材料科学基础 ppt课件
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《材料科学基础》课件
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稳定性
材料在化学环境中保持其组成和结构的能力。
腐蚀性
材料与化学物质反应的能力，一些材料容易受到腐蚀。
活性
材料参与化学反应的能力和程度。
耐候性
材料在各种气候条件下的稳定性，如耐紫外线、耐风雨等。
材料的力学性质
弹性模量
描述材料抵抗弹性变形的能力。
硬度
材料表面抵抗被压入或划痕的能力。
韧性
材料吸收能量并抵抗断裂的能力。
材料科学的发展历程
总结词
概述材料科学的发展历程，包括重要的里程碑和代表 性人物。
详细描述
材料科学的发展历程可以追溯到古代，如中国的陶瓷和 青铜器制作，古埃及的石材加工等。然而，材料科学作 为一门独立的学科是在20世纪中期才开始形成的。在 这个时期，一些重要的里程碑包括开发出高温超导材料 、纳米材料和光电子材料等新型材料，这些材料的出现 极大地推动了科技的发展。同时，一些杰出的科学家如 诺贝尔奖得主也在这个领域做出了卓越的贡献。随着科 技的不断进步，材料科学的发展前景将更加广阔。
。
绿色材料与可持续发展
绿色材料
采用环保的生产方式，开发具有环保性能的新型材料，如可降解 塑料、绿色建材等。
节能减排
通过采用新型材料和技术，降低能源消耗和减少污染物排放，实现 节能减排的目标。
可持续发展
推动材料科学的发展，实现经济、社会和环境的协调发展，促进可 持续发展。
非晶体结构与性质
非晶体的结构特征
非晶体中的原子或分子的排列是无序的，不遵循长程有序的晶体 结构。
非晶体的物理和化学性质
非晶体的物理和化学性质与晶体不同，如玻璃态物质具有较好的化 学稳定性和机械强度。
材料科学基础完整ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
离子% 结 ）= [-1 e 合 -1 4(X A 键 X B )（ 2 1% 00
另一种混合键表现为两种类型的键独立 纯在例如一些气体分子以共价键结合，而 分子凝聚则依靠范德瓦力。聚合物和许多 有机材料的长链分子内部是共价键结合， 链与链之间则是范德瓦力或氢键结合。石 墨碳的上层为共价键结合，而片层间则为 范德瓦力二次键结合。
.
5
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
八.材料科学研究的内容：材料结构的基础知识、
晶体结构、晶体缺陷、材料的相结构及相图、材
料的凝固、材料中的原子扩散、热处理、工程材
料概论等主要内容。 .
子，因此，它们都是良好的电绝缘体。但当
.
16
处在
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
高温熔融状态时，正负离子在外电场作用 下可以自由运动，即呈现离子导电性。
2.共价键
（1）通过共用电子对形成稳定结构
.
13
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
三.结论
1.原子核周围的电子按照四个量子数的规定 从低能到高能依次排列在不同的量子状态 下，同一原子中电子的四个量子数不可能 完全相同。
材料科学基础ppt课件
性能/性质
成分/结构 MSE的四个组成要素
表1.1 各电子壳层及亚壳层的电子状态
主量子数 壳层序号
次量子数 亚壳层状态
量子数规定 的状态数目
考虑自旋量子数后 的状态数目
壳层 总电子数
1
1s
1
2
2s 2p
1 3
3s
1
3
3p
3
3d
5
4s
1
4
4p 4d
3 5
4f
7
2
2（＝2×12）
2
8（＝2×22）
6
2
配位数: 致密度:
Z＝12
Kn4r3 /V
3
6(4/3a)3(1/2a)3 0.74＝74%
轴比：c/a 1.633
图2-7 两个简单六方晶格穿 插在一起构成密排六方晶格
密排六方晶格，hcp （hexagonal close-packed）
第四章 金属的结晶与元相图
凝固：物质从液态转变为固态的过程。 结晶：物质从液态转变为晶体（固态）的过程。
6
18（＝2×32）
10
2
6 10
32（＝2×42）
14
f
d
p
f
d
s
f
d
p s
能
d
p
s
p
量
d
s
p
s p
s s
1
2
3
4
5
6
7
主量子数n
图1.1 电子能量水平随主量子数和次量子数的变化情况
3s
2N电子
2p
6N电子Leabharlann 2s 1s1原子2原子
第一章 材料科学基础 绪论PPT课件
❖ 功能材料是具有优良的电学、磁学、光学、 热学、声学、力学、化学和生物学功能及 其相互转化的功能，被用于非结构目的的 高技术材料。
1.4.3 材料按服役的领域来分类
根据材料服役的技术领域可分为建筑 材料、信息材料、航空航天材料、能源材 料、生物医用材料等。
