材料概论第一章材料与材料科学
《材料概论》课件
复合材料的物理性质，如热导率、电导率、磁导 率等，也取决于其组成成分的性质以及它们的组 合方式。
化学性质
复合材料的化学性质取决于其组成成分的性质以 及它们的组合方式。它们通常具有更好的耐腐蚀 性和抗氧化性。
复合材料的用途
航空航天领域 汽车工业 建筑领域
体育用品领域
由于复合材料具有高强度、轻质等特点，广泛应用于制造飞机 和航天器的结构件。
有机高分子材料的用途
塑料
包装材料、建筑材料、家电外壳
橡胶
轮胎、密封圈、减震材料
纤维
纺织品、防护服、绳索
涂料与粘合剂
防腐涂料、家居装修用粘合剂
05
复合材料
复合材料的分类
按基体分类
复合材料可以分为金属基复合材料、树脂基复合材料、陶瓷基复合材 料等。
按增强体分类
复合材料可以分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料、层叠增强 复合材料等。
材料科学的分类
总结词
材料科学主要分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料等。
详细描述
根据材料的性质和应用，材料科学主要分为金属材料、无机非金属材料、高分 子材料和复合材料等。这些类别涵盖了各种常见的材料，如钢铁、陶瓷、塑料 、橡胶等。
材料科学的重要性
总结词
材料科学在科技和工业发展中具有重要 作用，对国民经济和社会发展具有重要 意义。
按应用领域分类
复合材料可以分为航空航天复合材料、汽车复合材料、建筑复合材料 、体育用品复合材料等。
按制备工艺分类
复合材料可以分为热压复合材料、热熔复合材料、液体复合材料等。
复合材料的性质
1 2 3
力学性质
复合材料的力学性质取决于其组成成分的性质以 及它们的组合方式。它们通常具有更高的强度、 刚度和耐疲劳性。
新材料概论
第1章材料概论1.能量：可为人类经济利用的成为能源。
知识：需要利用和传播的叫做信息。
物质：可用于制造有用物品的叫做材料。
20世纪70年代，信息、材料和能源称为当代文明的三大支柱；20世纪80年代，新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志；20世纪90年代，材料、信息、能源和生物技术作为国民经济发展的四大支柱产业。
2.材料的定义:为人类社会所接受地、经济地制造有用器件的物质叫做材料。
材料的判据：①资源判据②能源判据③环保判据④质量判据⑤经济判据3.新材料一般具有的特点：①具有一些优异性能或特定功能。
②新材料的发展与材料科学理论的关系比传统材料更为密切。
③新材料的制备生产往往与新技术和新工艺紧密相关。
④更新换代快，样式多变。
⑤新材料大多是知识密集、技术密集、附加值高的高技术材料，传统材料通常为资源型或劳动集约型材料。
4.材料结构的基本概念组元：组成材料最基本、独立的物质，可以是纯元素，也可以是稳定的化合物。
相：材料中同一化学成分并且结构和性能相同的均匀连续部分称。
组织：材料内部的微观形貌。
5.（大题）固溶体：合金由液态结晶为固态时，一组元的晶格中溶入另一种或多种其他组元而形成的均匀相称为固溶体。
保留晶格的组元称为溶剂，溶入晶格的组元称为溶质。
6.硅酸盐结构分类a 岛状硅酸盐：含有限Si-O团的硅酸盐，包括含孤立Si-O团和含成对或环状Si-O团两类。
b 链状硅酸盐：Si-O团共顶连接成一维结构，又含单链和双链两类。
c 层状硅酸盐：Si-O团底面共顶连接成二维结构。
d 骨架状硅酸盐：Si-O团共顶连接成三维结构。
7.高分子材料化学稳定性好的原因：1.分子链上各原子是由共价键结合而成的，键能较高结合牢固;2.高分子的特殊形态，使得大分子链上能够参加化学反应的集团在与化学反应介质的接触上比较困难; 3.高聚物大都是绝缘体，不会产生电化学腐蚀。
8.高分子材料的老化：1.由于大分子链之间产生交联，使其从线型结构或支链结构变为体型结构，变脆，失去弹性。
材料概论重点内容
重点内容第一章：1、掌握材料的概念及其分类；2、了解材料是人类进步的里程碑；先进材料是高新技术发展和社会现代化的基础和先导；3、了解材料科学与工程的形成与内涵；4、掌握材料的组成、结构、性能与使用效能之间的关系及材料的发展与应用第二章：1、重点了解材料的常见性能指标，包括力学性能、物理性能和化学性能；2、了解金属材料中的钢铁、铜和铜合金、铝和铝合金的性能特点及其应用场合。
3、了解钛和钛合金、陶瓷材料、高聚物材料的性能特点及其应用场合。
第三章：掌握导体、半导体和绝缘体材料、超导材料、铁电、热释电、压电和介电材料的结构、性能特点及其应用场合。
第四章：1、掌握磁性的概念、物质磁性分类、磁性材料的分类；•2、重点了解几种新型磁性材料及其应用途径。
•第五章：1、记住基本概念：零电阻现象、迈斯纳效应、约瑟夫森效应；2、理解产生超导的原因和超导体的临界条件；3、了解一、二类超导体之间的区别与联系、超导材料的发展前景；4、、知道超导氧化物的种类及其性能特点。
第六章：1、了解光纤材料的发展史。
2、掌握光纤材料的分类、特点及其应用；3、理解光色材料。
4、掌握红外材料的分类、性能、应用。
第七章：1、了解新能源材料在我国国民经济发展中的重要地位和未来发展的核心作用；2、掌握新型二次电池的种类、原理、性能及其应用；3、掌握燃料电池的构造、原理、特点和应用前景。
