材料科学基础知识优秀课件
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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》PPT课件
编辑版ppt
9
w（Cu）为35%的Sn-Cu合金冷却到415℃时发生L+ε→η的包晶转变，如图 7.35（a）所示，剩余的液相冷却227℃又发生共晶转变，所以最终的平 衡组织为η+（η+Sn）。而实际的非平衡组织（见图7.35（b））却保留相 当数量的初生相ε（灰色），包围它的是η相（白色），而外面则是黑色 的共晶组织。
Pt等。
编辑版ppt
3
图7.30所示的PT-AG相图是具 有包晶转变相图中的典型代 表
图中ACB是液相线，AD，PB是固相线，DE是Ag在Pt为基的α固溶体的 溶解度曲线，PF是Pt在Ag为基的β固溶体的溶解度曲线。水平线DPC是包晶转变 线，成分在DC范围内的合金在该温度都将发生包晶转变：
LC+αD βP 包晶反应是恒温转变，图中P点称为包晶点
室温平衡组织 为:β+αⅡ
合金Ⅱ缓慢冷至包晶转变前的结晶过程与上述包晶成分合金相同，由于合金Ⅱ中的液相 的相对量大于包晶转变所需的相对量，所以包晶转变后，剩余的液相在继续冷却过程中， 将按匀晶转变的方式继续结晶出β相，其相对成分沿CB液相线变化，而β相的成分沿PB线 变化，直至t3温度全部凝固结束，β相成分为原合金成分。在t3至t4温度之间，单相β无 任何变化。在t4温度以下，随着温度下降，将从β相中不断析出αⅡ。
第七章 二元系相图及其合金的凝固
制作人:李凌锋 080207022
编辑版ppt
1
7.3.3包晶相图及其合金凝固
1.包晶相图 2.包晶合金的凝固及其平衡组织 3.包晶合金的非平衡凝固 7.3.4溶混间隙相图与调幅分解
编辑版ppt
2
ONE.包晶相图
包晶转变定义：
组成包晶相图的两组元，在液态可无限互溶， 而在固态只能部分互溶。在二元相图中， 包晶转变就是已结晶的固相与剩余液相反 应形成另一固相的恒温转变。具有包晶转 变的二元合金有Fe-C，Cu-Zn，Ag-Sn，Ag-
《材料科学基础》课件
1 2
a
101
1 6
a
121
1 3
a
111
3-11
全位错
几何条件：
shockley不全位错
Franker不全位错
• 能量条件：
shockley不全位错
全位错
Franker不全位错
b=a/3<111>和｛111｝面垂直。纯刃位错。
b垂直于滑移面，不是fcc晶体的滑移方向， 不能滑移，只可攀移。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4、（3-8）比较刃位错和螺位错的异同点。
14、表征晶体中晶向和晶面的方法有 解析法 和 图示 法。（晶 体投影图 ）
二、分析计算
1、（2-3）（1）晶面A在x、y、z轴上的截距分别是2a、3b和 6c，求该晶面的米勒指数；（2）晶面B在x、y、z轴上的截 距分别是a/3、b/2和c，求该晶面的米勒指数。
1 : 1 : 1 3: 2:1 236
3 0.40183
0.683
•(4) CsCl的分子量为:
(35.453 +132.905 )=168.358，
•阿佛加得罗常数是6.0238×1023;
•每个CsCl分子的质量A为：
168.358/(6.0238×10 ) 23
ZM / N A a3
1168.358 /(6.02 1023) (0.4018 107 )3
配位数是8.
