材料科學概論考點總結

1、1材料: 材料是人類社會所能接受的、可經濟地制造有用物品的物質(Materials is the stuff from which a thing is made for using.)2材料的分類及類型: 按服役領域分類：結構材料 (受力，承載)，功能材料 (半導體，超導體以及光、電、聲、磁等)按化學組成分：金屬材料，無機非金屬材料，高分子材料，復合材料按材料尺寸分：零維材料，一維材料，二維材料，三維材料按結晶狀態(tài)分：晶態(tài)材料，非晶態(tài)材料，準晶態(tài)材料3材料科學：是一門以實體材料為研究對象，以固體物理，熱力學，動力學，量子力學，冶金，化工為理論基礎的交叉型應用基礎學科。4材料的發(fā)展要素：材料的

2、成分、組織結構、合成加工、性質與使用性能5材料的力學性能：彈性模量，強度，塑性，斷裂韌性，硬度6塑性變形：材料在外力作用下產生去除外力后不能恢復原狀的永久性變形稱為塑性變形。塑性變形具有不可逆性7能帶：滿帶，空帶，價帶，禁帶8磁性的分類：磁滯回線： Hc：矯頑力 Hm：飽和磁場強度Br：剩余磁感應強度 Bs：飽和磁感應強度9不同材料的熱導率特性：金屬材料有很高的熱導率，無機陶瓷或其它絕緣材料熱導率較低，半導體材料的熱傳導，高分子材料熱導率很低10固溶體：合金的組元以不同的比例相互混合混合后形成的固相的晶體結構與組成合金的某一組元的相同這種相就稱為固溶體.11斷裂韌度：是衡量材料在裂紋存在的情況

3、下抵抗斷裂的能力12影響斷裂失效的因素：（1）材料機械性能的影響 （2）零件幾何形狀的影響 （3）零件應力狀態(tài)的影響（4）加工缺陷的影響（5）裝配、檢驗產生缺陷的影響13穿晶斷裂：裂紋在晶粒內部擴展，并穿過晶界進入相鄰晶粒繼續(xù)擴展直至斷裂14沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴展導致斷裂15磨損的定義：在機件表面互相接觸并作相對運動產生的摩擦過程中，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，導致機件尺寸變化和質量損失，這種表面損傷現(xiàn)象即為磨損。16磨損的分類：黏著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損及疲勞磨損17結構材料的失效：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、化學或力學

4、性能，直至不能繼續(xù)服役，這一現(xiàn)象稱為失效。18其常見的失效形式：過量變形，斷裂，磨損，腐蝕 19材料在國民經濟中的地位及作用：材料的使用水平決定了這個國家的科技發(fā)展水平,而一個國家的科技水平是國民經濟的命脈的控制因素之一。材料的高水平利用以及高尖端的開發(fā)必然可以為國民經濟助力。20金屬材料的特性： 良好的導電性和導熱性。 正的電阻溫度系數，即隨溫度升高電阻增大。絕大多數金屬具有超導性，即在溫度接近于絕對零度時電阻突然下降，趨近于零。 良好的反射能力，不透明性及金屬光澤。 良好的塑性變形能力21Fe-C相圖有什么用：它是編制熱處理制度的重要依據，可以通過鐵碳平衡圖了解鐵碳在不同溫度區(qū)間的金相組織

5、，從而確定熱處理溫度。22材料的蠕變極限：材料在高溫長期載荷下對緩慢塑性變形（即蠕變）的抗力；以 表示700下經1000h產生0.2%殘余變形量的最大應力23材料的持久強度：材料在高溫長期載荷下對斷裂的抗力； 以 表示在500下經10000h發(fā)生斷裂的應力值。24提高材料熱強性的途徑：固溶強化：加入基體固溶強化元素Cr、Ni、W、Mo等析出相強化：加入第二相沉淀強化元素V、Ti、Nb等晶界強化：加入微量晶界強化元素硼(B)與稀土(RE)元素，起凈化晶界或填充晶界空位的作用。25耐磨鋼的性能及成分特點：有很高的耐磨性和韌性。高錳鋼是目前最主要的耐磨鋼；（1）高碳保證鋼的耐磨性和強度，（2）高錳它

6、和碳配合，保證完全獲得奧氏體組織，（3）一定量的硅硅可改善鋼水的流動性，并起固溶強化的作用26鐵素體：碳與a相(BCC)鐵形成的間隙固溶體，F(xiàn)errite。奧氏體：碳與g相(FCC)鐵形成的間隙固溶體，Austenite滲碳體：碳與鐵一起形成的化合物 用Fe3C表示，一般含碳6.67。27退火：把鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后在退火爐中緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。 正火：將鋼件加熱到A3（或Acm）以上3050，保溫適當的時間后，在靜止的空氣中冷卻，得到珠光體組織的熱處理工藝。淬火：將鋼加熱至奧氏體化后，迅速置于水中或機油中快速冷卻，使組織轉變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。鋼材經淬

