材料科學導論(二)

1、材料科學導論(do ln) Introduction of Material Sciences共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)材料科學導論第一章 緒論第二章 材料學的基本知識第三章 金屬材料第四章 無機非金屬材料第五章 高分子材料共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)第二章 材料學的基本知識 第一節(jié) 材料的定義第二節(jié) 材料的分類第三節(jié) 材料的結構第四節(jié) 材料的力學性能指標第五節(jié) 材料的其他性能共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)第一節(jié) 材料的定義什么是材料？ 現(xiàn)代科學技術的三大支柱能源、材料

2、、信息，其中材料是基礎。 材料的研究、開發(fā)與應用反映著一個國家的科學技術與工業(yè)水平，關系著國家的綜合國力與安全。共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)第一節(jié) 材料的定義國內外3部大型辭書對材料的定義：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、共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)第一節(jié) 材料的定義國內外3部大型辭書對材料的定義： 辭海：人們把自然界經(jīng)過開采而獲得的勞動對象稱為原料。自然界自然存在而未經(jīng)過人類任何勞動輸入的就不能稱為原料。例如，開采出來的礦物是冶金的原料，種植出來的小麥是制造面粉的原料，單采掘工業(yè)中就沒有原料。在加工工業(yè)中，一般把來自采掘工業(yè)和農業(yè)的勞動對象稱為原料，把經(jīng)過工業(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。共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)第一節(jié) 材料的定義VOA慢速英語1500基礎單詞例句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共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(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.共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)第一節(jié) 材料的定義/home.php?mod=space&uid=249679&do=blog&id=453785共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)第一節(jié) 材料的定義辭海定義可以總結為：經(jīng)過人類勞動而取得的勞動對象稱為原料，經(jīng)過二次加工的原料稱為材料。經(jīng)過人類勞動獲得的、在進一步的加工過程中仍然保持原質的勞動對象稱為材料。材料的定

7、義是“可以用來直接制造有用物件、構件或器件的物質”。共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)第一節(jié) 材料的定義材料科學是從事對材料本質的發(fā)現(xiàn)、分析、認識、設計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，以及解釋組成結構與性能間的聯(lián)系。什么是材料科學？共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(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)。按組成和結合健性質：金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料。按材料的功能：結構材料、功能材料。按使用領域：建筑材料、電子材料、醫(yī)用材料、儀表材料、能源材料等。共四十八頁中

8、國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)結構材料（Structural material）：以力學性能，如受力形變、脆性斷裂和強度等作為應用性能，如制造工具、機器、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、結構不變的優(yōu)良力學性能。功能材料（Functional material）：此概念1965年由美國貝爾研究所的J.A.Morton博士提出，現(xiàn)已被各國材料界重視和接受。其定義是：具有優(yōu)良的電學、磁學、光學、熱學、聲學、力學、化學和生物學功能及相互轉化的性能，被用于非結構目的的高技術材料。第二節(jié) 材料的分類共四十八頁中國

9、海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)第二節(jié) 材料的分類 圖1-5 價鍵四面體共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)第三節(jié) 材料的結構 一、結構研究的內容二、材料的結構層次共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)第三節(jié) 材料的結構 一、結構研究的內容化學組成：原子、分子、離子等存在量的信息連接方式：化學鍵、分子間作用力、機械連接等相互作用信息空間分布：晶體類型、分子取向（？）結構尺寸：分子尺寸、晶胞尺寸、微觀結構尺寸、宏觀結構尺寸界面狀態(tài)：物理狀態(tài)、化學狀態(tài)共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(

10、do ln)第三節(jié) 材料的結構 二、材料的結構層次 材料的元素組成材料的分子結構材料的超分子結構（凝聚態(tài)結構）材料的晶體結構（聚集態(tài)結構）材料的相態(tài)結構材料的宏觀結構（物理結構）共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)二、材料的結構層次 1、材料的元素組成：組成材料的元素種類和相對數(shù)量共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)二、材料的結構層次 什么是化學鍵？有幾種類型？2、材料的分子結構：元素的排列和結合形式，即價鍵結構（化學鍵、物理鍵、氫鍵）共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)二、材料的結構層次 什

