材料科学基础重点知识说课讲解
材料科学基础(各章总结)讲诉
第一章：结晶学基础一、晶体的基本概念晶体：晶体是内部质点在三维空间按周期性重复排列的固体。
晶胞：是指晶体结构中的平行六面体单位，其形状大小与对应的空间格子中的平行六面体一致。
晶体的基本性质：晶体均一性、各向异性、自限性、对称性、最想内能性。
等同点：晶体结构中物质环境和几何环境完全相同的点。
空间格子：联结分布在三维空间内的结点就构成了空间格子。
单位平行六面体：在空间格子中，所选取的平行六面体的对称性符合整个空间点阵的对称性；棱与棱之间的直角应力求最多；在遵循上两个条件的前提下，所选取的平行六面体的体积应最小。
考虑到对称性不能为直角时，选结点间距最小的行列做平行六面体的棱，棱间交角接近直角。
按照上述选择原则选取的平行六面体称为单位平行六面体。
点群（对称型）：结晶多面体中全部对称要素的组合，称为该结晶多面体的对称型。
由于在结晶多面体中，全部对称要素相交于一点（晶体几何中心），在进行对称操作时该点不移动，所以对称型也称为点群。
平移群：晶体结构中所有平移轴的结合。
空间群：在一个晶体结构中所存在的一切对称要素的集合。
二、晶体的对称要素对称中心（符号C）:假想的几何点，相应的对称变换是对于这个点的倒反。
对称面（符号P）:假想的平面，相应的对称变换是对此平面的反映。
对称轴（符号L n）:假想的直线，相应的对称变换是绕此直线的旋转。
倒转轴（符号L i n）:一种复合对称要素，由一根假想的直线和此直线上的一个定点构成。
相应的对称变换是绕此直线旋转一定角度以及对此定点的倒反。
映转轴（符号L s n）:一种复合对称要素，由一根假想的直线和垂直此直线的一个平面构成。
相应的对称变换是绕此直线旋转一定角度以及对此平面的反映。
三、晶体的对称分类七个晶系包括：三斜晶系、单斜晶系、正交（斜方）、三方晶系、四方（正方）晶系、六方晶系和等轴（立方）晶系四、各晶系的几何常数五、结晶符号1、晶面符号（米氏符号也称晶面符号）：（hkl）表示2、晶棱符号：：［uvw］表示六、晶体的微观对称要素（1）平移轴：是一直线方向，相应的对称变换为沿此直线方向平移一定的距离。
《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。
材料科学基础教案第一章
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静电力(electrost高分子链
Atomic Structure and Interatomic Bonding
第一章原子结构和键合
第二节 原子间的键合
材料的微观结构（Microstructure of Materials）
决定材料性质最为本质的内在因素： 组成材料各元素原子结构； 原子间相互作用、相互结合； 原子或分子在空间的排列和运动规律； 以及原子集合体的形貌特征。
取代基围绕特定原子在空间的排布规律。
构型
构造
近程结构
单体通过聚合反应连接而成的链状分子，称为高分子链。 高分子中的重复结构单元的数目称为聚合度。 高分子链的化学组成不同，化学和物理性能也不同。
链结构单元的化学组成（the Chemistry of mer unito) 碳链高分子 聚乙烯（见书9）
一、金属键（Metallic bonding）
典型金属原子结构：最外层电子数很少，即价电子（valence electron）极易挣脱原子核之束缚而成为自由电子（Free electron），并在整个晶体内运动，弥漫于金属正离子组成的晶格之中而形成电子云（electron cloud）。 金属中自由电子与金属正离子之间相互作用构成的键合称为金属键。 绝大多数金属均以金属键方式结合，基本特点——电子的共有化
诱导力(induction)
色散力(dispersive force)
贰
壹
《材料科学基础》课件
晶体与非晶体材料
晶体材料具有有序排列的原子或分子结构，而非晶体材料具有无序排列的结 构。晶体材料的性质受到晶体结构的影响。
材料物理性质
材料的物理性质包括密度、热导率、电导率、磁性等。这些性质影响着材料 在各种条件下的表现和应用。
材料化学性质
材料的化学性质指的是材料与其他物质发生化学反应的能力和性质。它们决定了材料的耐腐蚀性、稳定 性和反应性。
常见材料的分类和特征
金属
金属具有良好的导电性和导热性，适用于制 造结构件和导电元件。
聚合物
聚合物具有轻量、耐疲劳等特点，适用于制 造塑料制品和弹性件。
陶瓷
陶瓷具有优良的耐高温性和绝缘性，适用于 制造耐磨、耐腐蚀的零部件。
复合材料
复合材料具有多种材料的优点，适用于制造 航空航天和汽车等领域的高性能材料。
汽车
应用于汽车制造中的车身和发动机部件。
电子
应用于电子器件的制造，如半导体材料等。
《材料科学基础》PPT课 件
本课件将介绍材料科学的基础知识，包括材料科学的概述、晶体与非晶体材 料、材料的物理性质和化学性质、常见材料的分类和特征、材料的加工方式， 以及材料工程应用。
