材料科学基础
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。
《材料科学基础》课件
THANKS
感谢观看
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。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、单项选择题(每题2分,共20分)1. 材料科学中,材料的基本组成单元是()。
A. 分子B. 原子C. 离子D. 电子答案:B2. 金属的塑性变形主要是通过()来实现的。
A. 弹性变形B. 位错运动C. 相变D. 断裂答案:B3. 在材料科学中,硬度的定义是()。
A. 材料抵抗变形的能力B. 材料抵抗磨损的能力C. 材料抵抗压缩的能力D. 材料抵抗拉伸的能力答案:B4. 材料的热处理过程中,淬火的主要目的是()。
A. 提高硬度B. 增加韧性C. 减少变形D. 提高导电性答案:A5. 以下哪种材料不属于复合材料?A. 碳纤维增强塑料B. 钢筋混凝土C. 不锈钢D. 玻璃钢答案:C二、填空题(每空1分,共20分)1. 材料的强度是指材料在受到______作用时,抵抗______的能力。
答案:外力;破坏2. 材料的断裂韧性是指材料在______条件下,抵抗______的能力。
答案:裂纹存在;断裂3. 材料的疲劳是指材料在______作用下,经过______循环后发生断裂的现象。
答案:交变应力;多次4. 材料的导热性是指材料在______条件下,抵抗______的能力。
答案:温度梯度;热量传递5. 材料的电导率是指材料在单位电场强度下,单位时间内通过单位面积的______。
答案:电荷量三、简答题(每题10分,共30分)1. 简述材料的弹性模量和屈服强度的区别。
答案:弹性模量是指材料在弹性范围内,应力与应变的比值,反映了材料抵抗形变的能力。
屈服强度是指材料在受到外力作用下,从弹性变形过渡到塑性变形时的应力值,反映了材料抵抗塑性变形的能力。
2. 描述材料的疲劳破坏过程。
答案:材料的疲劳破坏过程通常包括三个阶段:裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终断裂。
在交变应力作用下,材料内部的微裂纹逐渐扩展,当裂纹扩展到一定程度,材料无法承受继续增加的应力时,就会发生断裂。
3. 什么是材料的热处理?请列举几种常见的热处理方法。
材料科学基础
1.材料是国民经济的基础;广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质;材料、信息、能源是现代技术的三大支柱。
2.材料科学是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。
3.材料分类:金属材料、陶瓷材料或无机非金属材料、高分子材料、复合材料。
4.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(包括金属、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上,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基础理论。
5.金属键:金属中自由电子与金属正离子之间构成键合称为金属键。
特点:电子共有化,既无饱和性又无方向性,形成低能量密堆结构性质:良好导电、导热性能,延展性好。
6.离子键:正负离子之间由于静电引力相互吸引,是原子结合在一起形成离子键。
特点:以离子而不是以原子为结合单元,要求正负离子相间排列,且无方向性,无饱和性性质:熔点和硬度均较高,良好电绝缘体。
7.共价键:两个或多个电负性相差不大的原子通过共用电子对而形成的化学键。
特点:饱和性配位数较小,方向性(s电子除外)性质:熔点高、质硬脆、导电能力差二;晶体学基础晶体:是指其内部原子(分子或离子)在三维空间做有规则的周期性重复排列的物体。
