第二章-材料学基础知识
材料力学概念及基础知识
一、基本概念1 材料力学的任务是：研究构件的强度、刚度、稳定性的问题，解决安全与经济的矛盾。
2 强度：构件抵抗破坏的能力。
3 刚度：构件抵抗变形的能力。
4 稳定性：构件保持初始直线平衡形式的能力。
5 连续均匀假设：构件内均匀地充满物质。
6 各项同性假设：各个方向力学性质相同。
7 内力：以某个截面为分界，构件一部分与另一部分的相互作用力。
8 截面法：计算内力的方法，共四个步骤：截、留、代、平。
9 应力：在某面积上，内力分布的集度(或单位面积的内力值)、单位Pa。
10 正应力：垂直于截面的应力(σ)11 剪应力：平行于截面的应力()12 弹性变形：去掉外力后，能够恢复的那部分变形。
13 塑性变形：去掉外力后，不能够恢复的那部分变形。
14 四种基本变形：拉伸或压缩、剪切、扭转、弯曲。
二、拉压变形15 当外力的作用线与构件轴线重合时产生拉压变形。
16 轴力：拉压变形时产生的内力。
17 计算某个截面上轴力的方法是：某个截面上轴力的大小等于该截面的一侧各个轴向外力的代数和，其中离开该截面的外力取正。
18 画轴力图的步骤是：①画水平线，为X轴，代表各截面位置；②以外力的作用点为界，将轴线分段；③计算各段上的轴力；④在水平线上画出对应的轴力值。
（包括正负和单位）19 平面假设：变形后横截面仍保持在一个平面上。
20 拉（压）时横截面的应力是正应力，σ=N/A21 斜截面上的正应力：σα=σcos²α22 斜截面上的切应力：α=σSin2α/223 胡克定律：杆件的变形时与其轴力和长度成正比，与其截面面积成反比，计算式△L=NL/EA（适用范围σ≤σp）24 胡克定律的微观表达式是σ=Eε。
25 弹性模量（E）代表材料抵抗变形的能力（单位Pa）。
26 应变：变形量与原长度的比值ε=△L/L（无单位），表示变形的程度。
27 泊松比（横向变形与轴向变形之比）μ=∣ε1/ε∣28 钢（塑）材拉伸试验的四个过程：比例阶段、屈服阶段、强化阶段、劲缩阶段。
材料科学与工程基础知识点(打印版)英汉双语版
Fundamentals of Materials Science and Engineering材料科学与工程基础知识点复习第一章绪论一、学习目的：材料科学家或工程技术人员经常遇到的问题是设计问题，而设计问题主要涉及机械、民用、化学和电。
而这些领域都要涉及到选择材料问题。
如何选择材料是非常重要的，选材包含两方面一个是满足性能要求，另一方面是成本低，即所谓“合理选材”。
材料的性能与其成分和内部的组织结构密切相关，材料的组织结构与加工过程有关。
本课程的目的就在于掌握加工过程和材料的组织结构以及性能之间的关系。
为今后进行材料设计和合理选材打下理论基础。
二、本章主要内容1、简介材料的发展史2、材料科学与工程的含义和内容3、材料的分类4、先进材料5、现代材料的需求三、重要术语和概念metal: 金属ceramic: 陶瓷polymer: 聚合物Composites: 复合材料Semiconductors: 半导体Biomaterials: 生物材料Processing: 加工过程Structure: 组织结构Properties: 性质Performance: 使用性能Mechanical properties: 力学性能Electrical properties: 电性能Thermal behavior: 热性能Magnetic properties: 磁性能Optical properties: 光性能Deteriorative characteristics: 老化特性第二章原子结构与化学键一、学习目的我们在自然界中观察到各种现象，归根结底是物质的不同表现形式，也就是说物质构成了世界。
自然界中所有物体均由化学元素及其化合物所组成，同样，各种固体材料也都是由一种或多种元素的原子结合而成的。
学习物质的原子结构和化学键合，是认识和研究各类材料在结构与性能方面所表现出来的个性和共性的基础，也是正确认识和理解材料的性能的重要依据。
材料科学基础_第2章_固体材料的结构
4
共价键
原子间不产生电子的转移，借共用电子对产生的力结合， 如金刚石，单质硅，SiC 特点： 1.饱和性：电子必须由（8－N）个邻近原子共有；
2.具有方向性：氧化硅四面体中硅氧键为109°
3. 脆性：外力作用，原子间发生相对位移，键将被 破坏
配位数与致密度 配位数 CN=12 致密度 k=0.74
25
体心立方结构(特征）
体心立方晶格密排面
26
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
体心立方晶格（间隙及堆垛方式）
间隙: 也是两种，为八面体和四面体间隙， 八面体间隙位于晶胞六面体每个面的中心和每个棱的 中心由一个面上四个角和相邻两个晶胞体心共6个原围成， 即数量为6。大小为rB=0.154R(在<100>) 或rB=0.633R (在<110>) 。
配位数： CN=8 致密度： k=0.68
31
密排六方晶格原子位置
32
密排六方晶格晶胞原子数
33
密排六方晶格密排面
34
密排六方晶格原子配位数
35
密排六方晶格(间隙及堆垛方式）
• 间隙: 较为复杂，如图2.34 八面体间隙rB=0.414R 有 6 个 四面体间隙rB=0.225R 有 12 个
图1 Cl和Na离子保持r0的距离
图2 NaCl 晶体
9
•
分子键（范德华力)
以若静电吸引的方式使分子或原子团连接在一起的。
特点：除高分子外，键的结合不如化学键牢固，无饱和性， 无方向性。
氢键： 分子间特殊作用力
表达为：X—H—Y 特点：具有饱和性和方 向性，可存在于分子内 或分子间。氢键主要存 在于高分子材料内。
材料科学基础考研知识点总结