材料科学概述
材料科学是研究材料的组成、结构、性质和应用的学科。它涉及各种材料，包括金属、陶瓷、聚合物和 复合材料。
材料加工
1
原材料采集
从矿石、石油等中采集原材料，准备
材料处理
2
进入加工过程。
通过熔融、挤压、锻造等方式改变材
料的形态和性能。
3
零部件制造
将材料加工成适合使用的零部件，如
总装与测试
4
铸件、锻件、塑料制品等。
将零部件组装成成品，进行测试和质 量检查。
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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第四节 晶体材料的组织
1、结晶过程及多晶组织
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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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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》教学教案要点
《材料科学基础》教学教案要点第一篇：《材料科学基础》教学教案要点《材料科学基础》教学教案导论一、材料科学的重要地位生产力发展水平，时代发展的标志二、各种材料概况金属材料陶瓷材料高分子材料电子材料、光电子材料和超导材料三、材料性能与内部结构的关系原子结构、结合键、原子的排列方式、显微组织四、材料的制备与加工工艺对性能的影响五、材料科学的意义 1第一章材料结构的基本知识§1-1 原子结构一、原子的电子排列泡利不相容原理最低能量原理二、元素周期表及性能的周期性变化§1-2 原子结合键一、一次键 1．离子键 2．共价键 3．金属键二、二次键 1．范德瓦尔斯键 2．氢键三、混合键四、结合键的本质及原子间距双原子模型五、结合键与性能§1-3 原子排列方式一、晶体与非晶体二、原子排列的研究方法§1-4 晶体材料的组织一、组织的显示与观察二、单相组织等轴晶、柱状晶三、多相组织§1-5 材料的稳态结构与亚稳态结构稳态结构亚稳态结构阿累尼乌斯方程第二章材料中的晶体结构§2-1 晶体学基础一、空间点阵和晶胞空间点阵，阵点（结点）晶格、晶胞坐标系二、晶系和布拉菲点阵 7个晶系 14个布拉菲点阵表2-1三、晶向指数和晶面指数 1．晶向指数确定方法，指数含义，负方向，晶向族 2．晶面指数确定方法，指数含义，负方向，晶向族3．六方晶系的晶向指数和晶面指数确定方法，换算 4．晶面间距密排面间距大 5．晶带相交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合晶带定律：hu+kv+lw=0● 晶向指数和晶面指数确定练习，例题§2-2 纯金属的晶体结构一、典型金属晶体结构体心立方bcc 面心立方fcc 密排六方hcp 1．原子的堆垛方式面心立方：ABCABCABC——密排六方：ABABAB——2．点阵常数 3．晶胞中的原子数 4．配位数和致密度晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数晶体结构中原子体积占总体积的百分数 5．晶体结构中的间隙四面体间隙，八面体间隙二、多晶型性α-Fe, γ-Fe, δ-Fe 例：碳在γ-Fe 中比在α-Fe中溶解度大三、晶体结构中的原子半径 1．温度与压力的影响 2．结合键的影响 3．配位数的影响§2-3 离子晶体的结构一、离子晶体的主要特点正、负离子二、离子半径、配位数和离子的堆积 1．离子半径 2．配位数表2-6 3．离子的堆积三、离子晶体的结构规则1．负离子配位多面体规则—鲍林第一规则配位多面体是离子晶体的真正结构基元 2．电价规则—鲍林第二规则3．负离子多面体共用点、棱与面的规则—鲍林第三规则四、典型离子晶体的结构 6种§2-4 共价晶体的结构一、共价晶体的主要特点原子晶体二、典型共价晶体的结构第三章晶体缺陷点缺陷、线缺陷、面缺陷§3-1 点缺陷一、点缺陷的类型空位、间隙原子Schottky, Frenkel 缺陷晶个畸变二、点缺陷的产生1．平衡点缺陷及其浓度neN=C-ue=AexpkT 2．过饱和点缺陷的产生高温淬火、辐照、冷加工 3．点缺陷与材料行为扩散物理性能：电阻，密度减小体积增加力学性能：蠕变，强度，脆性§3-2 位错的基本概念一、位错与塑性变形实际屈服强度远低于刚性滑移模型得到的G/30.50年代中期证实位错的存在二、晶体中位错模型及位错易动性1．刃型位错2．螺型位错3．混合型位错 4．位错的易动性图4-12三、柏氏矢量 1．确定方法 2．柏氏矢量的意义原子畸变程度已滑移区与未滑移区的边界滑移矢量位错线的性质 3．柏氏矢量的表示方法练习四、位错的运动 1．位错的滑移外加切应力方向、晶体滑移方向、位错线运动方向与柏氏矢量之间关系图4-18、4-19、4-20，表4-1 2．位错的攀移通过扩散实现割阶的产生正应力影响 3．作用在位错上的力 Fd=τb Fd=σb五、位错密度ρ=S/V ρ=n/A六、位错的观察图4-24，4-25§3-3 位错的能量及交互作用一、位错的应变能 U=αGb2二、位错的线张力图4-30 τ=Gb/(2R)三、位错的应力场及与其它缺陷的交互作用 1．位错的应力场螺位错：纯剪切刃位错：正应力为主 2．位错与点缺陷的交互作用溶质原子形成的应力场与位错应力场可发生交互作用。
