材料科学基础教学幻灯片
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《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》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。
材料科学基础完整ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
离子% 结 ）= [-1 e 合 -1 4(X A 键 X B )（ 2 1% 00
另一种混合键表现为两种类型的键独立 纯在例如一些气体分子以共价键结合，而 分子凝聚则依靠范德瓦力。聚合物和许多 有机材料的长链分子内部是共价键结合， 链与链之间则是范德瓦力或氢键结合。石 墨碳的上层为共价键结合，而片层间则为 范德瓦力二次键结合。
.
5
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
八.材料科学研究的内容：材料结构的基础知识、
晶体结构、晶体缺陷、材料的相结构及相图、材
料的凝固、材料中的原子扩散、热处理、工程材
料概论等主要内容。 .
子，因此，它们都是良好的电绝缘体。但当
.
16
处在
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
高温熔融状态时，正负离子在外电场作用 下可以自由运动，即呈现离子导电性。
2.共价键
（1）通过共用电子对形成稳定结构
.
13
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
三.结论
1.原子核周围的电子按照四个量子数的规定 从低能到高能依次排列在不同的量子状态 下，同一原子中电子的四个量子数不可能 完全相同。
材料科学基础ppt课件
性能/性质
成分/结构 MSE的四个组成要素
表1.1 各电子壳层及亚壳层的电子状态
主量子数 壳层序号
次量子数 亚壳层状态
量子数规定 的状态数目
考虑自旋量子数后 的状态数目
壳层 总电子数
1
1s
1
2
2s 2p
1 3
3s
1
3
3p
3
3d
5
4s
1
4
4p 4d
3 5
4f
7
2
2（＝2×12）
2
8（＝2×22）
6
2
配位数: 致密度:
Z＝12
Kn4r3 /V
3
6(4/3a)3(1/2a)3 0.74＝74%
轴比：c/a 1.633
图2-7 两个简单六方晶格穿 插在一起构成密排六方晶格
密排六方晶格，hcp （hexagonal close-packed）
第四章 金属的结晶与元相图
凝固：物质从液态转变为固态的过程。 结晶：物质从液态转变为晶体（固态）的过程。
6
18（＝2×32）
10
2
6 10
32（＝2×42）
14
f
d
p
f
d
s
f
d
p s
能
d
p
s
p
量
d
s
p
s p
s s
1
2
3
4
5
6
7
主量子数n
图1.1 电子能量水平随主量子数和次量子数的变化情况
3s
2N电子
2p
6N电子Leabharlann 2s 1s1原子2原子
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。
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❖ 材料发展动力： ▪ 社会需求（市场拉动） ▪ 技术发展（技术推动） ▪ 科学发展（对物质的了 解，是创新的源泉）
• 硅时代（1950年）
• 20新20/材12/1料9 时代（1990年材、料科特学征与工是程多学院种材材料学料教研并室存）
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2020/12/19
材料科学与工程学院材料学教研室
9
材料的历史：300,000 BC—3,500 BC
川徐家岭楚墓出土。龙首、虎颈、虎身、虎尾、
编钟：春秋中期，1978年河南淅川出土， 龟足，张口吐舌，牙齿犀利。龙首上附六条蛇
最大钟通高120.4厘米，舞修52.3厘米，
形龙。脊背上有有一方座，座上有一神兽也为
铣间59.7厘米。该钟一组26件，形制相同， 龙首，口衔一条龙，龙 首。通身饰动物纹和
大2小02依0/1次2/递19减。
2020/12/19
材料科学与工程学院材料学教研室
3
提到“材料”，同学们会想到什么？列举一下现 代生活中用到了哪些材料？给材料下个定义。
请同学们能不能根据材料的发展来划分历史？如 果能，是怎样划分的？ 材料科学与材料工程有什么区别？
