πγ3/3ΔGv 3 形核率:在单位时间单位体积母相中形成的晶核数目。
受形核功因子和原子扩散机率因子控制。
4、正的温度梯度:靠近型壁处温度最低,凝固最早发生,越靠近熔液中心温度越高。
在凝固结晶前沿的过冷度随离界面距离的增加而减小。
纯金属结晶平面生长。
负的温度梯度:过冷度随离界面距离的增加而增加。
纯金属结晶树枝状生长。
5、光滑界面即小平面界面:液固两相截然分开,固相表面为基本完整的原子密排面,微观上看界面光滑,宏观上看由不同位向的小平面组成故呈折线状的界面。
粗糙界面即非小平面界面:固液两相间界面微观上看高低不平,存在很薄的过渡层,故从宏观上看界面反而平直,不出现曲折小平面的界面。
材料科学基础知识点
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1,晶体。
原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列,有固定熔点、各向异性。
2中间相。
两组元A 和B 组成合金时,除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外,还可能形成晶体结构与A,B 两组元均不相同的新相。
由于它们在二元相图上的位置总是位于中间,故通常把这些相称为中间相。
3、亚稳相,亚稳相指的是热力学上不能稳定存在,但在快速冷却成加热过程中,由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。
4、配位数。
晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。
5、再结晶。
冷变形后的金属加热到一定温度之后,在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒,而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态,这个过程称为再结晶。
6、伪共晶。
非平衡凝固条件下,某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织,这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。
7、交滑移。
当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时,有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移,这一过程称为交滑移。
8、过时效;铝合金经固溶处理后,在加热保温过程中将先后析出GP 区,θ ”,θ ’,和θ。
在开始保温阶段,随保温时间延长,硬度强度上升,当保温时间过长,将析出θ ’,这时材料的硬度强度将下降,这种现象称为过时效。
9、形变强化。
金属经冷塑性变形后,其强度和硬度上升,塑性和韧性下降,这种现象称为形变强化。
10、固溶强化。
由于合金元素(杂质)的加入,导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。
11、弥散强化。
许多材料由两相或多相构成,如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内,则这种材料的强度往往会增加,称为弥散强化。
12、不全位错。
柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。
13、扩展位错。
通常指一个全位错分解为两个不全位错,中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。
14、螺型位错。
位错线附近的原子按螺旋形排列的位错称为螺型位错。
材料科学基础复习资料整理
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一.名词解释塑性韧性强度弹性比功分子键(空间)点阵固溶体间隙固溶体固溶强化位错多晶体单晶体反应扩散柯肯达尔效应二次结晶共晶转变包晶转变共析转变铁素体(非)均匀形核结构起伏成分过冷过冷度加工硬化再结晶淬透性(过)时效回火脆性调幅分解二. 需掌握的知识点1. 延性断裂和脆性断裂的区分标准—断裂前有无明显塑性变形。
2. 原子核外电子分布规律遵循的三个原则。
3. 金属键、离子键、共价键、分子键的特点。
4. 混合键比例计算与电负性差的关系。
5. fcc、bcc、hcp的常见金属、一个晶胞内原子数、配位数、致密度、常见滑移系等。
6. 固态合金相分为两大类:固溶体(间隙固溶体与置换固溶体)和中间相(区别点)。
7.影响固溶体溶解度的因素。
8.间隙相和间隙化合物的区别。
9. 晶体缺陷几何特征分类-点、线、面缺陷。
