材料科学与工程导论重点
材料科学与工程导论
材料科学与工程导论
材料科学与工程是一门研究材料的性能、结构、制备和应用的学科，它涉及到各种材料，包括金属、陶瓷、高分子材料和复合材料等。
材料科学与工程的发展对于现代工业、能源、医疗、环境等领域都具有重要意义。
首先，材料科学与工程的研究对象是各种材料的性能和结构。
通过对材料的组成、微观结构和宏观性能进行研究，可以揭示材料的内在规律，为材料的设计、制备和应用提供科学依据。
其次，材料科学与工程的研究内容包括材料的制备和加工技术。
材料的制备和加工技术直接影响到材料的性能和应用范围，因此对于材料的制备和加工技术的研究具有重要意义。
另外，材料科学与工程还涉及到材料的应用和性能调控。
通过对材料的应用和性能进行研究，可以开发出具有特定功能和性能的材料，满足不同领域的需求。
总的来说，材料科学与工程是一门重要的交叉学科，它涉及到多个领域，对于现代社会的发展具有重要意义。
随着科学技术的不断发展，材料科学与工程也在不断取得新的进展，为人类社会的发展做出了重要贡献。
在材料科学与工程领域，我们需要不断深化对材料的认识，推动材料科学与工程的发展，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
希望通过我们的努力，能够推动材料科学与工程领域的发展，为人类社会的进步做出更大的贡献。
材料科学与工程导论第六版william
材料科学与工程导论第六版william摘要：一、材料科学与工程的概述1.材料科学与工程的定义2.材料科学与工程的学科体系二、材料科学与工程的历史发展1.古代材料的使用2.现代材料科学的发展3.我国材料科学与工程的发展三、材料的基本性能与分类1.材料的力学性能2.材料的物理性能3.材料的化学性能4.材料的分类四、材料制备与加工技术1.材料制备的基本过程2.常见材料加工技术五、材料的性能与应用1.结构材料2.功能材料3.复合材料4.超导材料六、材料科学与工程的展望1.新型材料的研发2.可持续发展与环保材料3.材料科学与工程的跨学科发展正文：材料科学与工程专业是一门研究材料的制备、性能、加工以及应用的基础理论与实践相结合的学科。
材料科学与工程专业涵盖了金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料等领域。
材料科学与工程专业有着悠久的历史，可以追溯到古代。
随着人类社会的发展，对材料的需求不断增加，推动了材料科学的发展。
在我国，材料科学与工程的发展始于上世纪50 年代，经过几十年的发展，已经在很多领域取得了显著的成果。
材料的基本性能主要包括力学性能、物理性能和化学性能。
力学性能主要包括强度、硬度、韧性等；物理性能主要包括导电性、导热性、磁性等；化学性能主要包括耐腐蚀性、抗氧化性等。
根据这些性能，材料可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料等。
材料制备与加工技术是实现材料性能与应用的关键环节。
材料制备的基本过程包括原料选择、制备方法、成型与加工等。
常见的材料加工技术有冶炼、铸造、锻造、轧制、拉拔、焊接、切削等。
材料科学与工程专业的研究领域广泛，涉及结构材料、功能材料、复合材料和超导材料等。
结构材料主要包括金属材料、陶瓷材料和塑料等，用于承载和传递力的部件；功能材料主要包括磁性材料、导电材料、光学材料等，用于实现特定功能的部件；复合材料是由两种或多种材料组合而成，兼具各种材料的优点；超导材料是指在低温下具有超导性的材料，具有很高的科研价值和应用前景。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
复合原理
1。纤维增强复合材料的复合原理
外载荷与纤维方向垂直
σc= σf = σm。 εc = εfVf＋εmVm。 1/Ec = Vf/Ef＋Vm/Em。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
复合原理
2。颗粒增强复合材料的复合原理 ρc = ρpVp＋ρmVm。
复合材料的基本理论
复合原理
1。纤维增强复合材料的复合原理
外载荷与纤维方向一致
Fc=σcAc = σfAf ＋σmAm。
σc = σfVf＋σmVm。
Ec = EfVf＋EmVm。
条件是复合材料中基体是连续的、均匀的，纤维的性质和 直径都是均匀的，且平行连续排列，同时纤维与基体间的 结合为理想结合，在界面上不产生滑移。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
颗粒增强复合材料的机理：
弥散分布在金属或合金中基体中的硬颗粒可以有效地阻止 位错运动，产生显著的强化作用。这种复合强化机制类似 与合金的析出强化机理，基体乃是承受载荷的主体。 不同的是，这些细小弥散的硬颗粒并非借助于相变产生的 硬颗粒，他们在温度升高时仍保持其原有尺寸，因而，增 强效果可在高温下持续较长时间，使复合材料的抗蠕变性 能明显优于金属或合金基体。
复合材料的基本理论
增强机理
颗粒增强
颗粒增强复合材料是指由高强度、高弹性模量的脆性颗粒 作增强体与韧性基体或脆性基体经一定工艺复合而成的多 相材料。 颗粒增强复合材料的种类： 纳米微细硬颗粒弥散增强，微米颗粒增强。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
弥散强化复合材料中弥散颗粒种类 金属氧化物 碳化物 硼化物
4。由被动复合向主动复合材料发展
材料科学与工程导论及总结
材料科学与工程导论及总结内容：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。
1、材料的定义与分类材料是人类用来制造有用的构件、器件或物品的物质。
材料与物质的区别：①对材料而言，可采用“好”或“不好”等字眼加以评价，对物质则不能这样；②材料总是和一定的用途相的；③材料可由一种物质或若干种物质构成；④同一种物质，由于制备方法或加工方法的不同，可成为用途各异的不同类型的材料。
按化学组成和结构特点：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料按材料性能：结构材料、功能材料按使用领域：建筑材料、电子材料、耐火材料、医用材料……2、材料的地位和作用材料是人类社会发展的基础和先导，是人类社会进步的里程碑和划时代的标志。
材料、能源、信息被称为人类社会的“三大支柱”。
纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。
材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，从而把人类物质文明推向前进。