第八章：1、了解生物材料的发展、特点和应用前景；2、掌握硬组织相容材料、软组织相容材料、血液相容性材料、生物降解材料的分类、性能特点及其应用场合。
第九章：1、了解环境材料的发展概况、对我国国民经济发展的影响；2、明确环境材料的提出、定义和研究内容；3、掌握环境协调性评价的涵义、应用标准和注意事项；4、掌握材料的生态设计、材料的环境友好加工以及传统材料的友好加工；5、懂得天然材料的加工和应用、绿色包装材料、绿色建材、环境净化、替代和修复材料、环境降解材料的特点与应用前景。
材料科学与工程概论
材料科学与工程概论第一章绪论第一节元素、物质、材料第二节材料对人类文明进步的意义2.1 材料与人类的日常生活2.2 材料与新技术革命2.3 材料与国防现代化第三节怎样得到新材料第四节材料科学与工程基本要素第二章材料的微观世界第一节固体原子间相互作用和材料分类1.1 元素周期表及电负性1.2 原子结合能与结合力1.3 化学键1.4 材料分类第二节固体中原子的排列2.1 晶体结构2.2 准晶、非晶、液晶结构2.3 晶体缺陷第三节相与组织3.1 相与组织3.2 相的分类3.3 相图3.4 Fe-C 二元相图第四节固体中的电子4.1 单个原子的电子分布4.2 晶体中的电子4.3 导体、半导体和绝缘体第三章材料的组织结构与性能的关系第一节结构材料1.1 材料在承载时发生的变化1.2 金属材料1.3 无机非金属材料1.4 有机高分子材料1.5 复合材料第二节功能材料2.1 功能材料性能简介2.2 电性能与微观结构的关系2.3 光性能与微观结构的关系2.4 磁性能与微观结构的关系1.1 材料工艺的重要第四章材料工艺第一节材料工艺的重要性1.2 材料工艺的创新途径1.1 材料工艺的重要1.3 材料工艺的经济性、稳定性和环境兼容性第二节生产工艺2.1 金属材料2.2 陶瓷材料2.3 高分子材料2.4 单晶材料第三节加工工艺3.1 金属加工工艺3.2 塑料和橡胶的加工工艺3.3 复合材料的加工工艺第四节材料工艺性能的表征4.1 直接实验法4.2 相关法第五节新工艺新技术5.1 表面改性5.2 金属雾化喷射沉积5.3 金属半固态加工5.4 自蔓延合成技术第五章零件失效分析与选材原则第一节产品、工程的质量与材料第二节失效分析及其重要性第三节选材原则与方法3.2 选材方法第四节零件失效分析4.1 失效过程和产生失效原因的特点4.2 失效分析的正确思路4.3 断裂失效4.4 磨损失效4.5 环境介质作用下的失效4.6 金属失效的预防3.1 选材原则。
材料概论绪论课件
铝合金等。
材料的复合化
01
02
03
04
金属基复合材料
利用金属与非金属材料的复合 ，获得具有优异性能的复合材
料。
陶瓷基复合材料
利用陶瓷与非金属材料的复合 ，提高陶瓷材料的韧性和抗冲
击性能。
高分子基复合材料
利用高分子与无机非金属材料 的复合，获得具有优异性能的
高分子复合材料。
纳米复合材料
利用纳米技术与高分子、陶瓷 、金属等材料的复合，获得具
有纳米尺度的复合材料。
生物材料的发展
生物相容性材料
研究开发与生物体相容的 材料，用于医疗器械、人 工器官等领域。
生物降解材料
研究开发能够在生物体内 降解的材料，用于药物载 体、手术缝合线等领域。
生物活性材料
研究开发具有生物活性的 材料，如生物活性玻璃、 生物活性陶瓷等。
材料科学的分类
总结词
材料科学主要分为金属材料、无机非金属材料、高分 子材料和复合材料等。
详细描述
金属材料是指以金属元素或以金属元素为主组成的材料 ，具有导电、导热等优良性能，广泛应用于工业、建筑 和日常生活中。无机非金属材料是指以非金属元素或以 非金属元素为主组成的固体无机材料，如陶瓷、玻璃、 水泥等，具有耐高温、耐腐蚀等特性。高分子材料是由 大量分子链组成的材料，如塑料、橡胶、纤维等，具有 质轻、绝缘等特性。复合材料是由两种或多种材料组成 的新型材料，通过复合可以获得单一材料所不具备的性 能。
材料的回收与再利用
资源节约
通过材料的回收与再利用，可以减少对新资源的 需求，从而节约资源，降低开采对环境的影响。
减少污染
回收与再利用可以减少废物的产生，从而降低对 环境的污染。
材料学概论1-绪论
材料是人类文明 发展的物质基础
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。
第一章 绪论
1. 材料的定义与分类 2. 材料的地位和作用 3. 材料学的形成和发展
晶体管小到用 电子显微镜都 难以观察！
第三代半导体材料－宽禁带半导体
SiC, GaN, ZnO 等，半导体是一种宽禁带半导体材 料，是继第一代半导体材料硅（Si）和第二代半导 体材料砷化镓（GaAs）后，发展起来的第三代半导 体材料。 在高技术中，尤其是军用和光电子 领域有优势，可以应用于： 1）高温器件
2）高功率器件
3）高频高速 4）发光与激光
SiC与Si使用范围比较
击穿电压
SiC
电子漂移速度
Si
导热率
使用温度
(使用温度>500 º C)
SiC研究和应用现状
高质量大尺寸的 SiC 晶体几乎被美国 Cree公司垄断。我国生产器件用的SiC 晶体全部依赖进口。 2英寸晶片售价为：500－800美元/片
1927~1937 1937~1966 1966~1975 1975~现在
采矿工程与冶金
采矿与冶金 冶金 冶金与材料科学 材料科学与工程
3.3 材料科学的内容
材料科学的内容可以用一个四面体来表示，也就 是材料科学是研究一种材料的成分（结构）、合
