材料化学导论第1章绪论
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材料化学导论第1章绪论
铁 器 材 料
铜 器 材 料
石 器 材 料
复 合 材 料
ห้องสมุดไป่ตู้
⑴材料的使用程度是人类社会发展的里程碑 从人类社会发展来看，使用材料经历了三大里程碑： 石器时代：以石头制造工具。可以划分为旧石器时代（公元前2~3百 万年至约1万年），从原始部落到母系社会；中石器时代（公元前约1万 年至7~8千年）；新石器时代（公元前7~8千年至6千年）。这期间，我们 的祖先以石器为主要工具，在寻找石器的过程中认识了矿石，发明了火， 制造了第1种人造材料——陶，并在烧陶过程中发展了冶铜术，开创了冶 金技术。 铜器时代：人类大量制造和使用第2种人造材料——“红铜”和“青 铜”。 “红铜”时代约在公元前4~5前年，即原始社会到奴隶社会初期； “青铜”时代约在我国商周时代和私有制建立的前夜。 铁器时代：人类制造和使用第3种人造材料——铸铁，嗣后是钢铁 工业的迅猛发展,成为18世纪产业革命的重要内容和物质基础。人类社会 发展到20世纪中叶以来，科学技术突飞猛进，日新月异，作为发明之母 和产业粮食的新材料研制更是异常活跃，出现了称之为聚合物时代、半 导体时代、先进陶瓷时代和复合材料时代等种种提法。在当前新技术革 命涉及整个国际社会的浪潮冲击下，人类进入了一个材料革命的新时代。
1.2材料的分类 ⑴按照材料的化学属性可以分为4类： 黑金属 金属材料 有色金属 无机非金属材料 单晶形态 多晶形态。烧结成型，制陶工艺。 新型陶瓷材料（New Ceramics）或精细陶瓷（Fine Ceramics）。 有机高分子材料 以脂肪族或芳香族的C-C共价键为基础结构的大分子组成。 一般又分为塑料、橡胶和纤维。 复合材料 金属、无机非金属和有机高分子材料有机结合
怎样定义材料？
●借助两个英语词组来说明材料的含义： 在英语中，有2个短语来表示制造、制成，但其有明显的区分： “ made of ” 指构成或制成物品后，其物质的原质没有发生变化； “ made from ” 指构成或制成物品后，其物质的原质已经发生变化， 即失去了原质。 可以如此来定义材料： 经过人类劳动获得的、在进一步的加工过程中仍然保持原质的劳动对 象称为材料。 例子：钢铁
铜 器 材 料
石 器 材 料
复 合 材 料
ห้องสมุดไป่ตู้
⑴材料的使用程度是人类社会发展的里程碑 从人类社会发展来看，使用材料经历了三大里程碑： 石器时代：以石头制造工具。可以划分为旧石器时代（公元前2~3百 万年至约1万年），从原始部落到母系社会；中石器时代（公元前约1万 年至7~8千年）；新石器时代（公元前7~8千年至6千年）。这期间，我们 的祖先以石器为主要工具，在寻找石器的过程中认识了矿石，发明了火， 制造了第1种人造材料——陶，并在烧陶过程中发展了冶铜术，开创了冶 金技术。 铜器时代：人类大量制造和使用第2种人造材料——“红铜”和“青 铜”。 “红铜”时代约在公元前4~5前年，即原始社会到奴隶社会初期； “青铜”时代约在我国商周时代和私有制建立的前夜。 铁器时代：人类制造和使用第3种人造材料——铸铁，嗣后是钢铁 工业的迅猛发展,成为18世纪产业革命的重要内容和物质基础。人类社会 发展到20世纪中叶以来，科学技术突飞猛进，日新月异，作为发明之母 和产业粮食的新材料研制更是异常活跃，出现了称之为聚合物时代、半 导体时代、先进陶瓷时代和复合材料时代等种种提法。在当前新技术革 命涉及整个国际社会的浪潮冲击下，人类进入了一个材料革命的新时代。
1.2材料的分类 ⑴按照材料的化学属性可以分为4类： 黑金属 金属材料 有色金属 无机非金属材料 单晶形态 多晶形态。烧结成型，制陶工艺。 新型陶瓷材料（New Ceramics）或精细陶瓷（Fine Ceramics）。 有机高分子材料 以脂肪族或芳香族的C-C共价键为基础结构的大分子组成。 一般又分为塑料、橡胶和纤维。 复合材料 金属、无机非金属和有机高分子材料有机结合
怎样定义材料？
●借助两个英语词组来说明材料的含义： 在英语中，有2个短语来表示制造、制成，但其有明显的区分： “ made of ” 指构成或制成物品后，其物质的原质没有发生变化； “ made from ” 指构成或制成物品后，其物质的原质已经发生变化， 即失去了原质。 可以如此来定义材料： 经过人类劳动获得的、在进一步的加工过程中仍然保持原质的劳动对 象称为材料。 例子：钢铁
材料化学第1章
——主要利用材料的力学性能
支撑件、连接件、传动件、紧固件等
功能材料（Functional Materials）
Classification of materials
——主要利用材料的物理和化学性能
磁性材料、电子材料、光学材料、敏感材料、生物医学 材料等
结构材料与功能材料的划分并不严格
Chapter1 Introduction
• Al 在 地 壳 中 含 量 丰 富 ， 占 1/12 ， 但 主 要 以 Al2O3的状态存在。18 世纪发现了 Al 元素的存 在，1825 年丹麦物理学家 Hans Oersted 第一次 成功地提炼出金属铝，但是提炼方法比较复杂 ，产量很低，使得其价格极为昂贵。
铝曾经比金银还要珍贵……
那么下一个问题就是
什么样的材料值得我们关注？
先来看看材料的发展历史……
历史学家把某一类材料的特征及其广泛应 用作为人类文明史各个阶段的一种标志
❖ 旧石器时代 ❖ 新石器时代 ❖ 青铜器时代 ❖ 铁器时代
Stone Age
旧石器时代
群居洞穴的猿人通过简单加工获得石器以狩猎、护身和生存；
Chapter1 Introduction
Chapter1 Introduction
45
思考题
• 什么是材料化学？其主要特点是什么？ • 材料与试剂的主要区别是什么？ • 材料按其组成和结构可以分为哪几类？
如果按功能和用途对材料分类，请列举出 10种不同功能或用途的材料。 • 简述材料化学的主要内容。
Chapter1 Introduction
➢合成高分子（二十世纪初） ➢纳米材料（二十世纪80年代）
因此材料的定义可以发展为：