材料科学基础知识点
材料科学基础知识点(总61页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--材料科学基础第零章材料概论该课程以金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料为对象，从材料的电子、原子尺度入手，介绍了材料科学理论及纳观、微观尺度组织、细观尺度断裂机制及宏观性能。
核心是介绍材料的成分、微观结构、制备工艺及性能之间的关系。
主要内容包括：材料的原子排列、晶体结构与缺陷、相结构和相图、晶体及非晶体的凝固、扩散与固态相变、塑性变形及强韧化、材料概论、复合材料及界面，并简要介绍材料科学理论新发展及高性能材料研究新成果。
材料是指：能够满足指定工作条件下使用要求的，就有一定形态和物理化学性状的物质。
按基本组成分为：金属、陶瓷、高分子、复合材料金属材料是由金属元素或以金属元素为主，通过冶炼方法制成的一类晶体材料，如Fe、Cu、Ni等。
原子之间的键合方式是金属键。
陶瓷材料是由非金属元素或金属元素与非金属元素组成的、经烧结或合成而制成的一类无机非金属材料。
它可以是晶体、非晶体或混合晶体。
原子之间的键合方式是离子键，共价键。
聚合物是用聚合工艺合成的、原子之间以共价键连接的、由长分子链组成的髙分子材料。
它主要是非晶体或晶体与非晶体的混合物。
原子的键合方式通常是共价键。
复合材料是由二种或二种以上不同的材料组成的、通过特殊加工工艺制成的一类面向应用的新材料。
其原子间的键合方式是混合键。
材料选择：密度弹性模量:材料抵抗变形的能力强度:是指零件承受载荷后抵抗发生破坏的能力。
韧性：表征材料阻止裂纹扩展的能力功能成本结构(Structure)性质(Properties)加工(Processing)使用性能(Performance)在四要素中，基本的是结构和性能的关系，而“材料科学”这门课的主要任务就是研究材料的结构、性能及二者之间的关系。
宏观结构←显微镜下的结构←晶体结构←原子、电子结构重点讨论材料中原子的排列方式（晶体结构）和显微镜下的微观结构（显微组织）的关系。
《材料科学基础教案》课件
《材料科学基础教案》PPT课件第一章：材料科学导论1.1 材料科学的定义和发展历程1.2 材料的分类和特性1.3 材料科学的研究内容和方法1.4 材料科学在工程中的应用第二章：材料的力学性能2.1 弹性、塑性和脆性2.2 材料的强度、硬度和韧性2.3 材料的热膨胀和导热性2.4 材料的疲劳和腐蚀性能第三章：材料的结构3.1 原子结构与元素的电子配置3.2 金属晶体结构3.3 非金属晶体结构3.4 材料的微观结构与宏观性能的关系第四章：材料的热处理和加工4.1 材料的热处理工艺和性能4.2 金属的铸造、焊接和热轧4.3 非金属材料的加工方法4.4 新型材料的加工技术和应用第五章：材料的选择与应用5.1 材料的选用原则和标准5.2 工程常用金属材料的选择与应用5.3 常用非金属材料的选择与应用5.4 新型材料在工程中的应用案例分析第六章：金属的腐蚀与防护6.1 金属腐蚀的基本类型和机理6.2 金属腐蚀的影响因素6.3 金属的腐蚀防护方法6.4 实例分析：金属腐蚀与防护的应用第七章：陶瓷材料7.1 陶瓷材料的定义和特性7.2 陶瓷材料的制备方法7.3 陶瓷材料的分类与应用7.4 先进陶瓷材料的最新发展第八章：高分子材料8.1 高分子材料的定义和结构8.2 高分子材料的制备方法8.3 高分子材料的性能与应用8.4 生物基高分子材料和可持续发展的关系第九章：复合材料9.1 复合材料的定义和特点9.2 复合材料的制备方法9.3 常见复合材料的类型与应用9.4 复合材料在航空航天和汽车工业中的应用第十章：纳米材料10.1 纳米材料的定义和特性10.2 纳米材料的制备方法10.3 纳米材料的应用领域10.4 纳米材料的发展趋势和挑战重点和难点解析重点一：材料科学的定义和发展历程解析：理解材料科学的定义是掌握整个学科的基础，对材料科学的发展历程有一个全面的了解，能够帮助我们更好地理解其在不同历史阶段的重要性。
重点二：材料的分类和特性解析：材料的分类是理解不同材料性质的基础，而特性则是材料应用的关键。
武汉理工大学《材料科学基础》课件
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。
