材料學(xué)概論重點

1、材料？ 材料是物質(zhì)，但不是所有物質(zhì)都可以稱為材料。如燃料和化學(xué)原料、工業(yè)化學(xué)品、食物和藥物，一般都不算是材料。材料是人類社會所能接受的、可經(jīng)濟(jì)地制造有用物品的物質(zhì)。材料的分類及類型1. 按化學(xué)組成（或基本組成）分類：金屬、非金屬、高分子、復(fù)合2. 按服役領(lǐng)域分類：按使用性能分為：結(jié)構(gòu)材料(受力，承載)、功能材料(半導(dǎo)體，超導(dǎo)體以及光、電、聲、磁等)3. 按材料尺寸分類：三維、二維、一維、零維材料4.按結(jié)晶狀態(tài)分類：單晶、多晶、非晶態(tài)、準(zhǔn)晶材料沿晶斷裂與穿晶斷裂裂紋在晶粒內(nèi)部擴(kuò)展，并穿過晶界進(jìn)入相鄰晶粒繼續(xù)擴(kuò)展直至斷裂稱為穿晶斷裂；裂紋沿晶界擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂稱為沿晶斷裂磨損的定義及分類在機(jī)件表面互相

2、接觸并作相對運動產(chǎn)生的摩擦過程中，會有微小顆粒從表面不斷分離出來形成尺寸和形狀不同的磨屑，使材料逐漸損失，導(dǎo)致機(jī)件尺寸變化和質(zhì)量損失，這種表面損傷現(xiàn)象即為磨損。根據(jù)摩擦面損傷和破壞的形式，大致可以分為：黏著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損及疲勞磨損。結(jié)構(gòu)材料的失效及常見的失效形式材料在外加載荷和環(huán)境的作用下，會逐漸損失原有的物理、化學(xué)或力學(xué)性能，直至不能繼續(xù)服役，這一現(xiàn)象稱為失效。結(jié)構(gòu)材料常見的失效形式有如下4種：1. 過量變形2. 斷裂3. 磨損4. 腐蝕材料在國民經(jīng)濟(jì)中的地位及作用材料的發(fā)展史，就是人類社會的發(fā)展史。材料的發(fā)展史，就是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展史。材料是當(dāng)代文明的三大支柱之一。材料、能源、信息

3、是當(dāng)代社會文明和國民經(jīng)濟(jì)的三大支柱，是人類社會進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)先導(dǎo)。材料是全球新技術(shù)革命的四大標(biāo)志之一。新材料技術(shù)、新能源技術(shù)、信息技術(shù)、生物技術(shù)。斷裂韌度衡量材料在裂紋存在的情況下抵抗脆性撕裂的能力。固溶體：加盟組元原子占據(jù)基本組元原子晶體所占位置的一部分或他們之間的某些空隙而仍保持基本組元的晶體結(jié)構(gòu)，這種晶體便稱為固溶體，加盟組元稱為溶質(zhì)，基本組元稱為溶劑。Fe-C相圖有什么作用碳在鐵碳合金中的作用主要反映在鐵碳相圖上。鐵素體：碳與相(BCC)鐵形成的間隙固溶體。奧氏體：碳與相(FCC)鐵形成的間隙固溶體。滲碳體：碳與鐵一起形成可用分子式Fe3C表示的化合物 ，硬且脆。退

4、火、淬火退火是把鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。退火的目的在于均勻化學(xué)成分、改善機(jī)械性能及工藝性能、消除或減少內(nèi)應(yīng)力并為零件最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。根據(jù)處理的目的和要求，鋼的退火可分為完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火和去應(yīng)力退火。淬火工藝是將鋼加熱至奧氏體化后，快速冷卻，使組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。鋼鐵的常規(guī)熱處理工藝種類及特點退火（完全、球化、擴(kuò)散、再結(jié)晶、去應(yīng)力退火）、正火、淬火（馬氏體、等溫淬火）、回火（低溫、中溫、高溫回火）合金鋼牌號的命名規(guī)則是什么編號原則：合金鋼是按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、合金元素的種類和數(shù)量以及質(zhì)量級別來編號。在牌號之

