《材料科学与工程基础》.

《材料科学与工程基础》

课程讲授要点

3-5 复合材料组成与结构（45分钟，1学时）

3-5-1 复合材料的定义及分类

定义：组成、结构、制备、性能四方面特征

分类：重点介绍现代复合材料体系

3-5-2 复合材料的组成及特性

组成：基体、增强体（或功能体）、界面相

PMC、MMC、CMC、C/C及无机胶凝复合材料的基本组成

特性：一般特性和性能特点

3-5-3 复合材料的结构

常见结构、典型结构、“连通性”概念

3-5-4 复合材料的界面

界面的形成过程：三个阶段、界面的相互置换

界面结构及性能特点：相当体积分数的界面相、“梯度”性能、界面缺陷、残余应力界面相的功用：力的传递、力的分配、破坏过程中应力的再分配组合力学性能和复合

效应产生的根源所在。

界面破坏机制：5种基本破坏形式、组合破坏机制

界面理论：5种基本界面理论、界面设计与控制的概念

界面处理：玻纤、碳纤、有机纤维的一般表面处理方法、偶联剂处理的作用机理

4-1 复合材料的性能（90分钟、2学时）

4-7-1 复合材料性质的复合效应

1. 复合材料各组元（相）不同功用：基体、增强体、功能体、界面相

2. 复合效应

混合效应（组分效应）：适合于材料固有性质，对材料界面、缺陷、结构局部挠动

等不敏感，表现为各种形式的混合律。

混合律公式：材料性能取决于材料组成（体积分数或重量

分数）

协同效应：包括界面效应、尺寸效应、量子尺寸效应、乘积效应、系统效应、混杂效应、诱导效应等。适合于材料的传递性质（力、声、光、电、磁）不

仅取决于材料的组成，更取决于材料的结构、界面性质、缺陷局部挠动、

工艺因素等，复合材料的本质特征

重点：几何尺寸效应：临界长度Ic、临界长径比Ic/d公式的推导、概念及含义界面效应：二次复合律公式的推导、相互作用参数K的含义

4-7-2 复合材料的力学性能（90分钟、2学时）

1. 单向板的力学性能

纵向模量公式及推导

横向模量公式及推导

剪切模量公式及推导

泊松比公式及推导

Halpin-Tsai公式的内涵

纵向拉伸强度计算式、纵向拉伸破坏的三种模式

纵向压缩破坏的四种模式

横向拉伸破坏的三种模式

2. 冲击韧性

冲击强度、断裂韧性（GC）、冲击后压缩强度（CAI）

3. 疲劳性能

S-N曲线的含义

4. 纳米复合材料

纳米复合材料与常规复合材料的区别和特点

分子复合材料、无机超分子复合材料、原位复合等几个基本概念

4-8 纳米材料及效应（45分钟、1学时）

纳米材料的概念：同时具有纳米尺寸和纳米效应

纳米材料的三个层次：纳米效应、纳米固体、纳米组装体系

纳米结构单元：团簇、纳米微粒、人造原子、纳米管（棒、丝）

纳米材料的基本物理效应：①小尺寸效应②表面效应③量子尺寸效应

④宏观量子隧道效应

纳米材料奇特的物理化学性能

纳米材料的应用

第5章材料的制备与成型加工

5-1 材料的制备（90分钟，2学时）

5-1-1 金属材料的制备

铁的制备原理及制备方法

钢的制备原理及制备方法

铜的制备原理及制备方法

铅的制备原理及制备方法

5-1-2 无机非金属材料的制备

陶瓷的制备原理及制备方法

玻璃的制备原理及制备方法

水泥的制备原理及制备方法

耐火材料的制备原理及制备方法

5-1-3 高分子材料的制备

聚合物的合成：聚合机理及分类、聚合物合成工业实施方法及比较

聚合物的分离（单体及溶剂的回收）

聚合物的后处理（洗涤、干燥、造粒等）

5-2 材料的成型加工性（90分钟，2学时）

金属材料的铸造性：流动性

金属材料的可锻性：变形性

金属材料的可焊性：可焊性概念、可焊性评价

金属材料的切削加工性：综合力学性能指标

金属材料的粉末冶金加工工艺

聚合物的熔熵特性：聚集态转变

聚合物的流动特性：粘弹性流体

聚合物加工过程中的结构变化：结晶、取向、降解、交联

聚合物加工的基本工艺过程：配料、初混、混炼、造粒等

热塑性聚合物的成型方法：挤压成型、注射成型、压制成型、中空吹塑成型、压延成

型、热成型、熔融纺丝

热固性聚合物的成型方法：高分子溶液加工成型、溶液纺丝、溶液流延成膜