晶体原子(分子或离子)在空间的具体排列方式称为晶体结构。
晶体结构的基本特征:原子(或分子、离子)在三维空间呈周期性重复排列即即存在长程有性能上两大特点:固定的熔点,各向异性空间点阵:将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点,即可得到一个由无数几何点在三维空间排列成规则的阵列—空间点阵特征:每个阵点在空间分布必须具有完全相同的周围环境晶胞:代表性的基本单元(最小平行六面体)选取晶胞的原则1.选取的平行六面体应反映出点阵的最高对称性2.平行六面体的棱和角相等的数目应最多3.当平行六面体的棱边夹角存在直角,直角数目应最多4.在满足上述条件下晶胞应具有最小体积晶格:为了表达空间原子排列的几何规律,把粒子(原子或分子)在空间的平衡位置作为结点,人为地将结点用一系列相互平行的直线连接起来形成的空间格架称为晶格。
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
材料科学基础
材料科学基础是材料理论、实验、应用的交叉学科。
它集成了多学科的实验手段和理论计
算技术,利用理论计算、数理物理和实验技术,研究材料的性能和制备、表征,分析和优
化材料结构和功能性能,以满足材料领域的需求。
基础的材料科学主要包括材料多尺度结构的研究、材料微观机制的研究、材料表面与界面
性质的研究以及材料抗损性表征及改进等。
材料多尺度结构研究是通过研究材料的原子、
分子、晶体等多种尺度结构,探索材料性能及其关联机制。
材料微观机制研究是通过对材
料微细结构、代表性性质进行研究,从原子、分子、晶体分解的角度探究材料行为及影响
其行为的机制;材料表面与界面性质的研究是指利用实验与分子模拟方法,研究材料的表
面和界面结构、化学组分特性及其性能等;材料抗损性表征与改进研究是针对特定工况作
用环境下材料应力损伤、耐磨性能等进行研究,目的是区分材料质变以及失效机制,提出
与改善结构、材料条件等有关的优化技术。
此外,材料科学的基础还涉及其他学科,如物理化学、机械工程、计算机科学、化学工程、材料物理学、有机合成和金属学等,以便从新的视角,综合研究材料的结构、性质、加工
技术、性能表征等。
总之,材料科学基础是一门宽泛而全面的学科,能够涵盖实验、理论计算技术、物理化学
等诸多分支,来研究材料的性能及功能。
未来,随着材料应用的不断发展,材料科学基础
也将在科学研究中发挥重要作用,为材料发展提供重要保障。
材料科学基础课程教学大纲
材料科学基础课程教学大纲
一、课程背景与目标
材料科学基础课程是材料科学与工程专业的一门基础性课程,旨在培养学生对材料科学基本理论和基本知识的理解和掌握,为其后续的专业学习和科研工作打下坚实的基础。
本课程通过系统地讲授材料结构、性能与应用等方面的基础知识,旨在培养学生的科学思维、分析问题和解决问题的能力。
二、教学内容
1. 材料科学基础
1.1 材料科学的发展历程
1.2 材料科学的研究方法与手段
1.3 材料科学的基本概念和专业术语
2. 材料结构与性能
2.1 材料的晶体结构与非晶体结构
2.2 材料的晶体缺陷与非晶缺陷
2.3 材料的晶体结构与性能关系
2.4 材料的物理性质与化学性质
2.5 材料的机械性能与材料强度
3. 材料制备与加工
3.1 金属材料的制备与加工
3.2 陶瓷材料的制备与加工
3.3 高分子材料的制备与加工
3.4 复合材料的制备与加工
3.5 材料制备与加工中的工艺控制与监测
4. 材料性能测试与分析
4.1 材料性能测试的基本原理与方法4.2 材料力学性能测试与分析
4.3 材料热学性能测试与分析
4.4 材料电学性能测试与分析。
800材料科学基础参考书目
800材料科学基础参考书目(最新版)目录1.材料科学基础概述2.800 材料科学基础参考书目分析3.适用人群与学习建议正文【材料科学基础概述】材料科学基础是一门研究材料结构、性能、制备和应用等方面的学科,旨在为材料工程和技术提供理论基础。
材料科学基础涉及的主要内容包括:材料结构与性能、材料制备与加工、材料分析与测试、材料设计与计算等。