成（工艺）、性质与效能及它们之间的关系。
效能(performance)
2010
2020
在发动机上叶片材料应用的年份
合金晶粒结构的变化（约1970年代）
材料基础-第一章材料科学概论
第 四，不同类型的材料是可以相互替代和 补充，充分发挥各种材料特有的优异性能。 例如，通过对不同材料之间的复合，可以 获得结构与性能明显优于原组分材料的性能。 此外，金属材料、高分子材料和 陶瓷材料 如果一直自成体系，缺乏沟通，互不了解，就 不利于学科的协调发展和创新，更不利于集各 个单一材料的优异性能于一体，研制出性能更 为优越的新型复合材料。 正是在这样的背景下，一门新的综合性学 科－材料科学诞生了。
1.4. 2 材料科学与工程 1. 材料科学 材料科学是研究材料的组成、结构与材 料性质之间关系的一门学科。 简言之，材料科学是研究材料的组织、 结构与性质的相互关系。 它是从化学的角度，研究材料的化学组 成、原子结构、原子结合键、物相及合成方 法； 从晶体学和固体物理学的角度，分析和 讨论材料的形态、结构及其性能。
2. 材料科学与工程 材料科学与工程是研究有关材料的组成、 结构、制备工艺与其性能及使用效能以及它们 之间相互关系的技术开发及其应用的科学。 材料科学与工程的研究内容可用四面体图 来表示（图1-1）, 即材料科学与工程四要素的 相互关系： 合成与制备（synthesis-preparation）、 组成与结构（composition - structure）、 性质（property） 性能（performance）以及它们之间的关系。
1.2 材料的分类 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是 社会进步文明程度的标志，是一切科学技术与工 程技术的物质基础。它与世界科技发展、国家经 济建设和日常生活密切相关。 在20世纪70年代，人们已把信息、材料和能 源列为现代文明的三大支柱；20世纪80年代以高 新技术为代表的新技术革命，把新材料、信息技 术和生物技术列为重要标志；21世纪，美国把与 材料密切相关的四大技术：纳米技术、生物技术、 信息技术和认知技术列为发展的重中之重。 材料不仅非常重要，而且种类繁多，目前主 要有如下几种分类方法：
材料科学基础知识点
材料科学基础第零章材料概论该课程以金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料为对象，从材料的电子、原子尺度入手，介绍了材料科学理论及纳观、微观尺度组织、细观尺度断裂机制及宏观性能。
核心是介绍材料的成分、微观结构、制备工艺及性能之间的关系。
主要内容包括：材料的原子排列、晶体结构与缺陷、相结构和相图、晶体及非晶体的凝固、扩散与固态相变、塑性变形及强韧化、材料概论、复合材料及界面，并简要介绍材料科学理论新发展及高性能材料研究新成果。
材料是指：能够满足指定工作条件下使用要求的，就有一定形态和物理化学性状的物质。
按基本组成分为：金属、陶瓷、高分子、复合材料金属材料是由金属元素或以金属元素为主，通过冶炼方法制成的一类晶体材料，如Fe、Cu、Ni等。
原子之间的键合方式是金属键。
陶瓷材料是由非金属元素或金属元素与非金属元素组成的、经烧结或合成而制成的一类无机非金属材料。
它可以是晶体、非晶体或混合晶体。
原子之间的键合方式是离子键，共价键。
聚合物是用聚合工艺合成的、原子之间以共价键连接的、由长分子链组成的髙分子材料。
它主要是非晶体或晶体与非晶体的混合物。
原子的键合方式通常是共价键。
复合材料是由二种或二种以上不同的材料组成的、通过特殊加工工艺制成的一类面向应用的新材料。
其原子间的键合方式是混合键。
密度弹性模量:材料抵抗变形的能力强度:是指零件承受载荷后抵抗发生破坏的能力。
韧性：表征材料阻止裂纹扩展的能力功能成本结构(Structure)性质(Properties)加工(Processing)使用性能(Performance)在四要素中，基本的是结构和性能的关系，而“材料科学”这门课的主要任务就是研究材料的结构、性能及二者之间的关系。
宏观结构←显微镜下的结构←晶体结构←原子、电子结构重点讨论材料中原子的排列方式（晶体结构）和显微镜下的微观结构（显微组织）的关系。
以及有哪些主要因素能够影响和改变结构，实现控制结构和性能的目的。
材料概论-精简
第一章1.材料的四要素：性质和现象、使用性能、结构和成分、合成和加工2.材料的分类按材料组成、结构特点分：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料复合材料定义：用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合、组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。
3.金属材料纯金属及其合金。
合金是由两种或两种以上元素组成，其中至少有一种为金属元素组成具有金属性的材料。
金属性的关键特征是具有正的电阻温度系数，这是由于它的导电是自由电子的运动所决定的。
1）.金属材料分类：○1黑色金属（钢和铸铁）钢：碳素钢和合金钢（按成分）；普通钢、优质钢和高级优质钢（按品质）；平炉钢、转炉钢、电炉钢和奥氏体钢（按冶炼法）；结构钢、工具钢、特殊钢及专用钢（按用途）。