5、首用數(shù)字標(biāo)明碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。結(jié)構(gòu)鋼用碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)來表示（兩位數(shù)）；工具鋼和特殊性能鋼用碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)來表示（一位數(shù)），而工具鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1%時，就不再標(biāo)出。在之后用元素符號表明鋼中的主要合金元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)由其后綴的數(shù)字標(biāo)明，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%時不標(biāo)，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%-2.49%、2.5%-3.49%時，相應(yīng)標(biāo)出2、3等。40Cr鋼（結(jié)構(gòu)鋼），C%= 0.40%，Cr含量在1.5%以下。5CrMnMo鋼（工具鋼），C%= 0.5%，CrMnMo含量都小于1.5%。CrWMn，C%大于1%，合金元素含量均小于1.5%。滾動軸承鋼GCr15，C%約為1%，Cr

6、%為1.5%。G：滾動；Y40Mn（結(jié)構(gòu)鋼）, C%為0.40%，Mn%小于1.5%的易切削鋼。Y:易切削；不銹鋼的特點及不銹的原理是什么不銹鋼是指在大氣和一般腐蝕介質(zhì)中具有很高耐蝕性的鋼種。不銹鋼的特點：（1）耐腐蝕性能越高，碳的含量要越少。因為C的存在增加陰極相（碳化物），特別是與Cr能形成碳化物在晶界析出。（2）Cr能提高基體的電極電位，Cr在氧化性介質(zhì)中極易鈍化，生成致密的氧化膜，使鋼的耐蝕性大大提高。（3）加入Mo、Cu等，可提高鋼在非氧化性酸中的耐蝕能力。（4）加入Ti、Nb等，能比Cr優(yōu)先與C形成穩(wěn)定的碳化物。（5）加入Mn、N等，部分替代Ni，提高在有機(jī)酸中的耐蝕性。原理：Cr

7、能提高基體的電極電位，在粒子數(shù)分?jǐn)?shù)為12.5%時，基體的電極電位可由-0.56V 躍升到+0.12 V。傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷的概念及分類傳統(tǒng)陶瓷主要指黏土制品，以天然的硅酸鹽礦物為原料經(jīng)粉碎、成形、燒結(jié)制成的產(chǎn)品。包括日用陶瓷、建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、化工陶瓷等，產(chǎn)量大，用途廣。特種陶瓷是以高純化工原料和合成礦物為原料，沿用傳統(tǒng)陶瓷的工藝流程制備的陶瓷，是具有特殊力學(xué)、物理或化學(xué)性能的陶瓷。也稱為現(xiàn)代陶瓷、新型陶瓷、精細(xì)陶瓷、高技術(shù)陶瓷等。按性能和應(yīng)用可分為：電子陶瓷、光學(xué)陶瓷等；按化學(xué)成分可分為：氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷；最常用的分類方法：結(jié)構(gòu)陶瓷材料（工程陶瓷材料）和功能陶瓷材料；特種陶瓷與普通

8、陶瓷的區(qū)別在原料上，突破了傳統(tǒng)陶瓷以黏土為主要原料的局限，特種陶瓷一般以純度較高的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等為主要原料；在制備上，突破了傳統(tǒng)陶瓷以爐窯為主要燒結(jié)設(shè)備的界限，廣泛采用真空燒結(jié)、保護(hù)氣氛燒結(jié)，采用熱壓、熱等靜壓等手段；在性質(zhì)上，特種陶瓷有不同的特殊性質(zhì)和功能。陶瓷材料的晶體缺陷具體有哪些分為3種：點缺陷、線缺陷和面缺陷。1材料晶體中也存在置換原子、間隙原子及空位等點陷，并形成置換固溶體與間隙固溶體。2線缺陷位錯在陶瓷材料中的作用遠(yuǎn)不如在金屬材料中那么重要。3陶瓷是由微細(xì)顆粒的原料燒結(jié)而成的，一般都是多晶體。因而，陶瓷中也存在晶界、亞晶界等面缺陷提高陶瓷材料強(qiáng)度及減輕脆