学习材料科学基础有助于更好地理解材料的微观结构与宏观性能之间的关系,从而为相关领域的研究和应用提供支持。
【800 材料科学基础参考书目分析】针对 800 材料科学基础参考书目,可以从以下几个方面进行分析:1.教材类:教材类书籍通常系统地介绍材料科学基础的理论知识,适合初学者和本科生学习。
例如,《材料科学基础》、《材料科学概论》等。
2.专著类:专著类书籍通常针对某一特定领域或主题进行深入研究,适合研究生和科研人员阅读。
例如,《现代材料科学基础》、《先进材料科学与工程》等。
3.实验教材类:实验教材类书籍重点介绍材料科学基础实验方法和技巧,有助于提高学生的实验操作能力。
例如,《材料科学实验教程》、《材料科学基础实验》等。
4.参考书类:参考书类书籍通常提供丰富的数据和案例,有助于读者查阅相关知识和解决实际问题。
例如,《材料科学基础数据手册》、《材料科学与工程手册》等。
【适用人群与学习建议】1.适用人群:800 材料科学基础参考书目适用于材料科学与工程、冶金工程、机械工程、航空航天等专业的本科生、研究生和科研人员。
2.学习建议:(1) 根据个人需求和兴趣选择合适的书籍进行系统学习。
(2) 结合实际案例和工程应用,加深对材料科学基础理论知识的理解。
(3) 动手进行实验操作,培养实际解决问题的能力。
(4) 注重学术交流和分享,及时了解材料科学基础领域的最新动态和研究成果。
材料科学基础知识点
材料科学基础知识点
1. 结晶学:研究晶体的形成、结构和性质。
包括晶体生长、晶体结构分析、晶体缺陷等。
2. 材料力学:研究材料的力学性质,包括材料的强度、韧性、塑性、蠕变等。
3. 材料热学:研究材料的热传导、热膨胀、热稳定性等热学性质。
4. 材料电学:研究材料的电导率、介电性质、磁性等电学性质。
5. 材料化学:研究材料的化学成分、结构和化学反应。
包括材料的合成方法、表面改性、材料的腐蚀与防护等。
6. 材料物理学:研究材料的物理性质,包括光学性质、磁性、声学性质等。
7. 材料加工:研究材料的加工方法、工艺和性能改善。
包括材料的铸造、焊接、锻造、热处理等。
8. 材料性能测试:研究材料的各种性能指标的检测和测试方法。
9. 材料选择:根据工程要求和材料性能,选择最合适的材料。
10. 材料应用:研究材料在各种实际应用中的性能和适用范围,包括材料的耐久性、可靠性等。
材料科学基础知识点总结
一、基本知识点 1.结合键与晶体学基础(1)化学键包括离子键:静电吸引作用共价键金属键:金属正离子与自由电子之间的相互作用构成的金属原子间的结合力。
没有方向性和饱和性。
(理论包括自由电子模型和能带理论)物理键包括范德华键:包括3种,静电力、诱导力、色散力。
特点有:1、存在于分子或原子间的一种较弱的吸引力 2、作用能约为几十个kj/mol,比化学键小1-2数量级 3、一般没有方向性和饱和性。
氢键:存在于含氢的物质,与范德华健不同的是,氢键是有方向性和饱和性的较强的分子间力。
(2)晶体:是内部质点(原子、分子或离子)在三维空间以周期性重复方式作有规则的排列的固体,即晶体是具有格子构造的固体(1、有确定的熔点2、各向异性,即不同方向性能不同)。
非晶体:原子散乱分布或仅有局部区域的短程规则排列。
玻璃相:相:材料中均匀而具有物理特性的部分,并和体系的其他部分有明显界面的称为“相”(3)空间点阵:把由一系列在三维空间周期性排列的几何点阵成为一个空间点阵晶胞:组成各种晶体构造的最小体积单位晶面:在晶体结构内部中,由物质质点所组成的平面晶向:穿过物质的质点所组成的直线方向晶格:晶系:晶向族晶面族:在晶体中有些晶面上原子排列和分布规律是完全相同的,晶面间距相同,而晶面在空间的位向不同,这样一组等同晶面称为一个晶面族同素异构(4)八面体间隙四面体间隙配位数:指在晶体结构中,该原子或离子的周围与其直接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数致密度:一个晶胞中原子所占体积与晶胞体积的比值晶胞中的原子数 2、材料的结构固溶体:将外来组元引入晶体结构,占据主晶相质点位置一部分或间隙位置一部分,仍保持一个晶相,这种晶体称为固溶体(即溶质溶解在溶剂中形成固溶体)。