❖ 火箭发动机的燃烧室与喷嘴， 需要承受2000℃的高温而不 氧化，它是用石墨表面喷涂 一层二硅化钼材料制成。石 墨已被大量用作核能工业的 “减速剂”。雷达中大型电 子管外壳，既要耐高温，又 要有优良的超高频和绝缘性 能，它是用氧化铝高频陶瓷 制成。核反应堆外部的防护 层是用一种含钡的特种水泥 筑成的。
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。
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；
等系统的材 料科学知识
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
1.4.4 材料按结晶状态分类
单晶材料 多晶材料 非晶态材料 准晶材料
单晶材料是由一个比较完整的晶粒构成的 材料，如单晶纤维、单晶硅；
多晶材料是由许多晶粒组成的材料，其性 能与晶粒大小、晶界的性质有密切的关系。
材料科学基础第一章材料结构的基本知识ppt课件
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14
3、金属键 • 通过正离子与自由电子之间相互吸引力使原子结
合的结合键。 • 价电子脱离原子成为“电子气”，正离子整齐地
排列在 “电子气”的海洋中． • 金属具有高的密度，良好的塑性，导电，导热，
固态溶解
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15
二、二次键 1、范德瓦耳斯键 • 具有稳定电子结构的原子或分子通过电偶极矩相
Cu ： …3p63d104s1
K：…3p64s1
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7
5、电负性呈周期性变化：同周期自左至右逐渐增强， 同族自上而下逐渐减弱
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8
第二节 原子的结合键
• 一次键 • 二次键 • 混合键 • 结合键的本质及原子间距 • 结合键与性能
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9
按结合力强弱分：
• 一次键：通过电子的转移或共享使原子结合的结 合键．包括离子键、共价键、金属键，结合力较 强．
晶体： 有确定熔点 单晶体各向异性 多晶体各向同性
非晶体： 无确定熔点 各向同性
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30
二、 原子排列的研究方法
• X射线或电子束 • 衍射原理 布拉格定律：
2dsinn
根据衍射分布图，可 分析晶体中原子排列 的特征（排列方式、 原子面间距等）
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31
第四节 晶体材料的组织
1、结晶过程及多晶组织
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39
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20
由表可见，A、B原子间的电负性差越大，所 形成的 AB 化合物中离子键结合的比例越高
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21
2、一次键与二次键混合 例如： • 石墨: 片层中为共价键,片层间
材料科学基础ppt课件
11
• 这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的， 因主链带极性，易水解，醇解或酸解
• 优点：耐热性好，强度高 • 缺点：易水解
• 这类聚合物主要用作工程塑料
12
元素高分子
➢主链中不含碳原子，而是由Si 、B 、As等元素和O元 素组成，但在侧链上含有有机取代基团。这类高分 子兼具无机和有机高分子特性，如有机硅高分子。
• 支化高分子的形式：星形(Star)、 梳形 (Comb)、无规(Random)
23
网状(交联)大分子
• 缩聚反应中有三个或三个以上官能 度的单体存在时，高分子链之间通 过支链联结成一个三维空间网形大 分子时即成交联结构
• 交联与支化有本质区别 支化(可溶，可熔，有软化点) 交联(不溶，不熔，可膨胀)
2
•
3-1 材料组成和结构的基本内容
Principal Contents of Materials Composition and Structures
• 材料的组成： 构成材料的基本单元的成分及数目
• 材料的结构： 材料的组成单元(即原子或分子)之间相互吸引 和相互排斥作用达到平衡时在空间的几何排列。
(2)
结构单元 的键接方式 ( 几何构型 Geometric
Configuration) (链节)
16
加聚
缩聚
• 由以上知：
• 由于高分子是链状结构，所以把简单重复(结构)单元称为“链节”(chains) • 简单重复(结构)单元的个数称为聚合度DP(Degree of Polymerization1