人类社会所能够接受的经 济地制造有用器件的物质
支撑件、连接件、传动件、紧固件等
功能材料（Functional Materials）
Classification of materials
——主要利用材料的物理和化学性能
磁性材料、电子材料、光学材料、敏感材料、生物医学 材料等
结构材料与功能材料的划分并不严格
Chapter1 Introduction
• Al 在 地 壳 中 含 量 丰 富 ， 占 1/12 ， 但 主 要 以 Al2O3的状态存在。18 世纪发现了 Al 元素的存 在，1825 年丹麦物理学家 Hans Oersted 第一次 成功地提炼出金属铝，但是提炼方法比较复杂 ，产量很低，使得其价格极为昂贵。
铝曾经比金银还要珍贵……
那么下一个问题就是
什么样的材料值得我们关注？
先来看看材料的发展历史……
历史学家把某一类材料的特征及其广泛应 用作为人类文明史各个阶段的一种标志
❖ 旧石器时代 ❖ 新石器时代 ❖ 青铜器时代 ❖ 铁器时代
Stone Age
旧石器时代
群居洞穴的猿人通过简单加工获得石器以狩猎、护身和生存；
Chapter1 Introduction
Chapter1 Introduction
45
思考题
• 什么是材料化学？其主要特点是什么？ • 材料与试剂的主要区别是什么？ • 材料按其组成和结构可以分为哪几类？
如果按功能和用途对材料分类，请列举出 10种不同功能或用途的材料。 • 简述材料化学的主要内容。
Chapter1 Introduction
➢合成高分子（二十世纪初） ➢纳米材料（二十世纪80年代）
因此材料的定义可以发展为：
人类社会所能够接受的经 济地制造有用器件的物质
第一章 绪论 (材料化学)20180904
• 要进行分组讨论1组/11人，6组，6章后面 内容自己讲述。
6/21/2020 1:45 PM
参考教材
1.推荐教材：
《材料化学》，曾兆华 化学工业出版社，（第二版）
2015年月。 2．参考教材 《材料化学》，赵志凤，哈尔滨工业大学出版社，2012年 8月； 《材料化学》，宿慧，北京大学出版社，2012年8月； 《材料化学》，朱光明等，机械工业出版社，2009年6月 《材料化学导论》，唐小真 高等教育出版社，2004年1月 。
材料涉及的领域极为广泛，举凡国家的 工农业建设和国防建设，人民生活水平的提 高，无不与材料密切相关。所以材料的科学 研究、新产品的开发、工业大生产与合理应 用都关系到社会进步、国家安全，因此人们 把材料誉为现代文明的三大支柱之一。
摘自：师昌绪主编《材料大辞典》前言
4、新材料的发展方向
❖ 结构功能的复合化 ❖ 功能材料的智能化 ❖ 材料与器件的集成化 ❖ 制备和使用工程的绿色化
Bradley D. Fahlman 《Materials Chemistry》
材料与试剂区别：具有一定性能、可重复性 6 6/21/2020 1:45 PM
2、材料的发展
材料的发现、发展和应用是人类文明的标志。
6/21/2020 1:45 PM
7
第一代为天然材料 在原始社会生产技术水平低下 ，人类使用的材料只能是自然界的动物、植物和矿 物，主要的工具是棍棒，用石料加工的磨制石器；
6/21/2020 1:45 PM
5
1.1 材料的发展过程
1、什么是材料？
材料是可以用来制造有用的构件、器件或物 品的物质。
师昌绪主编：《材料大辞典》p.58
Materials may be defined as any solid-state component or device that may be used to addree a current or future societal need 。
6/21/2020 1:45 PM
参考教材
1.推荐教材：
《材料化学》，曾兆华 化学工业出版社，（第二版）
2015年月。 2．参考教材 《材料化学》，赵志凤，哈尔滨工业大学出版社，2012年 8月； 《材料化学》，宿慧，北京大学出版社，2012年8月； 《材料化学》，朱光明等，机械工业出版社，2009年6月 《材料化学导论》，唐小真 高等教育出版社，2004年1月 。
材料涉及的领域极为广泛，举凡国家的 工农业建设和国防建设，人民生活水平的提 高，无不与材料密切相关。所以材料的科学 研究、新产品的开发、工业大生产与合理应 用都关系到社会进步、国家安全，因此人们 把材料誉为现代文明的三大支柱之一。
摘自：师昌绪主编《材料大辞典》前言
4、新材料的发展方向
❖ 结构功能的复合化 ❖ 功能材料的智能化 ❖ 材料与器件的集成化 ❖ 制备和使用工程的绿色化
Bradley D. Fahlman 《Materials Chemistry》
材料与试剂区别：具有一定性能、可重复性 6 6/21/2020 1:45 PM
2、材料的发展
材料的发现、发展和应用是人类文明的标志。
6/21/2020 1:45 PM
7
第一代为天然材料 在原始社会生产技术水平低下 ，人类使用的材料只能是自然界的动物、植物和矿 物，主要的工具是棍棒，用石料加工的磨制石器；
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5
1.1 材料的发展过程
1、什么是材料？
材料是可以用来制造有用的构件、器件或物 品的物质。
师昌绪主编：《材料大辞典》p.58
Materials may be defined as any solid-state component or device that may be used to addree a current or future societal need 。
材料化学导论练习与思考题
《材料化学导论》练习与思考题第一章 绪论1. 讨论新材料与材料加工新技术的出现对现代工业的影响。
2. 举例说明新材料如何引导科技进步。
3. 列举几种你常见到过的和心目中的复合材料。
4. 列举几种正处于发展期的新材料。
5. 简述材料的不同分类方法。
6. 何谓航天高聚物?试举例说明之。
7. 我国在东汉制造出了（），她是中国文化的象征，极大地促进了世界文明。