根据外来组元在主晶相中所处位置,可分为置换固溶体和间隙固溶体。
按外来组元在主晶相中的固溶度,可分为有限固溶体和无限固溶体。
置换固溶体:溶质取代了溶剂中原子或离子所形成的固溶体聚合度(等规度):在聚合物中的有规立构聚合的百分含量 3、晶体结构缺陷肖脱基缺陷:离位原子迁移到外表面或内界面处,这种空位称肖脱基空位弗兰克尔缺陷(空位):离位原子迁移到晶体点阵的间隙中,则称为弗兰克尔空位间隙原子:形成弗兰克尔空位的同时将形成等量的间隙原子,间隙原子可以是晶体本身固有的同类原子(称自间隙原子),也可以是外来的异类间隙原子。
材料科学基础-第1章
复合材料和纳米材料
1 复合材料
由两种或更多种不同材料组成,具有综合性 能优于单一材料。
2 纳米材料
具有纳米级尺寸的材料,具有特殊的电学、 磁学和光学性质造和航空航天等领域。
聚合物材料
用于塑料制品、纤维和包装材料等领域。
陶瓷材料
用于电子、玻璃和医疗器械等领域。
材料的晶体结构、晶格缺陷和晶界等对性能的影响。
2
特定结构的特定性能
不同结构的材料具有不同的力学、电学和热学性能。
3
性能优化
通过调整材料的结构来优化其性能,例如热处理和合金化。
基础金属和非金属材料
基础金属材料
如铁、铜、铝等,具有良好的导电性和导热性,广 泛用于电子和建筑领域。
非金属材料
如玻璃、塑料和陶瓷等,具有良好的绝缘性和耐腐 蚀性,在化工和医疗领域有重要应用。
复合材料
用于航空航天、运动器材和建筑领域。
材料科学的发展和未来趋势
1
新材料的发展
石墨烯、有机发光二极管等新材料的研究和应用。
2
可持续发展
可再生能源、环保材料和循环利用的发展。
3
智能材料的兴起
具有传感、响应和自修复功能的智能材料的研究。
总结和回顾
材料科学是一个广泛的领域,涵盖了各种材料和应用领域。掌握材料特征、结构与性能的关系对于材料科学的 发展至关重要。
材料科学基础-第1章
材料科学研究材料的特征、性能和应用。它是现代工程学的基础,涉及多个 领域,包括金属、聚合物、陶瓷、复合材料和纳米材料等。
材料的特征和分类
1 材料的特征
2 材料的分类
材料的密度、强度、导电性和导热性等特性。
金属、陶瓷、聚合物和复合材料等不同类型 的材料。
材料科学基础怎么学
材料科学基础怎么学
材料科学是一门研究材料结构、性能和制备工艺的学科,它涉及到物理、化学、工程等多个领域的知识。
想要学好材料科学,首先需要打好基础。
那么,材料科学基础怎么学呢?
首先,我们需要了解材料科学的基本概念和基本理论。
材料科学的基本概念包
括材料的分类、性能、结构等,而基本理论则包括原子结构、晶体结构、缺陷理论等。
这些知识是学习材料科学的基础,只有打好基础,才能够更好地理解和应用后续的知识。
其次,我们需要学习材料科学的实验技能。
材料科学是一个实验性很强的学科,实验技能的掌握对于学习和研究都是至关重要的。
通过实验,我们可以验证理论,探索新的材料性能,提高解决问题的能力。
因此,学习材料科学的基础,也需要注重实验技能的培养。
除了理论和实验技能,数学和计算机知识也是学习材料科学的基础。
材料科学
涉及到大量的数据分析、模拟计算等工作,因此数学和计算机知识是必不可少的。
掌握这些知识,可以帮助我们更好地理解和分析材料科学中的问题,提高研究的效率和准确性。
此外,学习材料科学的基础,还需要注重实践和动手能力的培养。
材料科学是
一个实践性很强的学科,需要我们具备一定的动手能力。
通过动手操作,我们可以更直观地了解材料的性能和特点,培养自己的观察和分析能力。
总的来说,学习材料科学的基础,需要全面发展自己的能力。
除了学习理论知识,还需要注重实验技能、数学和计算机知识的掌握,以及实践和动手能力的培养。
