材料科學(xué)導(dǎo)論(二)

1、材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln) Introduction of Material Sciences共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)材料科學(xué)導(dǎo)論第一章 緒論第二章 材料學(xué)的基本知識(shí)第三章 金屬材料第四章 無(wú)機(jī)非金屬材料第五章 高分子材料共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第二章 材料學(xué)的基本知識(shí) 第一節(jié) 材料的定義第二節(jié) 材料的分類第三節(jié) 材料的結(jié)構(gòu)第四節(jié) 材料的力學(xué)性能指標(biāo)第五節(jié) 材料的其他性能共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第一節(jié) 材料的定義什么是材料？ 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱能源、材料

2、、信息，其中材料是基礎(chǔ)。 材料的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用反映著一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)與工業(yè)水平，關(guān)系著國(guó)家的綜合國(guó)力與安全。共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第一節(jié) 材料的定義國(guó)內(nèi)外3部大型辭書對(duì)材料的定義：Longman Dictionary： anything from which something is or may be made。Oxford Advanced Learners English-Chinese Dictionary： that of which something can be made or which something is done。

3、共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第一節(jié) 材料的定義國(guó)內(nèi)外3部大型辭書對(duì)材料的定義： 辭海：人們把自然界經(jīng)過(guò)開(kāi)采而獲得的勞動(dòng)對(duì)象稱為原料。自然界自然存在而未經(jīng)過(guò)人類任何勞動(dòng)輸入的就不能稱為原料。例如，開(kāi)采出來(lái)的礦物是冶金的原料，種植出來(lái)的小麥?zhǔn)侵圃烀娣鄣脑?，單采掘工業(yè)中就沒(méi)有原料。在加工工業(yè)中，一般把來(lái)自采掘工業(yè)和農(nóng)業(yè)的勞動(dòng)對(duì)象稱為原料，把經(jīng)過(guò)工業(yè)加工的原料（如鋼鐵、水泥）稱為材料。材料和原料合成為原材料。共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第一節(jié) 材料的定義VOA慢速英語(yǔ)1500基礎(chǔ)單詞例句material (1) th

4、e substance, substances or matter of which something is made or from which something can be made, such as wood, cloth or stone; (2) anything that can be made into something else共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第一節(jié) 材料的定義Wikipedia(維基百科 ), the free encyclopedia： Material is synonymous with substance,

5、 and is anything made of matter hydrogen, air and water are all examples of materials. Sometimes the term material is used more narrowly to refer to substances or components with certain physical properties that are used as inputs to production or manufacturing. In this sense, materials are the part

6、s required to make something else, from buildings and art to stars and computers.共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第一節(jié) 材料的定義/home.php?mod=space&uid=249679&do=blog&id=453785共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第一節(jié) 材料的定義辭海定義可以總結(jié)為：經(jīng)過(guò)人類勞動(dòng)而取得的勞動(dòng)對(duì)象稱為原料，經(jīng)過(guò)二次加工的原料稱為材料。經(jīng)過(guò)人類勞動(dòng)獲得的、在進(jìn)一步的加工過(guò)程中仍然保持原質(zhì)的勞動(dòng)對(duì)象稱為材料。材料的定

7、義是“可以用來(lái)直接制造有用物件、構(gòu)件或器件的物質(zhì)”。共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第一節(jié) 材料的定義材料科學(xué)是從事對(duì)材料本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、分析、認(rèn)識(shí)、設(shè)計(jì)及控制方面的理論體系。其目的在于揭示材料的行為，給予材料屬性的描述或建立模型，以及解釋組成結(jié)構(gòu)與性能間的聯(lián)系。什么是材料科學(xué)？共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第二節(jié) 材料的分類按物態(tài)劃分：氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。按組成和結(jié)合健性質(zhì)：金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料。按材料的功能：結(jié)構(gòu)材料、功能材料。按使用領(lǐng)域：建筑材料、電子材料、醫(yī)用材料、儀表材料、能源材料等。共四十八頁(yè)中