10. 点缺陷的种类及其区别(肖脱基缺陷和弗兰克尔缺陷)。
11.获得过饱和点缺陷的方法及原因。
12. 各类位错运动方向与柏氏矢量、切应力、位错线的位向关系。
13. 位错的主要运动方式;常温下金属塑性变形的方式。
14. 位错的增殖机制:F-R位错增殖机制、双交滑移增殖机制的主要内容。
15.说明柏氏矢量的确定方法。
掌握利用柏氏矢量和位错线的位向关系来判断位错类型。
16.两根平行的螺型位错相遇时的相互作用情况。
17.刃型位错和螺型位错的不同点。
18. 大小角度晶界的位向差、常见类型、模型描述、能量等。
19. 扩散第一定律、第二定律的数学表达式及其字母的物理含义。
20. 体扩散的主要机制、适用对象、扩散激活能大小等;短路扩散等;反应扩散与原子扩散;多晶材料的三种扩散途径—晶内、晶界、表面扩散。
21.柯肯达尔效应的含义及说明的问题(重要意义)。
22. 上坡扩散:物质由低浓度→高浓度,说明扩散的真正原因是化学势梯度而非浓度梯度。
23. 反应扩散定义、特点、扩散层增厚速度的决定因素。
24. 影响扩散的主要因素简述及分别叙述。
材料科学基础108个重要知识点
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材料科学基础108个重要知识点1.晶体--原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列,有固定熔点、各向异性。
2.中间相--两组元A 和B 组成合金时,除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外,还可能形成晶体结构与A,B 两组元均不相同的新相。
由于它们在二元相图上的位置总是位于中间,故通常把这些相称为中间相。
3.亚稳相--亚稳相指的是热力学上不能稳定存在,但在快速冷却成加热过程中,由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。
4.配位数--晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。
5.再结晶--冷变形后的金属加热到一定温度之后,在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒,而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态,这个过程称为再结晶。
(指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程)6.伪共晶--非平衡凝固条件下,某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织,这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。
7.交滑移--当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时,有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移,这一过程称为交滑移。
8.过时效--铝合金经固溶处理后,在加热保温过程中将先后析出GP 区,θ”,θ’,和θ。
在开始保温阶段,随保温时间延长,硬度强度上升,当保温时间过长,将析出θ’,这时材料的硬度强度将下降,这种现象称为过时效。
9.形变强化--金属经冷塑性变形后,其强度和硬度上升,塑性和韧性下降,这种现象称为形变强化。
10.固溶强化--由于合金元素(杂质)的加入,导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。
11.弥散强化--许多材料由两相或多相构成,如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内,则这种材料的强度往往会增加,称为弥散强化。
12.不全位错--柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。
13.扩展位错--通常指一个全位错分解为两个不全位错,中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。
材料工程基础知识点总结
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材料工程基础知识点总结
第一章、材料的性能及应用
1、常用的力学性能,如:σS,σb,σe,σP 等所表示的含义,弹性模量E及其主要影响因素、塑性指标的意义。
不同材料所适用的硬度(HB、HR、HV)测量方法。
第二章、原子结构和结合键
1、结合键的类型(主要为金属键、离子键、共价键)及其主要特点,它们对材料性能的主要影响