（A）陶瓷（B）瓷器（C）青铜器（D）丝绸8. 从我国河南商遗址出土的司母戊鼎重8750N，是世界上最古老的大型（）。
（A）石器（B）瓷器（C）青铜器（D）铁器9. 工程材料一般可分为（）等四大类。
（A）金属、陶瓷、塑料、复合材料（B）金属、陶瓷、塑料、非金属材料（C）钢、陶瓷、塑料、复合材料（D）金属、陶瓷、高分子材料、复合材料判断题：10. 金属材料韧性好，应用广泛，是重要的工程材料。
（）11. 材料的加工性能有铸造性、压力加工性、焊接性、热处理性能、切削性能、硬度、强度等。
（）第二章 晶体学基础1. 为什么14种种点阵型式中有正交底心，而无四方底心，也没有立方底心型式？2. 0℃时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？3. 方向为[111]的直线通过1/2，0，1/2点，则在此直线上的另外两点的坐标是什么？4. 画出立方晶系中下列晶面和晶向：（010），（011），（111），（231），（321）；[010]，[011]，[111]，[231]，[321]。
5. 在六方晶体中，绘出常见晶面：（1120），（0110），（1012），（1100），（1012）。
6. (a)在立方体系中，[100]方向和[211]方向的夹角是多少？(b)[011]方向和[111]方向的夹角是多少？7. 一平面与晶体两轴的截距为a=0.5,b=0.75,并且与Z轴平行，则此平面的米勒指标是什么？8. 一平面与三轴的截距为a=1,b=-2/3,c=2/3, 则此平面的米勒指标是什么？9. 立方晶体中的[001]方向是（）（A）二次对称轴（B）四次对称轴（C）六次对称轴10. 晶体的特性是（）（A）有确定的熔点，无各向异性；（B）有确定的熔点，有各向异性；（B）无确定的熔点，有各向异性；（D）无确定的熔点，无各向异性；11. 名词解释：（1）点群和空间群；（2）空间格子和晶胞第三章金属材料1. 当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？若(按K+半径不变) 求负离子半径。
材料学导论-绪论
抗拉强度是将试样在拉力机上施以静态拉 伸负荷，使其破坏（断裂）时的载荷。
弯曲强度是指采用简支粱法将试样放在两 支点上，在两支点间的试样上施加集中载 荷，使试样变形直至破裂时的载荷。
压缩强度是指在试样上施加压缩载荷至破 裂（对脆性材料而言）或产生屈服现象 （对非脆性材料而言）时，原单位横截面 积上所能承受的载荷。
2、材料的地位和作用
材料是人类社会发展的基础和先导， 是人类社会进步的里程碑和划时代 的标志。材料、能源、信息被称为 人类社会的“三大支柱”。
纵观人类利用材料的历史，可以清 楚地看到，每一种重要新材料的发现和 应用，都把人类支配自然的能力提高到 一个新的水平。
材料科学技术的每一次重大突破都 会引起生产技术的重大变革，甚至引起 一次世界性的技术革命，大大地加速社 会发展的进程，从而把人类物质文明推 向前进。
1. 材料的定义与分类 2. 材料的地位和作用 3. 材料的性质 4. 材料学的形成和发展
1.1、材料的定义
材料是人类用来制造有用的构件、器件 或物品的物质。
材料与物质的区别：
① 对材料而言，可采用“好”或“不好”等字眼 加以评价，对物质则不能这样；
② 材料总是和一定的用途相联系的；
③ 材料可由一种物质或若干种物质构成；
涡轮喷气发动机
超音速燃烧冲压 式喷气发动机
6490C
10930C
19270C
538 1093
1649
温度（0C）
30年代教练机 二次大战战斗机
80年代截击机 航天飞机
490C 不同类型的飞行器蒙皮温度 93.30C
4270C 10930C
东方快车号/冲压
16490C
538
1093 1649
绪论材料化学ppt课件
材料是人们可用来制作物品的宇宙中物质的子集。
人类已经发现的材料已达800余万种，每年还以25万种的速度增长着，具有实际工业价值的也有8万余种。
*
2.材料化学
二、 材料分类
来源
天然材料
人工材料
用途
功能材料
结构材料
是研究材料制备、组成、结构、性质及其应 用的一门科学。 它既是材料科学的一个重要分支，又是化学学科的一个组成部分，具有明显的交叉学科和边缘学科的性质，并且是材料科学的核心部分。
*
绪 论
第一节 材料化学的定义及材料的分类
有用的并能用来制造物品（件）的物质；一般系指固态的、可用于工程上的物质；作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件或物品的人造物质。
一、材料化学的定义
1. 材料
*
材料是人类社会所能接受的、可经济地用于制造生活和生产中使用的机器、构件、器件和产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。
*
7. 材料的表征与评价，发展具有高空间分辨、成分分辨、时间分辨和能量分辨的测试和表征方法。 8. 材料制备与加工的新与展望
一、材料发展史
人类文明进化的时代就是以某种材料的使用来 划分的。
人类使用材料的6个时代的开始时间
新材料时代
硅时代
钢时代
铁器时代
青铜器时代
石器时代
1990年
1950年
1800年
公元前1000年
公元前3000年
公元前10万年
*
*
化学组成
金属材料
无机非金属材料
高分子材料
工程材料
无机材料（金属、 金属间化合物、 无机非金属材料）
有机材料（有机天然材料、有机合成高 分子材料）
人类已经发现的材料已达800余万种，每年还以25万种的速度增长着，具有实际工业价值的也有8万余种。
*
2.材料化学
二、 材料分类
来源
天然材料
人工材料
用途
功能材料
结构材料
是研究材料制备、组成、结构、性质及其应 用的一门科学。 它既是材料科学的一个重要分支，又是化学学科的一个组成部分，具有明显的交叉学科和边缘学科的性质，并且是材料科学的核心部分。
*
绪 论
第一节 材料化学的定义及材料的分类
有用的并能用来制造物品（件）的物质；一般系指固态的、可用于工程上的物质；作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件或物品的人造物质。
