材料学基础
材料科学基础考研复习
材料科学基础考研复习材料科学基础是材料科学与工程学科中的一门基础课程，其内容涉及材料科学的基本理论、基本原理和基本方法，是进行材料科学研究和工程应用的基础。
考研复习材料科学基础需要系统地学习和理解相关知识点，加深对材料科学的理论和实践应用的认识。
1.材料工程基础知识：包括材料科学的发展历史、材料分类与特性等知识。
这些知识对于理解和掌握材料科学的基础概念和原理非常重要。
2.结构与性能关系：掌握材料的微观结构与宏观性能之间的关系。
了解材料的结构特点，如晶体结构、非晶态结构等，并能够解释材料性能改善的原因。
3.材料制备技术：学习不同材料的制备方法与工艺，如液相法、气相法、固相法等。
了解各种制备方法的特点及其对材料性能的影响。
4.材料测试与分析技术：包括材料的物理性能、化学性能和机械性能等测试方法与技术。
学习各种常用测试仪器和分析方法，如扫描电镜、透射电镜、X射线衍射等。
5.材料性能与应用：了解材料的各种性能指标，如强度、硬度、导电性、磁性等，并能够解释不同材料的性能应用特点。
在复习材料科学基础时，可以通过以下几个途径进行：1.整理笔记：将课堂上的重点内容进行整理和归纳，形成自己的复习笔记。
可以通过制作思维导图、总结重要公式和推导过程等方式，帮助加深对知识点的记忆和理解。
2.刷题巩固：通过解答一些典型的习题和试题，巩固所学知识。
可以选择一些综合性的考研试题进行模拟考试，提高解题能力和应试技巧。
3.参考教材和相关资料：选择几本优质的教材和参考书进行阅读和学习。
可以参考一些考研辅导资料和复习指南，了解相关知识点的掌握程度和考点分布。
4.学习小组讨论：可以与其他考研学生组成学习小组，一起讨论和解答问题。
通过讨论和交流，加深对知识点的理解和运用，并及时纠正和改进自己的思路和方法。
在复习材料科学基础时，还需要注意以下几点：1.提前规划：合理安排复习时间和目标，制定合理的学习计划。
根据自己的掌握情况和考试时间，合理安排每一阶段的复习内容和进度，保证复习进程的顺利进行。
材料科学基础知识
材料科学基础知识一、概述材料科学是一门涉及材料的结构、性能、制备和应用的学科。
在现代科学技术发展中，材料科学起着重要的作用。
材料科学的发展涉及多个学科领域，如物理学、化学、工程学等。
本文将介绍材料科学的基础知识，包括材料分类、结构与性能关系、制备方法等。
二、材料分类根据材料的组成和性质，可以将材料分为金属材料、陶瓷材料、聚合物材料和复合材料四大类。
1. 金属材料：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、铝、铜等。
金属材料的特点是强度高、可塑性好。
2. 陶瓷材料：陶瓷材料具有较高的熔点和硬度，常见的陶瓷材料有瓷器、玻璃等。
陶瓷材料的特点是脆性大、电绝缘性好。
3. 聚合物材料：聚合物材料是由高分子化合物组成的，常见的聚合物材料有塑料、橡胶等。
聚合物材料的特点是具有良好的可塑性和耐腐蚀性。
4. 复合材料：复合材料是由两种或多种不同种类材料组合而成的材料，常见的复合材料有纤维增强复合材料、金属基复合材料等。
复合材料的特点是综合性能优良。
三、结构与性能关系材料的结构对其性能有着重要的影响。
以下是常见的结构与性能关系。
1. 晶体结构：晶体是由离子、原子或分子按照一定规律排列而成的有序结构。
晶体的结构确定了材料的硬度、导电性等性能。
2. 硬度与强度：材料的硬度和强度与其原子、分子的排列有关。
晶体结构和材料的晶粒大小会影响材料的硬度和强度。
3. 导电性与绝缘性：材料的导电性与其电子的运动有关。
金属材料具有良好的导电性，而陶瓷材料则具有较好的绝缘性。
4. 磁性与非磁性：材料的磁性与其原子或分子的磁矩有关。
铁、镍等金属具有磁性，而大部分非金属材料则是非磁性的。
四、材料制备方法材料的制备方法经过了长期的发展和探索，现在已经有许多成熟的制备方法。
以下是常见的材料制备方法。
1. 熔融法：熔融法是通过加热材料使其熔化，然后再进行浇铸、凝固等操作来制备材料。
熔融法广泛应用于金属和玻璃等材料的制备过程。
2. 沉积法：沉积法利用化学反应、物理吸附等方法，将原料分子沉积到基材上，形成所需的材料。
材料学基础
材料学基础
材料学是一门以光学、声学、热学，电学和力学等物理性质为基础而分析材料集成和
构筑而形成的学科，广泛地应用于能源，交通，信息和医疗技术等领域。
工程材料学和材
料科学研究具体材料的性能，结构，制备方法和行为。
材料学的基础是传统的物理学理论。
实验室测试和观察使人们了解材料的结构和性能。
通过这些观看和测试，人们发现材料的宏观结构（如晶体结构，组织和特性），以及它们
的微观结构（如颗粒，孔隙，表面，介质和接触点），从而研究材料的性能。
研究材料的力学性质往往涉及其耐久性，刚度，强度以及能量吸收，以及它们受温度，压力，湿度和光照等影响的可能性，人们对材料力学性质的研究有时会与其他材料性质不