人类文明的发展史就是材料的发展史材料的发展史就是人类文明的发展史石器时代、青铜器时代、铁器时代、• • •、半导体时代新材料是高技术发展的基础，是工业革命和产业发展的先导3、材料的性质材料性质：是材料的功能特性和效应的描述，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。
材料性质描述：力学性质：强度、硬度、刚度、塑性、韧性材料在力的作用下所表现出的特性即为材料的力学性质。
（1）弹性模量弹性模量是指材料在弹性极限范围内，应力与应变（即与应力相对应的单位变形量）的比值，用E表示，即：（2）强度在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。
(有多种强度类型）材料在外力作用下发生塑性变形的最小应力叫屈服强度，用σs表示。
材料科学与工程导论 第6章 高分子材料
聚酰胺（PA） 聚碳酸酯（PC） 聚甲醛（POM） 聚对苯二甲酸丁二醇酯 （PBT） 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 （ABS） PC
挡 风 板
6.1.3 高分子材料简介
ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是 Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一 种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。
有机玻璃顶棚
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6.1.3 高分子材料简介
▲工程塑料
热稳定性高是其最突出 的特点。使用温度 150~174℃。 用于机械设备等工业。
聚砜（PSU） 聚醚砜（PES） 聚醚醚酮（PEEK） 聚苯硫醚（PPS） 聚四氟乙烯 （PTFE）
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又称尼龙。强 度较高，耐磨、 自润滑性好， 广泛用作机械、 化工及电气零 件。 优良的机械性能， 透明无毒，应用 广泛。
初～40年代末）。
●现代高分子科学阶段（20世纪50年代初～20世纪末）。 ●21世纪的高分子科学—分子设计。
——高分子的概念始于20世纪20年代，但应用更早。1920年， 德国人Staudinger (施陶丁格)发表了“论聚合”的论文，提 出了高分子的概念。
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6.1.1 高分子材料科学发展简史
高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，它
▲单体 用来制备高分子的小分子物质称单体。 高分子的单体： 通过聚合反应能制备高分
子化合物的物质称做单体。
例如乙烯是单体，能聚合 生成聚乙烯。
[ CH2–CH2 ]n
13
6.1.2 高分子材料基本概念
▲结构单元 构成大分子的最小重复结构单元，简称结构 单元，或称链节。
[ CH2–CH2 ]n
▲聚合度
大一材料导论知识点
大一材料导论知识点材料导论是一门介绍材料科学与工程的基础课程，旨在让学生对不同类型的材料及其特性有一个整体的了解。
本文将针对大一材料导论中的几个重要知识点进行介绍，帮助学生更好地理解和学习这门课程。
一、材料的分类与常用材料1. 材料的分类：金属材料、无机非金属材料、有机材料、复合材料等。
2. 常用金属材料：铁、铜、铝、钢等。
常用无机非金属材料：陶瓷、玻璃等。
常用有机材料：塑料、橡胶等。
常用复合材料：纤维增强复合材料、层层复合材料等。
二、常见材料性能与表征方法1. 机械性能：强度、硬度、韧性等。
常用的测试方法有拉伸试验、硬度测试等。
2. 热性能：熔点、热膨胀系数等。
常用的测试方法有差热分析法、热膨胀试验等。
3. 电磁性能：电导率、磁性等。
常用的测试方法有电导率测量、磁性测试等。
4. 光学性能：透光性、折射率等。
常用的测试方法有透光率测量、折射率测试等。
5. 化学性能：腐蚀性、稳定性等。
常用的测试方法有腐蚀试验、稳定性测试等。
三、材料的结构与组织1. 金属材料的结构与组织：晶格结构、晶体缺陷、晶体生长等。
2. 陶瓷材料的结构与组织：晶体结构、非晶态、多孔结构等。
3. 高分子材料的结构与组织：线性结构、支化结构、交联结构等。
4. 复合材料的结构与组织：纤维增强剂、基体材料、界面结构等。
四、材料加工与制备方法1. 金属材料的加工与制备方法：熔铸、轧制、锻造等。
2. 陶瓷材料的加工与制备方法：烧结、热压等。
3. 高分子材料的加工与制备方法：模塑、挤出等。
4. 复合材料的加工与制备方法：层层堆叠、纤维增强等。
五、材料应用领域1. 金属材料的应用领域：机械制造、建筑结构等。
2. 陶瓷材料的应用领域：陶瓷器皿、电子元器件等。
3. 高分子材料的应用领域：塑料制品、橡胶制品等。
4. 复合材料的应用领域：航空航天、汽车制造等。
总结：材料导论是大一学生必修的基础课程，通过学习这门课程，学生将对各种类型的材料有一个整体的了解和认识。
《材料科学与工程导论》考试大纲
题号：923《材料科学与工程导论》考试大纲下面大纲是按专业方向列出的，考生可任选其中一个方向的大纲复习，考试按专业方向命题，学生选做其中一组即可。
1、金属材料及热处理内容要求：(1)金属固态相变的概论：金属固态相变的平衡转变和不平衡转变，固态相变的均匀形核和非均匀形核。
新相长大机制和新相长大速度。
(2)钢的热处理：钢的热处理的基本概念，钢的加热转变、冷却转变。
钢的退火与正火，钢的淬火和回火。
钢的表面热处理。
(3)钢铁中的合金元素：合金元素在钢中的作用，合金元素对铁碳相图的影响，合金元素对钢的相变和热处理的影响，合金元素对钢的性能的影响。
(4)合金结构钢：对结构钢的基本要求，结构钢的合金化，结构钢的含碳量与热处理，结构钢的淬透性，常用的合金结构钢：包括调质钢、超高强度钢、渗碳钢、弹簧钢和轴承钢。
(5)工具钢：碳素和低合金工具钢，高速工具钢，冷作摸具钢和热作摸具钢等，包括合金元素的作用、热处理特点。
(6)不锈钢：金属腐蚀的基本概念，合金元素在不锈钢中的作用，不锈钢的组织、不锈钢的腐蚀特性，不锈钢的强化与脆化。
(7)有色金属及其合金：铝及铝合金：铝合金中的合金元素，铝合金的热处理原理，时效过程中组织和性能变化，时效硬化的原因。
变形铝合金与铸造铝合金的成分、组织、热处理工艺和性能。
镁合金的基本特性、分类和编号。
镁合金中的合金元素，镁合金中的强化相，变形镁合金和铸造镁合金。
铜合金：铜的合金化二元黄铜组织和性能、多元黄铜。
青铜种类及其应用，白铜合电工白铜。
钛合金：钛的特性及钛的冶金基础，合金元素在钛合金中的作用，钛合金的分类、热处理和强韧化基础。