第三章、晶体结构
1、晶面与晶向的标注和识别
2、BCC、FCC、HCP三种常见金属晶体结构中所含的原子数、它们的致密度。
3、相、固溶体、中间相、固溶强化的概念、固溶体的分类、中间相的分类以及固溶体和中间相的主要区别。
第四章、晶体缺陷
1、晶体缺陷的分类、位错的含义和分类及特点。
位错(及点缺陷)密度的变化对材料性能(主要是力学性能)的影响。
2、晶界原子排列?的特点及其分类,晶界的特性;相界的分类、润湿
第五章、固体材料中原子的扩散
1、Fick第一定律的含义、非稳态扩散的误差函数解的应用计算
2、扩散的机制及影响扩散的主要因素以及在工业上的应用(如:工业渗碳为何在奥氏体状态下进行)
第六章、相平衡与相图原理
1、Gibbs相律含义,二元匀晶、共晶相图分析,杠杆定律的应用计算;相图与合金使用性(强度、硬度)和工艺性(铸造)的关系
2、铁碳相图(简化版)及其标注上面主要的成分点和温度及相;不同含碳量的合金从高温到室温下组织的变化,利用杠杆定律计算组织或相组成物的含量(主要针对C%<2.11%的合金,即钢)第七章、材料的凝固
1、液态合金结构的特点,过冷度及其与冷却速率的关系?。
材料员基础必学知识点
![材料员基础必学知识点](https://img.taocdn.com/s3/m/c3391754974bcf84b9d528ea81c758f5f61f2990.png)
材料员基础必学知识点
1. 材料分类和特性:了解常见材料的分类(如金属、非金属、塑料、橡胶等)以及其特性(如强度、硬度、耐腐蚀性等)。
2. 材料的采购和供应:了解材料采购的流程和要点,包括与供应商的沟通、材料质量的检验、采购合同的签订等。
3. 材料的储存和保管:了解材料的储存和保管方法,包括分仓储存、标识和记录、保管环境要求等。
4. 材料的测量和计量:了解材料测量和计量方法,如重量、体积、长度的测量,以及单位换算。
5. 材料的标识和识别:了解材料的标识方法,如标牌、标签的制作和粘贴,以及材料的识别方法,如颜色、纹理、磁性等特征。
6. 材料的混合和配比:了解材料的混合和配比方法,如不同材料的配比计算、搅拌比例控制等。
7. 材料的加工和处理:了解常见材料的加工和处理方法,如金属的切削、焊接,塑料的注塑成型等。
8. 材料的检验和质量控制:了解材料的检验方法,如外观检查、物理性能测试,以及质量控制措施,如抽样检验、不合格品处理等。
9. 材料的报废和回收:了解材料的报废和回收方法,如分类回收、再利用、环保处理等。
10. 材料安全和环保:了解材料使用的安全注意事项,如防止火灾、爆炸等事故,并关注材料的环保性能,如是否含有有害物质等。
以上是材料员基础必学的知识点,掌握这些知识可以帮助材料员更好地管理和使用材料,确保项目的顺利进行。
材料科学基础知识点
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材料科学基础知识点
1. 结晶学:研究晶体的形成、结构和性质。
包括晶体生长、晶体结构分析、晶体缺陷等。
2. 材料力学:研究材料的力学性质,包括材料的强度、韧性、塑性、蠕变等。
3. 材料热学:研究材料的热传导、热膨胀、热稳定性等热学性质。
4. 材料电学:研究材料的电导率、介电性质、磁性等电学性质。
5. 材料化学:研究材料的化学成分、结构和化学反应。
包括材料的合成方法、表面改性、材料的腐蚀与防护等。
6. 材料物理学:研究材料的物理性质,包括光学性质、磁性、声学性质等。
7. 材料加工:研究材料的加工方法、工艺和性能改善。
包括材料的铸造、焊接、锻造、热处理等。
8. 材料性能测试:研究材料的各种性能指标的检测和测试方法。
9. 材料选择:根据工程要求和材料性能,选择最合适的材料。
10. 材料应用:研究材料在各种实际应用中的性能和适用范围,包括材料的耐久性、可靠性等。
材料的知识点总结
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材料的知识点总结材料是制造任何产品的基础,因此对材料有深入的了解对于任何工程师或设计师来说都是至关重要的。
以下是一些关于材料的常见知识点总结:1. 材料分类- 金属材料:金属是最常用的材料之一,包括钢、铝、铜等。
金属具有优良的强度和导电性能,因此广泛应用于制造工业和建筑领域。
- 塑料材料:塑料是一种轻质,可塑性极强的材料,广泛用于制造各种产品,包括日常用品、电子产品、汽车零部件等。
- 陶瓷材料:陶瓷具有优良的耐磨、耐高温性能,因此常用于制造瓷器、砖块、陶瓷刀具等。
- 复合材料:复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的新材料,具有综合性能优良的特点,如碳纤维复合材料、玻璃钢等。
2. 材料性能- 强度:材料的强度是指其抗拉、抗压、抗弯等力学性能。
