材料科学基础教学幻灯片

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
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。
铸铁
铝
铜
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)
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。
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
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
性来自百度文库特征
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
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
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。
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
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
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？
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。
材料科学与工程基础
任课教师：张英
Email: yingzhang@suda.edu.cn 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