铸铁：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。
○2有色金属(非铁材料)轻金属(密度﹤5)、重金属(密度﹥5)、贵金属、类金属和稀有金属，如A1、Cu、Zn、Sn、Pb、Mg、Ni、Ti及其合金。
在工程上占有重要地位。
4.无机非金属材料主要包括晶体、陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等按性能和用途：传统陶瓷和特种陶瓷1).陶瓷的基本特性:①化学键主要是离子键、共价键以及它们的混合键;②硬而脆、韧性低、抗压不抗拉、对缺陷敏感;③熔点较高，具有优良的耐高温、抗氧化性能;④自由电子数目少，导热性和导电性较小;⑤耐化学腐蚀;⑥耐磨损;⑦成型方式为粉末制坯、烧结成型.5.高分子材料以C、H、N、O元素为基础，由大量结构相同的小单元聚合组成，分子量大，并在某一范围内变化。
1)塑料是重要的高分子材料，分为通用塑料和工程塑料。
通用塑料包括：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、。
工程塑料（高强、高模、耐高温）：ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺。
2).高分子材料的基本属性①结合健主要为共价健，部分范德华键；②分子量大，无明显的熔点，有玻璃化转变温度、粘流温度；③力学状态有玻璃态、高弹态和粘流态；④强度较高；⑤质量轻；⑥良好的绝缘性；⑦优越的化学稳定性。
《材料科学概论》课件
陶瓷材料的应用
总结词
耐高温、硬度高
详细描述
陶瓷材料具有优良的耐高温和硬度高的特性，广 泛应用于高温炉具、航空航天、机械等领域。
总结词
绝缘性好、化学稳定性高
陶瓷材料的应用
详细描述
陶瓷材料具有良好的绝缘性能和化学稳定性，能够适应各种恶劣 环境下的使用需求。
总结词
生物容性和生物活性，能够促进骨组织 再生和修复。
02
CATALOGUE
材料的性质
材料的物理性质
导热性
光学性质
描述材料传输热量的能力。金属通常 具有良好的导热性，而隔热材料如玻 璃纤维或泡沫则具有较低的导热性。
涉及材料对光的吸收、反射和折射等 特性。例如，镜子利用玻璃的高反射 性，而透明玻璃则允许光线通过。
电导率
衡量材料传导电流的能力。金属是电 的良导体，而塑料和陶瓷则是电的不 良导体。
材料的化学性质
耐腐蚀性
材料抵抗化学物质（如酸、碱、 盐等）腐蚀的能力。例如，不锈 钢因其抗腐蚀性而在许多应用中
得到使用。
抗氧化性
材料在高温下抵抗氧化（即生锈或 腐蚀）的能力。某些金属如金和铂 具有很高的抗氧化性。
稳定性
材料在各种环境条件下保持其化学 性质的能力。例如，食盐在水中溶 解，但在干燥条件下会结晶。
高分子材料的应用
总结词
质轻、强度高
VS
详细描述
高分子材料具有质量轻、强度高的特点， 能够有效地减轻产品重量，提高使用性能 。
高分子材料的应用
总结词
绝缘、耐腐蚀
详细描述
高分子材料具有良好的绝缘性能和耐腐蚀性 ，能够适应各种复杂环境下的使用需求。
高分子材料的应用
总结词
材 料 概 论 (1)
• 目前复合材料的发展以树脂基复合材料为 主，特别是热固性材料，它的技术最成熟， 应用最广。金属基复合材料大部分处于研 究开发阶段，陶瓷基复合材料则尚处于研 究阶段。 • ②材料的结构与功能相结合，实现结构/功 能一体化，做到多功能应用。研究者已开 始将氧化物结构陶瓷的透明化和光学特性 相结合，开始重视氮(碳)化物陶瓷的介电、 热导、绝缘等特性的应用。科学家预言， 智能材料的研制和大规模应用将导致材料 科学发展的重大革命。
目录?第1章绪论?11材料的定义和分类?12材料的地位和作用?13材料的循环?14工程师与材料?15材料科学与工程的内涵?16材料科学与工程的发展趋势?第2章结构材料?21材料的性能?22金属材料?23无机非金属材料?24高聚物材料?第3章电性材料?31导体半导体和绝缘体材料?32超导材料?33铁电压电热释电和介电材料?第4章磁性材料?41材料的磁性?42物质磁性的分类?43磁性材料的分类?44几种新型的磁性材料及应用?第5章超导材料?51超导的基本特征?52第一类超导体和第二类超导体?53超导材料的发展历史?54超导材料的应用与前景?第6章智能材料?61概述?62形状记忆智能材料?63电磁流变液智能材料?64磁致伸缩智能材料?第7章光学材料?71光纤材料?72光色材料?73红外材料?第8章新能源材料?81概述?82储氢材料和制氢材料?83燃料电池?84太阳能电池?第9章生物医用材料?91组织工程材料?92血液净化材料?93生物降解高分子材料?第10章抗菌材料?101概述?102抗菌机理?103抗菌塑料?104抗菌纤维和织物?105抗菌陶瓷?106抗菌金属?107抗菌材料的应用?第11章环境材料?111概述?112材料的环境协调性评价?113材料的生态设计?114绿色包装材料?115生态建材?116环境降解材料?第12章梯度功能材料?121梯度材料的定义及分类?122热防护梯度功能材料?123梯度折射率材料?124其他梯度功能材料?第13章复合材料?131概述?132增强材料?133纤维增强树脂基复合材料?134金属基复合材料?135陶瓷基复合材料?136碳碳复合材料?第14章纳米材料?141基本概念?142纳米材料的研究进展?143纳米材料的特异效应?144纳米结构单元?145纳米组装体系?146纳米固体材料?147纳米材料的应用?参考文献第1章绪论?11材料的定义和分类?材料一般是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质即人类用以制造生活和生产所需的物品器件构件机器和其他产品的物质