断交叉。
电学和电子性质的研究使人们了解电子的传导，绝缘，介电等特性，以及不同材料在
强大的电场中产生的热效应，直流，交流电和无线电波等量子效应。
热学和动力学研究使人们可以解释材料在外部力量作用下的变形和行为，以及物质的
总体变形及其宏观规律。
材料学还注重材料的制备方法，包括原料提取，预处理，熔融成型，热处理，热释电，冷挤压和共挤压等。
这些技术不仅是材料性能的重要影响因素，也是材料制造的基础。
总之，材料学的基础是从宏观结构和性能到微观行为和材料解释结构之间的各种探讨。
通过对物理，力学，电学，热学和动力学性质的实验和数据分析，全面了解材料，并利用
材料的基础理论来设计和开发新型材料。
材料学基础知识(口腔材料学课件)
➢ 蛋白质、纤维素、淀粉、天然橡胶、脂肪
聚合成的高分子化合物
➢ 均聚物：一种单体 ➢ 共聚物：两种或两种以上的单体
➢ 聚甲基丙烯酸甲酯为均聚物
➢ 丁苯橡胶为共聚物
----( CH2--CH=CH--CH2 -)x--(-CH2--CH-y)--n--
（二）高分子材料分类
材料的微观结构
课程标准
➢ 能描述口腔常用材料的基本知识 ➢ 知道口腔材料的微观结构的基本概念
一、原子间结合键
结合键类型 离子键
实例
LiCl NaCl KCl RbCl
共价键
金属键
金刚石 Si Ge Sn
Li Na K Rb
分子键(范德华键)
Ne Ar
氢键
H2O
HF
结合能 ev/mol
8.63 7.94 7.20 6.90
➢ 晶格畸变 ➢ 强度、硬度增加 ➢ 韧性、延展性、塑性下降
2.金属间化合物
➢ 晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同
➢ 可用分子式表示组成，如银汞合金
➢ 高熔点
➢ 硬度、脆性、强度、硬度和耐磨性提高
➢ 塑性降低
金属化合物MgCu2晶体结构
二、金属的熔融与凝固 熔融 凝固、体积收缩
（一）金属的凝固——结晶
➢ 口腔潮湿环境中耐腐蚀、耐氧化的金属，包括金 (Au)、铂 (Pt)、铱(Ir)、锇（Os)、钯(Pd)、铑(Rh)和钌(Ru),不包括 银
➢ 贵金属合金（noble metal alloy)和非贵金属合金（base-
metal alloy）
➢ 一种或几种贵金属元素总含量≥25wt%
五、金属的形变与热处理
三、高分子的分子结构
材料科学基础复习资料
材料科学基础复习资料材料科学基础是各个工程领域的基本学科，是各个领域的基础。
材料科学基础涵盖了材料的结构、物理与化学性质、制备工艺等方面内容，是材料科学领域学习过程中必须掌握的知识。
因此，为帮助有需要的人顺利复习材料科学基础知识，本文整理了一些相关的复习资料。
一、材料基础知识1. 基本的物理性质：包括化学成分、密度、电导率、热导率等基本参数，通常在每种材料的材料数据表中都可查到。
2. 结构相关：晶体结构：晶体结构指材料中原子、离子、分子排布的类型和规律，常用的晶体结构有：立方晶系、四方晶系、六方晶系、等轴晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系等。
非晶态：非晶态作为一种新兴的材料类型，其分子呈无序排列，在某些情况下可能拥有更好的性能。
3. 材料特性：热膨胀系数：在温度变化时，材料线膨胀的速度大小，通常用公式ΔL/L0 = αΔT 表示，其中α为热膨胀系数。
韧性：材料在受到剪切力或拉伸力时的弹性变形程度，是一种考量材料性能的指标，通常可以通过材料变形曲线进行查看。
4. 金属与合金相关：金属材料通常具有良好的导电、导热等特性，同时在高温、高压等环境下具有较强的稳定性。
合金则通常是由多个金属或者非金属元素组成的混合物，其性质与材料组分、配比等有关。
二、材料治理、工艺及应用1. 材料的处理：常用材料的处理包括固化、焊接、框架处理、表面处理以及高压工艺等，其中固化的过程包括了煅烧、烧结等过程。
2. 材料配方：通常材料的配方根据材料的成分、目的等进行确定，其中分子键长、键能以及分子排列等指标都可能用来确定最终配方。
3. 材料的加工工序：通常材料加工工序包括切削、钣金、打压成形等过程，每个工序都会影响材料的性质和特性。
三、材料的主要分类1. 材料的物理分类：主要涉及到材料的形态、密度以及各种物理性质，通常有固体、液体、气体以及等离子体等分类方式。
2. 材料的化学分类：不同的元素应用于不同的方案分类，这种分类通常依据材料的化学成分。
材料科学基础基础知识点总结
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。
（3）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。
如金属。
金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。