参考书目：(1) 吴承建等，金属材料学，北京：冶金工业出版社，2001年(2) 胡光立，钢的热处理原理与工艺，西安：西北工业大学出版社，1993年(3) 朱张校，工程材料（第三版），北京：清华大学出版社，2001年(4) 王晓敏，工程材料学，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998年2、高分子材料内容要求：(1)高分子材料的合成原理及方法：聚合反应及其分类，单体的聚合选择性，自由基聚合反应、阳离子型聚合反应、阴离子型聚合反应和共聚反应。
材料导论第十章 材料科学与工程的四个基本要素
电负性与元素周期表
电负性与键性的关系
• 电负性小的原子结合形成金属键； • 电负性大的原子结合形成共价键； • 电负性相差大的原子结合形成离子键； • 电负性相差小的原子结合形成共价键和离子键的
混合键。
2.2.2 材料中的化学键
• 金属键－金属离子与自由电子相互吸引所形成的结合力 特征： 1. 电子属于所有原子，可在晶格之间自由活动 2. 无方向性和饱和性 3. 强度高(稍低于共价键或离子键，25-200 kcal/mol) 4. 在低电负性的原子之间形成
还结合N、S、P、Cl、F、Si等 聚合度300－2500，分子量2－16万
材料的相组成
• 金属：单相材料
• 普通陶瓷：晶相＋玻璃相＋气孔 多相材料。
• 水泥：C2S、C3S、C3A、C4AF • 玻璃：单相材料
多相材料。
• 高分子：单相材料
• 复合材料：多相材料
2.2 材料的结构
• 材料的结构是指材料的组元及其排列和运动方式。 包含形貌、化学成分、相组成、晶体结构和缺陷、 官能团结构等内涵。
• 已知矿物约有2000－3000种，最常见的有100多 种。
• 金属、玻璃、陶瓷、高分子材料的原料大多数来自 矿物。 在118种元素中，惰性元素7种 非金属元素 17 种 金属元素 94 种
地壳中的矿物组成：
单质矿物：90多种，占地壳总重的0.1％。Cu、Ag 、Au、 Pt、Bi、Sb、C、S
材料原子间结合能与热膨胀系数之间的关系
• 材料的热膨胀系数（CTE）定义为 =(1/L)(dL/dT), 即材料在给定方向上的尺度L 随温度T 的升高而增加，其反映了材料尺寸随温度的变化。该宏观性质也与材料原 子间的键强有关。
• 材料中原子间结合能和原子间距的曲线形状反映了化学键的强度，进而反映了材料 热膨胀系数的大小。曲线越陡峭，最小值越低，其线性热膨胀系数越小。
材料科学与工程导论(双语)复习用.docx
材料科学与工程导论1 Polymerization (聚合作用)is the process by which small molecules (分子) consisting of one unit or a few units are chemically joined to create these giant molecules. Those small molecule units are called _____A) polymers B) monomers (单体) C) oligomers D)elastomerscable.A)For automobile bumper, the best choice of polymer is Natural Rubber.B)For mineral water bottle, the best choice of polymer is Low-Density (密度) Polyethylene (聚乙烯)C)For insulating cable, the best choice of polymer is polystyrene (聚苯乙烯).D)For mineral water bottle^ the best choice of polymer is Polyethylene Terephthalate.3)In general, for a given type of thermoplastic (热塑性塑胶)the tensile (可延展的) strength, creep resistance impact toughness, wear resistance, and melting temperature all increase with _______A) degree of polymerization B)density of branching C)tacticity D) crystallinity4)ABS, composed of acrylonitrile, butadiene, and styrene (苯乙烯)，is one of the most common polymer materials. Styrene and acrylonitrile form a liner copolymer (异量分子聚合物)(SNA) that serves as a matrix. Styrene and butadiene also form a liner copolymer, BS rubber, which acts as the __________ material.D or B?A)fire retardant B) filler C) cross-linking D)plasticizer5)Epoxies (环氧树月旨)are thermosetting polymers formed from molecules containinga tight C-O-C ring. During polymerization, the C-O-C rings are opened and the bonds are rearranged to join the molecules. If epoxy is used as an adhesive (粘齐ll) for a variety of applications, which kind of adhesives does it belong to?A)Chemically Reactive AdhesivesB)Evaporation or Diffusion AdhesivesC)Hot-Melt Adhesives D) Pressure-Sensitive Adhesives6)What area the major advantages associated with plastic compared to ceramics(陶瓷)，glasses, and metallic materials?A)lightweight and corrosion(铁锈,腐蚀卜resistantB)high strength and