0.1.1 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
普通玻璃是指采用天然原料，能够大规模生产的玻璃。 普通玻璃包括日用玻璃、建筑玻璃、微晶玻璃、光学玻璃和 玻璃纤维等。
特种玻璃（亦称为新型玻璃）是指采用精制、高纯或新 型原料，通过新工艺在特殊条件下或严格控制形成过程制成的 一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。
特种玻璃包括SiO2含量在85%以上或55%以下的硅酸盐 玻璃、非硅酸盐氧化物玻璃（硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐、碲酸 盐、铝酸盐及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）、非氧化物玻璃（卤化 物、氮化物、硫化物、硫卤化物、金属玻璃等）以及光学纤维 等。
体
（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
合金中的金属间化合物：
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。
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。
《材料科学基础重要内容和要点》综述
《材料科学基础》重要内容和要点
Chap 7 金属及合金的回复与再结晶
基本要求 （1）熟悉回复、再结晶、晶粒长大机制； （2）熟悉回复、再结晶、晶粒长大的驱动力； （3）回复、再结晶、晶粒长大过程的组织和性能变化；
《材料科学基础》重要内容和要点
分的确定方法。 2. 简述晶体结构对自扩散系数的影响；比较fcc、bcc和
hcp结构的晶体的自扩散系数高低。 3. 简述固溶体类型对互扩散系数的影响；说明渗氮在F
中进行，而渗碳在A中进行的原因。 4. 晶体内缺陷对原子的扩散系数的影响；
晶粒内、表面、晶界、相界、线缺陷、点缺陷。
《材料科学基础》重要内容和要点
《材料科学基础》重要内容和要点
熟悉下列概念及述语: 合金、相律、相图; 不平衡凝固 平衡分配系数； 相组成物、组织组成物
《材料科学基础》重要内容和要点
重要简述问题: 1. 简述合金的异分结晶现象。 2. 何为不平衡结晶，简述固溶体的不平衡结晶。 3. 简述合金凝固时，为什么在正梯度下，能够以树枝
《材料科学基础》重要内容和要点
Chap.1 金属的晶体结构 一、 重要知识模块 1 化学健
理解固体物质的化学键是决定材料力学性能和物理、化学性能 的重要因素。
利用双原子模型，解释物质的弹性模量E、熔点、热膨胀系数、 导热性、导电性等性质同组成物质化学键的关系。
2 晶体结构 晶体特征及其描述方法。 根据参考轴间夹角和阵点的周期性，可将晶体分为7种晶系，14 种晶胞。 晶向、晶面的概念及其表示方法(指数)。
共扼线、共扼曲面、共扼三角形、蝴蝶形 • 变化规律、单变量线、液相面、固相面、溶解度曲面、
四相平衡转变温度、投影图、垂直截面图和等温截面 图。
第一讲材料科学基础知识
晶面指数所代表的不仅是某一晶面，而是 代表着一组相互平行的晶面。
例如：求下列晶面的晶面指数(a=b=c)
1）建立坐标系，如图。（原点不能在待定晶面上）
Z c
（100）
2）求待定晶面在三个 坐标轴上的截距。 1、∞、 ∞ 3）取三个截距的倒数 1、0、0
Y
a X
b
4）化为最小整数， 加圆括号，（100）
材料的力学性能是指材料抵抗外力的能力， 指标包括：强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。
常见的工程载荷
材料的受力行为: 变形 + 断裂
基本过程:
弹性变形 → 塑性变形 → 断裂
变形类型:
• 弹性变形: 外力去除后,变形消失,材料恢复原来形状的变形 • 塑性变形: 外力去除后,材料不能恢复原来形状的永久变形
试验力来度量。
维氏硬度压痕
适用范围: 测量薄板类
二、动载下的力学性能指标
冲击韧性 断裂韧度 疲劳强度
1、冲击韧性
• 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。 • 指标为冲击韧性值ak
试样冲断时所消耗的能量: 冲击功： A k = m g H – m g h (J)
冲击韧性值a k：
试样缺口处单位截面积所消耗的冲击功。
材料表面的显微结构（原子力显微镜）
金的(111)晶面结构Fra bibliotek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。
晶体微观结构与性能
（碳的同素异构转变）
为什么化学组成相同（C）的石墨与金刚石有 完全不同的性质？
金刚石
石墨
富勒烯 (C60)