请问同学们材料是怎样分类的？
如何认识材料的科学问题？ （链接）
2020/12/19
•
由于材料的重要性，历史学家常常根据人类使用的材料来划分
人类社会发展的历史阶段。从古代到现在人类使用材料的历史共经
历了七个时代，其中的有些时代持续了几个世纪，各时代的开始时
间：
• 旧、新石器时代（公元前10万年） • 陶器时代 • 青铜器时代（公元前3000年） • 铁器时代（公元前1000年） • 水泥时代（公元0年） • 钢时代（1800年）
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材料科学基础 (上海交通大学)PPT课件
注:计算时过渡族元素时价电子数视为0。
电子浓度、相、结构对应关系如下：
C电子==7/4（即21/12） ε 密排六方结构
C电子==21/13
γ 复杂立方结构
C电子==3/2（即21/14） β 体心立方结构
β－Mn 复杂立方或密排六方结构
电子价化合物具有金属特性,具有高熔点、高硬度但塑性低,与固 溶体适当搭配使合金得到强化最,作新课为件 非Fe合金中重要组成相。 28
特点： ①由配位数为12、14、15、16的配位多面体堆垛而
成； ②呈层状结构。 类型：①Lavs相
②σ相
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33
Lavs相
形成的条件：
（1）原子尺寸因素。A原子半径略大于B原子，其 理论值为rA/rB=1.255，而实际比值约在 1.05～1.68之间；
（2）电子浓度。一定的结构类型对应着一定的电 子浓度。 Lavs相形晶体结构有三种类型。典型 代表为MgCu2、MgZn2、MgNi2,与电子浓 度对应关系见表2.12（P52）
最新课件
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2.3.2 中间相
➢ 中间相是合金组元间发生相互作用而形成的一 种新相,它可以是化合物,也可以是以化合物为基 的固溶体(二次固溶体),一般可以用化学分子式 来表示,但不一定符合化合价规律。
➢ 中间相中原子的结合方式为金属键与其它结合 键相混合的方式。它们都具有金属特性。
➢ 中间相如：钢中Fe3C、铝铜合金中CuAl、黄 铜中CuZn、半导体中GaAs、形状记忆合金中 NiTi和CuZn、核反应堆材料中Zr3Al、储氢能 源材料中LaNi5等。
结构。例如:A2B型 Mg2Pb Mg2Sn Mg2Ge Mg2Si AB型 MgS MnS FeS
正常价化合物在常温时有很高的硬度和脆性。在工业合金中,能 起到提高材料强度和硬度的作用,称为强化相。如Al－Mg－Si 合金中Mg2Si；但有时也是有害相,如钢中FeS会引起钢的脆性。
《材料科学基础教案》PPT课件
1学时 1学时 2学时 3学时 2学时 1学时
教材及教学参考书
1.,《材料科学基础教程》 赵品 XX工业大学出版社 2.《材料科学基础教程习题与解答》 赵品 XX工业大学出版社 3.《材料科学基础》 赵品 XX工业大学出版社 1999年 4.《金属学原理》 刘国勋主编 工业冶金出版社 1980年 5.《金属学》 胡庚祥主编 上海科技出版社 1980年 6.《金属学教程》卢光熙主编 机械工业出版社 1985年 7.《金属学原理》 李 超主编 哈工大出版社 1996年 8.《材料科学基础》 马泗春主编 XX科学技术出版社 1998年 9.《材料科学基础》石德珂主编 XX交大出版社 1995年
第二部分 总纲
• 一、课程性质及教学目的 • 二、课程内容 • 三、与其它课程的关系 • 四、教学对象 • 五、教学时间 • 六、教学地点 • 七、教学指导思想 • 八、教学重点 • 九、教学难点 • 十、教学方法 • 十一、学时分配 • 十二、教学过程 • 十三、实验内容 • 十四、教材及教学参考书
编 XX科学技术出版社 1998年
7《材料科学基础》石德珂主编 XX交大出版社
1995年
讲授内容
1、材料在国民经济中的重要地位与作用 2、材料的分类 3、材料的发展历史 4、材料科学的发展方向 5、本课程的任务与内容
材料在国民经济中的重要地位与作用
材料是用来制造各种有用物件的物质. 它是人类生存与发展、征服和改造自然的物质基础,也是 人类社会现代文明的重要支柱.因此史学家将人类发展分为石 器时代、青铜器时代、铁器时代、水泥时代、钢时代、硅时 代和新材料时代.材料科学的发展及进步成为衡量一个国家科 学技术发展的重要标准.材料科学的发展在国民经济中占有极 其重要的地位,因此,材料、能源、信息被誉为现代经济发展 的三大支柱.