high-temperature resistantC)high-temperature resistant and insulatingD)high stiffness and corrosion-resistant7)Which one is not a thermoset polymer?A) Polyethylene B) Natural Rubber C) Epoxy D) Phenolic8)Depending on the degree of cross-linking, the polyurethanes behave as thermosetting polymers, thermoplastics (热塑性塑胶)，or elastomers. These polymers find application as fibers, coatings, and foams for furniture, mattress, and insulation. Why polyurethanes are versatile(为什么聚氨酯是通用的)？A) for their polar repeat unit B) for their linear structureC) for their multi-functional monomer D) for their tactictity structure9) Liquid Crystalline(透明的)Polymers are polymers which behave as _____A) liquid B) thermoplastic C) thernoset D) oriented (取向)rods10) The glass temperature (Tg) is typically about ______ t imes the absolute melting temperature (Tm).A) 0.2 to 0.3 B) 0.5 to 0.7 C) 0.8 to 1.0 D) 1.0 to 2.011) Most thermoplastic exhibit a non-Newtonian and visicoelastic behavio 匸 The stressand train are not linearly related for most parts of the stress-strain curve. The viscoelastic behavior means when an external (夕卜部的)force is applied to a B) both elastic and plastic (塑性) C) only plastic D) neither elastic nor plastic12) Compare the tensile strength of LDPE, HDPE, PVE, PP, and arrange them in sequence (顺序)from high strength to low tensile strength•A) LOPE>HDPE>PVE>PP B) LDPE>HDPE>PP>PVCC) PVC>PP>HDPE>LDPE D) PVC>HDPE>PP>LDPE13) Degree of polymerization is usually used to characterize _______A) cross-linking network B) thermosetting polymerC) polymer degradation D) thermoplastic polymer14) Silicones (硅)are important elastomer based on chains composed of silicon and oxygen atoms. The silicone rubbers provide high-temperature resistance, permitting use of the elastomer at temperature as high as ____________ °C. Low molecular weight silicones form liquids and are known as silicon oils.A) 100 B) 150 C) 200 D) 30015) There are a lot of thermoplastic processing methods, typical forming processincludes: extrusion, blow molding, injection molding, thermoforming, calendaring and spinning ・ If we want to produce sping water bottles, which processing way is best choice?A) extrusion 挤ill 成型 B) blow molding 吹塑成型 C) injection molding 注射成型D) thermoforming 热成型16) The recycling of thermoplastics is relatively easy and practiced widely. Many of the everyday plastic products you encounter (bags, soda bottles, yogurt containers, etc.) have numbers stamped on them. For PRT products, the number is 1. For HOPE and LDPE, the numbers are __________ ，respectively. Other plastics are marked number 7,A) 3 and 4 B) 4 and 5 C) 2 and 4 D) 2 and 317) The temperature above which a polymer burns, chars, or decompose. Which team is appropriately used in describing the remperature ・A) Tg B)Td C) Tm D) HDT18) Which forming process is not a best choice for thermosetting polymers.A) Compression molding B)transfer moldingC) reaction