材料科学基础考研知识点总结第一章原子结构和键合1.原子键合●金属键●离子键●共价键●氢键●范德华力：静电力诱导力色散力第二章固体结构1.晶体学基础●空间点阵和晶胞●七个晶系14种点阵2.金属的晶体结构●晶体结构和空间点阵的区别3.合金的相结构●晶相指数和晶面指数●晶向指数●晶面指数●六方晶系指数●晶带●晶面间距●晶体的对称性●宏观对称元素●极射投影●金属的晶体结构●三种典型的金属的晶体结构●多晶型性●置换固溶体●间隙固溶体●固溶体的围观不均匀性●影响固溶度的主要因素●固溶体的性质●中间相●正常价化合物●电子化合物●与原子尺寸因素相关的化合物●超结构（有序固溶体）4.常见离子晶体结构●离子晶体配位规则（鲍林规则）●负离子配位多面体规则（引入临界离子半径比值）●电价规则（整体不显电性）●负离子多面体共顶，棱和面规则（由于共用顶，棱和面间距下降，导致库仑力上升，稳定性下降）●不同种类正离子配位多面体规则（能量越高区域越分散）●节约规则（【俄罗斯方块原理】）●典型离子晶体结构●AB型化合物【CsCl结构 NaCl结构 ZnS型结构】●AB2型化合物结构【CaF2 萤石 TiO2金红石型结构】●硅酸盐的晶体结构●孤岛状硅酸盐●组群状硅酸盐●链状硅酸盐●层状硅酸盐●架状硅酸盐5.共价晶体结构第三章晶体中的缺陷1.点缺陷●点缺陷形成●点缺陷的平衡浓度2.位错●刃型位错●螺型位错●混合位错●伯氏矢量●位错运动●位错弹性性质（认识）●位错生成与增值●实际位错中伯氏矢量3.面缺陷●外表面与内表面（了解）●晶界和亚晶界●晶界的特性●孪晶界●相界第四章固体中的扩散1.扩散的表象理论●菲克第一定律●菲克第二定律●扩散方程●置换固溶体扩散（柯肯达尔效应）2.扩散热力学●扩散的热力学分析（上坡扩散）3.扩散的微观理论与机制●扩散机制●晶界扩散及表面扩散●扩散系数4.扩散激活能5.影响扩散的因素●温度●晶体结构●晶体缺陷●化学成分●应力作用6.反应扩散7.离子晶体中的扩散第五章材料的变形1.弹性变形●弹性的不完整性●包申格效应●弹性后效●弹性滞后2.黏弹性变形3.塑性变形●单晶体塑性变形●滑移●孪生●扭折●多晶体的塑性变形●晶粒取向的影响●晶界的影响●合金的塑性变形●单相固溶体塑性变形●影响因素●曲服现象●应变实效●多相合金的塑性变形●弥散分布型合金的塑性变形●塑性变形对组织性能影响●显微组织变化●亚结构变化●性能变化●形变织构●残余应力4.回复与再结晶●冷变形金属在加热时组织与性能的变化●回复●再结晶●晶粒的长大5.热加工●动态回复●动态再结晶●蠕变●超塑性第六章凝固1.相平衡和相率●吉布斯相律2.纯晶体的凝固●液态结构●晶体凝固的热力学条件●形核●晶粒长大●结晶动力学及凝固组织●凝固理论应用3.合金的凝固●正常凝固●区域熔炼●合金成分过冷4.铸锭组织与凝固技术●铸锭的宏观组织●铸锭的缺陷第七章相图1.二元相图基础●2.二元相图●匀晶相图●共晶相图●包晶相图●铁碳相图3.三元相图基●基本特点●表示方法●杠杠定律及重心定律第八章材料的亚稳态1.纳米材料2.准晶3.非晶态4.固态相变形成亚稳相●固体相变形成的亚稳相●固溶体脱溶分解产物●脱熔转变●连续脱溶●不连续脱溶●脱溶过程亚稳相●脱溶分解对性能影响●马氏体转变●特征●形态●贝氏体转变●钢中贝氏体转变特征●贝氏体转变的基本特征。
材料学基础知识(口腔材料学课件)
➢ 蛋白质、纤维素、淀粉、天然橡胶、脂肪
聚合成的高分子化合物
➢ 均聚物：一种单体 ➢ 共聚物：两种或两种以上的单体
➢ 聚甲基丙烯酸甲酯为均聚物
➢ 丁苯橡胶为共聚物
----( CH2--CH=CH--CH2 -)x--(-CH2--CH-y)--n--
（二）高分子材料分类
材料的微观结构
课程标准
➢ 能描述口腔常用材料的基本知识 ➢ 知道口腔材料的微观结构的基本概念
一、原子间结合键
结合键类型 离子键
实例
LiCl NaCl KCl RbCl
共价键
金属键
金刚石 Si Ge Sn
Li Na K Rb
分子键(范德华键)
Ne Ar
氢键
H2O
HF
结合能 ev/mol
8.63 7.94 7.20 6.90
➢ 晶格畸变 ➢ 强度、硬度增加 ➢ 韧性、延展性、塑性下降
2.金属间化合物
➢ 晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同
➢ 可用分子式表示组成，如银汞合金
➢ 高熔点
➢ 硬度、脆性、强度、硬度和耐磨性提高
➢ 塑性降低
金属化合物MgCu2晶体结构
二、金属的熔融与凝固 熔融 凝固、体积收缩
（一）金属的凝固——结晶
➢ 口腔潮湿环境中耐腐蚀、耐氧化的金属，包括金 (Au)、铂 (Pt)、铱(Ir)、锇（Os)、钯(Pd)、铑(Rh)和钌(Ru),不包括 银
➢ 贵金属合金（noble metal alloy)和非贵金属合金（base-
metal alloy）
➢ 一种或几种贵金属元素总含量≥25wt%
五、金属的形变与热处理
三、高分子的分子结构
工程材料的性能及应用基础
用一次摆锤冲击试验来测定
αK =AK/A0
脆性材料：αK值低，断裂时无明显变形，断口呈结晶状， 有金属光泽； 韧性材料：αK值高，断裂时有明显塑变，断口呈灰色纤维 状，无光泽。
韧性与温度有关：脆性转变温度TK
韧性
冲击韧度αK
脆性
0
TK 温度T
例：1965年，英国北海油田，因气温突然下降，海上钻 井平台脆性断裂，造成重大事故。
2. 抗热振性（thermal shock） 材料抵抗温度变化的能力。 按热弹性理论，热应力：σ=ψEα(T1-T0)/(1-ν)； 热振参数：R=σ(1-ν)/Eα 热振破坏判据：ΔT>R
八、高弹性和粘流性（聚合物）
高弹性：可逆 粘流性：不可逆
第二章 工程材料的性能及应用基础
第二节 材料学基础
5. 二元合金相图（phase diagram）
又称状态图、平衡图，用来描述合金在平衡条件下，不同 成分、不同温度下时相或组织的组成及其变化规律。
（1）二元合金状态图的建立 （热分析法）
（以Cu-Ni合金为例）
相图建立步骤： 1 配置不同成分的合金。
Ⅰ：纯Cu
Ⅲ：50%Cu+50%Ni
Ⅴ：纯Ni
Ⅱ：75%Cu+25%Ni Ⅳ：5%Cu+75%Ni
过冷度与冷却速度有关，冷速愈大，△T愈大。
过冷是金属结晶的必要条件。