材料科学导论习题解答
材料科学导论作业第一章材料科学概论1.氧化铝既牢固又坚硬而且耐磨，为什么不用来制造榔头？[答]因为Al2O3的耐震性不佳，且脆性较高，不适合做榔头的材料。
2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类：黄铜、氯化钠、环氧树脂、混凝土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅-锡焊料、橡胶、纸杯[答]金属有黄铜、铅-锡焊料、镁合金。
陶瓷有氯化钠、碳化硅。
聚合物有环氧树脂、橡胶、沥青、纸杯。
复合材料有混凝土、玻璃钢。
3.下列用品选材时，哪些力学性能和物理性能具有特别重要性：汽车曲柄轴、电灯泡灯丝、剪刀、汽车挡风玻璃、电视机荧光屏[答]汽车曲柄轴的疲劳寿命最为重要。
电灯泡灯丝的熔点需高，其发光性能要强。
剪刀的刀刃的硬度要强。
汽车挡风玻璃的光的穿透性要强。
电视机荧光屏光学的颜色及其他穿透性各种光学特性极重要。
4. 什么是纳米材料？纳米材料有哪些效应？请举例说明。
[答] 通常把粒子尺寸小于0.1μm（10nm）的颗粒称为纳米材料纳米材料有以下效应：⑴小尺寸效应⑵表面效应⑶量子尺寸效应⑷宏观量子隧道效应举例略第二章原子结构1.原子序数为12的Mg有三个同位素：78.70%的Mg原子有12个中子，10.13%的Mg原子有13个中子，11.17%的Mg原子有14个中子，计算Mg的原子量。
[答]M = 0.7870×(12+12)+0.1013×(12+13)+0.1117×(12+14) = 24.3247 g/mol2.试计算原子N壳层内的最大电子数，若K、L、M和N壳层中所有的能级都被填满，试确定该原子的原子序数。
[答]N壳层内最大电子数为2×42= 32。
但考虑能级交错：N壳层内刚刚达到最大电子数时的电子排布为：1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f14，该原子的原子数为70。
(本题目书上原解：N壳层中电子最多有2+6+10+14 = 32个，K、L、M、N壳层中电子共有2+8+18+32 = 60个，故原子序数为60。
《材料科学概论》课件
02
材料的基本性质
材料的物理性质
导热性
描述材料传输热量的能力。金属 通常具有良好的导热性，而隔热 材料如玻璃纤维或泡沫塑料则具 有较低的导热性。
电导率
衡量材料传导电流的能力。金属 是电的良导体，而塑料和陶瓷则 是电的不良导体。
光学性质
涉及材料对光的行为，如反射、 折射、吸收和散射等。例如，镜 子利用其高反射性来反射光。
详细描述
材料科学是研究材料的组成、结构、性能及其应用的学科，旨在通过实验、理论分析和计算模拟等方法，探索材 料的内在规律和特性，为新材料的研发和应用提供理论支持。
材料科学的重要性
总结词
材料科学在人类文明进步、科技发展、国民经济等方面具有重要作用。
详细描述
材料科学是现代工业和科技发展的重要基础，对人类文明进步和国民经济具有重要意义。新材料的研 发和应用为能源、环保、医疗、交通等领域提供了关键技术支持，推动了科技进步和社会发展。
磁学性能测试
包括磁导率、磁化强度、矫顽力等， 用于研究材料对磁场的作用和响应。
材料的化学性能测试
化学稳定性测试
包括耐腐蚀性、抗氧化性、耐候性等，用于 评估材料在化学环境中的稳定性。
腐蚀性能测试
包括电化学腐蚀、化学腐蚀等，用于评估材 料在特定环境中的耐腐蚀能力。
催化性能测试
通过研究材料对化学反应的催化作用，了解 其反应机理和活性。
硬度测试
通过测量材料表面抵抗被压入或划痕的能力 ，反映其硬度。
材料的其他性能测试
生物性能测试
针对生物相容性、生物活性等进行测试，用于评 估材料在生物医学领域的应用潜力。
渗透性测试
针对气体、液体等在材料中的渗透行为进行测试 ，用于评估材料的密封性能等。
材料科学概论(一)第一章作业 名词解释 (1) PTFE 聚四氟乙烯、铁氟龙
材料科學概論(一)第一章作業名詞解釋(1)PTFE 聚四氟乙烯、鐵氟龍化學式是一種使用了氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料。
聚四氟乙烯廣泛應用於各種需要抗酸鹼和有機溶劑的場合，並被用來製作不粘鍋以及乾式變壓器。
聚四氟乙烯很軟，因此經常用於塗層。
(2)PVC 聚氯乙烯、化學式-(CH2CHCl)-n是一種使用一個氯原子取代聚乙烯中的一個氫原子的高分子材料。
由於其防火耐熱作用，聚氯乙烯被廣泛用於各行各業各式各樣產品。
(3)PS 聚苯乙烯、化學式是一種無色透明的熱塑性塑料。
具有高於攝氏100度的玻璃轉化溫度聚苯乙烯的化學穩定性比較差，溫度超過75到95°C會釋放出苯乙烯。
易被強酸強鹼腐蝕(如未經稀釋的橙汁），但可以被多種有機溶劑溶解，如丙酮、乙酸乙酯。
不抗油脂，受到紫外光照射後易變色。
聚苯乙烯質地硬而脆，無色透明，可以和多種染料混合產生不同的顏色。
發泡聚苯乙烯（俗稱保麗龍）也被用於建築材料，具吸音、隔音、隔熱等效果。