不同的应用场景需要不同强度的材料,因此工程师需要根据实际需求选择合适的材料。
- 硬度:材料的硬度是指其抵抗划痕、压痕等的能力,常用来评价材料的耐磨性能。
- 导热性和导电性:金属材料通常具有良好的导热性和导电性,这些性能在电子产品和工业制造中非常重要。
- 耐腐蚀性:某些特定环境中,如潮湿、酸性或碱性环境中,材料的耐腐蚀性能非常重要,否则材料会迅速腐蚀损坏。
3. 材料加工- 铸造:铸造是最常见的金属加工方法,通过熔化金属,然后倒入模具中冷却成型,得到所需的零部件。
- 锻造:锻造是通过对金属进行加热处理,然后用压力将其塑形成所需形状的加工方法,得到的零部件具有优良的强度和韧性。
- 深冲:深冲是常见的塑料加工方法,通过给予塑料压力,使其成型为所需的零件。
4. 材料测试- 拉伸试验:通过拉伸试验可以测定材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率等力学性能参数。
- 硬度测试:硬度测试可以通过硬度计测定材料的硬度数值,包括布氏硬度、洛氏硬度等。
- 金相分析:金相分析可以通过显微镜观察材料的组织结构,帮助工程师了解材料的组织性能。
5. 材料选型- 在进行产品设计时,工程师需要根据产品所需的功能、强度、耐磨性等性能来选择合适的材料。
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一、基本知识点 1.结合键与晶体学基础(1)化学键包括离子键:静电吸引作用共价键金属键:金属正离子与自由电子之间的相互作用构成的金属原子间的结合力。
没有方向性和饱和性。
(理论包括自由电子模型和能带理论)物理键包括范德华键:包括3种,静电力、诱导力、色散力。
特点有:1、存在于分子或原子间的一种较弱的吸引力 2、作用能约为几十个kj/mol,比化学键小1-2数量级 3、一般没有方向性和饱和性。
氢键:存在于含氢的物质,与范德华健不同的是,氢键是有方向性和饱和性的较强的分子间力。
(2)晶体:是内部质点(原子、分子或离子)在三维空间以周期性重复方式作有规则的排列的固体,即晶体是具有格子构造的固体(1、有确定的熔点2、各向异性,即不同方向性能不同)。
非晶体:原子散乱分布或仅有局部区域的短程规则排列。
玻璃相:相:材料中均匀而具有物理特性的部分,并和体系的其他部分有明显界面的称为“相”(3)空间点阵:把由一系列在三维空间周期性排列的几何点阵成为一个空间点阵晶胞:组成各种晶体构造的最小体积单位晶面:在晶体结构内部中,由物质质点所组成的平面晶向:穿过物质的质点所组成的直线方向晶格:晶系:晶向族晶面族:在晶体中有些晶面上原子排列和分布规律是完全相同的,晶面间距相同,而晶面在空间的位向不同,这样一组等同晶面称为一个晶面族同素异构(4)八面体间隙四面体间隙配位数:指在晶体结构中,该原子或离子的周围与其直接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数致密度:一个晶胞中原子所占体积与晶胞体积的比值晶胞中的原子数 2、材料的结构固溶体:将外来组元引入晶体结构,占据主晶相质点位置一部分或间隙位置一部分,仍保持一个晶相,这种晶体称为固溶体(即溶质溶解在溶剂中形成固溶体)。
根据外来组元在主晶相中所处位置,可分为置换固溶体和间隙固溶体。
按外来组元在主晶相中的固溶度,可分为有限固溶体和无限固溶体。
置换固溶体:溶质取代了溶剂中原子或离子所形成的固溶体聚合度(等规度):在聚合物中的有规立构聚合的百分含量 3、晶体结构缺陷肖脱基缺陷:离位原子迁移到外表面或内界面处,这种空位称肖脱基空位弗兰克尔缺陷(空位):离位原子迁移到晶体点阵的间隙中,则称为弗兰克尔空位间隙原子:形成弗兰克尔空位的同时将形成等量的间隙原子,间隙原子可以是晶体本身固有的同类原子(称自间隙原子),也可以是外来的异类间隙原子。
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第5章 纯金属的凝固1、金属结晶的必要条件:过冷度-理论结晶温度与实际结晶温度的差;结构起伏-大小不一的近程有序排列的此起彼伏;能量起伏-温度不变时原子的平均能量一定,但原子的热振动能量高低起伏的现象;成分起伏-材料内微区中因原子的热运动引起瞬时偏离熔液的平均成分,出现此起彼伏的现象。
结晶过程:形核和长大过程交替重叠在一起进行2、过冷度与液态金属结晶的关系:液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。
从热力学看,没有过冷度结晶就没有趋动力。
根据T R k ∆∝1可知当过冷度T ∆=0时临界晶核半径R *为无穷大,临界形核功(21T G ∆∝∆)也为无穷大,无法形核,所以液态金属不能结晶。
晶体的长大也需要过冷度,所以液态金属结晶需要过冷度。