injection D) spinning19) Elastomers are thermoplastics or lightly cross-linked thermosets that exhibitthermoplastic _ A) only elasticdeformation occurs.greater than ______ elastic deformation.A) 0.2% B)2% C) 20% D)200°/o20)Thermoplastic elastomers combine feature of both thermoplastics and elastomers. At high temperature, these polymers behave as __________ and are plastically into shapes, at how temperature, they behave as ________A) thermoplastics; elastomers B) thermoplastics; thermosetting polymersC) elastomers; thermoplastic D) elastomers; thermosetting polymers21 Define (a) a thermoplastic, (b) thermosetting plastics, (c) elastomers, and (d) thermoplastic elastomers.Thermoplastics :热后可塑性物质是由一些单体聚合成长链组成，它们代表性的特性是可塑性，延展性。
材料导论--第二章--材料科学与工程的四个基本要素
□ 多学科交叉 □ 密切结合实际应用 □ 发展中的学科
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2.1.2 材料科学与工程的形成
材料科学的核心内容，在于研究材料的成分、组织结构与 性能的关系，具有科学的性质，其目的是解决“为什么”。
材料工程的核心内容，在于研究材料在制备、成形、处理 和加工过程中的工艺技术问题，其目的是解决“怎样做”。
面上会发生突变，但有界面分开的不一定都是两相，例 如，如果材料是由成分、结构均相同的同种晶粒构成的， 尽管各晶粒之间有晶界隔开，但它们仍属于同一种相。
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§2.2 材料的结构与性能
●组织：材料内部的微观形貌称为材料的组织。 在光学显微镜或电子显微镜下可观察到，能反映各
组成相形态、尺寸及分布的图像。
●材料的使用依赖于材料的性 能，而其性能都是由其化学组 成和结构决定的。 ●只有从微观上了解材料的组 成、结构与性能的关系，才能 有效地选择制备和使用材料。
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§2.2 材料的结构与性能
材料的结构
键合结构 晶体结构
组织结构
定义: 组成材料的原子或分子之间的空间分布。 材料的结构决定材料的性能。
内涵：包含化学成分、晶体结构和缺陷、相组成、形貌等。
在“材料科学”概念出现以前，金属、陶瓷和高分子都 已自成体系，但它们之间存在颇多相似之处，不同材料之间 可以相互借鉴，促使了该学科的发展。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
3）不同材料测试技术及工艺技术的交叉融合也促进了材料 科学的形成
虽然不同类型的材料各有其专用的生产设备和测试手段， 但它们在许多方面是相同或相近的。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵 材料的结构层次
大一材料科学导论知识点
大一材料科学导论知识点材料科学导论是材料科学与工程专业的基础课程之一，它主要介绍了材料科学的基本概念、发展历程以及相关的核心知识点和理论基础。
本文将围绕大一材料科学导论的知识点展开论述，帮助大家更好地理解和掌握这门课程。
一、材料的基本概念在学习材料科学导论之前，首先要了解材料的基本概念。
材料是人类用来满足需求的物质实体，可以分为金属材料、非金属材料和复合材料等多种类型。
材料的性能取决于其组成成分、结构以及制备工艺。
二、材料的分类和性能1.材料的分类材料可以按照其成分和结构进行分类。
按成分可分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料等；按结构可分为晶体材料、非晶材料和纳米材料等。
2.材料的性能材料的性能是指材料在特定条件下表现出来的特征和行为。
常见的材料性能包括力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等。
三、材料性能与结构的关系1.影响材料性能的因素材料的性能与其结构密切相关。
材料的微观结构可以通过原子、微观晶体结构来描述，而宏观结构指的是材料在大尺度上的形态和组织结构。
不同的结构会对材料的性能产生不同的影响。
2.结构与性能的关系结构与性能的关系是材料科学研究的重要内容。
例如，晶体结构的不同会导致材料的力学性能有所差异，非晶态结构则决定了材料的导热性能。
了解结构与性能的关系有助于我们设计和选择适用于特定应用的材料。
四、材料的制备和加工1.材料的制备方法材料的制备方法多种多样，包括传统的熔炼、冶金、陶瓷制备，以及近年来发展起来的各种先进制备技术，如纳米材料的制备、薄膜的制备等。
2.材料的加工方法材料的加工是将原始材料进行成型、改变形状的过程。
常见的加工方法有锻造、铸造、焊接、涂覆、切削等。
不同的材料对应不同的加工方法，选择合适的加工方法可以提高材料的性能和使用价值。
五、材料的性能测试和评价为了评估材料的性能是否满足使用要求，需要进行性能测试和评价。
常用的材料测试方法包括力学测试、热学测试、电学测试和光学测试等。
材料科学与工程导论1.0
材料科学与工程导论复习题——2013年一、名词解释1、材料材料是人类用于制造机器、构件和产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。
2、新材料新材料，主要是指那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料。
3、结构材料结构材料是主要利用材料的强度、韧性、弹性等力学性能，用于制造在不同环境下工作时承受载荷的各种结构件和零部件的一类材料，即机械结构材料和建筑结构材料。
4、功能材料具有某种优良的电学、磁学、热学、声学、光学、化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的高技术材料。