合金的结晶是在一定温度范围内进行的。
70% 100%
温 度
50% wNi=30% 0%
b
a
1452 c
c’ b’
/℃
1038 a’
时间/s
Cu-Ni合金的冷却曲线
《材料科学与工程基础》-第二章-课后习题答案.pdf
材料科学与工程基础第二章课后习题答案1. 介绍材料科学和工程学的基本概念和发展历程材料科学和工程学是研究材料的组成、结构、性质以及应用的学科。
它涉及了从原子、分子层面到宏观的材料特性的研究和工程应用。
材料科学和工程学的发展历程可以追溯到古代人类使用石器和金属制造工具的时代。
随着时间的推移，人类不断发现并创造出新的材料，例如陶瓷、玻璃和合金等。
工业革命的到来加速了材料科学和工程学的发展，使得煤炭、钢铁和电子材料等新材料得以广泛应用。
2. 分析材料的结构和性能之间的关系材料的结构和性能之间存在着密切的关系。
材料的结构包括原子、晶体和晶界等方面的组成和排列方式。
而材料的性能则反映了材料在特定条件下的机械、热学、电学、光学等方面的性质。
材料的结构直接决定了材料的性能。
例如，金属的结晶结构决定了金属的塑性和导电性。
硬度和导电性等机械和电学性能取决于晶格中原子的排列方式和原子之间的相互作用。
因此，通过对材料的结构进行了解，可以预测和改变材料的性能。
3. 论述材料的性能与应用之间的关系材料的性能决定了材料的应用范围。
不同的材料具有不同的性能特点，在特定的应用领域中会有优势和局限。
例如，金属材料具有良好的导电性和导热性，适用于制造电子器件和散热器件。
聚合物材料具有良好的绝缘性和韧性，适用于制造电线和塑料制品等。
陶瓷材料具有良好的耐高温性和耐腐蚀性，适用于制造航空发动机和化学设备等。
因此，在材料科学和工程学中，对材料性能的研究是为了确定材料的应用和优化材料的性能。
4. 解释与定义材料的特性及其测量方法材料的特性是指材料所具有的特定性质或行为。
它包括了物理、化学、力学、热学、电学等方面的特性。
测量材料的特性需要使用特定的实验方法和设备。
例如，材料的硬度通常可以通过洛氏硬度试验仪或布氏硬度试验仪进行测量。
材料的强度可以通过拉伸试验或压缩试验来测量。
材料的导电性可以通过四探针法或霍尔效应进行测量。
通过测量材料的特性，可以对材料的性能进行评估和比较，并为材料的应用提供参考。
材料学基础知识
材料学基础知识1. 材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性。
2. 材料在弹性范围内，应力与应变的比值εσ/称为弹性模量E （单位MPa ）。
E 标志材料抵抗弹性变形的能力，用以表示材料的刚度。
3. 强度是指材料在外力作用下抵抗永久变形和破坏的能力。
4. 塑性是材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。
5. 韧性是材料在塑性应变和断裂全过程中吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现。
6. 硬度是指材料对局部塑性变形、压痕或划痕的抗力。
7. 应力场强度因子I K ，这个I K 的临界值，称为材料的断裂韧度，用C K I 表示。
换言之，断裂韧度C K I 是材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学性能指标。
8. 晶体是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。
9. 非晶体是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。
10. 把原子看成空间的几何点，这些点的空间排列称为空间点阵。
用一些假想的空间直线把这些点连接起来，就构成了三维的几何格架称为晶格。
从晶格中取出一个最能代表原子排列特征的最基本的几何单元，称为晶胞。
11. 体心立方晶格（bcc ）；面心立方晶格（fcc ）；密排六方晶格（hcp ）12. 在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面。
任意两个原子的连线称为原子列，其所指的方向称为晶向。
立方晶系中，凡是指数相同的晶面与晶向是相互垂直的。
13.在晶体中，不同晶面和晶向上原子排列方式和密度不同，则原子间结合力的大小也不同，因而金属晶体不同方向上性能不同，这种性质叫做晶体的各向异性。
14.所谓位错是指晶体中一部分晶体沿一定晶面与晶向相对另一部分晶体发生了一列或若干列原子某种有规律的错排现象。
位错的基本类型有两种，即刃型位错和螺旋位错。
15.由于塑性变形过程中晶粒的转动，当形变量达到一定程度（70%以上）时，会使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，形成特殊的择优取向。
择优取向的结果形成了具有明显方向性的组织，称为织构。
《材料科学基础》总复习(完整版)
《材料科学基础》上半学期内容重点第一章固体材料的结构基础知识键合类型（离子健、共价健、金属健、分子健力、混合健）及其特点；键合的本质及其与材料性能的关系，重点说明离子晶体的结合能的概念；晶体的特性（5个）；晶体的结构特征（空间格子构造）、晶体的分类；晶体的晶向和晶面指数（米勒指数）的确定和表示、十四种布拉维格子；第二章晶体结构与缺陷晶体化学基本原理：离子半径、球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体；典型金属晶体结构；离子晶体结构，鲍林规则（第一、第二）；书上表2－3下的一段话；共价健晶体结构的特点；三个键的异同点（举例）；晶体结构缺陷的定义及其分类，晶体结构缺陷与材料性能之间的关系（举例）；第三章材料的相结构及相图相的定义相结构合金的概念：固溶体置换固溶体（１）晶体结构无限互溶的必要条件—晶体结构相同比较铁（体心立方，面心立方）与其它合金元素互溶情况（表３－１的说明）（２）原子尺寸：原子半径差