孕育期:过冷至实际结晶温度,晶核并未立即产生,结晶开始前的这段停留时间3、均匀形核和非均匀形核均匀形核:以液态金属本身具有的能够稳定存在的晶胚为结晶核心直接成核的过程。
非均匀形核:液态金属原子依附于固态杂质颗粒上形核的方式。
临界晶核半径:ΔG 达到最大值时的晶核半径r *=-2γ/ΔGv 物理意义:r<rc 时, ΔGs 占优势,故ΔG>0,晶核不能自动形成。
r>rc 时, ΔGv 占优势,故ΔG<0,晶核可以自动形成,并可以稳定生长。
临界形核功:ΔGv *=16πγ3/3ΔGv 3 形核率:在单位时间单位体积母相中形成的晶核数目。
受形核功因子和原子扩散机率因子控制。
4、正的温度梯度:靠近型壁处温度最低,凝固最早发生,越靠近熔液中心温度越高。
在凝固结晶前沿的过冷度随离界面距离的增加而减小。
纯金属结晶平面生长。
负的温度梯度:过冷度随离界面距离的增加而增加。
纯金属结晶树枝状生长。
5、光滑界面即小平面界面:液固两相截然分开,固相表面为基本完整的原子密排面,微观上看界面光滑,宏观上看由不同位向的小平面组成故呈折线状的界面。
粗糙界面即非小平面界面:固液两相间界面微观上看高低不平,存在很薄的过渡层,故从宏观上看界面反而平直,不出现曲折小平面的界面。
材料科学基础知识点
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材料科学基础知识点第一章1.1原子的结合有哪些?1.2工程材料可分为哪几类?1.3晶向指数、晶面指数能画图,给图能写出。
1.4金属常见的晶格类型、配位数、致密度、原子密排面、密排晶向、结构中的间隙。
1.5晶体中缺陷的种类。
1.6位错的种类、位错方向与柏氏矢量的关系、位错的运动方式。
1.7位错反应条件及计算。
1.8晶界的种类,界面能与晶界的关系。
第二章2.1影响置换固溶体溶解度有哪些因素?有何规律?1、原子尺寸因素:溶质和溶剂的尺寸差别越小越容易形成置换固溶体2、晶体结构因素:同一种间隙原子在fcc的固熔度大于bcc的3、负电性因素;负电性相差很大时,即亲和力很大,往往比较容易形成比较稳定的化合物; 负电性差不大时,随负电性值增加,有利于增大固溶度4、电子浓度因素:溶质元素的原子价越高,形成固溶体的极限固溶度越小。
2.2间隙固溶体与间隙相之间的关系。
间隙固熔体式固熔体的一种,间隙相是一种金属间化合物两者的晶体结构也各不相同。
2.3金属间化合物的种类及特点金属间化合物分为正常价化合物,电子价化合物和间隙化合物;正常价化合物:电负性差值越大,稳定性越高;电子价化合物:间隙化合物:主要受组元的原子尺寸因素控制。
通常是由渡族金属与原子半径很小的非金属元素组成,分为简单间隙化合物与复杂间隙化合物,非金属元素处于化合物晶格的间隙中。
第三章3.1金属结晶的热力学条件是什么?热力学第二定律:在等温等压条件下物质系统总是自发地从自由能较高的状态向自由能较低的状态转变,就是说只有伴随着自由能降低的过程才能自发的进行。
3.2金属结晶的能量条件是什么?能量起伏详细看书P85-86固态金属自由能低于液态金属自由能。
当温度低于Tm时液态的自由能Gl高于固态的自由能,由液态转为固态时,将释放出那份能量而是系统自由能降低,所以过程才能够自动进行。
凝固过程一定要在低于熔点温度时才能进行。
3.3金属结晶的结构条件是什么?结构起伏详细看书P86-873.4金属结晶时的形核有哪些方式?均匀形核、非均匀形核3.5根据凝固理论,如何细化晶粒?单位体积中的晶粒数取决于两个因素:形核率N和长大速度V;增加过冷度;小制件:增加冷却速度,大制件:采用形核剂;振动。
材料科学基础第一章材料结构的基本知识
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1、对物理性能的影响 1) 熔点:共价键、离子键的最高
,高分子材料
的最低. 2) 密度:金属键的25 最高,共价键
2、对力学性能的影响 (1) 强度:结合键强,则强度
也高,但还受组织的影响. (2) 塑韧性:金属键最好,共
价键、离子键最低. (3) 弹性模量:共价键、离子
键最高,金属键次之,二次键 最低
26
第三节 原子排列方式
• 晶体与非晶体 • 原子排列的研究方法 一、晶体与非晶体 1、晶体
原子(原子团或分子)在空间有规则的周期 性重复排列的固体。
一般情况下,金属、大多数陶瓷、少 数高分子材料为晶体。
27
• 非晶体:
排列无序,不存在长程的周期 规则排列。
二氧化硅结构示意图 28
• 材料最终得到什么结构,必须综合考虑 结构形成的热力学条件和动力学条件。
1、热力学条件 结构形成时必须沿着36 能量降低的方向进
• 等温等容过程:
亥姆过霍程兹自由能变化A,T, V 0
自发
•吉布等斯温自等由压能过变程化:G,T, P 0
程
自发过
2、动力学条件
反应速度。
化学反应动力学的Arhennius方程:
一、一次键 1、离子键 • 通过正负离子间相互吸引力
使原子结合的结10 合键.