只有全面发展自己的能力,才能够更好地学习和研究材料科学,为材料科学的发展做出贡献。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、选择题1. 材料科学中,下列哪个不是材料的基本性能?A. 力学性能B. 热学性能C. 光学性能D. 化学性能答案:C2. 金属材料的塑性变形主要通过哪种机制进行?A. 位错运动B. 原子扩散C. 相变D. 晶界滑动答案:A3. 陶瓷材料通常具有哪些特性?A. 高韧性B. 高导电性C. 高熔点D. 高塑性答案:C二、填空题1. 材料科学是一门研究材料的________、________、________以及材料与环境相互作用的科学。
答案:组成、结构、性能2. 根据材料的组成和结构,材料可以分为________、________、________和复合材料。
答案:金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料三、简答题1. 简述材料科学中的“相”的概念。
答案:在材料科学中,“相”指的是材料中具有相同化学成分和结构的均匀部分。
相可以是固体、液体或气体,并且可以在宏观上观察到。
材料的相可以决定其物理和化学性质。
2. 什么是材料的微观结构?它对材料性能有何影响?答案:材料的微观结构是指材料内部的原子、分子或晶粒的排列方式和分布状态。
微观结构对材料的力学性能、热学性能、电学性能等具有决定性影响,例如晶粒大小、晶界、位错密度等都会显著影响材料的强度、韧性和导电性。
四、计算题1. 已知某金属材料的屈服强度为300 MPa,弹性模量为200 GPa,求其在屈服点的应变。
答案:首先,根据胡克定律,σ = Eε,其中σ是应力,E是弹性模量,ε是应变。
将已知数值代入公式,可得ε = σ/E = 300 MPa / 200 GPa = 0.0015。
2. 若某材料的热膨胀系数为10^-6 K^-1,当温度从20°C升高到100°C时,计算该材料长度的变化百分比。
答案:材料长度的变化量ΔL可以通过公式ΔL = L0αΔT计算,其中L0是原始长度,α是热膨胀系数,ΔT是温度变化。
假设原始长度L0为1m,温度变化ΔT = 100°C - 20°C = 80°C,代入公式得ΔL = 1m * 10^-6 K^-1 * 80 = 8 * 10^-5 m。
材料科学基础复习提纲
材料科学基础复习提纲一、介绍材料科学基础A. 定义材料科学基础B. 材料科学的重要性C. 材料科学的发展历程二、材料分类与结构A. 材料的分类1. 金属材料2. 陶瓷材料3. 高分子材料4. 复合材料B. 材料的结构1. 晶体结构2. 非晶体结构3. 结晶缺陷三、材料的力学性能A. 弹性力学1. 应变与应力的关系2. 弹性模量B. 塑性力学1. 屈服强度与延展性的关系2. 硬度与韧性的关系C. 断裂力学1. 断裂模式2. 断裂韧性四、材料的热学性能A. 热膨胀性B. 热导性C. 热传导五、材料的电学性能A. 导电材料与绝缘材料B. 电导率与电阻C. 介电材料六、材料的磁学性能A. 磁性材料与非磁性材料B. 磁导率与磁饱和强度C. 磁性材料的应用七、材料的光学性能A. 透明材料与非透明材料B. 折射率与反射率C. 光学材料的应用八、材料的化学性能A. 腐蚀性B. 氧化性C. 降解性九、材料的加工与制备A. 熔融法B. 溶剂法C. 沉淀法十、材料的表面处理与性能改性A. 表面处理技术1. 打磨与抛光2. 镀层与涂料B. 性能改性技术1. 合金化2. 掺杂十一、材料选择与设计A. 功能需求与材料选择B. 材料设计原则C. 材料性能测试与评估结论以上是材料科学基础复习提纲的大致内容,通过对材料科学的分类、结构以及不同性能的介绍,有助于加深对材料科学基础知识的理解与掌握。
在学习和研究材料科学时,还需要了解材料的加工与制备过程、表面处理与性能改性技术,同时掌握材料选择与设计的方法和原则。
材料科学基础的复习与掌握是深入学习材料科学和进行材料研究的重要一步。
825材料科学基础
825材料科学基础材料科学基础。
材料科学是一门研究材料性能、结构和制备工艺的学科,它涉及到物质的组成、性质、结构和性能等方面。
材料科学基础是学习和研究材料科学的重要基础,它包括了材料的基本性质、结构与性能的关系、材料的制备及加工工艺等内容。
本文将从这些方面对材料科学基础进行介绍。