(4)PE 聚乙烯、化學式- (CH2-CH2) n -是日常生活中最常用的高分子材料之一，大量用於製造塑料袋聚乙烯抗多種有機溶劑，抗多種酸鹼腐蝕，但是不抗氧化性酸，例如硝酸。
在氧化性環境中聚乙烯會被氧化。
(5)GFRP 玻璃纖維增強塑膠（Glassfiber Reinforced Plastic,俗稱玻璃鋼）,是一種有機非金屬跟無機非金屬複合的塑膠基複合材料,包含機體和增強體兩部分。
GFRP具有良好的電絕緣性能和粘結性能,較高的機械強度和耐熱性,可塑性極強,成型收縮率小,體積較輕,施工方便。
(6)CFRP 碳纖維增強複合材料CFRP被廣泛運用於工程中，如橋樑加固、維修。
工程中結構因時間積累，產生結構破壞。
採用碳纖維結構加固、維修的方法是現代工程技術常用的方法。
CFRP還被廣泛應用在軍事，航空，體育用品，賽車等領域。
(7)PC 聚碳酸酯化學式是一種無色透明的無定性熱塑性材料，耐酸、耐油。
第1章材料概论
单晶体与多晶体
单晶体：质点按同一取向排列，由一 个核心（晶核）生长而成的晶体。 多晶体:由许多不同位向的小晶体所组 成的晶体。
42
晶体的几个定义
β a
c α γ
b
阵点：将构成晶体的原子（离子、分子） 1 ） 阵点 ： 将构成晶体的原子 （ 离子、 分子 ）抽象成纯粹的几何 称为阵点。 点，称为阵点。 空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列， 2 ） 空间点阵 ： 阵点在空间呈周期性规则排列， 并具有等同的周 围环境的模型。 围环境的模型。 晶格：作许多平行的直线把阵点连接起来， 3 ） 晶格 ： 作许多平行的直线把阵点连接起来， 构成一个三维的 几何格架称为晶格。 几何格架称为晶格。 晶胞： 4 ） 晶胞 ： 晶格中能够完全反映晶格特征的最小几何单元称为晶 通常是在晶格中取一个最小的平行六面体作为晶胞。 胞。通常是在晶格中取一个最小的平行六面体作为晶胞。 5）晶胞参数：晶胞三条棱边（晶轴）的边长a、b、c及晶轴之间 晶胞参数：晶胞三条棱边（晶轴）的边长 、 、 及晶轴之间 的夹角α、 、 称为晶胞参数 称为晶胞参数。 的夹角 、β、γ称为晶胞参数。 43
3
第一章 材料概论
一、材料是人类社会发展的基石 二、材料及其分类 三、材料的结构 四、材料的性能 五、新材料技术发展的重点
4
第一节 材料是人类社会发展的 基石
5
一、材料的发展史
材料是人类赖以生存和发展的物质 基础，是人类社会进步的里程碑。
6
人类社会的几个时代
1．石器时代：公元前10万年 2．青铜器时代：公元前3000年 3．铁器时代：公元前1500年 4．水泥时代：公元元年 5．钢时代：1800年 6．硅时代：1950年 7．新材料时代：1990年
第一章+材料科学概论
《材料科学导论》“Introduction to Materials Science”小时))课程类型：专业平台课(54(54小时主讲人：杨振国室407室办公室：先进材料楼407电话：65642523话: zgyang@ 电子信箱:电子信箱电子信箱::本课程主要教学参考书课教参考1. W. F. Smith & J. Hasgemi, Foundations of Materials Science and Engineering (4ed)McGraw Hill and Engineering (4th ed) , McGraw Hill , ed) , McGraw Hill , 20062006 2. 石德珂主编，材料科学基础材料科学基础，机械工业出版社，，机械工业出版社，2003 3. R.W. Cahn, The Coming of Materials Science, Elsevier, 2001化学工业出版社2001注:（中译本)《走进材料科学走进材料科学》》，化学工业出版社, 2001 4. 冯端、师昌绪、刘治国，材料科学导论，化学工业出版社, 20025潘金生仝建民田民波材料科学基础5. 潘金生、仝建民、田民波，材料科学基础，清华大学出版社，2000.46. 胡赓祥、蔡珣主编，材料科学基础，上海交通大学出版社，2000.11课教参考本课程主要教学参考书7. 顾家琳编著，材料科学与工程概论，清华大学出版社，20058. J. P. Schaffer，The Science and Design of EngineeringMcGraw--Hill Companies Inc., 1999Materials，McGraw注:《工程材料科学与设计工程材料科学与设计》》(中译本) ，机械工业出版社，20039. D. R. AskelandAskeland，The Science and Engineering of Materials’9. D. R.9D R The Science and Engineering of Materials’(5th), Nelson , Division of Thomson Limited, 200610. W. D. CallisterCallister，Materials Science and Engineering: an 10. W. D.Introduction, John Wiley & Songs Inc.，200711. Y.W. Chuang，Introduction to Materials Science andEngineering, Taylor & Francis Group, 2007本课程网址：http://10.108.0.74/s/255/t/550/main.jspy第一章材料科学概论材料与物质1.1 材料与物质材料的分类1.2 材料的分类会1.3 材料与社会发展1.4 材料科学与工程1.5 材料科学在工程中的作用1.6 材料科学技术的发展重点1.1 材料与物质●材料是人类赖以生存和发展的物质基础, 也是一切科学技术的基础。