• 例如:NaCl, MgO 对于 NaCl: Na:1S22S22P63S1 Cl: 1S22S22P63S23P5 Na 原子失去一个外层电子,变成
正离子,带正电 Cl 原子得到一个外层电子,变成
负离子,带负电
11
12
第一章 材料结构的基本知识
结构分4个层次: • 原子结构 • 结合键 • 原子的排列 • 显微组织
材料科学基础知识点总结
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一、金属的晶体结构重点内容: 面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径,八面体、四面体间隙个数;晶向指数、晶面指数的标定;柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。
基本内容:密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径,密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。
晶体的特征、晶体中的空间点阵。
晶胞:在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元,用来分析原子排列的规律性,这个最小的几何单元称为晶胞。
金属键:失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来,这种结合方式称为金属键。
位错:晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。
位错的柏氏矢量具有的一些特性:①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型;②柏氏矢量的守恒性,即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关;③位错的柏氏矢量个部分均相同。
刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直;螺型平行;混合型呈任意角度。
晶界具有的一些特性:①晶界的能量较高,具有自发长大和使界面平直化,以减少晶界总面积的趋势;②原子在晶界上的扩散速度高于晶内,熔点较低;③相变时新相优先在晶界出形核;④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚;⑤晶界易于腐蚀和氧化;⑥常温下晶界可以阻止位错的运动,提高材料的强度。
二、纯金属的结晶重点内容:均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系;细化晶粒的方法,铸锭三晶区的形成机制。
基本内容:结晶过程、阻力、动力,过冷度、变质处理的概念。
铸锭的缺陷;结晶的热力学条件和结构条件,非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。
相起伏:液态金属中,时聚时散,起伏不定,不断变化着的近程规则排列的原子集团。
过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。
变质处理:在浇铸前往液态金属中加入形核剂,促使形成大量的非均匀晶核,以细化晶粒的方法。
过冷度与液态金属结晶的关系:液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。
从热力学的角度上看,没有过冷度结晶就没有趋动力。
材料科学基础知识点大全
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1.晶体--原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列,有固定熔点、各向异性。
2.中间相--两组元A 和B 组成合金时,除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外,还可能形成晶体结构与A,B 两组元均不相同的新相。
由于它们在二元相图上的位置总是位于中间,故通常把这些相称为中间相。
3.亚稳相--亚稳相指的是热力学上不能稳定存在,但在快速冷却成加热过程中,由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。
4.配位数--晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。
5.再结晶--冷变形后的金属加热到一定温度之后,在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒,而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态,这个过程称为再结晶。
(指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程)6.伪共晶--非平衡凝固条件下,某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织,这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。
7.交滑移--当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时,有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移,这一过程称为交滑移。
8.过时效--铝合金经固溶处理后,在加热保温过程中将先后析出GP 区,θ”,’ θ,和θ。
在开始保温阶段,随保温时间延长,硬度强度上升,当保温时间过长,将析出’ θ,这时材料的硬度强度将下降,这种现象称为过时效。
9.形变强化--金属经冷塑性变形后,其强度和硬度上升,塑性和韧性下降,这种现象称为形变强化。
10.固溶强化--由于合金元素(杂质)的加入,导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。
11.弥散强化--许多材料由两相或多相构成,如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内,则这种材料的强度往往会增加,称为弥散强化。
12.不全位错--柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。
13.扩展位错--通常指一个全位错分解为两个不全位错,中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。
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精心整理第一章 材料中的原子排列第一节 原子的结合方式 2 原子结合键 (1)离子键与离子晶体 原子结合:电子转移,结合力大,无方向性和饱和性; 离子晶体;硬度高,脆性大,熔点高、导电性差。
如氧化物陶瓷。
(2)共价键与原子晶体 原子结合:电子共用,结合力大,有方向性和饱和性; 原子晶体:强度高、硬度高(金刚石)、熔点高、脆性大、导电性差。
如高分子材料。
(1)――-:构成空间点阵的最基本单元。
(2)选取原则: a 能够充分反映空间点阵的对称性; b 相等的棱和角的数目最多; c 具有尽可能多的直角; d 体积最小。
(3) 形状和大小 有三个棱边的长度a,b,c 及其夹角α,β,γ表示。
(4) 晶胞中点的位置表示(坐标法)。
3 布拉菲点阵 图1-7 14种点阵分属7个晶系。
4 晶向指数与晶面指数 晶向:空间点阵中各阵点列的方向。
晶面:通过空间点阵中任意一组阵点的平面。
国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。
(1) 晶向指数的标定 a 建立坐标系。
确定原点(阵点)、坐标轴和度量单位(棱边)。
b 求坐标。
u’,v’,w’。
c 化整数。
u,v,w. d 加[ ]。
[uvw]。
说明: a 指数意义:代表相互平行、方向一致的所有晶向。
b 负值:标于数字上方,表示同一晶向的相反方向。
