材料科学基础-介绍导论

高分子材料的基本属性
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结合键主要为共价键，部分范德华键； 分子量大，无明显的熔点，有玻璃化转变温度、粘流 温度；
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力学状态有玻璃态、高弹态和粘流态；
强度较高；
质量轻； 良好的绝缘性； 优越的化学稳定性。
价键四面体
本课程教学内容
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 *第8章 *第9章 *第10章 原子结构与键合 固体结构 晶体缺陷 固体中原子及分子的运动 材料的形变和再结晶 单组元相图及纯晶体的凝固 二元系相图及其合金的凝固 三元相图 材料的亚稳态 材料的功能特性
教学计划
1.教学时数：64学时 (1-16周) 2.成绩确定：考试 60分 平时 40分 3.考试时间：课程结束时 4.考试内容：课堂内容为主
教学任务和目标
1.研究材料的化学成分，加工过程与其组织、 结构和性能之间关系及其变化规律。根据 工程和科学技术的发展的需要设计新型的 工程材料；材料制备原理和工艺方法；材 料加工和使用过程中组织结构和性能变化 的微观机理。
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特种陶瓷是以人工合成化合物为原料制备，用于技术和 工程领域，如电子信息、能源、机械、化工、动力、生 物、航天航空和其它高新技术领域。
无机非金属材料的基本属性
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化学键主要是离子键、共价键以及它们的混合键； 硬而脆、韧性低、抗压不抗拉、对缺陷敏感； 熔点高，具有优良的耐高温和化学稳定性； 一般自由电子数目少、导热性和导电性较小； 耐化学腐蚀性好； 耐磨损。
基础学科发展奠定材料科学的基础
● 量子力学、固体物理、无机化学、有机化学、
物理化学等基础学科的发展为材料科学奠定了
重要基础。
● 现代分析技术和设备的更新，加深了对物质结
构和物理化学性质的理解。
● 冶金学、金属学、陶瓷学、高分子科学等自身
的发展也使对材料的本质认识大大系统化（组 成-制备-结构-性能的关系），为学科发展打下 了坚实的基础。
中国古代铁器的金相组织 湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄
集成电路：器件缩小100万倍，单价下降100万倍。
集成电路发展历程
古代科技名著：“考工记”（先秦）、“梦溪笔谈”（宋代沈 括）、 “天工开物”（明代宋应星）

明代后：国内封建统治、国外侵略，束缚了材料的发展 解放后：材料科学受到重视和发展。 一整套材料体系 门类齐全 数量 质量 钢铁突破亿吨大关 世界第一 原子弹、氢弹、人造卫星、火箭
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来自百度文库
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高分子材料
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以C、H、N、O元素为基础，由大量结构相同的小单元聚合组成， 分子量大，并在某一范围内变化。 一般分为天然和合成的两类； 按使用性质：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等； 按链结构：碳链、杂链、元素高聚物； 按热性质：热塑性、热固性及热稳定性高聚物； 按用途：结构材料、电绝缘材料、耐高温材料、导电高分子、 高分子建筑材料、生物医用高分子材料、高分子催化剂、包装 材料等。 塑料是重要的高分子材料，分为通用塑料和工程塑料。 通用塑料包括：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛 塑料和氨基塑料。 工程塑料（高强、高模、耐高温）：ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙 烯)、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺 和氟塑料等。
2.掌握材料科学基础的原理，揭示材料组成结构-性能的关联。培养独立分析问题、解 决问题的能力。培养自学能力。
前言
材料(Materials)是国民经济的物质基础。 广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质 工农业生产 (substance) 材料无处不在，无处不有 国防

科学技术 人民生活 材料品种 材料 能源 现代技术的三大支柱 数量 国家现代化程度标志之一 质量 信息
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金属键结合；
熔点较高； 具有金属光泽； 延展性大； 强度较高； 结构中存在自由电子，导热和导电性好； 在空气中易被氧化。
无机非金属材料
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主要包括晶体、陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。 按性能和用途：传统陶瓷和特种陶瓷。 特种陶瓷也称 精细陶瓷（Fine Ceramics） 高技术陶瓷（High Technical Ceramics） 先进陶瓷（Advanced Ceramics）
停滞状态
神舟飞船对接
2014年1月15日 “嫦娥三号” 玉兔月球车开启月宫新生活
材料是人类文明进步的里程碑
● 早期历史按石器、陶器、青铜器、铁器时代来划分，材料 代表着当时的生产能力和生活水平。 使用石器做工具。 使用石片、龟甲、竹板作信息纪录。 公元前5000年，制陶中发现铜和锡的还原，创造了炼铜术。 6000年前用稻草和泥作墙体是具有制备意义的复合材料。 越王剑的金属包层结构具有复合材料的结构特征。 ● 现代核时代和信息时代是与元素U和Si的开发紧密联系。 ● 人类物质文明的发展史是利用和挖掘材料资源的历史。 ● 人类通过使用新的材料去改进生产工具、生活用具以及 武器，并伴随着科技革命的不断发展。
体钢（按冶炼法）；结构钢、工具钢、特殊钢及专用钢
（按用途）。 铸铁：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊 性能铸铁等。
有色金属(非铁材料)
轻金属(密度﹤5)、重金属(密度﹥5)、贵金属和稀有金 属，如A1、Cu、Zn、Sn、Pb、Mg、Ni、Ti及其合金。在
工程上占有重要地位。
金属材料的基本属性
我国材料的历史进程 (Historical perspective)

漫长而又曲折的历程：
简单 → 复杂 单一性能 → 综合性能 结构材料 → 功能材料 单一材料 → 复合材料
石器时代（Stone
Age）：
石斧、凿、刀、铲、箭头、 纺轮、钵等（西安半坡遗址）
铁器时代（Iron Age）
材料的分类
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按物态划分：气态、液态和固态。
按组成和结合性质：金属材料、无机非金属 材料、高分子材料。
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按使用领域：建筑材料、电子材料、医用材料、
仪表材料、能源材料等。
金属材料
黑色金属（钢和铸铁 ）
钢：碳素钢和合金钢（按成分）；普通钢、优质钢和高 级优质钢（按品质）；平炉钢、转炉钢、电炉钢和奥氏
材 料 科 学 基 础
北京交通大学理学院化学系
2014年9月
材料科学基础
主讲： 马玉涛
办公地点：教五楼三层5309 E-mail: 教材： ytma@bjtu.edu.cn 《材料科学基础》 胡赓祥主编，上海交大出版社
教学参考书


1.《材料科学基础教程》赵品编 哈尔滨工业大学出版社 2.《材料科学基础》马泗春主编 陕西科学技术出版社 3.《材料科学基础》 赵品编 哈尔滨工业大学出版社 4.《金属学》 胡赓祥主编 上海科技出版社 5.《金属学原理》 刘国勋主编 工业冶金出版社 6.《金属学教程》卢光熙主编 机械工业出版社 7.《金属学原理》 李 超主编 哈工大出版社 8.《材料科学基础》杜丕一编 中国建材工业出版社 9.《材料科学基础》石德珂主编 西安交大出版社