（3）分子键与分子晶体原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。
分子晶体：熔点低，硬度低。
如高分子材料。
氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O（4）混合键。
如复合材料。
3 结合键分类（1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。
（2）二次键（物理键）：分子键和氢键。
4 原子的排列方式（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。
长程有序，各向异性。
（2）非晶体：――――――――――不规则排列。
长程无序，各向同性。
第二节原子的规则排列一晶体学基础1 空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。
图1-5特征：a 原子的理想排列；b 有14种。
其中：空间点阵中的点－阵点。
它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。
描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。
空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。
（2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。
特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。
2 晶胞图1－6（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。
材料科学基础知识
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
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。
材料学基础
材料学基础材料学基础是指关于材料科学与工程领域中一些基本概念和原理的学习，包括材料的组成、结构、性能和应用等方面的知识。
以下是材料学基础的一些重要内容。
首先，材料的组成是指材料的构成成分。
材料可以分为金属、非金属和复合材料等多种类型。
金属材料主要由金属元素构成，具有良好的导电性、导热性和可塑性等特点。
非金属材料主要由非金属元素构成，包括陶瓷、塑料和高分子材料等，具有绝缘性和耐高温性等特点。
复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的材料，具有多种材料的优点，如轻质、高强度和耐腐蚀性等。
其次，材料的结构是指材料的内部组织。
晶体结构是最基本的材料结构，材料中的原子、离子或分子按照一定规律排列而成的结晶体。
晶体结构的类型有很多，如立方晶系、六方晶系和四方晶系等。
除了晶体结构，还有非晶体结构，即无定型结构，原子、离子或分子的排列没有规则性。
再次，材料的性能是指材料在不同条件下表现出来的特点。
材料的力学性能包括强度、硬度和韧性等，用来描述材料的抗压、抗剪和抗拉等方面的性能。
材料的物理性能包括密度、导热性和热膨胀系数等，用来描述材料在物理方面的特性。
材料的化学性能包括腐蚀性和耐磨性等，用来描述材料在化学性质和耐久性方面的特点。
最后，材料的应用是指材料在实际工程中的使用。
不同类型的材料具有不同的特点和应用领域。
金属材料广泛应用于汽车制造、飞机制造和建筑工程等领域。
非金属材料广泛应用于电子器件、塑料制品和建筑装饰等领域。
复合材料广泛应用于航空航天、体育器材和高速运输工具等领域。
综上所述，材料学基础是学习材料科学与工程领域中一些基本概念和原理的过程，包括材料的组成、结构、性能和应用等方面的知识。
掌握材料学基础对于深入理解材料科学和工程领域具有重要意义，并为进一步研究和应用材料提供了基础。
自然科学知识：材料科学的基础和发展
自然科学知识：材料科学的基础和发展材料科学是研究物质结构、性质、制备、加工和应用的一门学科，它是现代科学技术的基础和支撑，为实现人类经济、社会和文化的可持续发展提供了重要的支撑和保障。
本文将从材料科学的基础、发展和应用三个方面来阐述这门学科的重要性和前景。
一、材料科学的基础材料科学的基础是对物质的结构和组成进行研究。
物质主要由原子和分子组成，因此研究原子和分子结构、化学键以及它们之间的相互作用是材料科学的基础。
材料科学的基础还包括热力学、物理学和数学等学科的知识。
材料的性质、结构和功能与材料的化学平衡、热力学状态和物理性质有关。
因此，热力学、物理学等学科的基本理论和方法在材料科学中得到了广泛应用。