7、火后，強度和硬度提高，脆性增大，塑性和韌性明顯降低 回火：將淬火鋼加熱至A1點以下某一溫度保溫一定時間后，以適當方式冷卻到室溫的熱處理工藝28鋼鐵的常規(guī)熱處理工藝種類及特點29合金鋼牌號的命名規(guī)則：在牌號之首用數字標明碳的質量分數。結構鋼用碳的平均質量分數的萬分數來表示（兩位數）；工具鋼和特殊性能鋼用碳的平均質量分數的千分數來表示（一位數），而工具鋼的碳的質量分數超過1%時，就不再標出。 在之后用元素符號表明鋼中的主要合金元素，質量分數由其后綴的數字標明，平均質量分數小于1.5%時不標，平均質量分數為1.5%-2.49%、2.5%-3.49%時，相應標出2、3等。 30不銹鋼的特點及“不銹”原

8、理：（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，提高在有機酸中的耐蝕性。 鉻含量大于12%，碳含量可高達1.2%，具有足夠高的耐蝕性31影響金屬表面腐蝕的因素：化學不均勻性，能量不均勻性，化學成分，壓力，溫度 32防止金屬表面腐蝕的方法：改變金屬的內部結構。例如，把鉻、鎳加入普通鋼中

9、制成不銹鋼。在金屬表面覆蓋保護層。例如，在金屬表面涂漆、電鍍或用化學方法形成致密耐腐蝕的氧化膜等。電化學保護法。還有加緩蝕劑33金屬表面改性的方法：激光表面改性；離子注入表面改性；化學熱處理表面改性金屬表面涂塑，氣相沉積硬涂層技術34傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷的概念與分類：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粉碎、成形、燒結制成的產品。包括日用陶瓷、建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、化工陶瓷等，產量大，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、物理或化學性能的陶瓷。也稱為現(xiàn)代陶瓷、新型陶瓷、精細陶瓷、高技術陶瓷等。按性能和應用可分為：電子陶

10、瓷、光學陶瓷等；按化學成分可分為：氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷最常用的分類方法：結構陶瓷材料（工程陶瓷材料）和功能陶瓷材料；35陶瓷材料的相組成：大致可分為3種：晶體相、玻璃相和氣相（氣孔）。36陶瓷材料生產過程三大步驟：原料配制、坯料成形和制品燒成37粉末制備方法：1)固相法：還原法、熱分解法、自蔓延高溫合成法等。 2)氣相法：氣相合成法、氣相熱分解法。 3)液相法：直接沉淀法、均勻沉淀法、共沉淀法、醇鹽水解法、溶膠-凝膠法。 4)機械法：球磨、振動球磨、攪動球磨、氣流粉碎等方法。5)溶劑蒸發(fā)法。38影響Al2O3陶瓷燒結的因素：成形方法的影響；燒結制度的影響（燒結溫度，升溫速率，壓力）；燒結氣

11、氛的影響39特種陶瓷與普通陶瓷的區(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設備的界限，廣泛采用真空燒結、保護氣氛燒結，采用熱壓、熱等靜壓等手段；在性質上，特種陶瓷有不同的特殊性質和功能。40陶瓷材料的晶體缺陷：點缺陷、線缺陷和面缺陷41提高陶瓷材料強度及減輕脆性的途徑：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。把陶瓷制成截面細小的纖維及晶須，減少缺陷存在的幾率，強度可提高1-2數量級通過適當工藝在陶瓷表面造成一層殘余壓應力，以部分抵消外加拉

12、應力，可提高其強度復合強化是發(fā)揮陶瓷材料優(yōu)勢的重要途徑。纖維增強的陶瓷基復合材料可有效地改善材料的強韌性42材料內部熱應力產生的原因：1、機械約束；2、均質材料中出現(xiàn)溫度梯度；3、非均質固體中各相之間的熱膨脹系數的差別；4、單相多晶體中熱膨脹系數各向異性。 43耐火材料制備時原料煅燒目的：(1)去除原料中易揮發(fā)的雜質和夾雜物；(2)使原料的顆粒致密化及結晶長大；(3)促使完成同質異晶的晶型轉化。44生物陶瓷的定義：用于人體器官替換，修補及外科矯形等的陶瓷材料種類：生物惰性陶瓷；生物活性陶瓷優(yōu)點：1）具有良好的力學性能，并且極其穩(wěn)定；在體內難于溶解，不易氧化，不易腐蝕變質，熱穩(wěn)定性好，便于消毒；

