材料科学基础PPT课件
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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。
13
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、
9
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 绝缘性 PbTiO3、 BaTiO3 PbTiO3、 LiNbO3 BaTiO3 荧光、发光性 CaAs、CdTe
SiO2 WO3 软磁性
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
4
结构
物理性能
材料的分类：
按材料性质：结构材料、功能材料； 按材料用途：能源材料、建筑材料、航空材料、
信息材料、生物医学材料等。
5
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。
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
钛及钛合金
其他金属及合金
8
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。
水泥
玻璃
17
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。
18
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？
种类
范围
塑料 纤维 橡胶
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
12
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。
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？
19
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。
6
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。
铸铁
铝
铜
7
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 铝及铝合金：变形铝合金(防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝4类)
及合金
铸造铝合金(铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金4类) 铜及铜合金：紫铜(纯铜)、黄铜、白铜和青铜(锡青铜和无锡青铜)
材料科学与工程基础
任课教师：张英
Email: Tel:
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2
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
SrO•6Fe2O3 光电效应 VO2、NiO LaB6、BaO
主要组成 Al2O3、Mg2SiO4 热敏电阻
振荡器
电容器 Al2O3CrNd玻璃 红外线窗口 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 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ成电路基板
激光
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 金属 高分子
常见成形方法 铸造、焊接、锻造、冲压等 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
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
14
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
15
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
磁带、各种高频磁心 太阳电池
10
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。
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高分子材料的种类
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。
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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、
9
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 绝缘性 PbTiO3、 BaTiO3 PbTiO3、 LiNbO3 BaTiO3 荧光、发光性 CaAs、CdTe
SiO2 WO3 软磁性
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
4
结构
物理性能
材料的分类：
按材料性质：结构材料、功能材料； 按材料用途：能源材料、建筑材料、航空材料、
信息材料、生物医学材料等。
5
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。
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
钛及钛合金
其他金属及合金
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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。
水泥
玻璃
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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。
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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？
种类
范围
塑料 纤维 橡胶
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
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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。
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？
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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。
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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。
铸铁
铝
铜
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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 铝及铝合金：变形铝合金(防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝4类)
及合金
铸造铝合金(铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金4类) 铜及铜合金：紫铜(纯铜)、黄铜、白铜和青铜(锡青铜和无锡青铜)
材料科学与工程基础
任课教师：张英
Email: Tel:
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整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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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
SrO•6Fe2O3 光电效应 VO2、NiO LaB6、BaO
主要组成 Al2O3、Mg2SiO4 热敏电阻
振荡器
电容器 Al2O3CrNd玻璃 红外线窗口 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 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ成电路基板
激光
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 金属 高分子
常见成形方法 铸造、焊接、锻造、冲压等 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
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
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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
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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
磁带、各种高频磁心 太阳电池
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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。
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高分子材料的种类