一、材料化学的定义
1. 材料
*
材料是人类社会所能接受的、可经济地用于制造生活和生产中使用的机器、构件、器件和产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。
*
7. 材料的表征与评价，发展具有高空间分辨、成分分辨、时间分辨和能量分辨的测试和表征方法。 8. 材料制备与加工的新与展望
一、材料发展史
人类文明进化的时代就是以某种材料的使用来 划分的。
人类使用材料的6个时代的开始时间
新材料时代
硅时代
钢时代
铁器时代
青铜器时代
石器时代
1990年
1950年
1800年
公元前1000年
公元前3000年
公元前10万年
*
*
化学组成
金属材料
无机非金属材料
高分子材料
工程材料
无机材料（金属、 金属间化合物、 无机非金属材料）
有机材料（有机天然材料、有机合成高 分子材料）
材料化学chapte1材料化学绪论
合成高分子材料的生产和应用，是材料发展中的重大突破。从此，以金属材料、陶瓷材料和合成高分子材料为主体，建立了完整的材料体系，形成了材料科学。
1970一1980年工程塑料、高分子合金、功能高分子材料大规模地生产和应用，使材料科学进一步发展。
第四代 设计型材料
所谓设计型材料，即化学家和材料科学家采用新的物理、化学方法，根据实际需要设计出具有特殊性能的材料例如近代出现的金属陶瓷、铝塑薄膜等高强度、高模量、耐高温、低密度的先进复合材料。
晶界的特点
晶界处点阵畸变大，存在晶界能。 晶界处原子排列不规则，在常温下晶界的存在会对位错的运动 起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内 具有较高的强度和硬度。 晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多。 在固态相变过程中,由于晶界能量较高且原子活动能力较大,所以新相易于在晶界处优先形核.原始晶粒越细,晶界越多,则新相形核率也相应越高 。 由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子的情况下，往往晶界熔点较低。 由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的缘故，与晶内相比晶界的腐蚀速度一般较快
第一章下 无机材料的结构和性质
结构
性质
用途
2.1 概述 2.2 晶体与非晶体 2.3 晶体的结构与性能 2.4 晶体缺陷及其对性能的影响 2.5 非晶态材料的结构与性能 2.6 材料结构的表征
2.1 概述
组成材料最基本、独立的物质
材料中具有同一化学成分且结构相同的均匀部分
材料内部的亚微观、微观形貌
X-射线衍射图（XRD）
晶体的XRD峰较窄，非晶态的XRD峰逐渐宽化
晶体和非晶体比较-形态变化
1970一1980年工程塑料、高分子合金、功能高分子材料大规模地生产和应用，使材料科学进一步发展。
第四代 设计型材料
所谓设计型材料，即化学家和材料科学家采用新的物理、化学方法，根据实际需要设计出具有特殊性能的材料例如近代出现的金属陶瓷、铝塑薄膜等高强度、高模量、耐高温、低密度的先进复合材料。
晶界的特点
晶界处点阵畸变大，存在晶界能。 晶界处原子排列不规则，在常温下晶界的存在会对位错的运动 起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内 具有较高的强度和硬度。 晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等，故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多。 在固态相变过程中,由于晶界能量较高且原子活动能力较大,所以新相易于在晶界处优先形核.原始晶粒越细,晶界越多,则新相形核率也相应越高 。 由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子的情况下，往往晶界熔点较低。 由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的缘故，与晶内相比晶界的腐蚀速度一般较快
第一章下 无机材料的结构和性质
结构
性质
用途
2.1 概述 2.2 晶体与非晶体 2.3 晶体的结构与性能 2.4 晶体缺陷及其对性能的影响 2.5 非晶态材料的结构与性能 2.6 材料结构的表征
2.1 概述
组成材料最基本、独立的物质
材料中具有同一化学成分且结构相同的均匀部分
材料内部的亚微观、微观形貌
X-射线衍射图（XRD）
晶体的XRD峰较窄，非晶态的XRD峰逐渐宽化
晶体和非晶体比较-形态变化
第一章-材料化学导论
学势。
5．纯物质的蒸发及化学势
气体压力p保持一定时，该气体的 化学势随温度而变化。 单位压力下气体的μg等于μ+，g。 温度较低时，单位压力气体的化学 势高于液体的化学势，这时气体凝 结；高温时则正好相反。
温度达到Tb，气体和固体的两条曲 线相交，此时 μ+, g = μl (1-10)
组分、相和系之间的关系如图1-1所示。
1.1.2 纯物质热力学
1. 纯物质的自由能和化学势 热力学稳定性最基本的概念: 自由能。 纯物质的自由能决定因素： 物质的化学性质，物质数量 ，物质的聚集状态(固体、液 体、气体)，温度和压力。 自由能(G)值越小，物质的状 态越稳定。 设n摩尔物质的自由能为G， 则平均1摩尔的自由能: g = G/n (1-1)
Chapter1 Introduction
16
Examples
Chapter1 Introduction
17
无机非金属材料（Inorganic Materials）
无机化合物材料：陶瓷、玻璃、水泥等。
单质材料：单晶硅、金刚石、石墨等。 以陶瓷为主。可用作结构材料、光学材料、电子材料等。
Equations
Fe3C FeO 4Fe CO
Chapter1 Introduction
12
第八世纪的 "Carolingian"剑
东方曲剑" Persian "
Swor ds
土耳其的 "Damascus" 剑