晶体微观结构与性能
（碳的同素异构转变）
材料中原子和离子的排列显著影响材料的性质
材料科学基础说课课件
材料科学基础说课
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3.材料科学的形成是科学技术发展的结果
① 固体物理、无机化学、有机化学、物理化学等学科的发展，对物质结构和 物性的深入研究，推动了对材料本质的研究和了解； 同时，冶金学、 金属学、陶瓷学等对材料本身的研究也大大加强，从而 对材料的制备、结构和性能，以及它们之间的相互关系的研究也愈来愈深 入，这为材料科学的形成打下了比较坚实的基础。
• 材料科学是多学科交叉与结合的结晶，是一门与工程技术密不可分的应用科 学。
• 材料科学对生产、使用和发展新材料具有指导意义。
材料科学基础说课
3
材料及材料科学的发展史
《材料科学导论-融贯的论述》，冯端、师昌绪、刘治国，化学工业出版社，2002
材料科学基础说课
4
1.材料是人类赖以生存和发展的物质基础
相反，习惯于用高分子材料的，也不想用金属材料或陶 瓷材料。
因此，科学技术发展对材料提出的新的要求，促进了材
料科学的形成。
/view/22775.htm
材料科学基础说课
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⑤ 复合材料的发展，将各种材料有机地联成了一体。
复合材料在多数情况下是不同类型材料的组合，通过材料科学的研究， 可以对各种类型材料有一个更深入的了解，为复合材料的发展提供必要的 基础。
/view/22775.htm
材料科学基础说课
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② 在材料科学这个名词出现以前，金属材料、高分子材料与陶瓷材料科学都 已自成体系，它们之间存在着颇多相似之处，可以相互借鉴，促进本学科 的发展。
如马氏体相变本来是金属学家提出来的，而且广泛地用来作为钢热处理 的理论基础。但在氧化锆陶瓷材料中也发现了马氏体相变现象，并用来作 陶瓷增韧的一种有效手段。
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《材料科学基础》培训讲座PPT(35张)
• 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。
808材料科学基础讲义
808材料科学基础讲义第一章引言材料科学是研究材料的组成、性质、结构和性能之间关系的学科。
808材料科学基础讲义旨在介绍材料科学的基本概念、原理和应用。
本讲义将涵盖材料的分类、结构与性质、材料制备与加工等内容，帮助学习者建立起对材料科学的基础理解。
第二章材料的分类材料可以根据其组成、结构和性质进行分类。
常见的分类方法包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料。
金属材料具有良好的导电性和机械性能，常用于制造结构件和导电部件。
陶瓷材料具有良好的耐热性和耐腐蚀性，常用于制造耐火材料和绝缘材料。
高分子材料具有良好的电绝缘性和可塑性，常用于制造塑料和橡胶制品。
复合材料由两种或两种以上的材料组合而成，具有综合性能优异的特点，广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑等领域。
第三章材料的结构与性质材料的性质与其结构密切相关。
材料的结构可以从微观和宏观两个层面进行描述。
微观结构主要指材料的晶体结构和非晶体结构。
晶体结构具有规则的原子排列方式，可以通过X射线衍射等方法进行表征。
非晶体结构具有无序的原子排列方式，常见于玻璃等非晶态材料。
宏观结构主要指材料的晶粒大小、晶界和孪晶等缺陷。
材料的性质包括力学性能、热学性能、电学性能等。
力学性能包括强度、硬度、韧性等指标，热学性能包括热膨胀系数、导热系数等指标，电学性能包括导电性和绝缘性等指标。
第四章材料制备与加工材料的制备与加工是指将原材料转化为具有特定形状和性能的材料的过程。
常见的材料制备方法包括熔融法、溶液法、气相法和固相法等。
熔融法是指将原材料加热至熔化状态，然后冷却固化成型的方法。
溶液法是指将原材料溶解在适当的溶剂中，然后通过结晶、蒸发等方式得到所需的材料。
气相法是指利用气相反应或气相沉积等方式制备材料。
固相法是指通过固相反应或烧结等方式制备材料。
材料的加工包括塑性加工、热加工和表面处理等。
塑性加工是指通过变形、锻造等方式改变材料的形状和性能。
热加工是指通过加热、熔化等方式改变材料的形状和性能。
大二材料科学基础知识点
大二材料科学基础知识点材料科学是一门研究材料的性质、结构、制备和应用的学科，它在现代科学技术中起着重要的作用。
作为大二学生，了解材料科学基础知识点对于深入学习相关专业课程和未来的职业发展至关重要。
本文将介绍大二材料科学基础知识点，帮助读者建立起对这门学科的初步认识。