28
无 规 共 聚 ( random)
• 两种高分子无规则地平行联结
ABAABABBAAABABBAAA
• 这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的， 因主链带极性，易水解，醇解或酸解
• 优点：耐热性好，强度高 • 缺点：易水解
• 这类聚合物主要用作工程塑料
12
元素高分子
➢主链中不含碳原子，而是由Si 、B 、As等元素和O元 素组成，但在侧链上含有有机取代基团。这类高分 子兼具无机和有机高分子特性，如有机硅高分子。
• 支化高分子的形式：星形(Star)、 梳形 (Comb)、无规(Random)
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网状(交联)大分子
• 缩聚反应中有三个或三个以上官能 度的单体存在时，高分子链之间通 过支链联结成一个三维空间网形大 分子时即成交联结构
• 交联与支化有本质区别 支化(可溶，可熔，有软化点) 交联(不溶，不熔，可膨胀)
2
•
3-1 材料组成和结构的基本内容
Principal Contents of Materials Composition and Structures
• 材料的组成： 构成材料的基本单元的成分及数目
• 材料的结构： 材料的组成单元(即原子或分子)之间相互吸引 和相互排斥作用达到平衡时在空间的几何排列。
(2)
结构单元 的键接方式 ( 几何构型 Geometric
Configuration) (链节)
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加聚
缩聚
• 由以上知：
• 由于高分子是链状结构，所以把简单重复(结构)单元称为“链节”(chains) • 简单重复(结构)单元的个数称为聚合度DP(Degree of Polymerization1
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无 规 共 聚 ( random)
• 两种高分子无规则地平行联结
ABAABABBAAABABBAAA
材料科学基础简介PPT课件
37
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发展期
当高分子理论促进了合成高分子工 业的发展后，出现了一大批商品化 的合成材料，这些合成高分子（合 成材料）的出现，又为理论研究提 供了大量的实验依据和积累了丰富 的数据，促进了高分子物理学的迅 速发展。
38
第38页/共47页
30～40年代，高物领域最有代表性的工作： W．Kuhn、E.Guth和H.Mark等把统计力学用于高 分子链的构象统计，建立了橡胶高弹性统计理论 Svedbergy用超离心技术测定蛋白质的分子量 1942年，Flory和Huggins用似晶格模型推导出高分 子溶液的热力学性质，理论上的解释了高分子稀溶 液的依数性质 Debeye和Zimm用光散射法研究高分子溶液性质， 测定了Mw
7
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8
第8页/共47页
9
第9页/共47页
第二节 材料的类别
1. 金属材料（metals）
1.1分类 (1)黑色金属材料－主要是指钢铁材料。 钢（Steel） 按化学成分分碳素钢、合金钢等；按品
质分普通、优质、高级优质钢等；按金相组织或组织结 构分珠光体、贝氏体、马氏体和奥氏体钢等；按用途分 建筑工程、结构、工具、特殊性能、专业用钢等；按冶 炼方法分平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢等。
16
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17
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18
第18页/共47页
2.2 结构
1、离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要 以离子键的方式结合。离子键键合的基本特点是以 离子而不是以原子为结合单元。
19
第19页/共47页
一般离子晶体中正负离子静电引力较强， 结合牢固。因此。其熔点和硬度均较高。另 外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子， 因此，它们都是良好的电绝缘体。但当处在 高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下 可以自由运动，即呈现离子导电性。 2.共价键
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发展期