材料概论各章节教学内容
《材料概论》部分章节内容第一章绪论材料科学与工程的概念；材料发展简史；材料的分类；材料的基本结构与性能；材料类专业的培养目标、毕业要求、课程体系以及就业与发展。
第二章无机非金属材料陶瓷材料的定义、结构特点；日用陶瓷和先进陶瓷的成分差异、性质差异；陶瓷键作用和其性质之间的联系；日用陶瓷和先进陶瓷的生产工艺；日用陶瓷和先进陶瓷制备原材料、制备方法上的差异性；陶瓷在航空、信息、电子等领域的最新发展。
玻璃的成分、定义和分类方法；晶态、无定形结构形式的区分；形成体、修改体的作用；退火的作用和机理；玻璃的化学性质的特点和外来侵蚀作用的主要机理；现代平板玻璃的生产工艺；玻璃在光电领域、通讯领域的应用。
水泥混凝土材料的基本技术性质和生产方法；水化反应过程、水化产物的成分、硬化浆体水泥的微观结构；新型特种混凝土简介：自密实混凝土、装饰混凝土、轻质混凝土、超高性能混凝土、大体积混凝土、聚合物混凝土和清水混凝土。
第三章金属材料金属的分类方法和结构特点；黑色金属的成分特点；铁和钢的基本区别；合金钢的基本类型和合金元素对其性质的影响、铸铁和钢的生产方法；有色金属的基本类型；镁及其合金、铝及其合金、铜及其合金的特点；典型金属与合金的物理、力学性能，稀有金属及其特点；金属晶体结构和性能之间的联系；常用的金属防腐处理方法；新型金属材料的设计与性能。
第四章高分子材料高分子材料的定义、结构；高分子材料和小分子材料的差异；结构和性质之间的联系；连锁聚合反应机理；逐步聚合反应机理；聚合方法：本体聚合、溶液聚合、乳液聚合和悬浮聚合；高分子材料生产过程和质量控制；功能高分子材料简介；高分子材料在生物、军事、医学上的最新发展。
第五章复合材料复合材料的定义；复合材料的主要成分和设计原则；复合材料的基本体系、典型物理、力学性质，及其优点；增强材料处理的基本方法和途径；复合材料结构对力学性质的影响；复合材料的制备和生产；复合材料在军事、结构上的应用；新型复合材料的发展趋势。
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新型材料的研究、开发与应用反映一个国家的科学 技术与工业水平，关系到国家的综合国力与安全。
材料概论第一章材料与材料科学
现代科学技术的基础： 以半导体材料为核心的计算机制造技术； 以光导纤维为基础的光纤通讯技术； 以超导材料为基础的磁悬浮技术；
我国是材料大国，但不是材料强国
“神舟 六号” 飞船 始返 前后 图片
材料2概0论0第5一年章材，料与1材1料5科小学 时飞行
材料概论第一章材料与材料科学
材料在国民经济中的地位
材料是当代文明的三大支柱之一 材料、能源、信息是当代社会文明和国民经济 的三大支柱，是人类社会进步和科学技术发展的 物质基础和技术先导。
材料概论第一章材料与材料科学
铁器时代（1）公元前1200年
材料概论第一章材料与材料科学
铁器时代（2）
材料概论第一章材料与材料科学
人类的文明史就是材料的发展史 ——是人类学习利用材料、制造 材料、创新材料的历史。
材料概论第一章材料与材料科学
材料发展近代史
以1712年蒸汽机发明为起点，近300年来，人类经 历了4次技术革命。
• 顾家琳 主编 《材料科学与工程概论》
北京：清华大学出版社，2005
• 李俊寿 主编 《新材料概论》
北京：国防工业出版社，2004
材料概论第一章材料与材料科学
教学内容
一. 材料与材料科学
五.10种产品的生产过程概述
二. 材料的组织、结构与性能 六.材料应用
三. 材料的制备方法
七.材料与环境
四.材料成型
八.比较与选择
材料概论第一章材料与材料科学
材料概论第一章材料与材料科学
第一章 材料与材料科学
一. 材料的地位、作用与发展 二. 材料的定义和分类 三. 材料的要素 四. 材料科学与工程的发展趋势
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1.1材料的地位、作用与发展
➢材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础； ➢ 人类的文明史以使用的主要材料来划分为四个时代。
材料概论第一章材料与材料 科学
课程的性质
材料科学基础 现代测试方法
无机化学 分析化学 物理化学
《材料概论》 材料工学
普通物理
认识实习
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
进一步深造
材料概论第一章材料与材料科学
教材与参考书
• 周达飞《材料概论 》
北京：化学工业出版社，2001
• 施惠生 主编 《材料概论 》
上海：同济大学出版社，2002
蒸汽机 → 电 → 原子能 → 计算机、生物、
空间技术
18世纪末 19世纪末 20世纪中期 20世纪70年代
纺织 冶金 机械 造船