8、國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)結(jié)構(gòu)材料（Structural material）：以力學(xué)性能，如受力形變、脆性斷裂和強(qiáng)度等作為應(yīng)用性能，如制造工具、機(jī)器、車輛用的鋼鐵材料，建筑房屋、橋梁和鐵路用的混凝土材料。這些材料都具有抵抗外力作用而保持自己的形狀、結(jié)構(gòu)不變的優(yōu)良力學(xué)性能。功能材料（Functional material）：此概念1965年由美國(guó)貝爾研究所的J.A.Morton博士提出，現(xiàn)已被各國(guó)材料界重視和接受。其定義是：具有優(yōu)良的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)功能及相互轉(zhuǎn)化的性能，被用于非結(jié)構(gòu)目的的高技術(shù)材料。第二節(jié) 材料的分類共四十八頁(yè)中國(guó)

9、海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第二節(jié) 材料的分類 圖1-5 價(jià)鍵四面體共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第三節(jié) 材料的結(jié)構(gòu) 一、結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容二、材料的結(jié)構(gòu)層次共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第三節(jié) 材料的結(jié)構(gòu) 一、結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容化學(xué)組成：原子、分子、離子等存在量的信息連接方式：化學(xué)鍵、分子間作用力、機(jī)械連接等相互作用信息空間分布：晶體類型、分子取向（？）結(jié)構(gòu)尺寸：分子尺寸、晶胞尺寸、微觀結(jié)構(gòu)尺寸、宏觀結(jié)構(gòu)尺寸界面狀態(tài)：物理狀態(tài)、化學(xué)狀態(tài)共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(

10、do ln)第三節(jié) 材料的結(jié)構(gòu) 二、材料的結(jié)構(gòu)層次 材料的元素組成材料的分子結(jié)構(gòu)材料的超分子結(jié)構(gòu)（凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)）材料的晶體結(jié)構(gòu)（聚集態(tài)結(jié)構(gòu)）材料的相態(tài)結(jié)構(gòu)材料的宏觀結(jié)構(gòu)（物理結(jié)構(gòu)）共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)二、材料的結(jié)構(gòu)層次 1、材料的元素組成：組成材料的元素種類和相對(duì)數(shù)量共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)二、材料的結(jié)構(gòu)層次 什么是化學(xué)鍵？有幾種類型？2、材料的分子結(jié)構(gòu)：元素的排列和結(jié)合形式，即價(jià)鍵結(jié)構(gòu)（化學(xué)鍵、物理鍵、氫鍵）共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)二、材料的結(jié)構(gòu)層次 什

11、么是物理鍵？包括：靜電力(electrostatic)、 誘導(dǎo)力(induction)（引導(dǎo)作用） 色散力(dispersive force)系次價(jià)鍵，不如化學(xué)鍵強(qiáng)大，但能很大程度改變材料性質(zhì) 范德華力Van der waals bonding2、材料的分子結(jié)構(gòu)：元素的排列和結(jié)合形式，即價(jià)鍵結(jié)構(gòu)（化學(xué)鍵、物理鍵、氫鍵）共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)二、材料的結(jié)構(gòu)層次 2、材料的分子結(jié)構(gòu)：元素的排列和結(jié)合形式，即價(jià)鍵結(jié)構(gòu)（化學(xué)鍵、物理鍵、氫鍵）什么是氫鍵？介于化學(xué)鍵與物理鍵之間，具有飽和性是極性分子鍵，存在于HF、H2O、NH3中。在高分子中占重要地位，氫

12、原子中唯一的電子被其它原子所共有（共價(jià)鍵結(jié)合），裸露原子核將與近鄰分子的負(fù)端相互吸引氫橋氫鍵（Hydrogen bonding）共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)二、材料的結(jié)構(gòu)層次 共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)二、材料的結(jié)構(gòu)層次 3、材料的晶體結(jié)構(gòu)（聚集態(tài)結(jié)構(gòu)）：原子、離子或分子的堆積和排列方式晶胞晶胞是晶體的最小單位，代表晶體結(jié)構(gòu)的基本重復(fù)單位。晶胞參數(shù)用于描述晶胞的夾角和邊長(zhǎng)等參數(shù)。共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)晶系晶系邊長(zhǎng)夾角晶體實(shí)例立方晶系a = b = c=90NaC