13、2）耐磨，有一定潤滑性，不易產生疲勞現(xiàn)象，而且和人體組織的親和性好；3）組成范圍比較寬，可以根據實際應用的要求設計組成，以調節(jié)性能； 45生物材料的發(fā)展趨勢：展望未來，隨著生物材料學和其他學科發(fā)生著越來越頻繁的交叉，新的材料的發(fā)現(xiàn)，以及舊的材料的改造與改良，生物材料在21世紀將會大量的應用于臨床醫(yī)學，將會有越來越多的性能優(yōu)異，功能多樣的生物材料造福人類。46耐火材料：耐火材料是耐火度不低于1580的無機非金屬材料47不定形耐火材料定義、特點及分類：不定形耐火材料是由合理級配的顆粒料、粉狀料、結合劑與外加劑共同組成的不經成型和燒成而直接使用的耐火材料 。 分類： 1）按耐火骨料品質分類:硅質、粘

14、土質、高鋁質、鎂質等等2)按所用結合劑分類:水泥結合、粘土結合、水玻璃結合、超微粉結合等等按熱工設備或使用部位命名:轉爐鎂質噴補料、鋼包永久層澆注料、高爐出鐵溝澆注料等等；3)按施工和使用方法分類: 耐火澆注料：一般借助振動器施工;耐火搗打料：借助風鎬或人工搗打；耐火噴涂、噴補、涂抹料：借助噴補機或人工涂抹； 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 ； 特點：1）工廠占地面積小，投資少，能耗低；2）生產過程簡便，勞動強度低； 3）供貨周期短； 適用性強，可制成任何形狀的構筑物； 4）施工簡便，直接使用或調配后使用；5）使用方便，可進行在線或離線修補48耐火度：耐火材

15、料在高溫作用下而不熔化的性質稱為耐火度；多相體達到某一特定軟化程度的溫度荷重軟化溫度：耐火材料在規(guī)定的升溫條件下，受恒定載荷產生規(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性質；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。49石灰的特性及應用：1）生可塑性和保水性好；2）石灰水化時水化熱大，體積增大；3）硬化緩慢；4）硬化時體積收縮大：硬化過程中， 蒸發(fā)大量的游離水而引起顯著收縮，促使制品開裂 5）硬化后強度低；6）耐水性差：氫氧化鈣晶體易溶于水。應用：1）建筑砂漿和石灰乳；2）無熟料水泥 石灰火山灰活性材料 3）三合土 灰粘土砂水 4）

16、材制品的原料如：硅酸鹽制品、灰砂制品、碳化板等。5）地基加固50石膏凝結硬化的影響因素：石膏的組成；膏漿體的用水量；外加劑；細度51硅酸鹽水泥的生產：兩磨一燒 黏土，石灰石和調節(jié)原節(jié)原料一起粉磨得到生料生料煅燒得到熟料熟料，石膏和混合材一起粉得到水泥52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狀結構的高分子，稱為共聚物。 53立體異構：stereoisomerism是在有相同分子式的化合物分子中，原子或原子團互相連接的次序相同，但在空間的排列方式不同，與構造異構（根據情況不同可以分為：碳鏈異構、位置異構、官能團異構三種。）同屬有機化學范疇中的同分異構現(xiàn)象54高分子材料的定義：高分

17、子材料是由可稱為單體的原料小分子通過聚合反應而合成的。絕大部分原料單體為有機化合物三大合成高分子材料：塑料 合成橡膠 合成纖維55高分子材料的近程結構：包含結構單元的化學組成、結構單元的鍵接方式、結構單元空間立構、支化與交聯(lián)、結構單元鍵接序列遠程結構：指整個高分子鏈的結構。包含高分子鏈尺寸(相對分子質量)和高分子鏈的形態(tài)(高分子鏈的構象和鏈柔性)。 56高分子材料老化的機理 產生大分子鏈的交聯(lián)變硬、變脆、開裂。 大分子鏈斷開變軟、發(fā)粘、褪色。 防止老化的方法：進行結構改性，提高穩(wěn)定性。例如：聚氯乙烯在氯氣中用紫外線照射，成為氯化聚氯乙烯；共聚方法制得共聚產物：ABS塑料。加入防老化劑，抑制老化過程。例如：添加水楊酸酯，碳黑，防紫外線老化。 表面處理：表面鍍金屬，噴涂料，防止空氣、水、光引起的老化。57纖維增韌：為了克服陶瓷脆性大的弱點，可以在陶瓷基體中加入纖維而制成陶瓷基復合材料。由于定向、取向或無序排布的纖維的加入，陶瓷基復合材料韌度顯著提高，這就是纖維增韌58復合材料的分類1）按基體相分：金屬基，陶瓷基，聚合物基，水泥基2按增強相的形態(tài)分：顆粒增強，纖維增強，晶須增強，編織物增強3）按用途分：結構復合材料，功能復合材料59復合材料的性能特點：1. 比強度和比模量高 2. 抗疲勞與斷裂