一、材料分类在材料科学中，根据材料的性质和组成，可以将材料分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。
1.金属材料：金属材料具有良好的导电和导热性能，常见的金属材料有铁、铝、铜等。
金属材料通常具有较高的强度和硬度，可广泛应用于建筑、交通工具制造等领域。
2.无机非金属材料：无机非金属材料包括陶瓷、玻璃等，其硬度较高、耐磨性好，同时具有较好的绝缘性能。
无机非金属材料广泛应用于陶瓷制品、玻璃器皿等产业。
3.有机高分子材料：有机高分子材料由大分子有机化合物构成，包括塑料、橡胶、纤维素等。
有机高分子材料通常具有较低的密度和良好的加工性能，广泛应用于包装、塑料制品等领域。
二、材料结构了解材料的结构可以帮助我们理解其性能和制备工艺。
在材料科学中，常见的结构有晶体结构和非晶体结构。
1.晶体结构：晶体是由大量原子或分子周期性排列组成的固体。
晶体结构具有规则的几何形状和周期性性质。
根据晶体结构的不同，可以将晶体分为金属晶体、离子晶体和共价晶体等。
2.非晶体结构：非晶体是指没有规则的排列结构，也被称为无定形材料。
与晶体相比，非晶体结构没有明确的晶格，具有更高的熵和较低的密度。
非晶体常见于玻璃等材料中。
三、材料性能材料的性能决定了其在特定应用中是否适合使用。
材料科学的研究中，常关注材料的力学性能、热学性能、电学性能和化学性能等。
1.力学性能：力学性能描述了材料在受力作用下的变形和破坏行为。
常见的力学性能指标包括强度、硬度、韧性等。
不同材料的力学性能差异很大，我们需要根据实际需求选择合适的材料。
2.热学性能：热学性能研究材料在温度变化下的热传导、膨胀等性质。
材料科学基础重点知识知识讲解
材料科学基础重点知识知识讲解精品文档第5章纯金属的凝固1、金属结晶的必需条件：过冷度理论结晶温度与实际结晶温度的差；结构起伏大小不一的近程有序排列的此起彼伏；能量起伏温度不变时原子的平均能量肯定，但原子的热振动能量高处与低处起伏的现象；成分起伏材料内微区中因原子的热运动引起瞬时偏离熔液的平均成分，显现此起彼伏的现象。
结晶过程：形核和长大过程交替重叠在一起进行2、过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。
从热力学看，没有过冷度结晶就没有趋动力。
依据R*k?1?T可知当过冷度?T=0时临界晶核半径R为无穷大，临界形核功（?G?1?T2）也为无穷大，无法形核，所以液态金属不能结晶。
晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。
孕育期：过冷至实际结晶温度，晶核并未立刻产生，结晶开始前的这段停留时间3、匀称形核和非匀称形核匀称形核：以液态金属自身具有的能够稳定存在的晶胚为结晶核心直接成核的过程。
非匀称形核：液态金属原子依附于固态杂质颗粒上形核的方式。
临界晶核半径：ΔG达到最大值时的晶核半径r*=2γ/ΔGv物理意义：r0，晶核不能自动形成。
r>rc时，ΔGv占优势，故ΔG0；能量条件：能量起伏；结构条件：结构起伏。
②不同点：合金在一个温度范围内结晶（可能性：相率分析，必需性：成分匀称化。
）合金结晶是选分结晶：需成分起伏。
7、一个晶粒内或一个枝晶间化学成分不同的现象，叫枝晶偏析或晶内偏析。
各晶粒之间化学成分不匀称的现象叫晶间偏析。
除去方法：扩散退火（在固相线以下较高温度经过长时间的保温，使原子扩散充分，使之变化为平衡组织）。
8、两组元在液态时无限互溶，固态时有限固溶或完全不溶，且发生共晶变化，形成共晶组织的二元系相图。
9、由一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应称为共晶反应。
所生成的两种混合物称为共晶体，成分确定。
成分位于E点以左，M点以右的合金称为亚共晶合金。
成分位于E点以右，N点以左的合金成为过共晶合金。
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第5章 纯金属的凝固1、金属结晶的必要条件：过冷度-理论结晶温度与实际结晶温度的差；结构起伏-大小不一的近程有序排列的此起彼伏；能量起伏-温度不变时原子的平均能量一定，但原子的热振动能量高低起伏的现象；成分起伏-材料内微区中因原子的热运动引起瞬时偏离熔液的平均成分，出现此起彼伏的现象。
结晶过程：形核和长大过程交替重叠在一起进行2、过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。
从热力学看，没有过冷度结晶就没有趋动力。
根据T R k ∆∝1可知当过冷度T ∆=0时临界晶核半径R *为无穷大，临界形核功（21T G ∆∝∆）也为无穷大，无法形核，所以液态金属不能结晶。
晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。