b 性质:晶带用晶带轴的晶向指数表示;晶带面//晶带轴; hu+kv+lw=0c 晶带定律 凡满足上式的晶面都属于以[uvw]为晶带轴的晶带。
推论: (a) 由两晶面(h 1k 1l 1) (h 2k 2l 2)求其晶带轴[uvw]: u=k 1l 2-k 2l 1; v=l 1h 2-l 2h 1; w=h 1k 2-h 2k 1。
(b) 由两晶向[u 1v 1w 1][u 2v 2w 2]求其决定的晶面(hkl)。
H=v 1w 1-v 2w 2; k=w 1u 2-w 2u 1; l=u 1v 2-u 2v 1。
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应力:应力(工程应力或名义应力)σ=P/A。
式中,P为载荷;A。
为试样的原始截面积应变:应变(工程应变或名义应变)ε=(L-L。
)/L。
;L。
为试样的原始标距长度一般是(20mm 25mm 50mm)引伸计;L为试样变形后的长度拉伸的应力应变曲线斜率就是拉伸模量。
拉伸模量大,拉伸性能好拉伸模量:(Tensile Modulus)是指材料在拉伸时的弹性,其计算公式如下:拉伸模量(㎏/c㎡)=△f/△h(㎏/c㎡)其中,△f表示单位面积两点之间的力变化,△h表示以上两点之间的距离变化。
更具体地说,△h=(L-L0)/L0,其中L0表示拉伸长前的长度,L表示拉伸长后的长度。
霍普金森压杆应变率:g.mm-3强度:模量:模量=拉伸强度/应变应力应变曲线中最高的拉伸强度通常是最大的应力力学性能表征量:拉压弯剪ESEM 环境扫描电镜:environment scanning electron microscopeInfiltration 渗透渗透物XRD:X-ray diffraction ,X射线衍射,通过对材料进行X射线衍射,分析其衍射图谱,分析材料的成分等闪点(Flash point)是指可燃性液体挥发出的蒸汽在与空气混合形成可燃性混合物并达到一定浓度之后,遇火源时能够闪烁起火的最低温度。
在这温度下燃烧无法持续,但如果温度继续攀升则可能引发大火。
和着火点(Fire Point)不同的是,着火点是指可燃性混合物能够持续燃烧的最低温度,高于闪点。
闪点的高低也是染液是否安全的重要指标。
剥离强度(peel strength):粘贴在一起的材料,从接触面进行单位宽度剥离时所需要的最大力。
剥离时角度有90度或180度,单位为:牛顿/米(N/m)。
它反应材料的粘结强度。
如安全膜与玻璃。
MWK 多轴向径向编织复合材料Multi-axial warp knittedThreshold strain level阈值应变水平Longitudinal and transverse 横向和纵向的Through-thickness reinforcement of polymer laminatesChanges in the interior structure and mechanical response of composite materials may occur under such conditions内部结构的变化和复合材料的力学响应可能发生在这种情况下tensile strength and modulus 拉伸强度和模量specific strength 比强度;强度系数specific modulus比模量塑性是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性,对大多的工程材料来说,当其应力低于比例极限时,应力一应变关系是线性的。
英文专业名:Plasticity. Ductility, Briquettability.塑性材料的数据一般以拉伸的应力—应变曲线形式给出。
材料数据可能是工程应力(p/A0)与工程应变(dl/l0),也可能是真实应力(P/A)与真实应变(Ln (l/l0) )。
大应变的塑性分析一般采用真实的应力,应变数据而小应变分析一般采用工程的应力、应变数据。
在材料科学及冶金学上,韧性是指当承受应力时对折断的抵抗,其定义为材料在破裂前所能吸收的能量与体积的比值。
flexure modulus 弯曲模量load/deflection curves负载/挠度曲线braiding angle,编织角initial stage,初始阶段,stress displacement curve应力位移曲线The damage and fracture morphology of the composite samples after bending testswere observed by a FEI Quanta250 Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM).All the curves linearly increase at the initial stage, but with different slopes。
At the room temperature (19 C), the load immediately drops after it has reached the maximal point, and no clear yield phenomenon can be observed在室温(19 C),加载后立即地已达到最大点,没有明确的屈服现象可以观察到。
brittle fracture feature脆性断裂特征platform['plætfɔːm]n. 台,平台E为弯曲模量,l为试样跨距30mm,Δp为力的改变量,b为试样的宽度,h 为试样的厚度,Δf为形变的改变量。
σ为弯曲强度,p为最大力。
fibers fracture smooth cross-sections纤维断裂是光滑截面interface between fibers and matrix remains high strength bonding纤维和基体之间的接口仍高强度粘合plastic deformation[力] 塑性变形,塑性应变l裂纹扩展的英文名:crack propagation用平纹组织织成的织物叫平纹织物。
就是经纱和纬纱每隔一根纱就交织一次(即纱是1上1下的)。
这种布的特点是交织点多,质地坚牢、挺刮、表面平整,较为轻薄耐磨性好,透气性好。
平纹布的基本特征是采用平纹组织,纱线在织物中的交织点多,使织物挺括坚牢,比同规格的其它组织织物耐磨性好,强度高,布面匀整且正反面相同。
无纬布高性能纤维“UD”无纬布,是采用超高强•高模聚乙烯纤维为基材,经先进高科技设备均匀铺丝,用高强弹性体树脂浸渍涂胶和薄膜粘合,再经0°/90°;双正交复合层压而成。
该产品具有手感柔软、密度小、耐磨蚀、抗冲击、抗切割韧性强等优异性能,产品广泛应用于软质防弹衣、轻质防弹头盔、轻质防弹装甲板材,防刺、防切割服装衬片和特殊公共防暴设施,是当今世界强度最高、比重最轻的防弹材料。
网胎见pptplain cloth平纹布non-woven cloth 无纬布Tensile stress (rt)–strain (et) plots for the nonwoven compositesin the longitudinal direction at room temperature (RT) and 77 K areshown in Fig. 5a. These represent typical examples of the stress–strain curves. Some nonlinearity can be seen in tensile stress–应力应变曲线非线性的原因strain responses. This may be the result of progressive failuredue to various interacting micro-failure modes, such as matrix 基体破坏和纤维剥离cracking and fiber debonding [1]. The nonlinear behavior at roomtemperature can also be attributed to the material nonlinearityof polymeric materials, and the near-linear