及晶格畸变；（３）电负性定义：电负性与溶解度关系、元素的电负性及其规律；（４）原子价：电子浓度与溶解度关系、电子浓度与原子价关系；间隙固溶体（一）间隙固溶体定义（二）形成间隙固溶体的原子尺寸因素（三）间隙固溶体的点阵畸变性中间相中间相的定义中间相的基本类型：正常价化合物：正常价化合物、正常价化合物表示方法电子化合物：电子化合物、电子化合物种类原子尺寸因素有关的化合物：间隙相、间隙化合物二元系相图：杠杆规则的作用和应用；匀晶型二元系、共晶（析）型二元系的共晶（析）反应、包晶（析）型二元系的包晶（析）反应、有晶型转变的二元系相图的特征、异同点；三元相图：三元相图成分表示方法；了解三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心定律的定义；第四章材料的相变相变的基本概念：相变定义、相变的分类（按结构和热力学以及相变方式分类）；按结构分类：重构型相变和位移型相变的异同点；马氏体型相变：马氏体相变定义和类型、马氏体相变的晶体学特点，金属、陶瓷中常见的马氏体相变（举例）（可以用许教授提的一个非常好的问题――金属、陶瓷马氏体相变性能的不同――作为题目）有序-无序相变的定义玻璃态转变：玻璃态转变、玻璃态转变温度、玻璃态转变点及其黏度按热力学分类：一级相变定义、特点，属于一级相变的相变；二级相变定义、特点，属于二级相变的相变；按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变（spinodal相变）按原子迁动特征分类：扩散型相变、无扩散型相变第5章 金属材料的显微结构特征一、纯金属的凝固及结晶1、结晶的热力学条件结晶后系统自由能下降。
《材料科学基础》期末复习
总复习
本章区别概念：
晶体与非晶体 • 空间点阵和晶体结构
相和组织
• 固溶体和中间相 间隙固溶体和置换固溶体 • 间隙固溶体和间隙化合物 间隙相和间隙化合物
• 电子化合物和正常价化合物
总复习
第三章 晶体缺陷
1、各类缺陷的认识（点、线、面缺陷定义和特征）。
2、点缺陷、Schottky空位、Frankel空位、间隙原子、置 换原子。点缺陷的特征、平衡浓度公式及应用。 3、线缺陷、位错、位错线、刃型位错、螺型位错、混合 型位错、柏氏矢量、位错运动、滑移、交滑移、双交滑移、 多滑移、攀移、交割、割价、扭折、塞积。 • 位错类型（刃型、螺型、混合型位错）的判断及其特征。 • 柏氏矢量的确定方法、特征及表示法。 • 位错线、柏氏矢量、位错运动与作用在位错上的力之间 的关系。
总复习
本章区别概念：
• 滑移、孪生 软位向，硬位向 • 几何硬化和几何软化 沉淀强化、弥散强化 • 纤维组织与带状组织 第一类残余应力 、第二类残余应力 、第三类残余应力 • 静态回复与动态回复 静态再结晶、动态再结晶 • 正常长大、异常长大 冷加工、热加工 • 重结晶、再结晶、二次再结晶
总复习
3、晶界与相界的类型、晶界的特性和作用（对材料性能的
影响）。
总复习
本章区别概念： • 刃型位错和螺型位错 交滑移和多滑移
• 滑移和攀移
割价、扭折
• 晶界、相界、孪晶界
小角度晶界、大角度晶界 • 共格相界、非共格相界、半共格相界
总复习
第四章 固体原子及分子的运动
1、固态金属扩散的条件及影响扩散的因素； 2、扩散定律（Fick第一、二定律）的方程、稳态扩散、非稳态扩散、 扩散通量。 扩散定律的内容和表达式、物理意义、适应条件。扩散定律的解及 应用，如：渗碳等； 3、迁移率、柯肯达尔效应、扩散激活能。 4、固相中原子扩散的各种机制（空位机制、间隙机制、换位机制、 晶界扩散机制。扩散的驱动力并用扩散理论分析实际问题。 5、扩散的分类、名称（区别，）；扩散、自扩散、互（异）扩散、 上坡扩散、下坡扩散；原子扩散、反应扩散；空位扩散、间隙扩散、换 位扩散、晶界扩散、表面扩散、短路扩散。 6、扩散系数及表达式（阿累尼乌斯方程）、影响扩散的因素。
(完整版)材料科学基础基础知识点总结
第一章材料中的原子排列第一节原子的结合方式2 原子结合键（1）离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。
如氧化物陶瓷。
（2）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。
如高分子材料。
（3）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。
如金属。
金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。
（3）分子键与分子晶体原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。
分子晶体：熔点低，硬度低。
如高分子材料。
氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O（4）混合键。
如复合材料。
3 结合键分类（1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。
（2）二次键（物理键）：分子键和氢键。
4 原子的排列方式（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。
长程有序，各向异性。
（2）非晶体：――――――――――不规则排列。
长程无序，各向同性。
第二节原子的规则排列一晶体学基础1 空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。
图1-5特征：a 原子的理想排列；b 有14种。
其中：空间点阵中的点－阵点。
它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。
描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。