材料科学基础ppt课件
11
• 这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的， 因主链带极性，易水解，醇解或酸解
• 优点：耐热性好，强度高 • 缺点：易水解
• 这类聚合物主要用作工程塑料
12
元素高分子
➢主链中不含碳原子，而是由Si 、B 、As等元素和O元 素组成，但在侧链上含有有机取代基团。这类高分 子兼具无机和有机高分子特性，如有机硅高分子。
• 支化高分子的形式：星形(Star)、 梳形 (Comb)、无规(Random)
23
网状(交联)大分子
• 缩聚反应中有三个或三个以上官能 度的单体存在时，高分子链之间通 过支链联结成一个三维空间网形大 分子时即成交联结构
• 交联与支化有本质区别 支化(可溶，可熔，有软化点) 交联(不溶，不熔，可膨胀)
2
•
3-1 材料组成和结构的基本内容
Principal Contents of Materials Composition and Structures
• 材料的组成： 构成材料的基本单元的成分及数目
• 材料的结构： 材料的组成单元(即原子或分子)之间相互吸引 和相互排斥作用达到平衡时在空间的几何排列。
(2)
结构单元 的键接方式 ( 几何构型 Geometric
Configuration) (链节)
16
加聚
缩聚
• 由以上知：
• 由于高分子是链状结构，所以把简单重复(结构)单元称为“链节”(chains) • 简单重复(结构)单元的个数称为聚合度DP(Degree of Polymerization1
28
无 规 共 聚 ( random)
• 两种高分子无规则地平行联结
ABAABABBAAABABBAAA
• 这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的， 因主链带极性，易水解，醇解或酸解
• 优点：耐热性好，强度高 • 缺点：易水解
• 这类聚合物主要用作工程塑料
12
元素高分子
➢主链中不含碳原子，而是由Si 、B 、As等元素和O元 素组成，但在侧链上含有有机取代基团。这类高分 子兼具无机和有机高分子特性，如有机硅高分子。
• 支化高分子的形式：星形(Star)、 梳形 (Comb)、无规(Random)
23
网状(交联)大分子
• 缩聚反应中有三个或三个以上官能 度的单体存在时，高分子链之间通 过支链联结成一个三维空间网形大 分子时即成交联结构
• 交联与支化有本质区别 支化(可溶，可熔，有软化点) 交联(不溶，不熔，可膨胀)
2
•
3-1 材料组成和结构的基本内容
Principal Contents of Materials Composition and Structures
• 材料的组成： 构成材料的基本单元的成分及数目
• 材料的结构： 材料的组成单元(即原子或分子)之间相互吸引 和相互排斥作用达到平衡时在空间的几何排列。
(2)
结构单元 的键接方式 ( 几何构型 Geometric
Configuration) (链节)
16
加聚
缩聚
• 由以上知：
• 由于高分子是链状结构，所以把简单重复(结构)单元称为“链节”(chains) • 简单重复(结构)单元的个数称为聚合度DP(Degree of Polymerization1
28
无 规 共 聚 ( random)
• 两种高分子无规则地平行联结
ABAABABBAAABABBAAA
材料科学基础ppt
组织是指用金相观察方法观察材料内部时看到的涉及晶体或晶粒大小、方向、形状排 列状况等组成关系的组成物。不同的组织具有不同的力学性能和物理性能。
第一章 材料结构的基本知识
一、原子的电子排列
第一节 原子结构
原子
原子核
中子 质子
核外电子
原子的结构示意图
原子的运动轨道是有四个量子数所确定的，它们分别为主量子数、次量子数、磁 量子数以及自旋量子数。四个量子数中最重要的是主量子数n(n=1、2、3、4·····），
正方晶系： d h k 1 / l h [ /a ) ( 2 ( k /b ) 2 ( l/c ) 2 ] 1 /2
六方晶系：