首先,材料的基本性质是指材料的物理性质、化学性质、力学性质等。
物理性质包括密度、热导率、电导率等,化学性质包括化学稳定性、腐蚀性等,力学性质包括强度、韧性、硬度等。
这些基本性质直接影响着材料的应用范围和性能表现,因此对这些性质的了解是材料科学的基础。
其次,材料的结构与性能的关系是材料科学的核心内容之一。
材料的结构包括晶体结构、晶粒结构、晶界结构等,而这些结构又直接影响着材料的性能。
例如,晶体的排列方式决定了材料的硬度,晶粒的尺寸和形状决定了材料的强度和韧性,晶界的性质决定了材料的导电性和热导率等。
因此,通过研究材料的结构与性能的关系,可以指导材料的设计与制备,提高材料的性能。
另外,材料的制备及加工工艺也是材料科学基础中的重要内容。
材料的制备包括了材料的合成、提纯、成型等过程,而加工工艺则包括了材料的切削加工、热处理、表面处理等。
这些工艺对材料的结构和性能都有着重要的影响,因此掌握好材料的制备及加工工艺是材料科学研究和工程应用中的关键。
综上所述,材料科学基础是材料科学研究和工程应用的重要基础,它涉及了材料的基本性质、结构与性能的关系、制备及加工工艺等内容。
通过对这些内容的了解和研究,可以指导材料的设计与制备,提高材料的性能,推动材料科学的发展。
因此,对材料科学基础的学习和研究具有重要的意义,也是材料科学领域的必修课程之一。
- 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)。
空位:如果晶体中,某结点上的原子空缺了,则称为空位刃型位错:晶体中多了一部分半原子面,它终止于晶体中部,好像插入的刀刃,这列原子及周围区域就是刃型位错晶体中的位错,属于线性缺陷,称为刃型位错。
螺型位错:局部滑移是沿着与位错线平行的方向移动一个原子间距,在滑移区与未滑移区的边界上形成位错,原子平面在位错线周围已经扭曲为螺旋面,所以在位错线周围原子呈螺旋状分布,故称为螺型位错。
柏氏矢量: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为柏氏矢量。
位错滑移:在一定的切应力作用下,位错在滑移面上受到垂直于位错线的作用力,当此力足够大,足以克服位错运动时受到的阻力时。
位错便可以沿着滑移面移动,这种沿着滑移面移动的位错运动称为滑移。
位错攀移:刃型位错的半原子面向上或向下的运动。
扭折:在滑移面上的折线。
位错反应:由一根位错分解成两根以上的位错,或由两根以上的位错合并为一根位错,统称为位错反应。
线张力:表示增加一个单位长度位错线所需要的能量,在数值上等于位错应变能——T位错线增加一个单位长度是,引起的晶体的能量的增加。
全位错(单位位错):通常把柏氏矢量等于点阵矢量的位错称为全位错或单位位错不全位错:把柏氏矢量小于点阵矢量的位错称为分位错或不全位错晶界:同一种相得晶粒于晶粒的边界称为晶界相界:不同相之间的边界称为相界大,小角度晶界:根据晶界两侧晶粒位向差(Q)角的不同可把晶界分为:小角度晶界(角度小于10°)大角度晶界(角度>10°)割阶:垂直滑移面得折线攀移时位错线上带有很多台阶,称为割阶派纳力:位错移动受到的阻力,点阵阻力,又叫派纳力层错:在“↓”处堆垛顺序发生局部错乱,形成了晶面错排的面缺陷称为堆垛层错位错线:晶界偏聚:成分过冷:由于液体中成分差别和温度梯度所引起的过冷称为成分过冷固溶体:以和静中某一组元作为溶剂,其他组元为溶质,所形成的与溶剂油相同晶体结构,晶格常数稍有变化的固相,的固溶体、置换固溶体:是指溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。
间隙固溶体:是指溶质原子进入溶剂晶格的间隙中所形成的固溶体,溶质原子不占据晶格正常位置。
电子化合物:大多以第I族或过度族金属与第②至第V族金属形成的中间相,以电子浓度其主导作用的化合物。
电子浓度:时合金中各组成元素的价电子数总和与原子总数的比值,记作e/a。