5、复合材料复合材料是由两种或两种以上物理、化学力学性能不同的物质，经人工组合而成的多相固体材料。
6、弹性模量一般地讲，对弹性体施加一个外界作用（称为“应力”）后，弹性体会发生形状的改变（称为“应变”），“弹性模量”的一般定义是：应力除以应变。
7、抗拉强度抗拉强度是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。
8、屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。
9、延伸率材料在拉伸断裂后总伸长与原始标距长度的百分比。
10、塑性外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。
11、韧性材料从塑性变形到断裂全过程吸收能量的能力。
12、硬度材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的。
13、蠕变极限表示材料抵抗蠕变能力大小的指标，一般用规定温度下和规定时间内达到一定总变形量的应力值表示。
14、疲劳极限材料能经受“无限”次循环而不发生疲劳破坏的最大应力值，称为材料的疲劳极限或持久极限。
15、退火通过缓慢冷却，获得接近平衡态的组织，达到均匀化、消除内应力的目的。
16、淬火快速冷却，获得远离平衡态的不稳定组织，达到强化材料的目的。
17、回火淬火或正火的材料重新加热，可以松懈淬火应力和使组织向稳定态过度，改善材料的延展性和韧性。
18、正火在奥氏体状态下，空气或保护气体冷却获得珠光体均匀组织，提高强度，改善韧性。
材料科学与工程学导论—第四章—功能材料
学
Cd，Pb
……
……
Cu-O
组
……
……
成
功能材料
超导材料
?
超
(K)
导
180
材
160
料
140
Ba-Ca-Cu-O# Hg-Ba-Ca-Cu-O
Hg-Ba-Ca-Cu-O 甲烷
Tc
120
Tl-Ba-Ca-Cu-O
Ba-Ca-Cu-O
提
100
Bi-Sr-Ca-Cu-O
高
转变温度,TC
年
80
Y-Ba-Cu-O
功能材料
纳 米 材 料 的 应 用
纳米材料
纳米TiO2光催化 纳米Ag的消毒杀菌
功能材料
约200年
约25 年 约50年
石油 天然气
煤炭
按2000年需求，主要 能源预计可开采年限
能源材料
能源危机
新能源
功能材料
能源材料
材料在新能源发展中的作用
把习用已久的能源变为新能源； 提高储能和能量转化效果； 确保新能源系统运行的安全和环境保 护，尤指核反应堆的安全和废料处理； 决定新能源的投资和运行成本；
制
备
方
球磨法
法
球磨法可以降低粉粒尺寸，固态合金化、混合或
融合，以及改变粉粒的形状。球磨法可以制备纳
米晶纯金属、不互溶体系的固溶体纳米晶、纳米
非晶、纳米金属间化合物以及纳米金属－陶瓷复
合材料等。
功能材料
纳米材料
纳 非晶晶化法
米
材
先将原料用急冷技术制成非晶薄带或薄膜，控
料
制晶化退火时间和温度，使非晶全部或部分晶
材
(完整版)材料科学与工程导论试题
第二章材料科学与工程的四个基本要素作业一第一部分填空题（10个空共10分，每空一分）1．材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、结构与成份和合成与加工。
2．材料性质的表述包括力学性质、物理性质和化学性质。
3．强度可以用弹性极限、屈服强度和比例界限等来表征。
4．三类主要的材料力学失效形式分别是：断裂、磨损和腐蚀。
5．材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。
6．晶体结构有三种形式，它们分别是：晶体、非晶体和准晶体。
7．化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。
8．材料的强韧化手段主要有固溶强化、加工强化、弥散强化、第二相强化和相变增韧。
第二部分判断题（10题共20分，每题2分）1．材料性质是功能特性和效用的描述符，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。
（√）2．疲劳强度材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。
（√）3．硬度是指材料在表面上的大体积内抵抗变形或破裂的能力。
（错）4．性能是包括材料在内的整个系统特征的体现；性质则是材料本身特征的体现。
（√）5．晶体是指原子排列短程有序，有周期。
（错）6．材料的热处理是指通过一定的加热、保温、冷却工艺过程，来改变材料的相组成情况，达到改变材料性能的方法。
（√）7．材料表面工程包括表面改性和表面保护两个方面。
（错）8．材料复合的过程就是材料制备、改性、加工的统一过程。
（√）9．材料合成与加工过程是在一个不限定的空间，在给定的条件下进行的。
（错）10．材料中裂纹的形成和扩展的研究是微观断裂力学的核心问题。
（√）第三部分简答题（4题共40分，每题10分）1．材料性能的定义是什么？答：在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的规范所获得的表征参量。
2．金属材料的尺寸减小到一定值时，材料的工程强度值不再恒定，而是迅速增大，原因有哪两点？答：1）按统计学原理计算单位面积上的位错缺陷数目，由于截面减小而不能满足大样本空间时，这个数值不再恒定；2）晶体结构越来越接近无缺陷理想晶体，强度值也就越接近于理论强度值。
材料科学与工程导论
材料科学与工程导论一、材料的定义与分类材料是人类用于制造机器、构件和产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础新材料，主要是指那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料。
为了规范新材料的含义，一般把具备以下三个条件之一的材料称为新(1.新出现或正在发展中的具有传统材料所不具备的优良性能的材料。
如：C60 2.高技术发展需要，具有特殊性能的材料。
如：形状记忆合金 3.由于采用新技术（工艺、装备）明显提高了性能，或者出现了新的功能的材料。
如：超级钢、纳米、超导材料、智能材料、生物医用材料）分类一：按组成与结构划分（金属材料无机非金属材料高分子材料复合材料）分类二：按用途分（电子信息材料航空航天材料能源材料生物医用材料等）分类三：按性能分结构材料（高温合金、难熔金属、金属间化合物、金属基复合材料、高分子材料、钛合金、镁合金）功能材料（吸波材料、单晶硅、形状记忆材料）分类四：按应用与发展分（传统材料新材料如纳米铜、超导电缆）二、材料的地位和作用当代文明：能源材料信息新技术革命：信息技术新材料生物技术材料是人类社会发展的基础和先导1>新材料技术是工业革命和产业发展的先导两次工业革命都是以新材料的发明和广泛应用为先导第一次工业革命（18世纪）：制钢工业的发展为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础。
