材料结构与性能-绪论

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THE TOP TEN -- 5 Optical microscopy
1668 (estimated) Anton van Leeuwenhoek develops optical microscopy capable of magnifications of 200 times and greater. Enables study of the natural world and its structures that are invisible to the unaided eye(肉眼).
Steel age
Stone age
iron age
bronze age
Advanced materials age
7
The evolution of materials
8
9
10
THE TOP TEN -- 1 Periodic Table of Elements
1864
• Dmitri Mendeleev(门捷列夫) devises the Periodic Table of Elements.
低维材料常具有目前体材料所不具备的性质。
26
The tetrahedron of materials (四面体)
Performance/Application
Structure +composition
Synthesis +Processing
Properties
Material science is the investigation of the relationship among processing, structure, properties, and performance of materials.
29
30
(透过率)
(电导率)
(磁导率)
耐腐蚀性
31
光刻
32
33
材料的性质是指材料对电、磁、光、热、机械载荷 的反应,主要决定于材料的组成与结构。
使用性能是材料在使用状态下表现的行为,它与材 料设计、工程环境密切相关。
合成与制备过程包括传统的冶炼、铸锭、制粉、压 力加工、焊接等,也包括新发展的真空溅射、气相沉积 等新工艺,使人工合成材料如超晶格、薄膜材料成为可 能。
显微镜
15
THE TOP TEN -- 6 Modern concrete
1755 •John Smeaton invents modern concrete —— hydraulic cement(水凝水泥). Introduces the dominant construction material of the modern age.
19
转炉炼钢法
1856
THE TOP TEN -- 10 Bessemer Process
•Henry Bessemer patents a bottom-blown acid process for melting low carbon iron. •Ushers(引领) in the era of cheap, large tonnage steel, thereby enabling massive progress in transportation, building construction, and general industrialization.
• Unlocks the first processing secret of what will become the world's dominant metallurgical material.
12
THE TOP TEN -- 3 Transistor
晶体管
1948
John Bardeen, Walter H. Brattain, and William Shockley invent the transistor. Becomes the building block for all modern electronics and the foundation for microchip and computer technology .
Max von Laue discovers the diffraction of x-rays by crystals. Creates means to characterize crystal structures and inspires W.H. Bragg and W.L Bragg in developing the theory of diffraction by crystals, providing insight into the effects of crystal structure on material properties.
5000 BC (estimated)
Introduces extractive metallurgy-the means of unlocking the Earth's mineralogical treasures.
18
THE TOP TEN -- 9 X-ray diffraction
1912
and Engineering of Materials, 4th ed
4
教学方式:讲解、讨论与自学结合 考核方法:考试 成绩构成:出勤+讨论+期末考试
5
绪 论
introduction
材料的发展 材料结构的三个层次 结构和性能的关系 材料的分类 材料的设计与选用
6
Historical Perspective
20
材料结构与性能 结构和性能是材料科学的核心问题
制备
内部
过程
结构
性能
能量
应用
• 过程:理解性能和结构的重要环节; • 结构:深入理解性能和计算能量的中心环节; • 能量: 控制结构的形成和过程的进行。
21
材料结构
材料组元
材料结构
排列方式
运动方式
材料的物质 组元,如原 子、分子和 离子
组元间的结 合类型,如 金属键、离 子键、共价 键、分子键
材料结构与性能
1
• 本课程总学时:48时。
• 课程目的
(1).熟悉材料的基本结构类型; (2).掌握材料组成、制备过程对结构的影响规律; (3).熟悉材料微观结构与材料力学性能的相互关系; (4).了解组成、制备过程及结构对材料物理、化学 性能的影响。
2
本课程的主要内容:
主要讨论材料的组成—加工—结构—性能间的相互 关系及其影响规律。
13
THE TOP TEN -- 4 Invention of glass
2200 BC (estimated)
The peoples of northwestern Iran invent glass. Introduces the second great nonmetallic
engineering material (following ceramics). 14
1.黄维刚、薛冬峰. 材料结构与性能,华东理工大学出 版社,2010;
2.毛卫民、朱景川等. 金属材料结构与性能,清华大学 出版社,2008;
3.吴月华、杨杰. 材料的结构与性能 ,中国科技大学出 版社,2001
4.殷庆瑞,祝炳和.功能陶瓷的显微结构、性能与制备 技术,冶金工业出版社,2005
5. Donald R. Askeland – Pradeep P. Phulé, The Science
• Introduces the ubiquitous(普遍存在的) reference tool of materials scientists and engineers.
11
THE TOP TEN – 2 Smelting Iron
熔炼铁
3500 BC (estimated)
• Egyptians smelt iron (perhaps as a by-product of copper refining) for the first time, using tiny amounts mostly for ornamental or ceremonial purposes.
性质
性能
• The four components of the discipline of materials science and engineering and their interrelationship.
• With regard to the relationships of these four components, the structure of a material will depend on how it is processed. Furthermore, a material’s performance will be a function of its properties.
28
Materials Science and Engineering
Composition/组成或成分 means the chemical makeup of a material.
Structure/结构 means a description of the arrangements of atoms or ions in a material.
第一篇 金属材料 材料的分类、材料的原子和电子结构; 晶体结构及晶体缺陷;力学性能理论; 钢铁材料的组织与性能;非晶合金;
第二篇 高分子材料 高分子链结构; 高分子聚集态和非晶态结构; 分子热运动及结构转变; 聚合物性能;
第三篇 功能陶瓷材料 功能陶瓷的结构; 功能陶瓷的主要物理性能。
3来自百度文库
参考教材:
第三层次——材料的显微组织形貌
线缺陷 面缺陷 体缺陷
表面缺陷
(缺陷的种类与数量不同导致材料质量与性能悬殊。) 23
24
25
结构和性能的关系
研究晶体结构与性能关系时还必须考虑尺寸 的影响。
从原子角度,分为 体材料: 三维方向上尺寸都很大的材料; 低维材料:在一维、二维或三维方向上尺寸很 小的材料,
电子的运 动、原子 的热运动
22
• 材料结构在不同层次上的含义
原子排布
最细微水平——原子结构
电子构型 化学键合
原子与电子性缺陷
(使材料呈现金属、陶瓷和高分子的性能;对材料的电学、
磁学、 热学、光学乃至耐腐蚀性能都有重大影响)
单晶
第二层次——原子在空间的排列
多晶 非晶
(晶体结构严重影响到材料的力学性能(强度、塑性、韧性等))
material composites
16
坩锅钢(伍兹钢) 300 BC (estimated)
THE TOP TEN -- 7 Crucible steel
Metal workers in south India develop crucible steel making. Produces “wootz” steel which becomes famous as “Damascus” sword (大马士 革剑)steel hundreds of years later, inspiring artisans, blacksmiths, and metallurgists for many generations to come.
含碳量1.8~2.0%钢
17
THE TOP TEN -- 8 Cu extraction (Casting)
提炼铜(铸造)
•In and around modern Turkey, people discover that liquid copper can be extracted from malachite(孔雀石) and azurite(蓝铜矿) and that the molten metal can be cast into different shapes.
Synthesis/合成 is the process by which materials are made from naturally occurring or other chemicals.
Processing/加工 means different ways for shaping materials into useful components or changing their properties.
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