间隙相:以典型的金属晶体结构构成劲歌的间隙化合物也称间隙相间隙化合物:通常由过渡族金属原子与半径小于0.1nm的非金属元素如c,N,B,H,O等所组成相律:是描述系统的组元数(c)相数(P)和自由度(F)之间的关系的法则吉布斯相律:f=c-p+2晶内偏析:不平衡结晶的固溶体内部富含高熔点组元,而后结晶的外部则富含低熔点组元,这种在晶粒内部出现的成分不均匀现象称为晶内偏析。
均匀化退火:为了降低晶内偏析程度和消除晶内偏析,生产上一般是将铸件加热到低于固相线100-200℃进行长时间保温,使偏析元素充分扩散以达到均匀化目的。
此种加热处理工艺称为扩散或均匀化退火组织组成物:一般讲显微组织中能清晰分辨的独立组成部分成为组织组成物初生相:通常将共晶反应前结晶处的固相称为共生相或初生相次生相:二次析出反应析出的成为二次相或次生相平衡分配系数:一定温度下,固液两平衡相中溶质的浓度之比值K0=Cs/Cl相:在一个系统中,具有同一聚集状态的均匀部分成为相过冷:纯金属的实际开始结晶温度总是低于理论结晶温度过冷度:液体材料的理论结晶温度Tm与实际温度Tn之差,过冷度斯凝固的必要条件晶胚:把过冷液体中尺寸较大的短程规则排列结构叫晶胚形核功:形成临界晶核时需额外对形核所做的功均匀形核:新相晶核在遍及母相得整个体积内无规则均匀形成非均匀形核:新相晶核依附于其他物质择优形成动态过冷度:晶核长大所必须的界面过冷度微观粗糙界面:(微观粗糙,宏观平整——金属或合金材料的界面)非小平面界面,物质的液态与固态没有一个很明显的截然分开的截面,从液态到固态有几个原子层厚的过渡面,称粗糙面。
微观光滑界面:(微观光滑,宏观粗糙——无机化合物或亚金属材料界面)小平面界面,液固界面只有一个原子层。
菲克第一定律:在稳态扩散情况下,也就是材料内部各处的浓度不随时间而变:dc/dt=0的情况下,单位时间内通过垂直于扩散防线单位截面的物质流量(j)与该处浓度梯度成正比,J=-Ddc/dx J:扩散通量D扩散系数dc/dx:浓度梯度菲克第二定律:ac/at=Da2c/ax2稳态扩散:指在材料内部各处的浓度不随时间而改变(dc/dc=0)。
非稳态扩散:指在材料内部各处的浓度随时间而改变(dc/dc不=0)。
间隙扩散:是指碳氮氢氧这类吃孙很小的原子在金属晶体内的扩散,一般位于晶体的八面体间隙内空位扩散:置换式固溶体中,依靠溶质原子与空位交换位置进行扩散。
扩散激活能:间隙原子从一个间隙跃迁到另一个间隙所能越过能量的最小自由能。
自扩散:是指原子或离子以热振动为推动力通过由该种原子或离子所构成的晶体,向着特定方向所进行的迁移过程。
柯肯达尔效应:由于多元系统中各组元扩散速率不同而引起的扩散偶原始界面向扩散速率快的一侧移动的现象称为柯肯达尔效应互扩散:置换式固溶体中,溶质、溶剂原子大小相近,具有相近的迁移率,在扩散中,溶质,溶剂原子同时扩散的现象。
滑移系:一个滑面和该面上一个滑移方向的组合。
孪生:在切应力作用下,晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系交滑移:晶体在两个或多个不同滑移面上沿同一滑移方向进行的滑移屈服:材料开始出现塑性变形时外加应力突然下降的现象叫屈服现象滑移带:是相对滑动的晶体层与式样表面的交线加工硬化:纯金属经变形后,其流变应力随变形程度的增加而增加,这在金属拉伸时的应力应变曲线中即可看出,要继续变形只有不断增加外力,这种现象叫加工硬化又叫变形强化。
再结晶:冷变形的金属加热到一定的温度后,在原来的组织中产生了无畸变的新晶粒,而且性能恢复到变形以前的完全软化状态,此过程称为再结晶。
热加工:在再结晶温度以上的加工过程。
冷加工:在再结晶温度以下的加工过程。
动态恢复:在塑变过程中发生的回复。
超塑性:某些材料在特定变形后呈现的特别大的延伸率。
温加工:在再结晶温度的条件下进行的加工。
回复:当退火温度达到一定时,金属的性能可以完全恢复到冷变形以前的状态。
细晶强化:晶粒越细,晶界越多,位错运动的阻力越大。
霍尔-配奇公式)σs=σ0+kd-1/2。
1影响置换固溶体固溶度的因素(1).原子尺寸因素:原子尺寸差别小于14~15%,才可能形成溶解度较大甚至无限溶解的固溶体。