日本剑的锋口部份
Chapter1 Introduction 13
早期：纯粹凭经验工艺。 近现代： 基本化学原理 物质微结构
绪论,第一章金属的结构与结晶
73
1、过冷现象：金属的实际结晶温度低于 理论结晶温度（熔点）。 2、过冷度：金属的理论结晶温度Tm与实 际结晶温度Tn之差。 △T=Tm-Tn>0 3、同一成分的金属，冷却速度愈大，则 过冷度也愈大。 4、临界过冷度（△Tk）：过冷度有一最 小值，若过冷度小于这个值，结晶过程 就不能进行。
74
(二)结晶过程的微观现象
原子密度最大的晶面是（111），
晶向是［110］。
51
52
(四)晶体的各向异性
由于晶体中不同晶面和晶向上的原子 密度不同，因而晶体在不同方向上的性能 有所差异。 如冷轧硅钢片，当易于磁化的〈100〉 晶向平行于轧制方向时，得到优异的磁导 率。
53
§ 1-2金属的实际结构和缺陷
一、多晶体结构 1、单晶体：内部的晶格位向完全一致的 晶体。
九江长江大桥 : 跨度216 米,始建于 1973年12月，1992年公路桥建成通车，
3
§0-2 影响金属材料性能的因素 一、化学成分 组成金属材料的各种元素的种类及其浓 度（一般用重量百分数）。 成分 铝 抗拉强度(MPa) 20-80 延伸率 （%） 32-40
铜
纯铁
200-240
250-330
6
3、显微组织：用100-2000倍的显微镜所观 察到的组织。（反映了晶粒的种类、形状、 大小以及各种晶粒的相对数量和相对分布）
通常所说的组织就是指显微组织。
7
8
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15
第一章
金属的结构与结晶
16
§1-1金属的晶体结构 一、晶体的概念 1、晶体：原子(离子)呈规则排列的物质。 2、晶体结构（结构）：构成晶体的原子在 三维空间的具体的排列方式。 3、晶格：表示晶体中原子排列形式的空间 格子。 建立：原子简化成点，用假想线连接点。
材料化学导论第1章绪论
四、材料与新技术革命
新材料的每次使用都引起人类社会的巨大变革和 生产力革命。18世纪以来世界范围内的生产力变革和 技术革命都以新材料使用为龙头：
第一次技术革命——产业革命：始于18世纪的英 国产业革命，使得以手工技术为基础的资本主义工场 手工业过渡到采用机器大生产的资本主义工厂制度。 这场工业革命的物质基础是钢铁材料，而伴随的新技 术则是蒸汽机的发明；
例如，没有半导体材料就没有计算机技术；没有 耐高温、高强度的特殊材料就没有航天技术；没有光 导纤维就不会有现代通讯；没有合成材料，今天的生 活还会这么丰富多彩吗？
3.材料的使用程度是人类社会发展的里程碑 从人类社会发展来看，使用材料经历了五大里程碑：
石器时代 陶器时代 铜器时代
铁器时代 复合材料
（1）石器时代 石头是人类使用的第一种材料，因此人类历史的最
第二次技术革命——电气革命：1879年爱迪生发明 了电灯，把电力革命的曙光带给了人类，一系列电气 材料相继诞生与广泛应用，产生了巨大的生产力变革；
第三次技术革命——电子革命：20世纪中叶，新导 电、导磁材料和半导体材料的发明和应用，使大规 模集成块问世，带来了计算机的广泛应用，以及原 子能的利用，大大发展了生产力和科学技术； 第四次技术革命——有人说目前正处在第四次技术 革命的前夜。这次技术革命以信息技术、新材料技 术、新能源技术和生物工程技术为基础。亦有人把 材料、能源和信息科学看作是现代科学技术的三大 支柱，而材料科学技术成为三大科学技术支柱之首。
三、材料的发展过程
第一代为天然材料 在原始社会生产技术水平低下， 人类使用的材料只能是自然界的动物、植物和矿物， 主要的工具是棍棒，用石料加工的磨制石器。 第二代为烧炼材料 烧炼材料是烧结材料和冶炼材 料的总称。人类用天然的矿土烧结砖瓦和陶瓷，制 出了玻璃和水泥，这些都属于烧结材料；从各种天 然的矿石中提炼铜、铁等金属，则属于冶炼材料； 第三代材料为合成材料 在20世纪初期出现了化工 合成产品，其中合成塑料、合成橡胶和合成纤维已 广泛地是用于生产和生活中。从1907年第一个小型 酚醛树脂厂建立，到1927年第一个热塑性聚氯乙烯
材料化学-绪论ppt课件
McGraw-Hill Book Co., 2006 5. Brian S. Mitchell. An Introduction to Materials Engineering and Science. USA,
John Wiley & Sons, 2004. 6. William D, Callister J. Materials science and engineering: An introduction. 5th Ed.
➢ 芯片制造：光致抗蚀剂、化学气相沉积法、等 离子体刻蚀;
➢ 信息存储材料; ➢ 光电子材料; ➢ 光子晶体。
Chapter1 Introduction
21
环境和能源领域
➢ 清洁能源：光伏电池、太阳能电池、燃料电池 等；
➢ 可回收和可生物降解材料； ➢ 环境友好材料
结构材料领域
➢ 汽车和飞机：比以前更安全、轻便和省油； ➢ 特种涂料：具有防腐、保护、美化或其它用途
Chapter1 Introduction
8
Figure of materials development
Chapter1 Introduction
11
第一个合金材料： 铜锡合金（青铜）
含锡量1/6 —— 韧性好 —— 制造钟鼎
Allo y
含锡量2/5 —— 硬度高 —— 制造刀斧
结构与性能的关系
➢合成高分子（二十世纪初）
➢纳米材料（二十世纪80年代）
Chapter1 Introduction
16
1.2 材料的分类 Classification of Materials
按组成、结构特点分
Metallic Materials
Inorganic non-metallic Materials
John Wiley & Sons, 2004. 6. William D, Callister J. Materials science and engineering: An introduction. 5th Ed.