d h k 1 / l4 / [ 3 ( h 2 h k k 2 ) /a 2 ( l/c ) 2 ] 1 /2
第二节 纯金属的晶体结构
一. 典型金属的晶体结构
金属晶体中的结合键是金属键，由于金属键没有方向性和饱和性，使大多数金属晶 体都具有排列紧密、对称性高的简单晶体结构。最常见的典型金属通常具有面心立方（A1 或fcc）、体心立方（A2或bcc）和蜜排六方（A3或hcp）三种晶体结构。
四. 晶面间距
1. 晶面间距：相邻两平行晶面间的距离。
2. 计算公式
对于各晶系的简单点阵，晶面间距与晶面指数 (hkl) 和点阵常数(a,b,c)之间有如下
关系：
立方晶系：
dhk la/h ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2k2l2]1/2
四方晶系：
d h k1 l/h [2 (k 2 )/a 2 ( l/c )2 ] 1 /2
二.材料性能与内部结构的关系
材料的不同性能都是由其内部结构决定的。从材料的内部结构来看，可分为四个 层次：原子结构、结合键、原子的排列方式（晶体和非晶体）以及显微组织。
第一章 材料结构的基本知识
一、原子的电子排列
第一节 原子结构
原子
原子核
中子 质子
核外电子
原子的结构示意图
原子的运动轨道是有四个量子数所确定的，它们分别为主量子数、次量子数、磁 量子数以及自旋量子数。四个量子数中最重要的是主量子数n(n=1、2、3、4·····），
正方晶系： d h k 1 / l h [ /a ) ( 2 ( k /b ) 2 ( l/c ) 2 ] 1 /2
六方晶系：
d h k 1 / l4 / [ 3 ( h 2 h k k 2 ) /a 2 ( l/c ) 2 ] 1 /2
第二节 纯金属的晶体结构
一. 典型金属的晶体结构
金属晶体中的结合键是金属键，由于金属键没有方向性和饱和性，使大多数金属晶 体都具有排列紧密、对称性高的简单晶体结构。最常见的典型金属通常具有面心立方（A1 或fcc）、体心立方（A2或bcc）和蜜排六方（A3或hcp）三种晶体结构。
四. 晶面间距
1. 晶面间距：相邻两平行晶面间的距离。
2. 计算公式
对于各晶系的简单点阵，晶面间距与晶面指数 (hkl) 和点阵常数(a,b,c)之间有如下
关系：
立方晶系：
dhk la/h ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2k2l2]1/2
四方晶系：
d h k1 l/h [2 (k 2 )/a 2 ( l/c )2 ] 1 /2
二.材料性能与内部结构的关系
材料的不同性能都是由其内部结构决定的。从材料的内部结构来看，可分为四个 层次：原子结构、结合键、原子的排列方式（晶体和非晶体）以及显微组织。
《材料科学基础》培训讲座PPT(35张)
在飞机发动机中一 种掺镍化合物制成称作 718合金被广泛的用于制 造波音777客机上的发动 机的压缩机、叶片及紧 固件。
• 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。
• 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。
材料科学基础PPT课件
第35页/共52页
Y-Sialon
材料观-结构
宏观结构 微观结构
第36页/共52页
结构的含义
宏观结构（眼睛观察范围-0.1mm） 显微结构（晶粒尺寸、分布、100m-0.1
m) 晶体结构（晶胞、晶格、Angstron） 原子结构（电子+质子+中子）
第37页/共52页
结构分析的工具
第38页/共52页
性能
材料性能：材料对外界作用的响应 力学性质：形变与断裂 热学性质：热容量、热导率、热膨胀 电学性质：电导率，介电性质 磁学性质：磁化率等 光学性质：折射或反射 劣化：材料的化学活性
第39页/共52页
组成-工艺过程-结构-性质之间关系 材料科学核心内 容
组成+加工工艺
微观组织结构
性能
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