9、性的途徑首先，制造微晶、高密度、高純度的陶瓷，提高晶體的完整性是陶瓷發(fā)展的重要方向。如熱壓工藝制成的Si3N4陶瓷，幾乎沒有氣孔，強(qiáng)度接近理論值。把陶瓷制成截面細(xì)小的纖維及晶須，減少缺陷存在的幾率，強(qiáng)度可提高1-2數(shù)量級。其次，通過適當(dāng)工藝在陶瓷表面造成一層殘余壓應(yīng)力，以部分抵消外加拉應(yīng)力，可提高其強(qiáng)度。再次，復(fù)合強(qiáng)化是發(fā)揮陶瓷材料優(yōu)勢的重要途徑。纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料可有效地改善材料的強(qiáng)韌性。生物陶瓷的定義、種類、優(yōu)點及生物材料的發(fā)展趨勢生物陶瓷是用于人體器官替換、修補(bǔ)及外科矯形等的陶瓷材料。分類：生物惰性陶瓷（氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、碳素類陶瓷）、生物活性陶瓷（磷酸鈣陶瓷、生物活性玻璃陶

10、瓷、Na2O-K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5系陶瓷、BGC人工骨）優(yōu)點：具有良好的力學(xué)性能，并且極其穩(wěn)定；在體內(nèi)難于溶解，不易氧化，不易腐蝕變質(zhì)，熱穩(wěn)定性好，便于消毒；耐磨，有一定潤滑性，不易產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，而且和人體組織的親和性好；組成范圍比較寬，可以根據(jù)實際應(yīng)用的要求設(shè)計組成，以調(diào)節(jié)性能；容易成形，可以根據(jù)需要制成各種形態(tài)和尺寸。耐火材料耐火材料是耐火度不低于1580的無機(jī)非金屬材料。種類：氧化硅質(zhì)耐火材料、硅酸鋁質(zhì)耐火材料、鎂質(zhì)耐火材料、碳質(zhì)耐火材料、不定形耐火材料性能指標(biāo)：耐火度、 高溫荷重變形溫度、 熱震穩(wěn)定性、 抗渣性。不定型耐火材料定義及其分類不定形耐火材料是由合理級配

11、的顆粒料、粉狀料與結(jié)合劑共同組成的不經(jīng)成型和燒成而直接使用的耐火材料。按耐火骨料品質(zhì)分類:硅質(zhì)、粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)、鎂質(zhì)等等按所用結(jié)合劑分類:水泥結(jié)合、粘土結(jié)合、水玻璃結(jié)合、超微粉結(jié)合等等按熱工設(shè)備或使用部位命名（技術(shù)文本或商務(wù)上使用較多）:轉(zhuǎn)爐鎂質(zhì)噴補(bǔ)料、鋼包永久層澆注料、高爐出鐵溝澆注料等等；按施工和使用方法分類（該方法在實際使用中最多）耐火澆注料：一般借助振動器施工耐火搗打料：借助風(fēng)鎬或人工搗打耐火噴涂、噴補(bǔ)、涂抹料：借助噴補(bǔ)機(jī)或人工涂抹耐火泥（漿）：人工砌筑耐火磚的填縫材料耐火投射料：以投射方式施工耐火度、荷重軟化溫度耐火材料在高溫作用下而不熔化的性質(zhì)稱為耐火度。一般用材料在規(guī)定實驗條件下