➢ 芯片制造：光致抗蚀剂、化学气相沉积法、等 离子体刻蚀;
➢ 信息存储材料; ➢ 光电子材料; ➢ 光子晶体。
Chapter1 Introduction
21
环境和能源领域
➢ 清洁能源：光伏电池、太阳能电池、燃料电池 等；
➢ 可回收和可生物降解材料； ➢ 环境友好材料
结构材料领域
➢ 汽车和飞机：比以前更安全、轻便和省油； ➢ 特种涂料：具有防腐、保护、美化或其它用途
Chapter1 Introduction
8
Figure of materials development
Chapter1 Introduction
11
第一个合金材料： 铜锡合金（青铜）
含锡量1/6 —— 韧性好 —— 制造钟鼎
Allo y
含锡量2/5 —— 硬度高 —— 制造刀斧
结构与性能的关系
➢合成高分子（二十世纪初）
➢纳米材料（二十世纪80年代）
Chapter1 Introduction
16
1.2 材料的分类 Classification of Materials
按组成、结构特点分
Metallic Materials
Inorganic non-metallic Materials
材料化学(第2版)作者曾兆华、杨建文编著第一章课件全
Chapter1 Introduction
52
实践性：
生物医药领域生物相容性材料：例如设计特殊的金属合金和聚合物涂层，以保护人体组织不与人工骨头置换体或其他植入物相排斥;人造肾脏、血液氧合器、静脉过滤器以及诊断化验等;药物、蛋白质及基因的控制释放。
Chemicals：the utility lies primarily in their consumption.Materials: can be used repeatedly or continuously for an application that does not irreversibly convert them to something else.
Chapter1 Introduction
1.1 材料与化学
Materials and Chemistry
—— connected with function and, through that function, utilities.
11
Distinguish between
Chemicals and Materials
Chapter1 Introduction
12
Materials Science and Chemistry
Atomic-molecular level interaction
Macroscopic perspective
Chapter1 Introduction
13
材料的发展
美国海军用0.5马力陶瓷发动机
广州新电视塔摩天轮的16个“水晶”观光球舱，壳体采用新型高分子材料，晶莹剔透，能保证舱内游客对塔外景色一览无余。
美国最新型隐身战斗机F-22使用吸波材料和吸波涂层
52
实践性：
生物医药领域生物相容性材料：例如设计特殊的金属合金和聚合物涂层，以保护人体组织不与人工骨头置换体或其他植入物相排斥;人造肾脏、血液氧合器、静脉过滤器以及诊断化验等;药物、蛋白质及基因的控制释放。
Chemicals：the utility lies primarily in their consumption.Materials: can be used repeatedly or continuously for an application that does not irreversibly convert them to something else.
Chapter1 Introduction
1.1 材料与化学
Materials and Chemistry
—— connected with function and, through that function, utilities.
11
Distinguish between
Chemicals and Materials
Chapter1 Introduction
12
Materials Science and Chemistry
Atomic-molecular level interaction
Macroscopic perspective
Chapter1 Introduction
13
材料的发展
美国海军用0.5马力陶瓷发动机
广州新电视塔摩天轮的16个“水晶”观光球舱，壳体采用新型高分子材料，晶莹剔透，能保证舱内游客对塔外景色一览无余。
美国最新型隐身战斗机F-22使用吸波材料和吸波涂层
《材料化学导论》课程教学大纲
《材料化学导论》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：13140304课程名称：材料化学导论课程英文名称：Introduction to Chemistry in materials课程所属单位：化学与环境工程系应用化学教研室课程面向专业：应用化学专业课程类别：选修课先修课程：化学类基础课；授课对象：本科生年级：三年级；学时：48；学分：2.5二、课程的性质与目的材料化学作为材料科学的一门主要分支，其内容含有材料的组成、结构与性能，以及材料的制备化学等，涉及材料及化学两个一级学科的各个二级学科。
本课程包括无机、有机、和高分子材料化学导论。
1．课程的性质与目的：本课程为应用化学专业选修课程，目的是通过讲述材料中与化学相关的各要素，包括材料的合成与加工、化学结构与性能、材料的化学及物理性质和材料的应用性能，通过对不同材料（金属与非金属材料、有机与高分子材料、光电功能材料）的介绍，使学生了解材料的化学组成、结构与性能的关系；了解各种常用材料的化学制备方法，以及一般材料制造工艺过程及其用途和使用方法；使学生获得材料化学的基础知识，为毕业后可适应材料研究与开发、选择和应用工作打下坚实的基础。
2．教学基本要求：（1）掌握用化学方法分析、认识各类材料如无机和金属材料、有机与高分子材料以及复合材料等；掌握用化学方法制备、改性上述材料及其化学反应机理。
（2）培养学生正确的科学观，提高学生运用化学知识解决材料科学中的化学相关问题的能力。
三、课程教学内容及要求：第一章绪论（2学时）1.1 材料的地位、作用与发展1.2 材料的分类及其基本情况：了解材料及其种类。
1.3 材料科学与材料化学任务及其发展趋势：重点：理解材料科学的产生与发展、材料应用与化学学科及学生前修课程的关系。