空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。
（2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。
特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。
2 晶胞图1－6（1）――－：构成空间点阵的最基本单元。
（2）选取原则：a 能够充分反映空间点阵的对称性；b 相等的棱和角的数目最多；c 具有尽可能多的直角；d 体积最小。
（3）形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。
材料学概论基础知识点总结
材料学概论基础知识点总结一、材料学概论概念及发展历程材料学是一门研究材料结构、性能、加工工艺及应用的学科，是现代工程技术和科学研究的基础。
材料学的研究对象主要包括金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料等。
材料学概论是材料学的基础课程，主要介绍材料学的基本概念、发展历程、分类、性能和应用等内容。
材料学的发展可以追溯到古代，人类在生产和生活中使用各种原始材料制作工具、器物、建筑等。
随着工业革命的到来，材料学得到了迅速的发展，尤其是在20世纪以来，材料科学和工程学得到了迅速发展，涌现了一大批优秀的材料科学家和工程师，推动了材料学的发展。
二、材料的分类和基本性能1. 材料的分类材料按其化学成分和组织结构可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料四大类。
根据材料的性能和用途，还可以进一步细分为结构材料、功能材料和特种材料等。
金属材料是由金属元素组成的材料，具有亲密的金属结合，通常具有优良的导电性、导热性和塑性等特点，广泛应用于工程技术中。
无机非金属材料是由非金属元素或其化合物组成的材料，主要包括陶瓷、硅酸盐、玻璃等，具有高硬度、抗热、抗腐蚀等特点，广泛应用于建筑、电子、化工等领域。
有机高分子材料是由含碳的高分子化合物组成的材料，主要包括塑料、橡胶、纤维等，具有轻质、良好的可塑性和绝缘性能，广泛应用于包装、建筑、医疗、轻工等领域。
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的新材料，具有多种材料的优点，广泛应用于航空航天、汽车、建筑、体育用品等领域。
2. 材料的基本性能材料的性能是材料的重要特征，反映了材料在特定工程条件下的行为。
材料的基本性能包括力学性能、物理性能、化学性能、热性能、电性能等。
力学性能包括强度、硬度、韧性、塑性、抗疲劳性等，是材料抵抗外部力量影响的能力。
物理性能包括密度、导热性、导电性、磁性、光学性能等，是材料与外部物理环境相互作用的特性。
化学性能包括腐蚀性、氧化性、渗透性等，是材料与各种化学介质相互作用的特性。
材料导论--第二章--材料科学与工程的四个基本要素
□ 多学科交叉 □ 密切结合实际应用 □ 发展中的学科
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
2.1.2 材料科学与工程的形成
材料科学的核心内容，在于研究材料的成分、组织结构与 性能的关系，具有科学的性质，其目的是解决“为什么”。
材料工程的核心内容，在于研究材料在制备、成形、处理 和加工过程中的工艺技术问题，其目的是解决“怎样做”。
面上会发生突变，但有界面分开的不一定都是两相，例 如，如果材料是由成分、结构均相同的同种晶粒构成的， 尽管各晶粒之间有晶界隔开，但它们仍属于同一种相。
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§2.2 材料的结构与性能
●组织：材料内部的微观形貌称为材料的组织。 在光学显微镜或电子显微镜下可观察到，能反映各
组成相形态、尺寸及分布的图像。
●材料的使用依赖于材料的性 能，而其性能都是由其化学组 成和结构决定的。 ●只有从微观上了解材料的组 成、结构与性能的关系，才能 有效地选择制备和使用材料。
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§2.2 材料的结构与性能
材料的结构
键合结构 晶体结构
组织结构
定义: 组成材料的原子或分子之间的空间分布。 材料的结构决定材料的性能。
内涵：包含化学成分、晶体结构和缺陷、相组成、形貌等。
在“材料科学”概念出现以前，金属、陶瓷和高分子都 已自成体系，但它们之间存在颇多相似之处，不同材料之间 可以相互借鉴，促使了该学科的发展。
3
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵
3）不同材料测试技术及工艺技术的交叉融合也促进了材料 科学的形成
虽然不同类型的材料各有其专用的生产设备和测试手段， 但它们在许多方面是相同或相近的。
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§2.1 材料科学与工程的形成与内涵 材料的结构层次
材料科学导论(二)ppt课件
划痕硬度试验法
中国海洋大学材料学院
第四节 材料的力学性能指标
三、材料的其他力学性能
1、材料的疲劳性能指标 指在指定疲劳寿命下，材料能承受的上 限循环应力。分为对称循环疲劳强度和不对
称循环疲劳强度。应力包括弯曲、拉伸和扭
转等。
中国海洋大学材料学院
第四节 材料的力学性能指标
三、材料的其他力学性能
2、材料的磨损指标 磨损是指在摩擦作用下，材料表面逐渐 损伤的现象。
肖氏硬度：将一定质量的钢球，在一定高度下落
撞击材料，测量回弹高度
中国海洋大学材料学院
硬度指材料抵抗局部塑性变形的能力
布氏硬度
中国海洋大学材料学院
维氏硬度
硬度指材料抵抗局部塑性变形的能力
中国海洋大学材料学院
洛氏硬度
硬度指材料抵抗局部塑性变形的能力
莫氏硬度是以材料抵抗刻划的能力作为衡量硬度的 依据