[CsCl 8] 或 [ClCs8]配位六面体。
（4）
对CsCl晶体，晶体结构为简 单立方，晶胞中含有一个 正离子一个负离子，沿体 对角线正负离子相切:
3a 2r 2r
a=0.4018nm
3a 2 (0.167 0.181) 0.696
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)
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
材料科学基础-专业课件
材料科学基础课程的教学内容? 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， 基础课之一，主要介绍材料科学中的共性规律，即材料的组 形成（工艺）条件－结构－性能－ 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。所以材料科学基础是研究材料的成分、 系及制约规律。所以材料科学基础是研究材料的成分、组织 结构与性能之间关系。 结构与性能之间关系。 内容包括：材料种类、晶体结构、缺陷化学、 内容包括：材料种类、晶体结构、缺陷化学、非晶体结 材料的表面与界面、相图、扩散、相变、 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。 结等基础知识。
先进（或新型）的无机非金属材料 先进（或新型）
先进（或新型）的无机非金属材料是用氧化物、 先进（或新型）的无机非金属材料是用氧化物、氮化 碳化钨、硼化物、硫化物、 物、碳化钨、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。 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 括先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、 机纤维等。 机纤维等。
普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与其它天然 普通陶瓷即传统陶瓷， 矿物原料经过粉粹混炼、成型、 矿物原料经过粉粹混炼、成型、锻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、 制品。包括日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、 电瓷以及其它工业陶瓷。 电瓷以及其它工业陶瓷。 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。 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、 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。 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、 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
《材料科学基础》课件第1章 材料的结构
◆ 晶体与非晶体区别：
(a)是否具有周期性、对称性； (b)是否有确定的熔点； (c)是否各向异性； 单晶体的各向异性
25
1.2 晶体学基础 1.2.2 空间点阵和晶胞
为了便于分析研究晶体中原子或分子的排 列情况，可把它们抽象为规则排列于空间的无 数个几何点，这些点子可以是原子或分子的中 心，也可以是彼此等同的原子群或分子群的中 心，但各个点子的周围环境必须相同，这种点 的空间排列称为空间点阵。
3. 晶胞
空间点阵
27
晶胞
1.2 晶体学基础
1.2.2 空间点阵和晶胞
28
1.2 晶体学基础
◆选取晶胞的原则：
1.2.2 空间点阵和晶胞
① 应反映出点阵的高度对称性； ② 棱和角相等的数目最多； ③ 棱边夹角为直角时，直角数目最多； ④ 晶胞体积最小。
29
1.2 晶体学基础 4. 晶格（点阵）参数
1.2.2 空间点阵和晶胞
⑷ 简单正交
⑸ 底心正交
⑹ 体心正交
34
⑺ 面心正交
1.2 晶体学基础
1.2.2 空间点阵和晶胞
（四）四方 a=b≠c =β=γ=90°
⑻ 简单四方
⑼ 体心四方
（五）菱方 a=b=c =β=γ≠90°
⑽ 简单菱方
35
1.2 晶体学基础 （六 ）六方 a=b≠c =β=90°，γ=120°
共价键 相邻原子价电子各处于 相反的自旋状态，原子 核间的库仑引力 离子键 原子得、失电子后形成 负、正离子，正负离子 间的库仑引力 金属键 自由电子气与正离子实 之间的库仑引力 分子键 原子间瞬时电偶极矩的 感应作用