1.4材料化学的研究内容及意义：掌握材料化学的研究范畴、具体内容、方法以及其在化学、材料、信息、生物等领域的重要意义。
重点：材料的分类和各要素，让学生从一个整体上把握材料化学的学习内容，为后面的课程学习打下基础。
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青铜—铜锡合金 含锡1/6 ——韧性好——制造钟鼎 含锡2/5 ——硬度高——制造刀斧
我国的商、周时期，是使用青铜器的鼎盛时代， 春秋战国时期的青铜兵器，留传着许多动人的故事。 越王勾践和吴王夫差的宝剑，虽在地下尘封千年, 出土时依然锋利无比 ，我国古代名剑大多出自吴越。
湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑
例如，钢铁工业的发展，为18世纪以蒸汽机的发 明和应用为代表的第一次工业革命奠定了物质基础。
本世纪中叶以来，以电子技术，特别是微电子技 术的发明和应用为代表的第二次工业革命，硅单晶材 料则起着先导和核心作用
2.材料是生产力发展的重要支柱 纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每
一种重要的新材料的发现和应用，都把人类支配自然 的能力提高到一个新的水平。材料科学技术的每一次 重大突破都会引起生产技术的革命，大大加速社会发 展的进程，给社会生产和人们生活带来巨大的变化， 把人类物质文明推向前进。
二、材料在人类历史进程中的巨大作用 我们从以下几个方面来理解材料的重要作用：
1.材料是人类赖以生活和生产的物质基础 人类的衣、食、住、行都离不开材料。人类社会
发展的历史证明，材料是社会进步的物质基础与先导； 它是赖以生存和发展、征服自然和改造自然的物质基 础；是人类进步的里程碑。近代两次工业革命都是以 新材料的发现和应用为先导的。
主要参考书
1．唐小真主编《材料化学导论》高教出版社，1997 2．苏勉曾《固体化学导论》北京大学出版社，1996 3．申泮文等译，West著《固体化学及其应用》高等教育出版
社，1989 4．丁马太《材料化学导论》厦门大学出版社，1993 5. 张逢星 李珺均《材料化学导论》西第一章 绪论 第二章 材料化学理论基础 第三章 材料结构的表征 第四章 材料制备化学 第五章 材料的结构与物理性能 第六章 新型结构材料 第七章 新型功能材料 第八章 功能转换材料
材料化学导论授课安排
理论课：48学时
第一章 绪论
一、材料的定义 1.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 。 2.原料与材料：人们把自然界经过开采而获得的劳 动对象称为原料，原料一般不是为获得产品，而是 生产材料，往往伴随化学变化。材料的特点往往是 为获得产品，一般从材料到产品的转变过程不发生 化学变化。材料和原料合称为原材料。 3.材料与物质：材料可由一种或多种物质组成。同 一物质由于制备方法或加工方法不同可以得到用途 各异、类型不同的材料。 4.新材料：主要是指最近发展或正在发展之中的具 有比传统材料性能更为优异的一类材料。
新石器时期 马家窑式水纹彩陶体。
新石器时期 半山式菱形点纹壶。
恩格斯对此给予高度评价，认为陶器的出现是人 类从蒙味转变为野蛮时代的标志。
（3）青铜时代 青铜是人类制造出来的第二种人造材料。也是第
一种合金材料。青铜时代大约起始于公元前5000年。 即原始社会到奴隶社会初期；“青铜”时代约在我国商 周时代和私有制建立的前夜。
4.材料直接关系到国家的命脉
在二次大战中，前苏联在血与火的洗礼中切身体 会到材料对于国家存亡的至关重要性。1957年世界上 第一颗人造地球卫星SputnikⅠ上天，震撼了整个世 界，尤其是美国。彻底改变了人们对材料重要性的认 识和对材料研究的态度。美国有25％的科技工作者致 力于材料研究，另有25％的科技工作者从事与某些材 料有关的研究工作。各先进国家投入巨大财力、人力 和物力致力于材料研究，目的就是要发展国家实力。
早时期被命名为“石器时代”。这个时代又进一步划分为 旧石器时代(公元前2-3百万年至约1万年)，从原始部落 到母系社会；中石器时代(公元前约1万年至7-8千年)新 石器时代(公元前7-8千年至6千年)三个不同的历史时期。
（2）陶器时代 陶是人类制备的第一种人造材料。
中国约在公元前8000～6000年的新石器时代早期， 开始制作陶器。
材料化学导论第1章绪论
课程简介： 材料是社会经济文化发展赖以存在物质基础，而
化学由于其是研究物质和创造新物质的科学，因之与 材料科学有着密不可分的关联，于是就形成了材料化 学科学。材料化学是研究材料的制备、组成、结构和 性能及其应用的一门学科。本课程是化学工程与工艺、 应用化学、生物化工、工业催化等专业研究生的学位 课、专业课。通过该课程的学习，掌握材料的微观结 构和转变的规律以及它们与材料的各种物理、化学性 能之间的关系，并运用这些规律改进材料性能、研制 新型材料的基础理论；培养从基本理论出发进行材料 设计、运用化学新概念进行材料制备及改性创新的能 力。
中国古铜镜
战国青铜编钟
巨型司母戊鼎 （河南安阳晚商遗址）
（4）铁器时代 铸铁人类制造和使用第3种人造材料，我国的铁器
时代由何时开始，至今尚难断言。至迟始于春秋，距 今2700～2200年前我国已经掌握了炼铁技术，比欧洲 早1800年左右。
湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄
（5）高分子时代
随着有机化学的发展，在20世纪初出现合成塑料、 合成纤维、合成橡胶等高分子材料，并被广泛的用于 生产和生活中。
例如，没有半导体材料就没有计算机技术；没有 耐高温、高强度的特殊材料就没有航天技术；没有光 导纤维就不会有现代通讯；没有合成材料，今天的生 活还会这么丰富多彩吗？
3.材料的使用程度是人类社会发展的里程碑 从人类社会发展来看，使用材料经历了五大里程碑：
石器时代 陶器时代 铜器时代
铁器时代 复合材料
（1）石器时代 石头是人类使用的第一种材料，因此人类历史的最
三、材料的发展过程
第一代为天然材料 在原始社会生产技术水平低下， 人类使用的材料只能是自然界的动物、植物和矿物， 主要的工具是棍棒，用石料加工的磨制石器。 第二代为烧炼材料 烧炼材料是烧结材料和冶炼材 料的总称。人类用天然的矿土烧结砖瓦和陶瓷，制 出了玻璃和水泥，这些都属于烧结材料；从各种天 然的矿石中提炼铜、铁等金属，则属于冶炼材料； 第三代材料为合成材料 在20世纪初期出现了化工 合成产品，其中合成塑料、合成橡胶和合成纤维已 广泛地是用于生产和生活中。从1907年第一个小型 酚醛树脂厂建立，到1927年第一个热塑性聚氯乙烯