此外，材料科学的前沿研究需要借鉴多学科交叉的先进技术，例如纳米科学、生物技术、信息技术等。
这些先进技术可以用来制备新型材料、调控材料结构和性能，以及创新材料应用。
二、材料科学的发展材料科学在现代工业、科技和军事领域中扮演重要角色，因此材料科学的发展史也是现代科技发展史的缩影。
19世纪末到20世纪初，科学家们逐渐认识到研究物质组成和结构的重要性，材料科学开始形塑。
20世纪初到50年代，人工合成高分子材料和无机非金属材料迅速发展，并应用于工业生产和军事应用。
同时，材料分析技术和材料性能测试技术不断发展，为材料研究奠定了坚实基础。
50年代到70年代，金属结构材料和高温陶瓷材料的研究成果大幅提高，并开始应用于航空航天、核工业和汽车工业等领域。
70年代后，高性能材料开始获得广泛应用。
例如：微电子材料、信息储存材料、光电材料和生物材料等。
同时，材料制备技术又从粉末冶金、液相反应和薄膜技术向快速凝固、物理气相沉积、电化学反应和材料表面调控等方向转化，使材料制备手段更加多样化，同时也大大提高了材料的性能。
21世纪，材料科学发展将进入一个新时期，以机器学习和人工智能等技术为代表的新兴科技将与材料科学的融合，给材料制备，精细处理和分析带来全新的途径和新的创新。
材料学基础知识
第二节
金属材料基本知识
一、金属的结构 （二）合金的晶体结构
固溶体
置换固溶体 间隙固溶体 固溶强化：通过融入某种溶质元素来形成固溶体而使金 属强化的现象。
金属化合物
第二节
金属材料基本知识
二、金属的熔融和凝固
纯金属的熔点和凝固点均为恒定不变的温度，且两 者的温度几乎相同 合金的熔解和凝固温度是一个范围
（一）金属的形变 1、塑性形变 2、概念
热加工 冷加工 再结晶温度 加工硬化
（二）金属的热处理
第二节
金属材料基本知识
热处理方法 目的：
降低金属的硬度，增加塑性，减少脆性 消除由于冷加工过程中产生的内应力，防止金属制品的 变形和开裂
退火：将金属加热到临界温度以上，保温一定 时间后，随炉温缓慢冷却到室温的热处理工艺 正火：在空气中快速冷却
第一节
材料的微观结构
（二）非晶体
长程无序 各向同性 无规则外形 无明显熔点，只存在软化温度范围 晶态与非晶态可互相转化
第二节
金属材料基本知识
掌握
金属的结构 金属的熔融和凝固 合金的特性 口腔金属的分类 金属的形变与热处理 金属的成型方法 金属的腐蚀与防腐蚀 金属的生物学效应
第二节
金属材料基本知识
六、金属的成型方法
铸造 锻制 切削加工 粉末冶金 电铸 选择性激光烧结
第二节
金属材料基本知识
七、金属的腐蚀与防腐蚀 电化学腐蚀：
摄取的食物 不同金属并存或相接触 金属表面的裂纹、铸造缺陷、污物的覆盖 金属内部的残余应力 避免不同金属的接触 金属表面保持光洁无缺陷 通过热处理减小或消除应力 使合金组织结构均匀（热加工） 加入耐腐蚀元素
材料学基础-绪论
本课件全面系统地介绍了材料科学的基本问题， 以金属材料为主，分析金属材料的成分、组织结 构、加工工艺与性能之间的关系及其变化规律， 其主要内容包括：晶体结构、晶体缺陷、塑性变 形、相图、扩散、凝固以及回复再结晶等，着重 于基本概念和基本理论。在此基础上又介绍了陶 瓷材料、高分子材料以及复合材料，为学习和研 究各种材料提供了必要的基础知识。
《材料科学基础》 的地位
学习《材料科学基础》 的意义
《材料科学基础》 的基本概念
绪论
如何学好 《材料科学基础》
《材料科学基础》 的内容
《材料科学基础》的基本概念
材料是指人类社会能接受地，经济地 的制造有用物品的物质。
材料科学是研究材料的成分、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。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。
实例
材料
强度范 围 MPa 比强度 MPa
压气机叶 压气机 飞机尾翼 硼纤维铝合
片
机匣
金板和管
铝合金
钛合金 碳纤维复合 硼纤维增强
材料
铝合金
150－ 450
350－ 1000－1200 1500（顺 1100 （顺纤维方向）纤维方向）
55－160 80－ 625－750 570 245
美国待升空的航天飞机
材料科学 ：是一门科学，它从事与材料本质的发现、 分析和了解方面的研究，其目的在于提供材料结构的统 一描绘或模型，以及解释这种结构与性能之间的关系。 它包括下面的三个环节，核心是结构和性能。
工艺
材料科学
性能
材料学必备基础知识
材料学必备基础知识：材料性能的数值分析一、引言材料学作为一门涉及物质科学和工程应用的综合性学科，对于理解材料的性能及其变化规律具有重要意义。
本文将介绍材料学必备的基础知识，并重点探讨如何利用数值分析方法对材料性能进行深入研究。
二、材料学基础知识1.材料组成与结构：了解材料的元素组成、分子结构及晶体结构等信息，有助于分析材料的性能特点。
