材料科学及其发展现状PPT课件( 21页)

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材料结构概述—非晶态结构
非晶态结构或无定形结构的定义: 原子排列近程有序而远程无序的结构,也 叫玻璃态结构
非晶态结构的特点: 结构长程无序,各向异性 没有固定的熔点
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材料结构概述—晶态结构
晶体:原子在三维空间呈周期性的无限有序排列的结 构,也称为点阵
晶胞(晶格):周期性排列的最小单位 7大晶系,14种空间点阵 晶面:晶体中由原子组成的任一平面成为晶面
金属材料的应变强化是由于金 属在形变过程中会使其所含位 错数目增值,位错密度提高, 因此得到强化
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结构缺陷—面、体缺陷
面缺陷
定义:原子或分子在一个交界面的 两侧出现不同排列而形成的缺陷
界面与表面 相和相接触的面为界面 表面原子或分子一般比内部原子或 分子具有过剩的能量,为表面能 表面及界面的特性对材料及器件影 响极大,如金属氧化与腐蚀
第一章 材料科学概述
材料科学及其发展现状 高分子材料基础知识及发展现状
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材料科学及发展现状
材料基本知识及发展历史 材料结构简述 材料的性能、工艺、结构之间
的关系
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材料与原料
材料:经过人类劳动获得的、在进一步加 工过程仍然保持原质的劳动对象
原料:经过人类劳动取得的劳动对象
如:开采出来的矿砂是冶炼金属的原料 种植出的小麦是制造面粉的原料
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材料与物质
材料:满足指定工作条件下使用要求的形态和物 理性状的物质
材料:热敏材料、压电材料、激光材料 物质:SiO2、矾土(Al2O3)
例:Al2O3 ---单晶,宝石或激光材料 ---多晶,集成电路的放热基版材料 ---多孔多晶,催化剂的载体、敏感材料
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材料化过程
由化学物质或原料转变为 一定用场的材料的过程
根据量子力学原理,电子 具有不连续能级,每个电 子的能级和状态由主量子 数、角量子数、磁量子数、 自旋量子数决定。
电子分布遵从原理: 泡利不相容原理,能量最 低原理,洪特规则
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材料结构概述—原子结构
原子或分子之间的结合键 化学结合键 离子键 金属键 共价键
物理结合键 偶极之间的静电力、诱导 力、色散力 氢键
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材料是划分人类社会不同历史时期的重要依据
例:从SiO2和Na2CO3制备玻璃 的过程
例:玻璃钢的制备 n 织玻璃布
n 制胶(环氧树脂、稀释剂、固 化剂)
n 将布放入模具中,涂胶,固化
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材料分类
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材料分类中的概念
1. 复合材料:由两种或两种以上,物理和化学性 质不同的物质,用适当的工艺方法组合起来, 而得到的具有复合效应的多相固体材料,分类 如下:
材料是生产力发展的重要支柱
1903,美国莱特兄弟发明了第一架飞机,材料为木材和帆布,航速只有16公里/小时 1911年,制造出金属结构的飞机,材料为轻质铝合金(提高发动机的温度) 1939年,螺旋桨式代替活塞式,材料为耐700度高温的镍合金,航速为最初的47倍, 755公里/小时 40年代中期,可耐800度以上的高温合金 航天用聚合物: 烧蚀材料(耐高温的增强塑料,借本身熔化、升华或分解而消耗大量热量 结构材料:玻璃纤维-环氧树脂,可以减轻约1/3的重量 胶结材料:结构胶粘剂,环氧树脂-丁腈橡胶 涂层材料:耐高温绝缘涂层,防潮湿、防霉菌涂层,耐磨涂层 吸振材料,固体推进剂材料,密封材料
按原料在复合材料中的形态:基质材料、分散 材料
按复合材料的形态和形状:颗粒状、纤维状、 层状
按复合性质:物理复合,化学复合 复合效果:结构复合,功能复合
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材料分类中的概念
2. 结构材料:使用其机械力学性能,用于机 械制造、工程建筑、交通运输等
3. 功能材料:利用各种物理和化学性质,用 于电子、红外、激光、通讯等方面
决定性作用
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结构缺陷—点缺陷
点缺陷
定义:涉及一个或几个原 子范围的点阵结构局部扰 乱,是热运动引起的
点缺陷对光电等性能有很 大影响
将间隙原子或置换原子有 意加入材料结构中是材料 固溶强化的基础
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结构缺陷—线缺陷
线缺陷
定义:以一条线为中心的结构 错乱
位错在晶体内形成应力场,位 错线附近的原子平均能量高于 其它区域,故这些原子稳定性 较差,容易被杂质原子替代, 因此位错附近的区域易受腐蚀
晶界 不同取向晶粒之间的接触面 细晶强化:晶界可使位错运动受 阻,从而使材料强度提 高
体缺陷 指材料宏观的结构缺陷,如空 洞、裂纹、沉淀相、包裹物等 对材料的力学性能有很大的影 响
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材料的工艺、结构和性能
相互依赖、相互制约
n 例:高压聚乙烯和低压聚乙烯 n 例:铜棒:铸造法和轧制成型工艺 n 例:提高塑料强度,可采用与橡胶共混的办法来提高冲
晶向:原子组成的任一直线 单晶:有序性贯穿整块晶体
孪晶:晶体的长程有序性在某一确定的平面突然发生转 折并以这一平面为界的两部分晶体有各自的长程 有序性
多晶:许多取向不同的晶粒组成的晶体
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材料结构概述—结构缺陷
定义:物质中不均匀的部分。但结构缺陷 并不意味着材料有缺陷
分类(从几何学的角度) n 点缺陷(零维缺陷) n 线缺陷(位错) n 面缺陷(二维缺陷) n 体缺陷(三维缺陷) n 这些缺陷对塑性变形、强度及断裂等力学性能起
击强度,采用加添加剂或增强剂来提高抗拉强度 n 例:金属强化主要是提高屈服强度,屈服强度指材料开
始塑性流动的应力。要么尽可能减少位错,使其接近于 完整晶体;要么尽可能设法阻止位错运动,如冷变形强 化、细晶强化等
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材料在人类历史进程中的巨大作用
材料是人类赖以生活和生产的物质基础
例:木材,玻璃,水泥, 钢铁,Байду номын сангаас瓷,塑料,橡胶,棉,麻,毛
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材料结构概述
宏观组织结构:用肉眼或放大镜能观察到的晶粒、 相的集合状态
显微组织结构:借助光学显微镜、电子显微镜可 观察到的晶粒、相的集合状态或材料内部的微区 结构,尺寸为10-7~10-4m
微观结构:原子及分子的结构以及原子和分子的 排列结构
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材料结构概述—原子结构
原子由原子核和电子组成, 电子质量可以忽略,元素 的原子序数等于原子中质 子的数目。
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