第二次工业革命（20世纪中叶以来）：单晶硅材料对电子技术的发明和应用起了核心作用。
2>新材料技术是社会现代化的先导21世纪重点发展的高技术领域的进展与趋势21世纪重点发展的高技术领域的材料选择新材料技术是高技术发展的基础21世纪重点发展的高技术领域的进展与趋势环境科学技术：探求人类与环境和谐共存方式空间科学技术：探索宇宙空间（多种用途的人货分离的新一代航天飞行器、小卫星技术、太空攻防技术）新材料科学技术：探索物质结构（纳米技术、光电子材料、光子材料、新型功能材料、新型结构材料）新能源与再生能源：实现人类可持续发展（化石能源高效清洁利用技术、新能源‘核能、氢能’和可再生能源技术、天然气水合物的开发）信息科学技术：信网络技术、宽带通信技术、半导体技术、计算机智能技术生物科学技术：探索生命本质（基因组学、蛋白质科学、干细胞及再生医学）海洋科学技术：探索海洋奥秘七大高新技术领域1.信息科学技术：正在发生结构性变革，仍然是经济持续增长的主导力量。
材料科学与工程导论
材料科学与工程导论1. 引言材料科学与工程是研究材料的组成、结构、性能和制备工艺的学科。
它涉及到许多领域，如化学、物理、生物学和工程学等。
材料科学与工程的开展对现代社会的各个方面都具有重要的意义，包括能源、环境、医疗、电子等。
2. 材料的分类根据材料的性质和组成，可以将材料分为金属、陶瓷、聚合物和复合材料四大类。
金属材料具有良好的导电性和导热性，常见的金属材料有铁、铜、铝等。
陶瓷材料具有高的硬度和抗腐蚀能力，常见的陶瓷材料有瓷器、玻璃等。
聚合物材料具有良好的可塑性和绝缘性能，常见的聚合物材料有塑料、橡胶等。
复合材料是由两种或更多种材料组合而成，具有综合性能优于单一材料。
3. 材料的性能材料的性能是指材料在特定条件下所表现出的特性。
常见的材料性能包括力学性能、热性能、电性能、磁性能等。
力学性能包括强度、韧性、硬度等。
热性能包括热导率、热膨胀系数等。
电性能包括导电性、介电常数等。
磁性能包括磁导率、磁饱和磁感应强度等。
4. 材料的制备工艺材料的制备工艺是指将原始材料经过一系列加工和处理步骤转变为所需的最终产品的过程。
常见的材料制备工艺包括熔炼、成型、烧结、合成等。
熔炼是将固态材料加热至熔点并冷却固化的过程。
成型是将熔融或可塑性材料加工成所需形状的过程。
烧结是将粉末材料在高温条件下进行烧结以获得致密结构的过程。
合成是在化学反响条件下将原始物质转化为目标材料的过程。
5. 材料科学的应用材料科学的应用非常广泛，几乎涉及到所有的工业和技术领域。
在能源领域，材料科学的应用可以提高电池的储能密度和光伏电池的效率。
在汽车领域，材料科学的应用可以降低汽车的重量和提高汽车的平安性能。
在医疗领域，材料科学的应用可以改善医疗器械的生物相容性和可植入性。
在电子领域，材料科学的应用可以制备出更小、更快、更节能的电子设备。
6. 材料科学的开展趋势随着科学技术的不断开展，材料科学也在不断进步。
未来的材料科学开展将更加注重材料的可持续开展和综合性能的提升。
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《材料科学与工程》期末复习题一、填空题（每空 1 分，共 24 分）1.根据材料的化学组成，材料可以分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料。
2.生态环境材料的三要素为先进性、环境协调性、舒适性。
3.生态环境材料可分为原料无害化材料、绿色环境过程材料、可循环利用材料、高资源生产率材料。
4.按照断口颜色分，铸铁可以分为灰铸铁、白口铸铁和马口铸铁。
5.按照化学类型，贮氢合金可以分为AB5型、AB2型、AB型、A2B型。
6.减震合金的分类：孪晶型、铁磁性型、位错型、复相型、复合型。
7.常用的硬度测试方法：布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法、显微维氏硬度、肖氏硬度法。
8.按研究的尺度，材料的结构可以分为四个层次：宏观组织结构、显微组织结构、原子(分子)排列结构和原子中的电子结构。
9.塑性变形方式：位错运动、孪晶、蠕变、粘滞性流动。
10.选矿的主要方法有：手工选矿法、重力选矿法、磁选法、浮选法、联合选矿法。
11.从工艺角度看，冶炼可以分为火法冶炼、湿法冶炼、电冶炼。
二、判断题：（所给的是正确表述）（每题1 分，共6 分）1.用洛氏硬度的三种表示方法 HRC、HRB、HRA 表示出来的硬度无法比较。
2.σmax/гmax 越大，脆性越大。
3.刃型位错的位错线与滑移方向垂直，螺旋位错的位错线与滑移方向平行。
4.位错属于线缺陷。
5.防锈铝合金，不可以采用热处理强化，而是采用冷加工变形硬化。
6.冷变形温度比淬火温度高。
7.工业高纯铝，数字越大,纯度越高。
8.固溶体的晶质类型跟溶剂保持一致。
三、简答题：（每题4 分，共16 分，8 选4）1.什么是生命周期评价方法？答：是用数学物理方法结合实验分析对某一过程、产品或事件的资料、能源消耗、废物排放、环境吸收和消耗能力等环境负担性进行评价、定量该过程、产品或事件的环境合理性及环境负荷量的大小。
2.传统陶瓷与现代陶瓷的区别？答：3.聚集态原子间相互作用的一般规律。
答：不同类型的固体有不同的结合键，可以用双原子模型来说明。
当两原子相距无限远时，相互作用力为零。
两原子靠近时，原子间产生引力FA 和斥力FR，但引力大于斥力，并均随原子间距离r减小而增大。
当r=r0时，FA+FR=0。
此时达到平衡态，一旦处于这个位置，它们之间的引力对抗任何企图分离它们的作用，同时欲使它们更靠近，而它们之间的排斥作用与之相对抗。
4.弹性形变与塑性形变的定义和特点。
答：弹性形变：材料在外力作用下会发生变形，如果外力卸载后变形也随之消失，这种可恢复的形变就称为弹性形变。
特点：变形可逆，去除外力后变形消失；服从虎克定律，应力和应变成线性关系。
塑性形变：材料在外力作用下发生变形，如果外力卸载后变形不能完全消失，这种不可恢复的形变就称为塑性形变。
特点：卸载后材料会留下一定的残余变形或永久变形；应力和应变不再成线性关系。
5.提高陶瓷材料强度及改善脆性（增韧）的途径。
答：（1）制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷；（2）消除表面缺陷，可有效提高材料的实际强度和韧性；（3）在陶瓷表面引入压应力，可提高材料的强韧性；（4）细化晶粒；（5）复合增韧；（6）相变增韧。
6.粉末冶金的特点。