五、材料的腐蚀性能
六、材料的老化
中国海洋大学材料学院
第五节 材料的其他性能
一、材料的热学性能
1. 材料的热容：表示材料吸收热量的能力，用单位 质量材料温度升高1度所吸收的热量表示 2. 材料的热膨胀：表示材料受热后外型尺寸变化的
中国海洋大学材料学院
第三节
二、材料的结构层次
1. 材料的元素组成 2. 材料的分子结构
材料的结构
3. 材料的超分子结构（凝聚态结构） 4. 材料的晶体结构（聚集态结构） 5. 材料的相态结构 6. 材料的宏观结构（物理结构）
中国海洋大学材料学院
二、材料的结构层次
1、材料的元素组成：组成材料的元素种类和相对数量
第一节
什么是材料科学？
材料的定义
材料科学是从事对材料本质的发现、 分析、认识、设计及控制方面的理论体系。 其目的在于揭示材料的行为，给予材 料属性的描述或建立模型，以及解释组成
材料学基础知识
晶型转变
应力 亚稳态四方晶型氧化锆 → 单斜晶型氧化锆
镍钛合金晶型转变—镍钛合金丝的超弹性
奥氏体相 (面心立方)
降温 受力
升温 卸载
马氏体相 (体心立方)
弹性模量大 刚性强
弹性模量小 刚性弱，柔软
超弹性：
非晶体
是从一种过冷状态液体中得到的
一、金第属二的结节构 金属材料基本知识
腐蚀：与周围介质发生化学或电化学反应而破坏的现象。
1. 化学腐蚀 金属和介质直接反应（化学）使金属损坏。
2.电化学腐蚀 金属与电解质 溶液接触，形成原电池而发生 腐蚀损坏现象。
容易形成电化学腐蚀的情况:
(1) 不同金属或合金间的接触; (2) 金属化学成分、组织结构和物理状态的不均匀性等。
如： 合金内有两种不同组成的合金相; (3) 表面裂纹、铸造缺陷、污物覆盖等，降低该处唾液 中氢离子浓度而成为正极。
第三节 陶瓷材料基本知识 一、陶瓷的概念及分类
陶瓷的定义： 以黏土、长石、石英为主要原料， 经过粉碎、混炼、成型、煅烧等制作的产品。
广义陶瓷：用陶瓷生产方法制造的无机非金属固 体材料。
粉体
成型
坯体
烧结
陶瓷
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分类：
❖ 普通陶瓷(传统陶瓷) ❖ 特种陶瓷(精细陶瓷、高技术陶瓷)
二、陶瓷的结构 通常由晶相、玻璃相和气相组成
获得具有一定形状和尺寸锻件的加工方法。
（三）机械切削
（四）粉末冶金 特点：适合于难熔金属，具有多孔结构。
粉料压 制成型
烧结
金+铂+有机 赋形剂
（五）电铸
知道电镀吗？
成型产品
(六) 激光选择性快速烧结成型
(selective Laser sintering)
材料学必备基础知识
材料学必备基础知识：材料性能的数值分析一、引言材料学作为一门涉及物质科学和工程应用的综合性学科，对于理解材料的性能及其变化规律具有重要意义。
本文将介绍材料学必备的基础知识，并重点探讨如何利用数值分析方法对材料性能进行深入研究。
二、材料学基础知识1.材料组成与结构：了解材料的元素组成、分子结构及晶体结构等信息，有助于分析材料的性能特点。
2.材料性质与性能：材料的物理性质（如密度、电导率、热导率等）、机械性质（如弹性模量、屈服强度、断裂韧性等）以及化学性质（如耐腐蚀性、抗氧化性等）是决定材料应用范围的关键因素。
3.材料制备与加工：了解材料的制备工艺、加工方法及热处理过程，有助于控制材料的组织和性能。
4.材料测试与表征：借助各种现代测试手段（如X射线衍射、电子显微镜、光谱分析等），可以获取材料的微观结构和性能信息。
三、数值分析在材料性能研究中的应用1.材料性能模拟：利用计算机建模和仿真技术，对材料的性能进行预测和优化。
例如，通过有限元分析（FEA）方法，可以对材料的力学行为进行模拟，以预测其强度、刚度和韧性等机械性能。
2.材料数据库建设：通过对大量材料的性能数据进行采集、整理和分析，可以建立材料性能数据库，为材料设计提供参考。
例如，利用机器学习算法对材料性能数据进行训练和预测，可以提高材料设计的效率和准确性。
3.多尺度建模与仿真：通过建立跨尺度模型，从微观分子层面到宏观力学性能层面，对材料的性能进行全面分析。
例如，在纳米尺度上，利用量子力学方法可以研究材料的电子结构和化学反应性质；在宏观尺度上，利用连续介质力学方法可以研究材料的变形和破坏行为。
4.材料优化设计：通过数值分析和优化算法，可以针对特定性能要求进行材料设计。
例如，通过遗传算法等进化算法对材料成分、组织结构进行优化，以实现最佳的力学性能、电学性能或热学性能等。
5.工艺过程模拟与优化：利用数值模拟技术，可以对材料的加工过程进行仿真和优化。
例如，通过计算机流体动力学（CFD）方法模拟熔融金属的流动行为，以优化铸造工艺参数；通过有限元分析方法模拟材料的冲压成型过程，以优化模具设计和加工参数。
814材料科学基础-第二章 固体结构例题讲解
北京科技大学材料科学与工程专业814 材料科学基础主讲人：薛老师第二章固体结构例题讲解1.什么是晶面族？立方晶系{111}晶面族包含哪些晶面？答：在晶体内凡是晶面间距和晶面上的原子分布完全相同，只是空间位向不同的晶面我们可以把它们归并为同一个晶面族中，即晶面族，用{hkl}表示。
立方晶系{111}包括：（111）（111）（111）（111）（111）（111）（111）（111），这八个晶面构成一个八面体，因此晶面族{111}也成为八面体的面。
2.面心立方结构（100）和（111）晶面的夹角是多少？{100}的面间距是多少？答：（1） 所以：222222321321332211,cos b b b a a a b a b a b a ba b a b a ++⨯++++=⨯⨯>=<31111001101011cos 222222=++++⨯+⨯+⨯=ϕ︒==7.5431cos arc ϕ晶面的位向表示方法！！（2）面心立方，晶面间距：晶面为{100}，则带入公式，得到d=a,（a 最好自己设一下）因为是立方晶系需要对晶面进行判断是否需要修复！！面心立方h 、k 、l 不全为奇数或者偶数时，需要修正，可知，该晶面需要修正所以：d=a/2.222)()()h (d l k a hkl ++=3.晶带定律的应用例：已知晶体中两个不平行的晶面(h1k1l1)(h2k2l2)，证明(h3k3l3)与这两个晶面属于同一晶带，其中h3=h2+h1,k3=k2+k1,l3=l2+l1.答：设两个不平行的晶面所属晶带的晶带轴为[uvw]。