2.材料性质与性能：材料的物理性质（如密度、电导率、热导率等）、机械性质（如弹性模量、屈服强度、断裂韧性等）以及化学性质（如耐腐蚀性、抗氧化性等）是决定材料应用范围的关键因素。
3.材料制备与加工：了解材料的制备工艺、加工方法及热处理过程，有助于控制材料的组织和性能。
4.材料测试与表征：借助各种现代测试手段（如X射线衍射、电子显微镜、光谱分析等），可以获取材料的微观结构和性能信息。
三、数值分析在材料性能研究中的应用1.材料性能模拟：利用计算机建模和仿真技术，对材料的性能进行预测和优化。
例如，通过有限元分析（FEA）方法，可以对材料的力学行为进行模拟，以预测其强度、刚度和韧性等机械性能。
2.材料数据库建设：通过对大量材料的性能数据进行采集、整理和分析，可以建立材料性能数据库，为材料设计提供参考。
例如，利用机器学习算法对材料性能数据进行训练和预测，可以提高材料设计的效率和准确性。
3.多尺度建模与仿真：通过建立跨尺度模型，从微观分子层面到宏观力学性能层面，对材料的性能进行全面分析。
例如，在纳米尺度上，利用量子力学方法可以研究材料的电子结构和化学反应性质；在宏观尺度上，利用连续介质力学方法可以研究材料的变形和破坏行为。
4.材料优化设计：通过数值分析和优化算法，可以针对特定性能要求进行材料设计。
例如，通过遗传算法等进化算法对材料成分、组织结构进行优化，以实现最佳的力学性能、电学性能或热学性能等。
5.工艺过程模拟与优化：利用数值模拟技术，可以对材料的加工过程进行仿真和优化。
例如，通过计算机流体动力学（CFD）方法模拟熔融金属的流动行为，以优化铸造工艺参数；通过有限元分析方法模拟材料的冲压成型过程，以优化模具设计和加工参数。
材料学基础 ppt课件
（b） 有序置换固溶体
（c）
（d）
随机间隙固溶体 固溶体中的溶质丛聚
图0.1 不同类型固溶体中原子排列示意图
金属间化合物可分为三类，即由负电性决定 的原子价化合物（简称价化合物）、由电子浓度 决定的电子化合物（亦称为电子相）以及由原子 尺寸决定的尺寸因素化合物。除了这三类由单一 元素决定的典型金属间化合物外，还有许多金属 间化合物，其结构由两个或多个因素决定，称之 为复杂化合物。
• 按物理效应分为：压电材料、热电材料、铁电材料、 非线性光学材料、磁光材料、电光材料、声光材料、 激光材料等。
• 按用途分为：电子材料、电工材料、光学材料、感光 材料、耐酸材料、研磨材料、耐火材料、建筑材料、 结构材料、包装材料等。
1.1.1 按化学组成（或基本组成）分类：
1. 金属材料 2. 无机非金属材料 3. 高分子材料（聚合物） 4. 复合材料
功能陶瓷包括:装置瓷（即电绝缘瓷）、电容器 陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷（又称为铁氧体）、导 电陶瓷、超导陶瓷、半导体陶瓷（又称为敏感陶 瓷）、热学功能陶瓷（热释电陶瓷、导热陶瓷、低 膨胀陶瓷、红外辐射陶瓷等）、化学功能陶瓷（多 孔陶瓷载体等）、生物功能陶瓷等。
根据陶瓷坯体结构及其基本物理性能 的差异，陶瓷制品可分为陶器和瓷器，见表 0-2 。陶器包括粗陶器、普陶器和细陶器。 陶器的坯体结构较疏松，致密度较低，有一 定吸水率，断口粗糙无光，没有半透明性， 断面成面状或贝壳状。
此外，合金中溶质原子还可能形成丛聚，即 同类原子趋于相邻。丛聚可以呈随机弥散分布。事 实上，实验中还没有见到溶质原子呈完全随机分布 的固溶体。因此，只能在宏观尺度上认为处于热力 学平衡态的固溶体是真正均匀的，而原子尺度上并 不要求它也是均匀的。不同类型固溶体中原子排列 情况示于图0.1。
材料学基础复习大纲(含答案完整版)
注：P42等为页码，*P184等为不确定页码，页码标注可能有错，请自己改正。
一、名词解释固溶体P42以某一组员为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。
伪共晶P271在非平衡凝固条件下，由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。
加工硬化P192金属材料经冷加工变形后，强度（硬度）显著提高，而塑性则很快下降，即产生加工硬化现象。
反应扩散P156当某种元素通过扩散，自金属表面向内部渗透时，若该扩散元素的含量超过超过基体金属的溶解度，则随着扩散的进行会在金属表层形成中间相（也可能是另一种固溶体），这种通过扩散形成新相的现象称为反应扩散。
晶胞P20能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面体单元间隙固溶体P42溶质原子占据溶剂晶格中的间隙位置而形成的固溶体。