孕育期：过冷至实际结晶温度，晶核并未立即产生，结晶开始前的这段停留时间3、均匀形核和非均匀形核均匀形核：以液态金属本身具有的能够稳定存在的晶胚为结晶核心直接成核的过程。
非均匀形核：液态金属原子依附于固态杂质颗粒上形核的方式。
临界晶核半径：ΔG 达到最大值时的晶核半径r *=-2γ/ΔGv 物理意义：r<rc 时， ΔGs 占优势，故ΔG>0，晶核不能自动形成。
r>rc 时， ΔGv 占优势，故ΔG<0，晶核可以自动形成，并可以稳定生长。
临界形核功：ΔGv *=16πγ3/3ΔGv 3 形核率：在单位时间单位体积母相中形成的晶核数目。
受形核功因子和原子扩散机率因子控制。
4、正的温度梯度：靠近型壁处温度最低，凝固最早发生，越靠近熔液中心温度越高。
在凝固结晶前沿的过冷度随离界面距离的增加而减小。
纯金属结晶平面生长。
负的温度梯度：过冷度随离界面距离的增加而增加。
纯金属结晶树枝状生长。
5、光滑界面即小平面界面：液固两相截然分开，固相表面为基本完整的原子密排面，微观上看界面光滑，宏观上看由不同位向的小平面组成故呈折线状的界面。
粗糙界面即非小平面界面：固液两相间界面微观上看高低不平，存在很薄的过渡层，故从宏观上看界面反而平直，不出现曲折小平面的界面。
6、凝固理论的应用：细化晶粒、定向凝固技术、单晶体的制备、非晶态合晶的制备7、晶粒细化的方法和原理晶粒度：实际金属结晶后，获得由大量晶粒组成的多晶体的晶粒的大小细晶强化：通过细化晶粒来提高材料强度的方法细化晶粒的方法：增加过冷度：提高冷却速度和过冷能力；变质处理：往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法；振动与搅拌：使正在生长的枝晶破碎，提供能量促使自发晶核的形成。
机理：晶粒越细小，位错塞集群中位错个数n 越小，根据τ=n τ0应力集中越小，故材料的强度越高。
第6章 固体中的扩散1、扩散固体中原子或分子的迁移，是固体中物质迁移的唯一方式。
本质：原子每个平衡位置都对应一个势能谷，在相邻平衡位置之间都隔着一个势垒，由于原子的热振动存在能量起伏，总会有部分原子具有足够高的能量，能够跨越势垒，从原来的平衡位置跃迁到相邻的平衡位置上去。
故固态扩散是原子热激活的过程。
2、固态金属扩散条件：①温度要足够高，温度越高原子热振动越激烈原子被激活而进行迁移的几率越大②时间要足够长，只有经过相当长的时间才能造成物质的宏观迁移③扩散原子要固溶，扩散原子能够溶入基体晶格形成固溶体才能进行固态扩散④扩散要有驱动力，没有动力扩散无法进行，扩散的驱动力为化学位梯度。
3、扩散的分类：1按是否出现新相：原子扩散、反应扩散 2按浓度的均匀程度分：有浓度差的空间扩散叫互扩散；无浓度差的扩散叫自扩散； 3按扩散方向分：由高浓度向低浓度扩散叫顺扩散即下坡扩散；由低浓度向高浓度扩散叫逆扩散即上坡扩散；4按原子的扩散路径分：在晶粒内部的扩散称体扩散；在表面进行的扩散称为表面扩散；沿晶界进行的扩散称为晶界扩散。
4、扩散第一定律表达式： dx dC D J -= J 为扩散流量；D 扩散系数；dx dC为浓度梯度。
扩散系数()RT Q D D -=ex p 0 D 0为扩散常数，Q 为扩散激活能，R 为气体常数，T 为热力学温度。
扩散系数D 与温度呈指数关系，温度升高，扩散系数急剧增大。
; 扩散的驱动力为化学位梯度，阻力为扩散激活能 5、扩散机制：间隙扩散机制、空位扩散机制、换位扩散机制 间隙原子扩散比置换原子扩散容易的原因：间隙固溶体中原子扩散仅涉及到原子迁移能，而置换固溶体中原子的扩散机制不仅需要迁移能而且还需要空位形成能，因此导致间隙原子扩散速率比置换固溶体中的原子扩散速率高得多。
柯肯达尔效应：由置换互溶原子因相对扩散速度不同而引起标记移动的不均衡扩散现象。
原因：低熔点组元扩散快，高熔点组元扩散慢，正是这种不等量原子交换造成的 6、影响扩散的因素：1温度：温度是影响扩散的主要因素，随着T 的升高，扩散系数D 成指数升高2固溶体类型：间隙固溶体中溶质原子的扩散激活能比置换固溶体的小，扩散速度快 3晶体结构：致密度小易迁移；体心结构的扩散系数大于面心结构的；固溶度不同引起浓度梯度差别；晶体的各向异性； 4晶体缺陷：增加缺陷密度会加速金属原子和置换原子的扩散，对间隙原子则不然5浓度 6合金元素 相变扩散和反应扩散：通过扩散而产生新相的现象。
第8章 三元相图1直线法则：二元系统两相平衡共存时，合金成分点与两平衡相的必须位于一条直线上2杠杆定律：Wa/W β=o β/oa=cb/ca 3重心定律：当三元合金在一定温度下处于三相平衡时合金的成分点为3个平衡相成分点组成的三角形的质量重心。
蝴蝶形规律：反映两相平衡相对应关系的共轭连线是非固定长度的水平线，随温度下降，它们一方面下移，另一方面绕成分轴转动。