根据晶带定律，带入已知条件得到：h1u+k1v+l1w=0，h2u+k2v+l2w=0移项相加，得：(h1+h2)u+(k1+k2)v+(l1+l2)w=0，带入题目中的已知条件，可以得到h3u+k3v+l3w=0所以，第三个晶面与前面两个晶面属于同一个晶带。
例：在体心立方晶胞中画出一个最密排方向，并标明晶向指数，再画出过该方向的两个不同的低指数晶面，写出对应的晶面指数，这两个晶面与晶向构成什么关系？xzy G FE DOCBA注意点：1.画图一定要清洗，最好分开类画2.选取晶向的时候一定要选择对后期选择晶面有利的晶向3.回答晶带时，最好加上什么是晶带定律？4.六方晶系晶面、晶向指数例：写出图中六方晶胞EFGHIJE的晶面指数，以及EF,FG,GH,HI,IJ,JE 各晶向的晶向指数。
材料科学基础课后习题答案
《材料科学基础》课后习题答案第一章材料结构的基本知识4. 简述一次键和二次键区别答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。
其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。
一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。
二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。
二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。
6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？答：材料的密度与结合键类型有关。
一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。
相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。
共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。
9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。
答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。
即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。
两相组织是指具有两相的组织。
单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。
晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。
单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。
等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。
对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。
如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。
如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。
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热处理方法
退火: 加热到临界点以上温度，然后缓慢冷却。 随炉冷却---退火，在空气中冷却----正火。 目的: 硬度，塑性，细化晶粒，使组织、
成分均匀，消除残余内应力
五、金属成形方法
有哪些成形方法？
（一）铸造 一般铸造 熔模铸造（失蜡铸造）
（二）锻造 对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以
(二)合金的结晶与状态平衡图
b
L1
a S1
三、合金的特性 1. 熔点与凝固点 合金的熔化温度、凝固温度是一段范围。
2. 延性、展性、强度 延性、展性低于纯金属，强度增高。
3.硬度 高于纯金属。
4.传导性 低于纯金属。
5.色泽 与所组成金属有关。 6.腐蚀性
加入抗腐蚀元素可提高抗腐蚀性。
四、金属的形变与热处理 (一)金属的形变
3.阴离子聚合(anionic polymerization)
α-氰基丙烯 酸酯
（二）缩聚反应(condensated polymerization)
五、高分子的聚集态结构
黏
反复弯曲铁丝后会出现怎样的情况？
冷加工
热加工(热扎锻）
冷加工→硬度、强度、弹性增加，延性、展性、 抗腐蚀性下降。
为什么？
原因: 冷加工导致晶粒破碎、晶格畸变严重。
为了改善性能，需要热处理。
热处理：通过加热及控制温度变化来改变金属 微观结构，进而改变性能的方法。
(二) 金属的热处理
热处理的结构 变化
（三）气孔
能显著降低陶瓷的强度、断裂韧性 和半透明性
三、陶瓷的性能特点
1.力学性能 （1）高硬度: （2）高弹性模量、高脆性:
（3）低拉伸强度、弯曲强度和较高的压缩 强度: （4）优良高温强度和低抗热震性:
2.物理性能和化学性能
（1）热性能：陶瓷的熔点高 （2）电性能： （3）化学稳定性： （4）美观性能： 3.生物性能
2.纤维(fibre) 弹性模量大，约1~10GPa 3.塑料(plastic) 弹性模量介于橡胶和纤维之间，
约10~100 MPa