临界晶核 P231晶胚体系自由能最大值所对应的晶核（只有半径大于r的晶胚才能稳定存在并且长大，半径为r的晶核称为临界晶核）枝晶偏析P267如果结晶过程冷却速度较快，液体和固体成分来不及均匀，除晶粒细小外，固体中的成分会出现不均匀，树枝晶中成分也不均匀，产生晶内偏析（也称枝晶偏析）离异共晶P272有共晶反应的合金中，如果成分离共晶点较远，由于初晶相数量较多，共晶相数量很少，共晶中与初晶相同的那一相会依附初晶长大，另外一个相单独分布于晶界处，使得共晶组织的特征消失，这种两相分离的共晶称为离异共晶。
临界分切应力P174把滑移系开始滑动所需要的最小分切应力称为临界分切应力回复P196经塑性形变的金属或合金在室温或不太高的温度下退火时,金属或合金的显微组织几乎没有变化,然而性能却有程度不同的改变，使之趋近于塑性形变之前的数值，这一现象称为回复。
二．简答题说明柏氏矢量的确定方法，如何利用柏氏矢量和位错线判断位错类型？P911）人为假定位错线方向，一般是从纸背向纸面或由上向下为位错线正向2）用右手螺旋法则来确定柏格斯回路的旋转方向，使位错线的正向与右螺旋的正向一致3）将含有位错的实际晶体和理想的完整晶体相比较在实际晶体中作一柏氏回路，在完整晶体中按其相同的路线和步伐作回路，自路线终点向起点的矢量，即“柏氏矢量”。
材料学基础I-11
面心正交 oF 4
六方 Hexagonal a1=a2＝a3≠c，α=β＝90º γ=120º ，
a3 a2 a1 简单六方 hP
菱方 Rhombohedral a=b=c, α=β=γ≠90º
简单菱方 hR 1
四方（正方）Tetragonal a=b≠c, α=β=γ＝90º
简单四方 tP 1
金属原子 四面体间隙 (b)
(a) 八面体间隙
(b) 四面体间隙
面心立方晶格中也有八面体间隙与四面体间隙两种，如图 所示，它们分别是正八面体间隙和正四面体间隙
金属原子 八面体间隙
金属原子 四面体间隙
(a)
面心立方结构中的间隙 (a) 八面体间隙
(b)
(b) 四面体间隙
原子的堆垛方式 前面已指出，面心立方晶格和密排六方晶格的致密度与配位数 完全一致，均属于最密排列晶格，但是晶格类型却不同，为了 搞清这个问题，就需要了解结构
有几百种化合物属于NaCl型结构，它可 以看成是由两个面 心立方点阵穿插而 成的超点阵。如果 把一个钠离子和一 个氯离子共同看成 一个基元，则点阵 为面心立方。 Na+(Mg2+) Cl-(O2-)
ZrO2(CaF2)型结构
在ZrO2结构中， Zr4+占据面心 立方结构的结 点位置，而O2+ 处于四面体间 隙中 (1/4,1/4,1/4)。
部分参考书（I）：
1. 2. 3. 4. 5. 杰罗得，《固体结构》（科学版）（中译本） 俞文海，《晶体物理学》（科大） 陈纲，《晶体物理学基础》（科学版） 张克从，《近代晶体学基础》（科学版） 冯端，《金属物理学》第一卷 （科学版）
第三节 金属及合金的结构特点
Structure Characteristic of Metal & Alloy
材料学基础知识
&1金属材料的性能为了更好的选用金属材料，首先要了解它的性能。
金属材料的性能包括力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能等。
对于一般常用金属来说，以上性能中以力学性能最为重要。
因此，重点介绍力学性能。
1.1 金属材料的机械性能零件或工具在使用过程中往往会受到不同性质的外力(或称载荷)的作用。
如起重机上的钢丝绳，受到悬吊物件拉力的作用;千斤顶的顶杆，受到重物压力的作用;起重机大梁受到弯力的作用;连接两块钢板的铆钉，受到剪刀的作用;卷扬机中的传动轴，受到扭力的作用;这种拉力、压力、弯力、剪力、扭力等分别使金属材料引起拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转等变形，如图1-1-1所示。
图1-1-1 几种外力的作用这些外力作用的结果，对金属材料有一定的破坏性。
因此要求金属材料必须具有抵抗外力作用而不致发生变形或破坏的能力，这就是机械性能或称力学性能。
机械性能主要包括强度、塑性、冲击韧性、硬度等。
1.1.1 强度和塑性起重机钢丝绳在悬吊物件时受到拉力作用。
悬吊的物件越重，钢丝绳受到的拉力就越大。
当悬吊物件超过一定重量时，钢丝绳就会逐渐变形——伸长，假使悬吊物太重，钢丝绳便吃不住这样大的拉力而断裂。
金属材料的这种在外力作用下抵抗变形和断裂的能力叫作强度。
根据外力性质的不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等。
一般抗拉强度应用比较广泛(因抗拉强度都和其他强度有一定关系)。
抗拉强度是通过拉伸试验测定的。
它是一定形状与尺寸的试样(图1-1-2)装夹在拉力试验机上，然后逐渐施加拉力，随着拉力的增大，试样逐渐变形伸长直至拉断。
在拉伸过程中试验机自动记录了每一瞬间的拉力与变形的关系曲线，即拉伸曲线(图1-1-3)。