4固态互不溶解三元共晶：四相平衡共晶平面：三元共晶点E 与该温度下3个固态的成分mnp 组成的四相平衡平面WA=oq/Aq*100% WL=Ao/Aq W(A+C)/Wo=Eq/Ef*WL W(A+B+C)/Wo=qf/Ef*WL四相平衡包共晶反应：L+a→β+γ包晶反应：L+a+β→γ5根据液相成分变温线投影的温度走向（降温）判别四相平衡反应类型：三根液相成分变温线温度走向均指向中心属共晶反应；两根液相成分变温线的温度走向指向中心，一根背离中心属包共晶反应；一根温度走向指向中心，两根背离中心，属包晶反应。
6说出图中各点（M、N、P、E）室温下的显微组织。
M：B＋（B＋C）＋（A＋B＋C）；N：（A＋B）＋（A＋B＋C）；P：C＋（A＋B＋C）；E：（A＋B＋C）。
b求出E点合金室温下组织组成物的相对量和相组成物的相对量。
E点合金室温下组织组成物的相对量（A＋B＋C）为100%相组成物的相对量为：W A=Ea/Aa×100% W B=Eb/Bb×100% W C=Ec/Cc×100%c分析M点合金的结晶过程。
先从液相中结晶出B组元，当液相成分为K时，发生二元共晶转变，转变产物为（B＋C），当液相成分为E时，发生三元共晶转变，转变产物为（A＋B＋C）。
室温下的显微组织为：B＋（B＋C）＋（A＋B＋C）。
第7章1、建立方法：热分析法、金相分析方法、硬度测定方法、X射线衍射分析法、膨胀试验法、电阻试验法。
2、二元相图中有哪些几何规律：相区接触法则；三相区是一条水平线…；三相区中间是由它们中相同的相组成的两相区；单相区边界线的延长线进入相邻的两相区。
3、匀晶合金相图：两组元在液态、固态均无限互溶的合金状态图。
4、平衡凝固：冷却极为缓慢组元成分充分互相扩散每个阶段都达到平衡。
5、非平衡凝固：合金溶液冷却速度较快，在每一温度下不能保持足够的扩散时间，凝固过程偏离平衡条件的凝固。
6、固溶体结晶与纯金属结晶的比较①相同点：基本过程：形核－长大；热力学条件：⊿T>0；能量条件：能量起伏；结构条件：结构起伏。
②不同点：合金在一个温度范围内结晶（可能性：相率分析，必要性：成分均匀化。
）合金结晶是选分结晶：需成分起伏。
7、一个晶粒内或一个枝晶间化学成分不同的现象，叫枝晶偏析或晶内偏析。
各晶粒之间化学成分不均匀的现象叫晶间偏析。
消除方法：扩散退火（在固相线以下较高温度经过长时间的保温，使原子扩散充分，使之转变为平衡组织）。
8、两组元在液态时无限互溶，固态时有限固溶或完全不溶，且发生共晶转变，形成共晶组织的二元系相图。
9、由一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应称为共晶反应。
所生成的两种混合物称为共晶体，成分确定。
成分位于E点以左，M 点以右的合金称为亚共晶合金。
成分位于E点以右，N点以左的合金成为过共晶合金。
10、伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金也可能得到全部共晶组织，这种共晶组织称为伪共晶。
离异共晶：两相分离的共晶组织。
形成原因：平衡条件下，成分位于共晶线上两端点附近。
消除：扩散退火。
11、室温组织及其计算:计算室温下亚共析钢（含碳量为）的组织组成物的相对量。
组织组成物为α、P ，P P W x W -=⨯--=1W , %1000218.077.00218.0α计算室温下过共析钢（含碳量为x ）的组织组成物的相对量。
组织组成物为P 、Fe3C Ⅱ：PCFe PW xW -=⨯--=∏1W , %10077.069.669.63 1. 分析共析钢的结晶过程，并画出结晶示意图。
①点之上为液相L ；①点开始L →γ；②点结晶完毕；②～③点之间为单相γ；③点γ→ P 共析转变；室温下显微组织为P 。
2. 计算室温下含碳量为x 合金相组成物的相对量。
相组成物为α、Fe3C ，相对量为：C Fe C Fe W x W 331 W , %10069.6-=⨯=α Fe3C І的相对量：%1003.469.63.43⨯--=I x W C Fe 当x=6.69时Fe3C І最高百分量为：%100%10069.669.63=⨯=I C Fe W过共析钢中Fe3C Ⅱ 的相对量：%6.2277.069.677.03=--=∏x W C Fe当x=2.11时Fe3C Ⅱ含量最高，最高百分量为：%6.2277.069.677.011.23=--=∏C Fe WFe3C Ⅲ 的相对量计算：%10069.63⨯=I ∏xW C Fex=0.0218时Fe3C Ⅲ含量最高为:%33.0%10069.60218.03=⨯=I ∏C Fe W共析渗碳体的相对百分量为：%2.11%1000218.069.60218.077.03=⨯--=C Fe W共晶渗碳体的相对百分量为：%8.47%11.269.611.230.43=⨯--=C Fe W12、在一定温度下，一定成分液相和一固体相反应形成另一种固相结晶过程称包晶转变。
铁素体：碳在α-Fe 中形成的间隙固溶体。