答：（1）粉末冶金可以生产普通方法无法生产的特殊性能的材料；（2）粉末冶金容易控制材料的组成，从而生产出组织均匀、晶粒细小、性能稳定的优质材料，特别适合于生产高合金粉末冶金材料；（3）粉末冶金可直接将金属粉末制成成品或接近成品的最终形状和尺寸的零件，因此是一种少、无切削的成型加工方法；（4）生产率较高。
7.单晶体制备的基本原理是什么？不同单晶体的生长方法是什么？答：基本原理：设法使液体在结晶时只有一个晶核形成并长大。
生长方法：（1）从熔体中制备单晶；（2）从溶液中制备单晶；（3）气相生长法制备单晶；（4）固相生长法制备单晶。
8.什么是金属材料表面强化及表面改性处理技术？答：就是利用各种物理、化学或机械等手段，改变材料表面的形貌、化学成分、相组织、微观结构、缺陷状态或应力状态，或者给材料表面施加各种覆盖层，从而使机件表面获得希望的成分、组织结构和性能。
四、论述题：（每题10 分，共30 分,6 选3）1.金属的蠕变变形机理和蠕变断裂机理?答：蠕变变形机理：（1）位错滑移蠕变。
常温下，若滑移面上位错运动受阻，产生塞积现象，滑移便不能进行；高温位错可借助于外界提供的热激活能和空位扩散克服某些短程障碍，从而产生变形。
（2）扩散蠕变。
无外力作用下，原子和空位的移动无方向性，材料无塑性变形。
有外力作用时，拉应力下的晶界产生空位，而压应力作用下的晶界空位浓度小，因此空位由拉应力晶界向压应力晶界迁移，致使晶体产生伸长的蠕变。
（3）晶界滑移蠕变。
高温下T/Tm>0.5，晶界上的原子容易扩散，受力后发生滑动，促进蠕变。
蠕变断裂机理：金属在高温持久载荷下的断裂多为沿晶断裂，不同温度及应力条件下，晶界裂纹的形成方式有两种：（1）在三晶粒交会处形成楔形裂纹；（2）在晶界上由空洞形成晶界裂纹。
2.固体热膨胀的微观机理。
答：（1）大多数固体材料都会随着温度的升高而发生膨胀。
（2）膨胀的原因是原子受热后其能量增大，发生偏离平衡位置的振动，导致原子间距离的增加，从而使材料在宏观上表现出体积或线尺寸增大。
（3）以双原子模型的势能——原子间距的关系曲线作以解释。
设0K时，随温度的升高，一是原子振动两个原子中的一个固定在原点，另一个原子的平衡位置为r的振幅加大；二是原子围绕平衡位置作非对称的振动，即原子振动的平均位置不在原来的平衡位处，而是右移了。
正是由于势能曲线的不对称性，才导致了两原子间的距离增大，因置r而显示出热膨胀。
3.材料弹性模量的影响因素答:(1)键合方式和原子结构：共价键、离子键和金属键都有较高的弹性模量，分子键结合力较弱，弹性模量较低；金属元素弹性模量的大小还与元素在周期表中的位置有关，原子半径越大E 值越小，过渡族金属的 E 值较高。
(2)晶体结构：单晶体－弹性各向异性；多晶体－弹性伪各向同性；非晶态－各向同性。
(3)化学成分：化学成分变化引起原子间距和键合方式的变化，从而影响材料的弹性模量。
固溶体合金在溶解度较小的情况下一般影响不大。
(4)微观组织：合金成分不变的情况下，微观组织对弹性模量的影响较小，晶粒大小对 E 值无影响。
因此热处理对材料的弹性模量的影响不大。
(5)温度：温度升高，E 值降低；室温附近 E 值变化不大。
(6)冷塑性变形：使 E 值稍有降低。
(7)加载条件和负荷持续时间：对 E 值影响不大。
4.举例说明形成固溶体后对晶体性质的影响答：（1）稳定晶格,阻止某些晶型转变的发生。
ZrO是一种高温耐火材料,熔点2680℃，2单斜←−1200−︒C →四方2 3 2 但发生相变时伴随很大的体积收缩,这对高温结构材料是致命的,若加入 CaO 、Y 2O 3 等氧化物则和 ZrO 2 形成固溶体,无晶型转变,体积效应减少,使 ZrO 2 成为一种很好的高温结构材料。
（2） 活化晶格。
形成固溶体后,晶格结构有一定畸变,处于高能量的活化状态,有利于进行化学反应。
如 Al 2O 3 熔点高(2050℃)不利于烧结,若加入 TiO 2,可使烧结温度下降到 1600℃,因为Al O 与TiO 形成固溶体,Ti 4+置换Al 3+后带正电,为平衡电价,产生了正离子空位,加快扩散,有利于烧结进行。
（3） 固溶强化。
固溶强化的程度(或效果) 取决于它的成分、固溶体的类型、结构特点、固溶度、组元原子半径差等一系列因素。
间隙式溶质原子的强化效果一般要比置换式溶质原子 更显著；溶质和溶剂原子尺寸相差越大或固溶度越小,固溶强化越显著。
（4） 形成固溶体后对材料物理性质的影响。
固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化,但一般都不是线性关系,固溶体的强度与硬度往往高于各组元,而塑性则较低。
如 PbTiO 3 是一种铁电体,纯 PbTiO 3 烧结性能极差,Tc=490℃； PbZrO 3 是一种反铁电体,Tc=230℃。
两者结构相同,Zr 4+、Ti 4+离子尺寸相差不多,能在常温生成连续固溶体后，压电性能、介电常数都达到最大值,烧结性能也很好。
5. 玻璃相的形成、成分、特点、作用、对陶瓷材料性能的影响答：形成：陶瓷烧结时各组成物和杂质产生一系列物理化学反应后所形成的液相冷却而 形成的。
成分：二氧化硅和其他氧化物。
特点：(1) 非晶态，无规网络的硅酸盐结构；(2)是一种低熔点的固体。
作用：（1）填充晶粒间的空隙，粘结分散的晶相，提高材料的致密度；（2）降低烧结温度，促进烧结，改善工艺性；（3）阻止晶体转变，抑制晶体长大；（4）获得一定程度的玻璃特性，如透光性等。
玻璃相对陶瓷材料的影响：（1）组成不均匀，使材料的物化性质不均匀；（2）玻璃相的机械强度比晶相低一些，热稳定也差一些，在较低温度下便开始软化；（3）玻璃相过多，陶瓷的熔点也降低。
6. 位错与晶体材料强度的关系答：强度是材料抵抗变形的能力。
大多数工程材料都是晶体材料，晶体材料的塑性变形以滑移为主，是通过晶体内部的位错运动实现的，由此似乎可以得出结论，实际晶体中位错密度越低，晶体的强度越高。
但在生产实际中，位错的密度越高，晶体的强度就越高。
因此， 可以采取两条完全相反的路径，尽量减少位错密度，或尽量增大位错密度。
（1）尽可能地减少晶体中的位错密度，使其接近于完整晶体，或者说制成无缺陷的完整晶体，使金属实际强度接近于理论强度；（2）尽量增大晶体中的位错密度，并且尽可能地给运动着的位错设置障碍，以及抑制位错源的运动。
五、计算题（每题 12 分，共 24 分,1 必考，2、3 选 1）1.通过计算判断下列位错能否自发进行。
（注意：解答时先写上“需满足两个条件，即几何条件和能量条件”，然后作答，本步1分）2.利用阿伦尼乌斯公式计算。
计算公式V=Aexp(-Q/KT)（Q单位为J，K=1.38×10-23J/K）或V=Aex(-Q/RT)（Q 单位为J/mol，R=8.314J/mol/K）（课本p155）3.利用蠕变速率公式εss = Aσn exp（-Q/RT）计算。
（课本p165）。