当载荷不超过Pe时，拉伸曲线中OE是直线，即变形与外力成正比，此时只产生弹性变形，就是说，外力去除变形便立即消失，试样恢复原长。
所以Pe称为弹性极限载荷。
当载荷增加超过Pe时，拉伸曲线出现明显弯曲，此时发生塑性变形，就是说，外力去除后试样也不会恢复原来长度(即产生永久变形)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
可分为两大类，即普通陶瓷和
特种陶瓷。
根据陶瓷坯体结构及其基
本物理性能的差异，陶瓷制品
可分为陶器和瓷器。
• 普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与
其它天然矿物原料经过粉碎混练、成型、煅烧等
过程而制成的各种制品。包括日用陶瓷、卫生陶 瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、电瓷以及其它工业用
在103种元素中，除He,Ne,Ar等6种惰性元素和C、Si、
N等16种非金属元素外，其余81种为金属元素。除Hg之外，
单质金属在常温下呈现固体形态，外观不透明，具有特殊
的金属光泽及良好的导电性和导热性。在力学性质方面，
具有较高的强度、刚度、延展性及耐冲击性。
合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与 非金属元素熔合在一起形成的具有金属特性的新物质。合 金的性质与组成合金的各个相的性质有关，同时也与这些 相在合金中的数量、形状及分布有关。
陶瓷。
见表0-1。
表0-1 普通陶瓷的分类方法
类 别 餐具 茶具、咖啡具 酒具 文具 陈设瓷（美术瓷） 建筑陶瓷 建筑卫生陶瓷 卫生瓷砖 低压电瓷 电瓷 高压电瓷 超高压电瓷 耐酸砖 化工瓷 耐酸容器 耐酸机械（部件） 化学瓷 主 要 种 类 用 途 中餐具（盘、碗、碟、羹、壶、杯等） 西餐具（碗、盘、碟、糖缸、奶盅、壶、杯等） 日用陶瓷 茶盘、水果盘、点心盘、杯、壶、碟等 酒壶、酒杯、杯托、托盘 笔筒、笔洗、水盂、EP 色盒、笔架 花瓶、灯具、雕塑瓶、薄胎碗等 玻化砖（渗花或非渗花） 、彩釉砖、锦砖（马赛克） 、内墙砖、 外墙砖、腰线砖、广场砖、劈裂砖、园林陶瓷等 洗面器、大便器、小便器、洗涤器、水箱、水槽、存水弯、 肥皂盒、手纸盒、淋浴盒 用于 1kV 以下的电瓷 用于 1kV 以上的电瓷、如普通高压瓷、铝质高强度瓷 用于 500kV 以上的电瓷 耐酸砖、耐酸耐温砖 储酸缸、酸洗槽、电解槽、耐酸塔等 耐酸离心泵、风机、球磨机等 瓷坩埚、蒸发皿、研钵、漏斗、过滤板、燃烧舟等
密仪器和技术，探讨材料的组成、结构、制备工艺
和加工使用过程与其机械、物理、化学性能之间的
规律的一门基础应用学科，是研究材料共性的一门
学科。
材料科学基础课程的教学内容
材料科学基础课程是材料科学与工程专业的重要的 学科基础课之一，主要介绍材料科学中的共性规律，即 材料的组成-形成（工艺）条件-结构-性能-材料用途之间 相互关系及制约规律。内容主要包括：材料种类、晶体 结构、缺陷化学、非晶体结构、材料的表面与界面、相 图、扩散、相变、固相反应及烧结等基础知识。
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；
按制造方法分为天然矿石和人造制品；
按形状分为块状制品和不定形耐火材料； 按热处理方式分为不烧制品、烧成制品和熔铸 制品；
按耐火度分为普通、高级及特级耐火制品； 按化学性质分为酸性、中性及碱性耐火材料； 按密度分为轻质及重质耐火材料。 按制品的形状和尺寸可分为标准砖、异型砖、特异 型砖、管和耐火器皿等。 按应用分为高炉用、水泥窑用、玻璃窑用、陶瓷窑 用耐火材料等等。
碳素材料、非金属矿（石棉、
云母、大理石等）也属于传统 的无机非金属材料。
先进（或新型）无机非金属材料是用氧化
物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物 以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制 成的材料。主要包括先进陶瓷、非晶态材料、人 工晶体、无机涂层、无机纤维等。
传统的无机非金属材料 之一：陶瓷
传统的无机非金属材料 之四：耐火材 料
耐火材料是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材
料。它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。
《材料学基础》
主讲： 叶原丰
金陵科技学院材料工程学院
材料引言
• 什么是材料? • 1.1 材料分类 • 1.2 组成-结构-性质-工艺过程之间的关系
• 1.3材料的选择
什么是材料?