18
强
较强
最弱
1.1 材料的结合方式 1.1.2工程材料的键性 实际上使用的工程材料，有的是单纯的一种键，更多
(a)是否具有周期性、对称性； (b)是否有确定的熔点； (c)是否各向异性； 单晶体的各向异性
25
1.2 晶体学基础 1.2.2 空间点阵和晶胞
为了便于分析研究晶体中原子或分子的排 列情况，可把它们抽象为规则排列于空间的无 数个几何点，这些点子可以是原子或分子的中 心，也可以是彼此等同的原子群或分子群的中 心，但各个点子的周围环境必须相同，这种点 的空间排列称为空间点阵。
3. 晶胞
空间点阵
27
晶胞
1.2 晶体学基础
1.2.2 空间点阵和晶胞
28
1.2 晶体学基础
◆选取晶胞的原则：
1.2.2 空间点阵和晶胞
① 应反映出点阵的高度对称性； ② 棱和角相等的数目最多； ③ 棱边夹角为直角时，直角数目最多； ④ 晶胞体积最小。
29
1.2 晶体学基础 4. 晶格（点阵）参数
1.2.2 空间点阵和晶胞
⑷ 简单正交
⑸ 底心正交
⑹ 体心正交
34
⑺ 面心正交
1.2 晶体学基础
1.2.2 空间点阵和晶胞
（四）四方 a=b≠c =β=γ=90°
⑻ 简单四方
⑼ 体心四方
（五）菱方 a=b=c =β=γ≠90°
⑽ 简单菱方
35
1.2 晶体学基础 （六 ）六方 a=b≠c =β=90°，γ=120°
共价键 相邻原子价电子各处于 相反的自旋状态，原子 核间的库仑引力 离子键 原子得、失电子后形成 负、正离子，正负离子 间的库仑引力 金属键 自由电子气与正离子实 之间的库仑引力 分子键 原子间瞬时电偶极矩的 感应作用
18
强
较强
最弱
1.1 材料的结合方式 1.1.2工程材料的键性 实际上使用的工程材料，有的是单纯的一种键，更多
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。
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• 1 纳米材料 （土木10-7班） • 2形状记忆合金（土木10-8班） • 3超导材料（土木10-9班） • 4钛合金及应用（建筑环境与设备10-1班） • 5生物材料（建筑环境与设备10-2班）
材料的四要素及其关系
µ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。 µ只有从微观上了解 材料的组成、结构与 性能的关系，才能有 效地制备、选择和使 用材料。
材料科学基础知识
材料科学概论
第一章 材料科学基础知识
本章主要内容：
Ø一、材料中的晶体结构 1.1 晶体学基础 1.2 实际材料中的晶体结构与缺陷
Ø二、金属的结晶 Ø三、材料中的相结构 Ø四、材料的力学性能
材料科学与工程
• 材料科学与工程是关于材料成分、结构、制 备工 艺与材料性能和用途之间相互关系的知 识开发和应 用的学科。
材料表面的显微结构（原子力显微镜）
金的(111)晶面结构
硅表面原子排列
材料的显微结构对材料的性能具有相当大的影响。
微观结构
胶原纤维
Micro-circle DNA
红血球细胞
微观结构
S能的关系
材料的性能是决定一种材料应用的重要因素。 例如金属材料如铜有很强的延展性、导电性 等。一些非金属材料如陶瓷有很高的硬度等。 不同的材料其性能是不同的，那么材料的性 能与什么因素有关呢？
(格点)，各点用线连接起来，形成一个三维的 空间格子。
• 晶胞 — 将晶格中，能够代表晶体排列方式的最小单元 （平行六面体）抽出。
材料的四要素
• 材料的成分与结构是指材料的原子类型 和排列方式；
• 合成与加工是指实现特定原子排列的演 变过程；
• 材料的性质是指对材料功能特性和效用 的定量度量和描述；
• 使用效能是指材料性质在使用条件下的 表现。
15周的作业-课堂汇报
分别从概念（历史）、特点（性能）和应用 （举例）进行汇报，时间10分钟
一、材料中的晶体结构
1.1 晶体学基础--- 1、晶体与非晶体
一、晶体与非晶体
晶体 常用金属及多数无机物 简单分子 固体物质
非晶体 橡胶、玻璃、松香等 复杂分子
区别：
• 晶体中原子或分子在空间呈一定规律整齐排列；非晶体原 子紊乱排列。
• 晶体具有一定的熔点；非晶体逐渐软化，没有固定的熔点。
• 晶体单晶在性能上呈各向异性；非晶体呈各向同性。
• 许多晶体具有天然的晶形。
• 晶体处于低能状态稳定；而非晶体处于能量较高的状态， 亚稳结构，在一定条件下可转变为晶体。
晶态
非晶态
金属的结构
晶态
非晶态
SiO2的结构
二、常见金属的晶体结构
1、晶体学基础
为方便描述晶体中原子排列的对称性和周期性，进行以 下简化处理并归类。 • 晶格 — 将晶体中的原子或分子，抽象成为一个几何点