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3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种简单 低分子化合物经聚合而组成 的分子量很大的化合物
高聚物的种类繁多，性能各 异，其分类的方法多种多样
按高分子材料来源分为天然
高分子材料和合成高分子材
℃，具有良好的塑性，能承受冷热加工 第27页/共52页
工艺过程－结构（显微结构）
aluminium before refinement
aluminium after refinement
第28页/共52页
不同加工方法的工件组织与性能
第29页/共52页
结构的含义
宏观结构（眼睛观察范围0.1mm）
第10页/共52页
金属材料
在103种元素中，除6种惰性元素和16种非金属元素 外，81种为金属元素。
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物理性能 结构
根据材料的基本组成、性质特征、存在的状态、 物理性质及效应、用途等对材料进行分类，材料可分 为金属材料、无机非金属材料、高分子材料(聚合物)和 复合材料等四大类。
1. 金属材料
金属材料是元素周期表中的金属元素组 成的材料。可分为由一种金属元素构成 的单质(纯金属)，由两种以上的金属元素 或金属与非金属元素构成的合金。合金 又分为固溶体和金属间化合物。
水泥
玻璃
常用功能陶瓷
种类 介电陶瓷 热电性
压电性
强介电性 光学陶瓷 红外透过性 高透明度 电发色效应 磁性陶瓷 硬磁性 半导体陶瓷 阻抗温度变化效应 热电子放射效应
性能特征
主要组成
绝缘性
PbTiO3、 BaTiO3 PbTiO3、 LiNbO3
BaTiO3 荧光、发光性
CaAs、CdTe
Al2O3、Mg2SiO4 热敏电阻
铁氧体磁性；铁磁性；顺磁性；抗磁性；磁导率
声吸收；声反射；声透射；吸声系数；降噪系数
化学稳定性；腐蚀；氧化；催化性能；纯度
四大材料的成形工艺方法
材料
常见成形方法
金属
铸造、焊接、锻造、冲压等
高分子 挤出、注射、模压、热成形等
陶瓷
压制-烧结、浇注-烧结、挤出-烧结等
复合材料 手糊成形、压制成形、挤出等
通用塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂等 工程塑料：聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯等 人造纤维：粘胶纤维、蛋白质纤维等 合成纤维：涤纶、锦纶、腈纶等 通用橡胶：顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶等 特种橡胶：丁腈橡胶、硅橡胶等
4. 复合材料
把两种或两种以上性质不同的材料通过设计结合在一起称为一体， 这样的多相固体材料往往可以综合各种组分材料如金属、高分子材 料、陶瓷等的优点，可满足各种不同环境的使用要求，这类多相多 质固体新型材料称为复合材料。 复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。 金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。 非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料 主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉 纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
② 电子仪表内不同元件之间需要用材料连接起来，以实现每个元 件的功能，试考虑选择何种材料恰当？
③ 选择飞机机翼材料时应考虑哪些主要的性能？
材料选择
① 使用性：材料在使用过程中，能够安全可靠地工作所 必需具备的性能，包括材料的力学性能、物理性能、 化学性能。
② 工艺性能：材料在不同的制造工艺条件下所表现出的 承受加工的能力。