我国的商、周时期，是使用青铜器的鼎盛时代， 春秋战国时期的青铜兵器，留传着许多动人的故事。 越王勾践和吴王夫差的宝剑，虽在地下尘封千年, 出土时依然锋利无比 ，我国古代名剑大多出自吴越。
湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑
例如，钢铁工业的发展，为18世纪以蒸汽机的发 明和应用为代表的第一次工业革命奠定了物质基础。
本世纪中叶以来，以电子技术，特别是微电子技 术的发明和应用为代表的第二次工业革命，硅单晶材 料则起着先导和核心作用
2.材料是生产力发展的重要支柱 纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每
一种重要的新材料的发现和应用，都把人类支配自然 的能力提高到一个新的水平。材料科学技术的每一次 重大突破都会引起生产技术的革命，大大加速社会发 展的进程，给社会生产和人们生活带来巨大的变化， 把人类物质文明推向前进。
二、材料在人类历史进程中的巨大作用 我们从以下几个方面来理解材料的重要作用：
1.材料是人类赖以生活和生产的物质基础 人类的衣、食、住、行都离不开材料。人类社会
发展的历史证明，材料是社会进步的物质基础与先导； 它是赖以生存和发展、征服自然和改造自然的物质基 础；是人类进步的里程碑。近代两次工业革命都是以 新材料的发现和应用为先导的。
主要参考书
1．唐小真主编《材料化学导论》高教出版社，1997 2．苏勉曾《固体化学导论》北京大学出版社，1996 3．申泮文等译，West著《固体化学及其应用》高等教育出版
社，1989 4．丁马太《材料化学导论》厦门大学出版社，1993 5. 张逢星 李珺均《材料化学导论》西第一章 绪论 第二章 材料化学理论基础 第三章 材料结构的表征 第四章 材料制备化学 第五章 材料的结构与物理性能 第六章 新型结构材料 第七章 新型功能材料 第八章 功能转换材料
材料化学导论授课安排
理论课：48学时
第一章 绪论
一、材料的定义 1.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 。 2.原料与材料：人们把自然界经过开采而获得的劳 动对象称为原料，原料一般不是为获得产品，而是 生产材料，往往伴随化学变化。材料的特点往往是 为获得产品，一般从材料到产品的转变过程不发生 化学变化。材料和原料合称为原材料。 3.材料与物质：材料可由一种或多种物质组成。同 一物质由于制备方法或加工方法不同可以得到用途 各异、类型不同的材料。 4.新材料：主要是指最近发展或正在发展之中的具 有比传统材料性能更为优异的一类材料。
新石器时期 马家窑式水纹彩陶体。
新石器时期 半山式菱形点纹壶。
恩格斯对此给予高度评价，认为陶器的出现是人 类从蒙味转变为野蛮时代的标志。
（3）青铜时代 青铜是人类制造出来的第二种人造材料。也是第
一种合金材料。青铜时代大约起始于公元前5000年。 即原始社会到奴隶社会初期；“青铜”时代约在我国商 周时代和私有制建立的前夜。
4.材料直接关系到国家的命脉
在二次大战中，前苏联在血与火的洗礼中切身体 会到材料对于国家存亡的至关重要性。1957年世界上 第一颗人造地球卫星SputnikⅠ上天，震撼了整个世 界，尤其是美国。彻底改变了人们对材料重要性的认 识和对材料研究的态度。美国有25％的科技工作者致 力于材料研究，另有25％的科技工作者从事与某些材 料有关的研究工作。各先进国家投入巨大财力、人力 和物力致力于材料研究，目的就是要发展国家实力。
早时期被命名为“石器时代”。这个时代又进一步划分为 旧石器时代(公元前2-3百万年至约1万年)，从原始部落 到母系社会；中石器时代(公元前约1万年至7-8千年)新 石器时代(公元前7-8千年至6千年)三个不同的历史时期。
（2）陶器时代 陶是人类制备的第一种人造材料。
中国约在公元前8000～6000年的新石器时代早期， 开始制作陶器。
材料化学导论第1章绪论
课程简介： 材料是社会经济文化发展赖以存在物质基础，而
化学由于其是研究物质和创造新物质的科学，因之与 材料科学有着密不可分的关联，于是就形成了材料化 学科学。材料化学是研究材料的制备、组成、结构和 性能及其应用的一门学科。本课程是化学工程与工艺、 应用化学、生物化工、工业催化等专业研究生的学位 课、专业课。通过该课程的学习，掌握材料的微观结 构和转变的规律以及它们与材料的各种物理、化学性 能之间的关系，并运用这些规律改进材料性能、研制 新型材料的基础理论；培养从基本理论出发进行材料 设计、运用化学新概念进行材料制备及改性创新的能 力。
中国古铜镜
战国青铜编钟
巨型司母戊鼎 （河南安阳晚商遗址）
（4）铁器时代 铸铁人类制造和使用第3种人造材料，我国的铁器
时代由何时开始，至今尚难断言。至迟始于春秋，距 今2700～2200年前我国已经掌握了炼铁技术，比欧洲 早1800年左右。
湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄
（5）高分子时代
随着有机化学的发展，在20世纪初出现合成塑料、 合成纤维、合成橡胶等高分子材料，并被广泛的用于 生产和生活中。
例如，没有半导体材料就没有计算机技术；没有 耐高温、高强度的特殊材料就没有航天技术；没有光 导纤维就不会有现代通讯；没有合成材料，今天的生 活还会这么丰富多彩吗？
3.材料的使用程度是人类社会发展的里程碑 从人类社会发展来看，使用材料经历了五大里程碑：
石器时代 陶器时代 铜器时代
铁器时代 复合材料
（1）石器时代 石头是人类使用的第一种材料，因此人类历史的最
三、材料的发展过程
第一代为天然材料 在原始社会生产技术水平低下， 人类使用的材料只能是自然界的动物、植物和矿物， 主要的工具是棍棒，用石料加工的磨制石器。 第二代为烧炼材料 烧炼材料是烧结材料和冶炼材 料的总称。人类用天然的矿土烧结砖瓦和陶瓷，制 出了玻璃和水泥，这些都属于烧结材料；从各种天 然的矿石中提炼铜、铁等金属，则属于冶炼材料； 第三代材料为合成材料 在20世纪初期出现了化工 合成产品，其中合成塑料、合成橡胶和合成纤维已 广泛地是用于生产和生活中。从1907年第一个小型 酚醛树脂厂建立，到1927年第一个热塑性聚氯乙烯