当高分子理论促进了合成高分子工 业的发展后，出现了一大批商品化 的合成材料，这些合成高分子（合 成材料）的出现，又为理论研究提 供了大量的实验依据和积累了丰富 的数据，促进了高分子物理学的迅 速发展。
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30～40年代，高物领域最有代表性的工作： W．Kuhn、E.Guth和H.Mark等把统计力学用于高 分子链的构象统计，建立了橡胶高弹性统计理论 Svedbergy用超离心技术测定蛋白质的分子量 1942年，Flory和Huggins用似晶格模型推导出高分 子溶液的热力学性质，理论上的解释了高分子稀溶 液的依数性质 Debeye和Zimm用光散射法研究高分子溶液性质， 测定了Mw
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第二节 材料的类别
1. 金属材料（metals）
1.1分类 (1)黑色金属材料－主要是指钢铁材料。 钢（Steel） 按化学成分分碳素钢、合金钢等；按品
质分普通、优质、高级优质钢等；按金相组织或组织结 构分珠光体、贝氏体、马氏体和奥氏体钢等；按用途分 建筑工程、结构、工具、特殊性能、专业用钢等；按冶 炼方法分平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢等。
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2.2 结构
1、离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要 以离子键的方式结合。离子键键合的基本特点是以 离子而不是以原子为结合单元。
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一般离子晶体中正负离子静电引力较强， 结合牢固。因此。其熔点和硬度均较高。另 外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子， 因此，它们都是良好的电绝缘体。但当处在 高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下 可以自由运动，即呈现离子导电性。 2.共价键
材料科学基础知识培训(ppt 97页)
• 电子仪表内不同元件之间需要用材料连接起来，以实现每个元 件的功能，试考虑选择何种材料恰当？
① 选择飞机机翼材料时应考虑哪些主要的性能？
材料选择
• 使用性：材料在使用过程中，能够安全可靠地工作所 必需具备的性能，包括材料的力学性能、物理性能、 化学性能。
• 工艺性能：材料在不同的制造工艺条件下所表现出的 承受加工的能力。
* 晶体的空间点阵类型
直线点阵 平面点阵 空间点阵
1. 一维点阵
A－NaCl中沿y轴Na+和Cl-排列的情况 B－Na+的直线排列 C－抽象为直线点阵
R ma
周期性结构 点阵
周期性结构 点阵
周期性结构 点阵
结点——仅有几何意义， 并不真正代表任何质点。
2. 二维点阵
(a)－NaCl中xy平面Na+和Cl-排列的情况 (b)－Na+或Cl-的平面排列 (c)－抽象为平面点阵
铁氧体磁性；铁磁性；顺磁性；抗磁性；磁导率
声吸收；声反射；声透射；吸声系数；降噪系数
化学稳定性；腐蚀；氧化；催化性能；纯度
四大材料的成形工艺方法
材料
常见成形方法
金属
铸造、焊接、锻造、冲压等
高分子 挤出、注射、模压、热成形等
陶瓷
压制-烧结、浇注-烧结、挤出-烧结等
复合材料 手糊成形、压制成形、挤出等
材料科学与工程基础
目
烧固相扩相晶晶引
结态变散平体体言
反
衡结结
录
应
与构构
相缺
图陷
1 引言
材料科学——研究材料的组分、结构与性能之间相互关系
和变化规律的一门应用基础科学。
材料工艺
① 选择飞机机翼材料时应考虑哪些主要的性能？
材料选择
• 使用性：材料在使用过程中，能够安全可靠地工作所 必需具备的性能，包括材料的力学性能、物理性能、 化学性能。
• 工艺性能：材料在不同的制造工艺条件下所表现出的 承受加工的能力。
* 晶体的空间点阵类型
直线点阵 平面点阵 空间点阵
1. 一维点阵
A－NaCl中沿y轴Na+和Cl-排列的情况 B－Na+的直线排列 C－抽象为直线点阵
R ma
周期性结构 点阵
周期性结构 点阵
周期性结构 点阵
结点——仅有几何意义， 并不真正代表任何质点。
2. 二维点阵
(a)－NaCl中xy平面Na+和Cl-排列的情况 (b)－Na+或Cl-的平面排列 (c)－抽象为平面点阵
铁氧体磁性；铁磁性；顺磁性；抗磁性；磁导率
声吸收；声反射；声透射；吸声系数；降噪系数
化学稳定性；腐蚀；氧化；催化性能；纯度
四大材料的成形工艺方法
材料
常见成形方法
金属
铸造、焊接、锻造、冲压等
高分子 挤出、注射、模压、热成形等
陶瓷
压制-烧结、浇注-烧结、挤出-烧结等
复合材料 手糊成形、压制成形、挤出等
材料科学与工程基础
目
烧固相扩相晶晶引
结态变散平体体言
反
衡结结
录
应