behavior at 77 K canbe related to polymer hardening. In addition, the nonwoven compositesfail in a brittle manner. Fig. 5b exhibits initial parts of tensilestress–strain curves. The lines in the figure show the linearfitting curves, and the initial slope of the stress–strain curve wastaken as the Young’s modulus. Fig. 6宏观断裂图shows typical specimens afterthe tension tests at room temperature and 77 K. Failure occurs inthe gage section of the specimens.Table 1 summarizes the Young’smoduli in tension Et, ultimate tensile strengths rtB and strains-to failure 对表格模量强度的描述etB at room temperature and 77 K. In the table, the overbarrepresents the average value. The tensile Young’s modulus andultimate tensile strength increase as temperature decreases fromroom temperature to 77 K. This can be explained by the temperaturedependence of the constituent material properties [10]. Also,the strain-to-failure应变造成的损害decreases as temperature varies from room temperature to 77 K since cryogenic temperatures cause polymersystems to become less ductile. Fig. 7 shows the SEM images ofthe fracture surfaces for the tension test specimens at room temperatureand 77 K. Fiber/matrix interface debonding is found onthe fracture surfaces. Also, the fibers aligned perpendicular to the垂直于断裂表面的纤维fracture surface are pulled out from the matrix after the interfacedebonding. These features are a result of a poor interface bondingbetween the fiber and the matrix. Obvious cleavage planes areshown in the matrix region, indicating brittle fracture. This isconsistent with the brittle behavior observed during testing. Itshould be noted that the failure mechanism is independent oftemperature.断裂机理不受温度的影响Typical flexural load (P)–deflection (d) curves at room temperatureand 77 K are illustrated in Fig. 9. The flexural behavior at roomtemperature is slightly nonlinear while the behavior at 77 K is linear.The composite specimen loses its load carrying capacity instantlyafter the maximum load. Fig. 10 shows representativephotographs of the specimens after the flexure tests at room temperatureand 77 K. The specimen failure is located within the span.Table 3 presents the flexural moduli Ef and flexural strengths rfB atroom temperature and 77 K. At both temperatures, the flexuralstrength is higher than the ultimate tensile strength. The differencebetween the flexural and tensile strengths may be due to the presenceof a stress gradient in the flexure test [12]. The flexural modulusand strength at 77 K are higher than those at roomtemperature. The SEM images of Fig. 11 show the fracture surfaceson the tensile side of the flexure test specimens at room temperatureand 77 K. Fiber/matrix interface debonding and matrix cleavagefracture are observed. Based on the classical beam theory, theshear stress varies parabolically through the specimen thicknessand the maximum shear stress occurs at the midplane. Also, thebeam theory predicts that the longitudinal normal stress distributionvaries linearly through the thickness and is a maximum at thebottom surface. Thus, the effect of the shear stress on the flexuralfailure may be small. As a result, the fracture surfaces for the flexurespecimens exhibit similar characteristics to those for the tensiontest specimens.结论The interface debonding between the fiber and the matrix isseen on the tensile fracture surfaces. The matrix material alsoexhibits a typical fractographic feature of brittle fracturebehavior. In addition, fractographic examination shows littledifference in composite failure mechanism between roomtemperature and 77 K.材料的破坏分塑性破坏和脆性破坏两种。