12、達(dá)到特定軟化程度時的溫度來衡量。耐火材料的耐火度一定要高于爐子的工作溫度。荷重軟化溫度是耐火材料在規(guī)定的升溫條件下，受恒定載荷產(chǎn)生規(guī)定變形時的溫度；是耐火材料以恒荷重、持續(xù)升溫法所測定的高溫力學(xué)性質(zhì)；表示制品對高溫和荷重同時作用的抵抗能力；表示耐火材料呈現(xiàn)明顯塑性變形的軟化范圍。陶瓷的定義、相組成及性能特點廣義概念: 用原料處理成型煅燒的生產(chǎn)方法制造的無機(jī)非金屬固體材料和制品的通稱陶瓷的組成相大致可分為3種：晶體相、玻璃相和氣相。陶瓷材料的性能特點力學(xué)性能：硬度 、強(qiáng)度 、韌性 ；熱性能：導(dǎo)熱性 、抗熱震性 ；共聚物兩種或更多種的小分子一個接一個地連接成鏈狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子，稱為共聚物。均聚

13、物、無規(guī)共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。立體異構(gòu)化學(xué)組成相同的高分子中，原子或原子團(tuán)在三維空間由化學(xué)鍵連結(jié)的排列不同，這種情況稱為高分子的立體異構(gòu)。分為兩類：一是手性碳原子產(chǎn)生的光學(xué)異構(gòu)體，二是分子中雙鍵或環(huán)上的取代基空問排布不同的幾何異構(gòu)體。高分子的立構(gòu)規(guī)整性對材料性質(zhì)極為重要，它影響分子間力，從而使材料的力學(xué)性能不同。對幾何異構(gòu)來說，有規(guī)幾何異構(gòu)包括順式和反式兩種，取代基處在雙鍵同側(cè)的為順式，處在異側(cè)的為反式高分子材料的定義以及三大合成高分子材料定義：有結(jié)構(gòu)單元以共價鍵的形式通過聚合反應(yīng)重復(fù)連接而成的鏈狀化合物，高分子也稱聚合物或是高聚物，英文都是polymer。特點：主要由C

14、、H、O組成。分子量多分散性，只有一定的范圍，是分子量不等的同系物的混合物；分子量很大；沒有固定的熔點，只有一段寬的溫度范圍。塑料、橡膠、纖維稱為三大合成材料。高分子材料的進(jìn)程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)的內(nèi)容高分子的鏈結(jié)構(gòu)又分近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)。1). 近程結(jié)構(gòu)包含結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)單元的鍵接方式、結(jié)構(gòu)單元空間立構(gòu)、支化與交聯(lián)、結(jié)構(gòu)單元鍵接序列。高分子鏈結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成直接決定鏈的形狀和性質(zhì)，不同的化學(xué)組成形成不同的高分子品種，從而具有不同的性質(zhì)和用途。2). 遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)包含高分子鏈尺寸（相對分子質(zhì)量）和高分子鏈的形態(tài)（高分子鏈的構(gòu)象和鏈柔性）。纖維增韌纖維增強(qiáng)復(fù)合材料指由高強(qiáng)度、高彈性模量的脆性纖維作增強(qiáng)體與韌性基體或脆性基體經(jīng)過一定工藝復(fù)合而成的多相材料。設(shè)計纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的目標(biāo)：提高基體在室溫下和高溫下的強(qiáng)度和彈性模量。5纖維的排列方向應(yīng)符合構(gòu)件的受力要求。6纖維越細(xì)，缺陷越小，強(qiáng)度越高，有利于增強(qiáng)。7.長纖維對增強(qiáng)有利。復(fù)合材料的分類定義：復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性能不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。復(fù)合材料的基本組分可劃分為基體相（基體材料）和增強(qiáng)相（增強(qiáng)材料）兩種。復(fù)合材料的性能特點1. 比強(qiáng)度和比模量高2. 抗疲勞與斷裂安全性能好3. 良好的減振性能4. 良好的高溫性能。多相：至少兩相；獨立性：相是獨立的，組成和性能獨立；復(fù)