与构构
相缺
图陷
1 引言
材料科学——研究材料的组分、结构与性能之间相互关系
和变化规律的一门应用基础科学。
材料工艺
材料科学基础ppt
组织是指用金相观察方法观察材料内部时看到的涉及晶体或晶粒大小、方向、形状排 列状况等组成关系的组成物。不同的组织具有不同的力学性能和物理性能。
第一章 材料结构的基本知识
一、原子的电子排列
第一节 原子结构
原子
原子核
中子 质子
核外电子
原子的结构示意图
原子的运动轨道是有四个量子数所确定的，它们分别为主量子数、次量子数、磁 量子数以及自旋量子数。四个量子数中最重要的是主量子数n(n=1、2、3、4·····），
正方晶系： d h k 1 / l h [ /a ) ( 2 ( k /b ) 2 ( l/c ) 2 ] 1 /2
六方晶系：
d h k 1 / l4 / [ 3 ( h 2 h k k 2 ) /a 2 ( l/c ) 2 ] 1 /2
第二节 纯金属的晶体结构
一. 典型金属的晶体结构
金属晶体中的结合键是金属键，由于金属键没有方向性和饱和性，使大多数金属晶 体都具有排列紧密、对称性高的简单晶体结构。最常见的典型金属通常具有面心立方（A1 或fcc）、体心立方（A2或bcc）和蜜排六方（A3或hcp）三种晶体结构。
四. 晶面间距
1. 晶面间距：相邻两平行晶面间的距离。
2. 计算公式
对于各晶系的简单点阵，晶面间距与晶面指数 (hkl) 和点阵常数(a,b,c)之间有如下
关系：
立方晶系：
dhk la/h ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2k2l2]1/2
四方晶系：
d h k1 l/h [2 (k 2 )/a 2 ( l/c )2 ] 1 /2
二.材料性能与内部结构的关系
材料的不同性能都是由其内部结构决定的。从材料的内部结构来看，可分为四个 层次：原子结构、结合键、原子的排列方式（晶体和非晶体）以及显微组织。
第一章 材料结构的基本知识
一、原子的电子排列
第一节 原子结构
原子
原子核
中子 质子
核外电子
原子的结构示意图
原子的运动轨道是有四个量子数所确定的，它们分别为主量子数、次量子数、磁 量子数以及自旋量子数。四个量子数中最重要的是主量子数n(n=1、2、3、4·····），
正方晶系： d h k 1 / l h [ /a ) ( 2 ( k /b ) 2 ( l/c ) 2 ] 1 /2
六方晶系：
d h k 1 / l4 / [ 3 ( h 2 h k k 2 ) /a 2 ( l/c ) 2 ] 1 /2
第二节 纯金属的晶体结构
一. 典型金属的晶体结构
金属晶体中的结合键是金属键，由于金属键没有方向性和饱和性，使大多数金属晶 体都具有排列紧密、对称性高的简单晶体结构。最常见的典型金属通常具有面心立方（A1 或fcc）、体心立方（A2或bcc）和蜜排六方（A3或hcp）三种晶体结构。
四. 晶面间距
1. 晶面间距：相邻两平行晶面间的距离。
2. 计算公式
对于各晶系的简单点阵，晶面间距与晶面指数 (hkl) 和点阵常数(a,b,c)之间有如下
关系：
立方晶系：
dhk la/h ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2k2l2]1/2
四方晶系：
d h k1 l/h [2 (k 2 )/a 2 ( l/c )2 ] 1 /2
二.材料性能与内部结构的关系
材料的不同性能都是由其内部结构决定的。从材料的内部结构来看，可分为四个 层次：原子结构、结合键、原子的排列方式（晶体和非晶体）以及显微组织。
材料科学基础PPT精品课件
绪 论
材料科学基础
Foundations of Materials Science
绪 论
绪
教学目的与要求
论
1.掌握材料科学研究的内容及其要素之间的逻辑关系. 2.了解材料发展的现状与发展趋势. 3.了解本课程的主要内容和学习方法.
2015/11/23
材料科学与工程学院材料学教研室
2
绪 论
绪论部分主要介绍以下几个方面的内容:
绪 论
2015/11/23
材料科学与工程学院材料学教研室
9
绪 论 材料的历史：300,000 BC—3,500 BC
• 燧石：神奇的石头，这种容易制成工具 的石头，开始了制陶业的发展 （300000BC)。 • 天然金与铜被用作工具与武器，开始了 人类金属的使用（5500 BC） • 熔炼和锤击改变了铜的性能-材料开始发 展 （5000 BC）
绪 论
云纹铜禁：春秋中期，1978年河南淅川下寺出土。 高28.8厘米，器身长103厘米，宽46厘米，禁为 承置酒器的案，其器身以粗细不同的铜梗支撑多 层镂空云纹，十二只龙形异兽攀缘于禁的四周， 另十二只蹲于禁下为足。这是我国迄今发现用失 蜡法铸造的时代最早的铜器，其工艺精湛复杂， 莲鹤方壶：春秋，1923年河南 令人叹为观止。 新郑李家园出土。高117厘米， 2015/11/23 15 材料科学与工程学院材料学教研室 口长30.5厘米，口宽24.9厘米。
一. 什么是材料和材料科学基础?