13、l三方晶系a = b = c=90Al2O3四方晶系a = bc=90SnO2六方晶系a = bc=90, =120AgI正交晶系abc=90HgCl2單斜晶系abc=90, 90KClO3三斜晶系abc90CuSO45H2O二、材料的結(jié)構(gòu)層次 按晶胞參數(shù)的差異將晶體分成7種晶系共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)按帶心型式將7大晶系分為14種型式二、材料的結(jié)構(gòu)層次 空間格子立方晶系四方晶系正交晶系六方晶系三方晶系（菱形晶系）單斜晶系三斜晶系例如，立方晶系分為簡(jiǎn)單立方、體心立方和面心立方三種型式。共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do

14、ln)二、材料的結(jié)構(gòu)層次 體心立方面心立方共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)二、材料的結(jié)構(gòu)層次 4、材料的超分子結(jié)構(gòu)（凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)）： 晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向結(jié)構(gòu)、液晶結(jié)構(gòu)、合金結(jié)構(gòu)和分子構(gòu)象等5、材料的相態(tài)結(jié)構(gòu)：不同相界面的結(jié)構(gòu)關(guān)系及性質(zhì)6、材料的宏觀結(jié)構(gòu)（物理結(jié)構(gòu)）：材料的宏觀形態(tài)共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第四節(jié) 材料的力學(xué)性能指標(biāo)一、材料基本受力形式 二、材料的基本力學(xué)性能三、材料的其他力學(xué)性能共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)材料有哪些基本受力形式？一、材料基本受力形式

15、第四節(jié) 材料的力學(xué)性能指標(biāo)拉力壓力彎曲力剪切力摩擦力（剪切力）彎曲力如擰彎折共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)二、材料的基本力學(xué)性能第四節(jié) 材料的力學(xué)性能指標(biāo)1、強(qiáng)度2、硬度3、彈性4、韌性5、塑性指材料在外力作用下，抵抗永久變形和斷裂的能力指材料在外力作用下變形，外力消除后恢復(fù)原來(lái)形狀的能力指材料在外力作用下發(fā)生永久變形的能力指材料抵抗塑性變形和斷裂的能力指材料抵抗局部塑性變形的能力共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)材料的基本力學(xué)性能包括抗拉、抗壓、抗扭、抗彎、抗剪等性能抗拉伸、抗壓縮、抗扭轉(zhuǎn)、抗彎曲、抗剪切共四十八頁(yè)中

16、國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)抗拉強(qiáng)度：材料承受拉伸載荷時(shí)，斷裂前單位面積上承受的最大應(yīng)力（設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)注意突變后有到o的變化趨勢(shì)）抗彎強(qiáng)度：材料承受彎曲載荷時(shí)，斷裂前單位面積上承受的最大應(yīng)力抗壓強(qiáng)度：材料承受壓縮載荷時(shí)，斷裂前單位面積上承受的最大應(yīng)力抗剪強(qiáng)度：材料承受剪切載荷時(shí)，斷裂前單位面積上承受的最大應(yīng)力強(qiáng)度指材料在外力作用下，抵抗變形和斷裂的能力共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)強(qiáng)度指材料在外力作用下，抵抗變形和斷裂的能力蠕變性能是指在恒溫、恒壓下發(fā)生塑性變形的能力，用蠕變極限表示?？古?qiáng)度：材料承受扭轉(zhuǎn)載荷時(shí)，斷裂前單位面積

17、上承受的最大應(yīng)力屈服強(qiáng)度：材料承受載荷時(shí)，發(fā)生永久變形時(shí)的臨界應(yīng)力蠕變強(qiáng)度：材料在一定時(shí)間和溫度下，發(fā)生規(guī)定蠕變量或蠕變速度時(shí)的應(yīng)力值（類比到和面）疲勞強(qiáng)度：指材料抵抗連續(xù)交變應(yīng)力的能力，無(wú)限次作用不發(fā)生斷裂的應(yīng)力，用疲勞極限或持久極限表示(類比沃鐵絲)共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)強(qiáng)度指材料在外力作用下，抵抗變形和斷裂的能力抗扭強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)硬度指材料抵抗局部塑性變形的能力布氏硬度：把淬火鋼球壓入材料，測(cè)量壓痕面積洛氏硬度：把金剛石或淬火鋼球壓入材料，測(cè)量壓痕深度維氏硬度：把四