电子 石油 化工 电气
合成材料 半导体材料
新型无机材料 高分子材料 新型金属材料 复合材料
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材料是人类生存、社会发展、科技进步的 物质基础、现代科技发展的先导
建筑材料
航空航天 材料
生物材料
包装材料
材料
电子材料
农用材料
磁性材料
能源材料
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航 空 、 航 天 材 料
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能源材料
生物材料
以耐热轻质材料为结构材料的航空航天技术等。
纳米材料科学与技术是20世纪80年代发展起来的 新兴学科，成为21世纪新技术的主导中心。
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超级钢 一种汽车用钢，比原先的轻24%，强度高34%，称为超级钢。
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磁悬浮列车 速度：500km/h
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核磁共振仪
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1.2、材料的定义和分类
一. 材料的定义
材料是由一种化学物质为主要成分，并添加一定的助剂作为次要 成分所组成的；---一定的组成和配比 可以在一定的温度和一定压力下使之熔融，并在模具中塑制成一 定形状；-------成型加工性 冷却后在室温下能保持既定形状，并可在一定条件下使用的物品； --------形状保持性 其生产过程必须实现最高的生产率、最低的原料成本和能耗；------经济性 最少地产生废物和环境污染物，并且其废弃物可以回收再利用。 ------回收和再生性
激光材料
催化剂 高温炉管
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二.材料的分类
➢ 按化学组成分类 ➢ 按材料的应用分类 ➢ 按材料的使用性能分类 ➢ 按材料结晶状态分类
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1、按化学组成分类
无机非金属材料 ROX、RNX、碳化物 、硼化物及硅酸盐、铝酸盐等 水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料
石器时代 → 陶器 → 青铜器 → 铁器
250万年前
1万年前 公元前5000年 公元前1200年
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旧石器时代
（10000年前）
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新石器时代
（距今10000-4000年）
磨制石器 7000年前 陶器
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青铜时代 公元前5000年
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工 程 塑 料 制 成 的 零 件
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高 温 结 构 陶 瓷 零 件
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复合材料
用碳纤维增强环氧树脂制得的高尔夫球杆强 度高、重量轻、刚性好。
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复合材料
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2、按材料的应用领域分类
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注意:
材料是物质，但不是所有物质都可以称为材 料。
大多数的物质需通过一定的工艺过程才能转 化为材料.
材料可由一种物质或若干种物质构成. 同一种物质,由于制备或加工方法不同,可成为
用途不同—不同类型的材料.
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宝石
基板材料
切削工具
Al2O3
金属材料 金属元素 黑色、有色 、特种金属材料
有机高分子材料 H、 C、 O、 N 塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂
复合材料 两种或两种以上材料组成 金属基、陶瓷基、树脂基
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金属＋陶瓷 金属 金属＋高分子
无机非金属 高分子 陶瓷＋高分子
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各种金属零部件