二. 材料科学的地位和作用。
三. 材料的分类。
四. 为什么要学习《材料科学基础》?
五.《材料科学基础》课程的主要内容。
六.《材料科学基础》课程的特点、学习方法和安排。
2015/11/23 材料科学与工程学院材料学教研室 3
材料科学基础
Foundations of Materials Science
绪 论
绪
教学目的与要求
论
1.掌握材料科学研究的内容及其要素之间的逻辑关系. 2.了解材料发展的现状与发展趋势. 3.了解本课程的主要内容和学习方法.
2015/11/23
材料科学与工程学院材料学教研室
2
绪 论
绪论部分主要介绍以下几个方面的内容:
绪 论
2015/11/23
材料科学与工程学院材料学教研室
9
绪 论 材料的历史：300,000 BC—3,500 BC
• 燧石：神奇的石头，这种容易制成工具 的石头，开始了制陶业的发展 （300000BC)。 • 天然金与铜被用作工具与武器，开始了 人类金属的使用（5500 BC） • 熔炼和锤击改变了铜的性能-材料开始发 展 （5000 BC）
绪 论
云纹铜禁：春秋中期，1978年河南淅川下寺出土。 高28.8厘米，器身长103厘米，宽46厘米，禁为 承置酒器的案，其器身以粗细不同的铜梗支撑多 层镂空云纹，十二只龙形异兽攀缘于禁的四周， 另十二只蹲于禁下为足。这是我国迄今发现用失 蜡法铸造的时代最早的铜器，其工艺精湛复杂， 莲鹤方壶：春秋，1923年河南 令人叹为观止。 新郑李家园出土。高117厘米， 2015/11/23 15 材料科学与工程学院材料学教研室 口长30.5厘米，口宽24.9厘米。
一. 什么是材料和材料科学基础?
二. 材料科学的地位和作用。
三. 材料的分类。
四. 为什么要学习《材料科学基础》?
五.《材料科学基础》课程的主要内容。
六.《材料科学基础》课程的特点、学习方法和安排。
2015/11/23 材料科学与工程学院材料学教研室 3
《材料科学基础》培训讲座PPT(35张)
在飞机发动机中一 种掺镍化合物制成称作 718合金被广泛的用于制 造波音777客机上的发动 机的压缩机、叶片及紧 固件。
• 形状记忆合金
形状记忆合金百叶窗
超级钢 近来，钢铁工业已经开发出一种汽车用钢，比原先的轻24%，而强度
34%，称为超级钢。其优点是：高撞击能量吸收率；高强度-质量比；实用
材料科学基础是进行材料科学研究的基础理论，它将各种材料（包括 属、陶瓷、高分子材料）的微观结构和宏观结构规律建立在共同的理论基础 用于指导材料的研究、生产、应用和发展。它涵盖了材料科学和材料工程的 础理论。
材料科学基础的地位
人类社会发展的历史阶段常常用当时主要使用的材料来划分。从古代到现 人类使用材料的历史共经历了七个时代，各时代的开始时间：
结构材料实际上是一种按结合键种类 来分类的方法。由此可将材料分为金属、 陶瓷、高分子和由金属、陶瓷和高分子分 别组合成的各种复合材料材料。
金属材料：黑色金属材料（钢铁）、有色黑色金属材料（除钢铁 以外的） 陶瓷材料：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷 高分子材料：塑料、橡胶合成纤维 复合材料：金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料 功能材料：电子材料、光电子材料、超导材料
《材料科学基础》
《Foundations of Materials Science》
主讲：徐敏虹
绪论
一、《材料科学基础》的基本概念 二、《材料科学基础》的地位 三、学习《材料科学基础》的意义 四、《材料科学基础》的内容 五、如何学好《材料科学基础》
《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 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 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。
• 形状记忆合金
形状记忆合金百叶窗
超级钢 近来，钢铁工业已经开发出一种汽车用钢，比原先的轻24%，而强度
34%，称为超级钢。其优点是：高撞击能量吸收率；高强度-质量比；实用
材料科学基础是进行材料科学研究的基础理论，它将各种材料（包括 属、陶瓷、高分子材料）的微观结构和宏观结构规律建立在共同的理论基础 用于指导材料的研究、生产、应用和发展。它涵盖了材料科学和材料工程的 础理论。
材料科学基础的地位
人类社会发展的历史阶段常常用当时主要使用的材料来划分。从古代到现 人类使用材料的历史共经历了七个时代，各时代的开始时间：
结构材料实际上是一种按结合键种类 来分类的方法。由此可将材料分为金属、 陶瓷、高分子和由金属、陶瓷和高分子分 别组合成的各种复合材料材料。
金属材料：黑色金属材料（钢铁）、有色黑色金属材料（除钢铁 以外的） 陶瓷材料：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷 高分子材料：塑料、橡胶合成纤维 复合材料：金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料 功能材料：电子材料、光电子材料、超导材料
《材料科学基础》