18、棱錐體金剛石頭壓入材料，測(cè)量壓痕面積肖氏硬度：將一定質(zhì)量的鋼球，在一定高度下落撞擊材料，測(cè)量回彈高度共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)硬度指材料抵抗局部塑性變形的能力布氏硬度維氏硬度洛氏硬度肖氏硬度共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)硬度指材料抵抗局部塑性變形的能力洛氏硬度共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)硬度指材料抵抗局部塑性變形的能力莫氏硬度是以材料抵抗刻劃的能力作為衡量硬度的依據(jù)劃痕硬度試驗(yàn)法共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)三、材料的其他力學(xué)性能

19、第四節(jié) 材料的力學(xué)性能指標(biāo) 指在指定疲勞壽命（不需破壞）下，材料能承受的上限循環(huán)應(yīng)力。分為對(duì)稱循環(huán)疲勞強(qiáng)度和不對(duì)稱循環(huán)疲勞強(qiáng)度。應(yīng)力包括彎曲、拉伸和扭轉(zhuǎn)等。兩人跑步一人累一人不累，就是疲勞性能不同。1、材料的疲勞性能指標(biāo)共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)三、材料的其他力學(xué)性能第四節(jié) 材料的力學(xué)性能指標(biāo) 磨損是指在摩擦作用下，材料表面逐漸損傷的現(xiàn)象。 材料的磨損性能用與標(biāo)準(zhǔn)材料的磨損量之比表示。2、材料的磨損指標(biāo)（應(yīng)用于汽車剎車片）共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)三、材料的其他力學(xué)性能第四節(jié) 材料的力學(xué)性能指標(biāo) 主要指材料

20、在高溫下力學(xué)性能的變化。包括高溫蠕變性能，高溫硬度，高溫強(qiáng)度等。3、材料的高溫性能共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第五節(jié) 材料的其他性能一、材料的熱學(xué)性能二、材料的磁學(xué)性能三、材料的電學(xué)性能 四、材料的光學(xué)性能 五、材料的腐蝕性能 六、材料的老化 共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第五節(jié) 材料的其他性能一、材料的熱學(xué)性能1. 材料的熱容：表示材料吸收熱量的能力，用單位質(zhì)量材料溫度升高1度所吸收的熱量表示（應(yīng)用于建筑行業(yè)）2. 材料的熱膨脹：表示材料受熱后外型尺寸變化的程度，用膨脹系數(shù)表示（溫控開(kāi)關(guān)）3. 材料的熱傳導(dǎo)：表

21、示材料的傳熱能力，用熱導(dǎo)率表示，（單位截面積、單位溫度梯度，單位時(shí)間傳導(dǎo)的熱量）共四十八頁(yè)中國(guó)海洋大學(xué)材料(cilio)學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第五節(jié) 材料的其他性能二、材料的磁學(xué)性能1. 材料的磁性：材料內(nèi)部電子自旋磁矩（電子高速旋轉(zhuǎn)形成的磁場(chǎng)）的矢量和，當(dāng)其不為零時(shí)表示有磁性。2. 材料的磁化：材料在磁場(chǎng)內(nèi)部，產(chǎn)生磁性稱為磁化，分為誘導(dǎo)磁化和永久磁化。3. 材料的順磁性：能夠使磁場(chǎng)增強(qiáng)的材料4. 材料的抗磁性：能夠使磁場(chǎng)減弱的材料共四十八頁(yè)中國(guó)(zhn u)海洋大學(xué)材料學(xué)院材料科學(xué)導(dǎo)論(do ln)第五節(jié) 材料的其他性能三、材料的電學(xué)性能 材料的導(dǎo)電性能：指材料在電場(chǎng)作用下傳導(dǎo)電流的能力，根據(jù)導(dǎo)電能力分為絕緣體材料，半導(dǎo)體材料和導(dǎo)電材料。（LED背光材料）2. 材料的壓電和熱電性能：指在施加電壓的情況下材料變形或放熱，或者在施加壓力或加熱的情況下電壓變化的能力，是一種能量轉(zhuǎn)換形式。3. 材料的介電性能：材料