世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。材 料是具有一定性能，可以用来制作器件、构件、 工具、装置等物品的物质。材料存在于我们的周
瓷器
普通瓷器 细瓷器
有一定透光性，断而呈石状或贝壳状， 制作精细
透光性好，断面细腻，呈贝壳状，制作 精细
传统的无机非金属材料 之二：玻璃
玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料。根据
其形成网络的组分不同可分为硅酸盐玻璃、硼酸盐
玻璃、磷酸盐玻璃等，其网络形成剂分为SiO2、
B2O3和P2O5。习惯上玻璃态材料可分为普通玻璃和
当金属的晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时， 这种合金称为一次固溶体或端际固溶体，简称为固 溶体。 金属元素与其它金属元素或非金属元素之间形 成合金时，除固溶体外，还可能形成金属间化合物。
根据溶质原子在溶剂晶体结构中的位置，固溶 体可分为置换固溶体和间隙固溶体。 在置换固溶体中，溶质原子位于溶剂晶体结构 的晶格格点上；在间隙固溶体中，溶质原子位于溶 剂晶体结构的晶格间隙。溶质原子在固溶体中的分 布可以是随机的，即呈统计分布；也可以是部分有 序或完全有序，在完全有序固溶体中，异类原子趋 于相邻，这种结构亦称为超点阵或超结构。
料来代表当今时代的特征。
第一次产业革命的突破口是推广应用蒸汽
机 ，但只有在开发了铁和铜等新材料以后，蒸
汽机才得以使用并逐步推广。
第二次产业革命一直延续到20世纪中叶，以
石油开发和新能源广泛使用为突破口，大力发展
飞机、汽车和其他工业，支持这个时期产业革命
的仍然是新材料开发。如合金钢、铝合金以及各
种非金属材料的发展。
1.1 材料分类
• 1.1.1 材料按化学组成（或基本组成）分 类 • 1.1.2 根据材料的性能分类 • 1.1.3 材料按服役的领域来分类 • 1.1.4 材料按结晶状态分类
• 1.1.5 材料按材料的尺寸分类
• 按物理性质可分为：导电材料、绝缘材料、半导体材
料、磁性材料、透光材料、高强度材料、高温材料、 超硬材料等。 • 按物理效应分为：压电材料、热电材料、铁电材料、 非线性光学材料、磁光材料、电光材料、声光材料、 激光材料等。 • 按用途分为：电子材料、电工材料、光学材料、感光 材料、耐酸材料、研磨材料、耐火材料、建筑材料、 结构材料、包装材料等。
• 特种陶瓷是用于各种现代工业及尖端科学技术
领域的陶瓷制品。包括结构陶瓷和功能陶瓷。
结构陶瓷主要用于耐磨损、高强度、耐高温、
耐热冲击、硬质、高刚性、低膨胀、隔热等场
所。功能陶瓷主要包括电磁功能、光学功能、
生物功能、核功能及其它功能的陶瓷材料。
常见高温结构陶瓷包括：高熔点氧化物、碳化 物、硼化物、氮化物、硅化物。 功能陶瓷包括:装置瓷（即电绝缘瓷）、电容器 陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷（又称为铁氧体）、导 电陶瓷、超导陶瓷、半导体陶瓷（又称为敏感陶
以工业废渣和地方材料为主要组分的水泥。目前
水泥品种已达一百多种。• 通用ຫໍສະໝຸດ 泥为大量土木工程所使用的一般用途的水
泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸
盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水
泥和复合硅酸盐水泥等。 • 专用水泥指有专门用途的水泥，如油井水泥、砌 筑水泥等。 • 特性水泥则是某种性能比较突出的一类水泥，如 快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、中热硅 酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力铝酸盐水 泥等。
• 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。
• 材料是全球新技术革命的四大标志之一
（新材料技术、新能源技术、信息技术、
生物技术）。
什么是材料科学？
材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体 物理、热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为 理论基础的边缘交叉基础应用学科，它运用电子显 微镜、X-射线衍射、热谱、电子离子探针等各种精
1.1.1 按化学组成（或基本组成）分类：
1. 金属材料
2. 无机非金属材料
3. 高分子材料（聚合物） 4. 复合材料
1.金属材料
金属材料是由化学元素周 期表中的金属元素组成的材料。 可分为由一种金属元素构成的 单质（纯金属）；由两种或两 种以上的金属元素或金属与非 金属元素构成的合金。合金又 可分为固溶体和金属间化合物。
瓷）、热学功能陶瓷（热释电陶瓷、导热陶瓷、低
膨胀陶瓷、红外辐射陶瓷等）、化学功能陶瓷（多
孔陶瓷载体等）、生物功能陶瓷等。
根据陶瓷坯体结构及其基本物理性能 的差异，陶瓷制品可分为陶器和瓷器，见表 0-2 。陶器包括粗陶器、普陶器和细陶器。 陶器的坯体结构较疏松，致密度较低，有一 定吸水率，断口粗糙无光，没有半透明性，
断面成面状或贝壳状。
表0-2 中国日用瓷分类标准
类 性质 别 及特 吸水率 征 （%） 特征
粗陶器
陶器 普通陶器 细陶器 炻瓷器
>15
≤12 ≤15 ≤3 ≤1 ≤0.5
不时施釉，制作粗糙 断面颗粒较粗，气孔较大，表面施釉， 制作不够精细
断面颗粒较细，气孔较小，施釉或不施 釉，制作不够精细 透光性差，通常胎体较厚，呈色，断口 呈石状，制作精细
的含义。无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前
还没有统一完善的分类方法。一般将其分为传统的 （普通的）和新型的（先进的）无机非金属材料两大 类。
传 统 的无机 非金属材料 主要是指由SiO2 及其硅酸盐化
合物为主要成分制成的材料，
包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火