使用环境、服役条件
组成
（化学组成、矿物 组成、相组成）
性能 （满足设计要求的多种性 能——强度、导电性、硬
度、色彩等）
性质 （力学、电学、光学、磁
学、声学、热学等）
制备与加工
（各种制备工艺及 后期加工工艺）
结构 （微观结构、显微结构、
组织结构、相结构）
组成—结构—性能关系
材料的结构层次
①原子及电子结构 ②原子的空间排列 ③组织结构或相结构
材料科学与工程基础
任课教师：张英
Email: yingzhang@ Tel: 15995442139
目
烧固相扩相晶晶引
结态变散平体体言
反
衡结结
录
应
与构构
相缺
图陷
1 引言
材料科学——研究材料的组分、结构与性能之间相互关系
和变化规律的一门应用基础科学。
材料工艺
化学反应
振荡器
电容器 Al2O3CrNd玻璃 红外线窗口
SiO2 WO3 软磁性
SrO•6Fe2O3 光电效应 VO2、NiO LaB6、BaO
光导纤维 显示器 ZnFe2O、γ-Fe2O3 电声器件、仪表及控制器件的磁芯 CdS、Ca2Sx 温度传感器 热阴极
用途 集成电路基板
激光
磁带、各种高频磁心 太阳电池
③ 经济性：要求制品的最终成本应最低，制品成本包括 所选的材料所包含的原料成本、成形工艺所产生的加 工成本以及制品的使用成本，同时还得考虑制品使用 寿命对制品成本的折算。
④ 环境协调性
2 晶体结构
本章内容提要
铸铁
铝铜Leabharlann 种类范围金属材料的种类
钢
碳素钢：碳素结构钢、碳素工具钢
合金钢：合金结构钢(渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、易切钢等)
合金工具钢(刃具钢、模具钢、量具钢等)
特殊性能钢(不锈钢、耐热钢、耐磨钢等)
铸铁
灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、特殊性能铸铁(如耐磨铸铁、耐热铸铁)等
有色金属 及合金
铝及铝合金：变形铝合金(防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝4类) 铸造铝合金(铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金4类)
3. 有机高分子材料
由一种或几种简单低分子化合物经聚合 而组成的分子量很大的化合物。
特点：
质轻、传热系数小、耐腐蚀性好、电气 绝缘性和成形加工性优良、减震消音、 透光、易着色等明显突出的优点，但也 存在着热膨胀系数大、使用温度低、容 易燃烧和容易老化等缺点。
高分子材料的种类
种类
范围
塑料 纤维 橡胶
类别 力学性能
热学性能 光学性能 电学性能 磁学性能 声学性能 化学性能
工程材料的性质（性能）
典型性能
硬度（磨损率，冲击，耐划痕性）； 强度（弹性模量，拉伸强度，屈服强度）； 蠕变（蠕变速率，应力断裂性能）； 延性（延伸率，断面收缩率）； 疲劳（疲劳极限，疲劳寿命）； 其他性质（密度，气孔率） 热容量；导热性；热膨胀；转变温度；抗热冲击性 光吸收；光反射；光折射；光透射；颜色；光衍射； 激光作用；光电导性；光辐射 导电性；介电性（绝缘）；铁电性；压电性
材料性能的环境效应
温度、气氛、辐射、重力等 例： 不锈钢在还原气氛、高温下生锈； 核反应堆中中子的高能辐射可以影响所有材料的内部结构， 使材料的硬度降低、脆化等； 在太空生长出的晶体，其结构和性能与地球上的也不一样。
问题：
① 日常生活中使用的茶杯、餐具是什么材料制作的？材料具有何 种性能才能满足使用要求？
铜及铜合金：紫铜(纯铜)、黄铜、白铜和青铜(锡青铜和无锡青铜) 钛及钛合金 其他金属及合金
2. 无机非金属材料
无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的 氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸 盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金 属材料以外的所有材料的统称。