《Foundations of Materials Science》
主讲：徐敏虹
绪论
一、《材料科学基础》的基本概念 二、《材料科学基础》的地位 三、学习《材料科学基础》的意义 四、《材料科学基础》的内容 五、如何学好《材料科学基础》
《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 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 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。
材料科学基础PPT课件
第35页/共52页
Y-Sialon
材料观-结构
宏观结构 微观结构
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结构的含义
宏观结构（眼睛观察范围-0.1mm） 显微结构（晶粒尺寸、分布、100m-0.1
m) 晶体结构（晶胞、晶格、Angstron） 原子结构（电子+质子+中子）
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结构分析的工具
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性能
材料性能：材料对外界作用的响应 力学性质：形变与断裂 热学性质：热容量、热导率、热膨胀 电学性质：电导率，介电性质 磁学性质：磁化率等 光学性质：折射或反射 劣化：材料的化学活性
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组成-工艺过程-结构-性质之间关系 材料科学核心内 容
组成+加工工艺
微观组织结构
性能
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
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3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种简单 低分子化合物经聚合而组成 的分子量很大的化合物
高聚物的种类繁多，性能各 异，其分类的方法多种多样
按高分子材料来源分为天然
高分子材料和合成高分子材
℃，具有良好的塑性，能承受冷热加工 第27页/共52页
工艺过程－结构（显微结构）
aluminium before refinement
aluminium after refinement
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不同加工方法的工件组织与性能
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结构的含义
宏观结构（眼睛观察范围0.1mm）
第10页/共52页
金属材料
在103种元素中，除6种惰性元素和16种非金属元素 外，81种为金属元素。
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二. 一次键
1.离子键
（1）通过电子转移形成稳定结构，存在于大 多数盐类、碱类和金属氧化物，如NaCI、MgO、 CuO、Mg2Si、CrO2。
（2） 基本特点是以离子为基本结合单位。
(3）一般离子晶体中正负离子静电引力较强， 结合牢固。因此。其熔点和硬度均较高。另 外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子， 因此，它们都是良好的ppt电课件 绝缘体。但当处在 19
高温熔融状态时，正负离子在外电场作用 下可以自由运动，即呈现离子导电性。
2.共价键
（1）通过共用电子对形成稳定结构
（2）共价键键合的基本特点是核外电子云达 到最大的重叠，形成“共用电子对”，有 确定的方位，且配位数较小。
（3）共价键在亚金属（碳、硅、锡、锗等）、 聚合物和无机非金属材料中均占有重要地 位。 共价键晶体中各个键之间都有确定的 方位，配位数比较小p。pt课件共价键的结合极为 20
材料科学基础课件
制作人：张通
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目录
• 材料结构的基本知识
• 材料中的晶体结构
• 高分子材料的结构
• 晶体缺陷
• 材料的相结构及相图
• 材料的凝固与气相沉积
• 扩散与固态相变
• 材料的变形与断裂
• 固体材料的电子结构与物理性能
• 材料概论
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2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
（3）磁量子数m： 给出每个轨道角动量量子数
的能级数或轨道数。它基本上确定了轨道的空间 取向。m=0、±1、±2、±3…。
（4）自旋量子数（全名为自旋角动量量子数）
ms：反映电子不同的自旋方向 ， ms = +1/2，-
1/2。
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5.电子分布服原从理： (1)最低能量原理：原子总是优先占据能量低的轨