热塑性(thermoplastic): 塑料受热时能塑 化和软化，冷却时则凝固成型，温度改变 时可以反复变形。聚乙烯、聚甲基丙烯酸 甲酯、聚苯乙烯等都属于这一类。 热固性(thermosetting)塑料:受热时塑化和 软化，发生化学变化并固化定型，冷却后 如再次受热时不再发生塑性变形。
获得具有一定形状和尺寸锻件的加工方法。
（三）机械切削
（四）粉末冶金 特点：适合于难熔金属，具有多孔结构。
粉料压 制成型
烧结
金+铂+有机 赋形剂
（五）电铸
知道电镀吗？
成型产品
(六) 激光选择性快速烧结成型
(selective Laser sintering)
六、金属的腐蚀与防腐蚀
(一)金属的腐蚀
(二)金属的防腐 使金属组织均匀，避免异种金属接触，减少
金属内应力，使金属表面光滑无缺陷，加入抗 腐蚀元素等。
七、金属的生物效应
有毒金属：主要有铅、镉、汞、锑、铍、铊、 铀、碲。
有毒金属化合物：六价铬、羰基镍、有机锡化 合物、五氧化二钒、水溶性钴盐等。
金属的生物相容性与其腐蚀性有关。
贵金属材料、钛及其合金 、锆、钽、铌、 不锈钢、钴铬合金等 具有优良的生物相容性。
第二章 材料学基础知识
第四军医大学口腔医学院 口腔材料学教研室
第一节 材料的微观结离子键
LiCl NaCl KCl RbCl
共价键
金刚石 Si Ge Sn
金属键
Li
Na
K
Rb
分 子 键 ( 范 德 华 Ne
键)
Ar
氢键
H2O
HF
结合能 ev/mol 主要特征
8.63
（一）晶相
1. 晶相的结合键 以离子键或共价键为主的离子晶体
2. 晶相的晶体结构
(1) 硅酸盐结构: 基本结构单元是硅氧四面体 硅酸盐晶体结构分为五种：岛状结构、组群状 结构、链状结构、层状结构、架状结构
组群状结构
链状结构
层状结构
架状结构
（2） 氧化物结构
(二)玻璃相
作用：填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧 结温度；阻止晶型转变、抑制晶粒长大。 不利影响：降低陶瓷强度和耐热性能。
第三节 陶瓷材料基本知识
一、陶瓷的概念及分类
陶瓷的定义： 以黏土、长石、石英为主要原料， 经过粉碎、混炼、成型、煅烧等制作的产品。
广义陶瓷：用陶瓷生产方法制造的无机非金属固 体材料。
粉体
成型
坯体
烧结
陶瓷
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分类：
普通陶瓷(传统陶瓷) 特种陶瓷(精细陶瓷、高技术陶瓷)
二、陶瓷的结构
通常由晶相、玻璃相和气相组成
结合力高于无氢
0.30
键分子
二、固体结构
氧化铝单晶
金属是多晶体
晶型转变
亚稳态四方晶型氧化锆应→力 单斜晶型氧化锆
镍钛合金晶型转变—镍钛合金丝的超弹性
降温
受力
奥氏体相
(面心立方)
升温 卸载
马氏体相 (体心立方)
弹性模量大 刚性强
弹性模量小 刚性弱，柔软
超弹性：
非晶体
是从一种过冷状态液体中得到的
有序1固8K溶金体的与强无度序、固硬溶度体大于24k金(纯金)
有序固溶体的强度大于无序固溶体
2.金属化合物 晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同
金属化合物MgCu2 晶体结构
二、金属的熔融与凝固 熔融: 凝固:
（一）金属的凝固 两个阶段: ①形成晶核 ；②晶核长大
金属的冷却速度越快、过冷度越大，结晶速度就 越快，所形成的晶粒也越细，金属的强度也越高。
无方向性，高配
7.94
位数，低温不导
7.20
电，高温离子导
6.90
电
1.37
方向性，低配位
1.68
数，纯金属低温
3.87
导电率很小
3.11
1.63 1.11 0.931 0.852
无方向性，高配 位数，密度高， 导电性高，塑性 好
0.020 0.078
低熔点、沸点压 缩系数大，保留 分子性质
0.52
四、陶瓷制品的制备方法
1．传统烧结法 坯料制备、成型与烧结
烧结：在高温下，陶瓷生坯固体颗粒表面 熔化，相互熔结，气孔逐步排除或减少， 陶瓷致密度增加
2. 玻璃晶化法
通过玻璃析晶制成
第四节 高分子材料基本知识 一、高分子的基本概念
分子量在10000以上的称作高分子化合物
二、高分子材料的分类
1.橡胶(rubber) 室温下弹性模量小(0.1~1.0MPa) 弹性高
三、高分子的分子结构
四、聚合反应 (一)加聚反应
1.自由基聚合(free radical polymerization)反 应 （1）引发剂:
（2）自由基聚合反应历程
①链引发(initiation):
②链增长（propagation）
③链终止(termination):
2.阳离子聚合
第二节 金属材料基本知识
一、金属的结构 （一）纯金属的晶体结构
体心立方结构 面心立方结构 密排六方结构
（二）合金的晶体结构
分为固溶体和金属化合物两大类 1. 固溶体（solid solution） ①置换(substitutional)固溶体 ②间隙(interstitial)固溶体
晶格畸变→→固溶体的强度、硬度增加，塑性、 韧性下降── 固溶强化。
弹性变形、塑形变形在晶体内的反映
金属塑性变形
晶内变形
晶内变形 →晶间变形 →塑性变形
晶间变形:晶粒的移动和转动。
晶间变形:晶粒的移动和转动。
晶界原子排列不规则，晶格严重畸形，阻 碍变形 晶界越多，强度和硬度越高
晶粒越细，强度和硬度越高----细晶强化。
金属的冷加工
热加工: 再结晶温度以上的变形 冷加工: 再结晶温度以下的变形
腐蚀：与周围介质发生化学或电化学反应而破坏的现象。
1. 化学腐蚀 金属和介质直接反应（化学）使金属损坏。
2.电化学腐蚀 金属与电解质 溶液接触，形成原电池而发生 腐蚀损坏现象。
容易形成电化学腐蚀的情况:
(1) 不同金属或合金间的接触; (2) 金属化学成分、组织结构和物理状态的不均匀性等。
如： 合金内有两种不同组成的合金相; (3) 表面裂纹、铸造缺陷、污物覆盖等，降低该处唾液 中氢离子浓度而成为正极。