原子尺寸差别△r=|(r溶剂—r溶质)/r溶剂|*100%来表示(2).化学亲和力(电负性因素)电负性;原子吸引电子形成负离子的倾向,以电负性因素来衡量化学亲和力。
1)电负性差值ΔX<0.4~0.5时,有利于形成固溶体,随电负差值增加固溶度增加。
2)ΔX>0.4~0.5,倾向于形成稳定的化合物,其电负性差值越大,固溶体中固溶度越小。
(3).电子浓度因素(原子价因素)电子浓度是固熔体中价电子数目与原子数目的比值e /a=【v(100-x)+ux】/100(4).晶体结构因素–晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件。
–形成有限固溶体时,溶质元素与溶剂的结构类型相同,则溶解度通常也较不同结构时为大。
2.影响扩散的因素(1).温度(2).晶体缺陷:短路扩散,沿面缺陷的扩散,沿线缺陷(位错)的扩散3.晶体结构的影响a.同素异晶转变的金属中,D随晶体结构改变,910℃,铁的自扩散系数Dα-Fe/Dγ-Fe=280,间隙式溶质原子N在α-Fe 中的扩散系数是在γ-Fe 中的2000倍。
α-Fe致密度低,且易形成空位。
b.晶体各向异性使D有各向异性。
铋扩散的各向异性,菱方系Bi沿C轴的自扩散为垂直C轴方向的1/106六方系的Zn:平行底面的自扩散系数大于垂直底面的,因底面原子排列紧密,穿过底面困难。
4.固溶体类型:间隙原子扩散激活能小于置换式原子扩散激活能,缺位式固溶体中缺位数多,扩散易进行。
5.扩散元素性质:扩散原子与溶剂金属差别越大,扩散系数越大,差别指原子半径、熔点、固溶度等表10-4:不同元素在银中的扩散系数6.扩散元素浓度溶质扩散系数随浓度增加而增大相图成分与扩散系数的关系,凡溶质元素使合金熔点降低的,均能使扩散系数D增加,反之,使D降低7.第三元素(或杂质)影响复杂如碳在r-Fe中扩散系数跟碳与合金元素亲和力有关a.形成碳化物元素,如W、Mo、Cr等,亲和力较强,降低碳的扩散系数b.形成不稳定碳化物,如Mn,对碳的扩散影响不大c.不形成碳化物元素,影响不一,如Co、Ni可提高C扩散,而Si则降低碳的扩散。
8.扩散的驱动力是化学势梯度。
9.柯肯达尔效应置换式固溶体中,溶质、溶剂原子大小相近,具有相近的迁移率,在扩散中,溶质、溶剂原子同时扩散的现象。
克肯达尔效应的理论意义克肯达尔效应揭示了扩散宏观规律与微观机制的内在联系,具有普遍性,在扩散理论的形成与发展以及生产实践都有十分重要的意义。
1)、克肯达尔效应直接否定了置换型固溶体扩散的换位机制,支持了空位机制。
在锌铜互扩散中,低熔点组元锌和空位的亲和力大,易换位,这样在扩散过程中从铜中流入到黄铜中的空位就大于从黄铜中流入到铜中的空位数量。
即存在一个从铜到黄铜的净空位流,结果势必造成中心区晶体整体收缩,从而造成钼丝内移。
2)、克肯达尔效应说明,在扩散系统中每一种组元都有自己的扩散系数,由于D Zn>D Cu,因此J Zn>J Cu。
注意,这里所说的D Zn,D Cu均不同于菲克定律中所用的扩散系数D。
10.公切线法则合金相中多相平衡的条件是同一组元在各相中的化学势相等,既μ1i =μ2i=μ3i由此确定,二元合金相平衡的条件是能够作出这两个相自由能曲线的公切线,这切点成分就是给定温度下的平衡成分。
这就是公切线法则。
11.成分过冷成分过冷是由于界面前沿液相中成分差别与实际温度分布两个因素共同决定的。
Ti+Gx=Ti+mC0(1-k0)[1-exp(-Rx/D)]/k0Rx/D值很小,近似认为1-exp(-Rx/D)≈Rx/D G/R=mCo/D*(1-ko)/ko临界条件G/R<mCo/D*(1-ko)/ko②影响成分过冷的因素·合金本身m、Co越大,D越小,K0<1时K0值越小,K0>1时K0值越大。
成分过冷倾向增大。
·外界条件G越小,R越大,成分过冷倾向增大。
12.间隙化合物与间隙固溶体的差别以金属原子构成典型金属晶格的间隙化合物中,非金属原子虽然也是以间隙的方式进入晶格的,但他们与间隙固溶体有着根本的区别:这种化合物中的金属组元大多与自身原来的结构类型不同,而间隙固溶体中的金属组元仍保持着自身的晶格结构。