陶瓷材料：高硬度，较脆，可作绝缘体
高分子材料:弹性模量，强度，塑性都很低，多 数不导电 五.内部结构划分层次：原子结构、结合键、原子 的排列方式和显微组织
六.内部结构决定性能
举例：金属键材料内部ppt课有件 大量移动电子，使金7
属具有良好塑性。金属键结合的原子排列紧密， 晶体结构简单，金属密度高。共价键结合的材 料，电子受束缚不能自由运动，通常不导电。 共价键结合力很强，变形时要破坏局部键的结 合，故材
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
导论
一.材料使用时间划分：石器时代→青铜器时代→ 铁器时代→水泥时代→钢时代→硅时代→新材料 时代
二.工程材料划分：金属材料（钢铁材料和有色金 属）、陶瓷材料（粘土、石英和长石）、高分子 材料(塑料、合成纤维和橡胶）、复合材料。
1.具有相同核电荷数的同一类原子为一种元 素。
2.元素周期表是元素周期律的具体表现形式， 它反映了元素之间相互联系的规律，元素 在周期表中的位置反映了那个元素的原子 结构和一定的性质。
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三.结论
1.原子核周围的电子按照四个量子数的规定 从低能到高能依次排列在不同的量子状态 下，同一原子中电子的四个量子数不可能 完全相同。
3.电子排列参数：主量子数、次量子数、磁
量子数以及自旋量子数
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（1）主量子数n： 决定原子中电子能量以及与核 的平均距离，即电子所处的量子壳层。 （n=1、 2、3、4…）
（2）次量子数l：也称为轨道角量子数，给出电
子在同一量子壳层内所处的能级（电子亚壳层）。 l=0、1、2、3…，这些亚壳层习惯上以s、p、d、 f表示。
料硬而脆。原子排列不紧密，晶体结构复杂， 故共价键晶体陶瓷密度低。
七.材料科学定义：研究各种材料的结构、制备 加工工艺与性能之间关系的学科。
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八.材料科学研究的内容：材料结构的基础知识、
晶体结构、晶体缺陷、材料的相结构及相图、材
料的凝固、材料中的原子扩散、热处理、工程材
料概论等主要内容。 ppt课件
牢固，故共价晶体具有结构稳定、熔点高、质 硬脆等特点。共价形成的材料一般是绝缘体，其 导电性能差。
3.金属键 （1）金属中的自由电子和金属正离子相互作用所
构成键合称为金属键，例如Na、Mg、Al等。 （2）金属键的基本特点是电子的共有化。 （3）金属键既无饱和性又无方向性，因而每个原
子有可能同更多的原子相结合，并趋于形成低能 量的密堆结构。当金属受力变形而改变原子之间 的相互位置时，不至于使金属键破坏，这就使金 属具有良好延展性，并且，由于自由电子的存在， 金属一般都具有良好的导电和导热性能。
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第一章 材料结构的基本知识
• 原子结构 • 原子结合键 • 原子排列方式 • 晶体材料的组织 • 材料的稳态结构与亚稳态结构
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第一节 原子结构
一、原子的电子排列
1.原子组成：原子核（质子和中子）和核外 电子。
2.电子排列：原子核外电子的分布，它不仅 决定了单个原子的行为，也对工程材料内 部原子的结合以及材料的某些性能起着决 定性作用。
道，使系统处于最低的能量状态。
(2)泡利不相容原理：一个原子中不可能存在有四
个量子数完全相同的两个电子。
(3)Hund规则：在同一亚层中的各个能级中，电子
的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋的方向
相同。当电子排布为全充满、半充满或全空时，
是比较稳定的，整个原ppt子课件 的能量最低 。
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二.元素周期表
三.其它材料 电子材料 ：在电子学和微电子学使用的材料， 包括半导体材料、介电功能材料和磁性材料 光电子材料：具有光子和电子的产生、转换和传 输功能的材料。
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超导材料：具有一定的低温条件下呈现出电阻 等于零以及排斥磁力线的性质的材料。
四.材料性能
金属材料：导电性，高的塑性和韧性，可作导 体
2.根据排列次序建立了元素周期表，各个周
期中的元素的性质呈现相同的周期变化规
律，元素在周期表上的位置不仅决定了单
个原子的行为，也决定了材料中原子的结
合方式以及材料的化学性能和物理性能。
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第二节 原子结合键
一.原子结合键 1.存在状态：凝聚态（液态和固态） 分类 2.一次键：结合力较强，包括离子键、共 价键和金属键。 3.二次键：结合力较弱，包括范德瓦耳斯 键和氢键。