• 换言之，材料科学与工程是研究材料组 成、 结构、生产过程、材料性能与使用性能以及 它们之间的关系。
材料的四要素
基本要素
组成与结构 Composition and Structure 合成与生产过程 Synthesis and Processing 性质 Properties 使用效能 Performance
• 习惯上人们常将加工过的称为钻石，而未 加工过的称为金刚石。
• 金刚石与石墨的结构
• 金刚石与石墨的性能
晶体结构
等轴晶系，立方面 六方晶系，呈层状结
心晶胞，共价键结 构，层之间为分子键
合的
结合
晶体微观结构与性能
（碳的同素异构转变）
Ø材料中原子和离子的排列显著影响材料的性质
金刚石
石墨
富勒烯 (C60)
金刚石
• 金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常 说的钻石，它是一种由纯碳组成的矿物。
• 金刚石是自然界中最坚硬的物质，因此 也就具有了许多重要的工业用途，如精 细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、 拉丝模。金刚石还被作为很多精密仪器 的部件。
金刚石
• 金刚石的折射率非常高，色散性能也很 强，这就是金刚石为什么会反射出五彩 缤纷闪光的原因。
• 1977年山东省临沭县岌山乡常林的一名 村民在地里发现了中国最大的金刚石。
金刚石
• 世界上最大的工业用金刚石和宝石级金刚 石均产于南非，都超过3100克拉（1克拉 =200毫克）。
• 金刚石晶体的键角为109°28′，是一种具有 超硬、耐磨、热敏、传热导、半导体及透 远等优异的物理性能，素有“硬度之王” 和宝石之王的美称，金刚石的结晶体的角 度是54度44分8秒。
• 金刚小石、金刚玉石（龙凤胎），生于1993 年农历12月30日，成都市凉水井小学学生， 成都市琴台路形象大使、成都市十大活力宝 贝；四川省旅游形象大使，2005年9月被世 界华人联合会授予“促进世界和谐友好使者” 称号。
金刚一家人
• 在香港表演茶艺的龙凤兄妹
在天津卫视表演 金刚小石&金刚玉石
效能
合
材
成
料
工 艺
性 能
成分/结构
材料的四要素
材料的结构
v 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 陷等内涵。
材料结构的描述：
1. 宏观组织结构: >1000,000 nm 2. 微观显微结构: 10 ～1000 nm 3. 纳米结构: <100nm 4. 键合结构: 原子/离子间的化学键 5. 原子结构: 原子的电子结构
总的来说一种材料或一种物质其性能取决于它 本身的二个属性。一个是它的化学成分，如铁 与铜、闪锌矿（ZnS）。另一个是它内部的组织 结构。所谓内部的组织结构，对单晶体来说就 是它的晶体结构，即晶体中原子的排列。
• 结构决定性能是自然界永恒的规律。
• 金刚石 • 大家知道金刚石吗？
金刚石
• 金刚石，（真实姓名）笔名恐先生，四 川成都人，1969生于马边茶叶世家，大 学中文硕士，长篇小说家，导演，工笔 画家，茶道大师，茶艺研究员。
• 1982年（12岁）正式登陆中国文坛，时 为中国十佳少年作家，1988年从事茶道 文化研究，1991年开始受父命专门从事 中国绿茶的传播 。
金刚石
• 1998年在成都市各文化机构创建四川长嘴壶 茶艺表演艺术资源平台，并组建四川省峨眉 派茶艺表演队。2001年出版西部大长篇《奔 生》，获郭沫若文学奖，2002年创办四川省 峨眉派茶艺学校 。
材料的四要素及其关系
µ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。 µ只有从微观上了解 材料的组成、结构与 性能的关系，才能有 效地制备、选择和使 用材料。
材料科学基础知识
材料科学概论
第一章 材料科学基础知识
本章主要内容：
Ø一、材料中的晶体结构 1.1 晶体学基础 1.2 实际材料中的晶体结构与缺陷
Ø二、金属的结晶 Ø三、材料中的相结构 Ø四、材料的力学性能
材料科学与工程
• 材料科学与工程是关于材料成分、结构、制 备工 艺与材料性能和用途之间相互关系的知 识开发和应 用的学科。
材料表面的显微结构（原子力显微镜）
金的(111)晶面结构
硅表面原子排列
材料的显微结构对材料的性能具有相当大的影响。
微观结构
胶原纤维
Micro-circle DNA
红血球细胞
微观结构
S能的关系
材料的性能是决定一种材料应用的重要因素。 例如金属材料如铜有很强的延展性、导电性 等。一些非金属材料如陶瓷有很高的硬度等。 不同的材料其性能是不同的，那么材料的性 能与什么因素有关呢？
(格点)，各点用线连接起来，形成一个三维的 空间格子。
• 晶胞 — 将晶格中，能够代表晶体排列方式的最小单元 （平行六面体）抽出。
材料的四要素
• 材料的成分与结构是指材料的原子类型 和排列方式；
• 合成与加工是指实现特定原子排列的演 变过程；
• 材料的性质是指对材料功能特性和效用 的定量度量和描述；
• 使用效能是指材料性质在使用条件下的 表现。
15周的作业-课堂汇报
分别从概念（历史）、特点（性能）和应用 （举例）进行汇报，时间10分钟
一、材料中的晶体结构
1.1 晶体学基础--- 1、晶体与非晶体
一、晶体与非晶体
晶体 常用金属及多数无机物 简单分子 固体物质
非晶体 橡胶、玻璃、松香等 复杂分子
区别：
• 晶体中原子或分子在空间呈一定规律整齐排列；非晶体原 子紊乱排列。
• 晶体具有一定的熔点；非晶体逐渐软化，没有固定的熔点。
• 晶体单晶在性能上呈各向异性；非晶体呈各向同性。
• 许多晶体具有天然的晶形。
• 晶体处于低能状态稳定；而非晶体处于能量较高的状态， 亚稳结构，在一定条件下可转变为晶体。
晶态
非晶态
金属的结构
晶态
非晶态
SiO2的结构
二、常见金属的晶体结构
1、晶体学基础
为方便描述晶体中原子排列的对称性和周期性，进行以 下简化处理并归类。 • 晶格 — 将晶体中的原子或分子，抽象成为一个几何点
• 换言之，材料科学与工程是研究材料组 成、 结构、生产过程、材料性能与使用性能以及 它们之间的关系。
材料的四要素
基本要素
组成与结构 Composition and Structure 合成与生产过程 Synthesis and Processing 性质 Properties 使用效能 Performance
• 习惯上人们常将加工过的称为钻石，而未 加工过的称为金刚石。
• 金刚石与石墨的结构
• 金刚石与石墨的性能
晶体结构
等轴晶系，立方面 六方晶系，呈层状结
心晶胞，共价键结 构，层之间为分子键
合的
结合
晶体微观结构与性能
（碳的同素异构转变）
Ø材料中原子和离子的排列显著影响材料的性质
金刚石
石墨
富勒烯 (C60)
金刚石
• 金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常 说的钻石，它是一种由纯碳组成的矿物。
• 金刚石是自然界中最坚硬的物质，因此 也就具有了许多重要的工业用途，如精 细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、 拉丝模。金刚石还被作为很多精密仪器 的部件。
金刚石
• 金刚石的折射率非常高，色散性能也很 强，这就是金刚石为什么会反射出五彩 缤纷闪光的原因。
• 1977年山东省临沭县岌山乡常林的一名 村民在地里发现了中国最大的金刚石。
金刚石
• 世界上最大的工业用金刚石和宝石级金刚 石均产于南非，都超过3100克拉（1克拉 =200毫克）。
• 金刚石晶体的键角为109°28′，是一种具有 超硬、耐磨、热敏、传热导、半导体及透 远等优异的物理性能，素有“硬度之王” 和宝石之王的美称，金刚石的结晶体的角 度是54度44分8秒。
• 金刚小石、金刚玉石（龙凤胎），生于1993 年农历12月30日，成都市凉水井小学学生， 成都市琴台路形象大使、成都市十大活力宝 贝；四川省旅游形象大使，2005年9月被世 界华人联合会授予“促进世界和谐友好使者” 称号。
金刚一家人
• 在香港表演茶艺的龙凤兄妹
在天津卫视表演 金刚小石&金刚玉石
效能
合
材
成
料
工 艺
性 能
成分/结构
材料的四要素
材料的结构
v 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 陷等内涵。
材料结构的描述：
1. 宏观组织结构: >1000,000 nm 2. 微观显微结构: 10 ～1000 nm 3. 纳米结构: <100nm 4. 键合结构: 原子/离子间的化学键 5. 原子结构: 原子的电子结构
总的来说一种材料或一种物质其性能取决于它 本身的二个属性。一个是它的化学成分，如铁 与铜、闪锌矿（ZnS）。另一个是它内部的组织 结构。所谓内部的组织结构，对单晶体来说就 是它的晶体结构，即晶体中原子的排列。
• 结构决定性能是自然界永恒的规律。
• 金刚石 • 大家知道金刚石吗？
金刚石
• 金刚石，（真实姓名）笔名恐先生，四 川成都人，1969生于马边茶叶世家，大 学中文硕士，长篇小说家，导演，工笔 画家，茶道大师，茶艺研究员。
• 1982年（12岁）正式登陆中国文坛，时 为中国十佳少年作家，1988年从事茶道 文化研究，1991年开始受父命专门从事 中国绿茶的传播 。
金刚石
• 1998年在成都市各文化机构创建四川长嘴壶 茶艺表演艺术资源平台，并组建四川省峨眉 派茶艺表演队。2001年出版西部大长篇《奔 生》，获郭沫若文学奖，2002年创办四川省 峨眉派茶艺学校 。