11、么是物理鍵？包括：靜電力(electrostatic)、 誘導力(induction)（引導作用） 色散力(dispersive force)系次價鍵，不如化學鍵強大，但能很大程度改變材料性質 范德華力Van der waals bonding2、材料的分子結構：元素的排列和結合形式，即價鍵結構（化學鍵、物理鍵、氫鍵）共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)二、材料的結構層次 2、材料的分子結構：元素的排列和結合形式，即價鍵結構（化學鍵、物理鍵、氫鍵）什么是氫鍵？介于化學鍵與物理鍵之間，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（共價鍵結合），裸露原子核將與近鄰分子的負端相互吸引氫橋氫鍵（Hydrogen bonding）共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)二、材料的結構層次 共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)二、材料的結構層次 3、材料的晶體結構（聚集態(tài)結構）：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，代表晶體結構的基本重復單位。晶胞參數(shù)用于描述晶胞的夾角和邊長等參數(shù)。共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)晶系晶系邊長夾角晶體實例立方晶系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、材料的結構層次 按晶胞參數(shù)的差異將晶體分成7種晶系共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)按帶心型式將7大晶系分為14種型式二、材料的結構層次 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，立方晶系分為簡單立方、體心立方和面心立方三種型式。共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do

14、ln)二、材料的結構層次 體心立方面心立方共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)二、材料的結構層次 4、材料的超分子結構（凝聚態(tài)結構）： 晶態(tài)結構、非晶態(tài)結構、取向結構、液晶結構、合金結構和分子構象等5、材料的相態(tài)結構：不同相界面的結構關系及性質6、材料的宏觀結構（物理結構）：材料的宏觀形態(tài)共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)第四節(jié) 材料的力學性能指標一、材料基本受力形式 二、材料的基本力學性能三、材料的其他力學性能共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(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) 材料的力學性能指標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中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)二、材料的基本力學性能第四節(jié) 材料的力學性能指標1、強度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，外力消除后恢復原來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中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)材料的基本力學性能包括抗拉、抗壓、抗扭、抗彎、抗剪等性能抗拉伸、抗壓縮、抗扭轉、抗彎曲、抗剪切共四十八頁中

16、國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)抗拉強度：材料承受拉伸載荷時，斷裂前單位面積上承受的最大應力（設計實驗注意突變后有到o的變化趨勢）抗彎強度：材料承受彎曲載荷時，斷裂前單位面積上承受的最大應力抗壓強度：材料承受壓縮載荷時，斷裂前單位面積上承受的最大應力抗剪強度：材料承受剪切載荷時，斷裂前單位面積上承受的最大應力強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中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)強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姸龋翰牧铣惺芘まD載荷時，斷裂前單位面積

17、上承受的最大應力屈服強度：材料承受載荷時，發(fā)生永久變形時的臨界應力蠕變強度：材料在一定時間和溫度下，發(fā)生規(guī)定蠕變量或蠕變速度時的應力值（類比到和面）疲勞強度：指材料抵抗連續(xù)交變應力的能力，無限次作用不發(fā)生斷裂的應力，用疲勞極限或持久極限表示(類比沃鐵絲)共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)強度指材料在外力作用下，抵抗變形和斷裂的能力抗扭強度抗壓強度抗剪強度共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(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，測量壓痕面積洛氏硬度：把金剛石或淬火鋼球壓入材料，測量壓痕深度維氏硬度：把四

18、棱錐體金剛石頭壓入材料，測量壓痕面積肖氏硬度：將一定質量的鋼球，在一定高度下落撞擊材料，測量回彈高度共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(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中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(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中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(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)劃痕硬度試驗法共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)三、材料的其他力學性能

19、第四節(jié) 材料的力學性能指標 指在指定疲勞壽命（不需破壞）下，材料能承受的上限循環(huán)應力。分為對稱循環(huán)疲勞強度和不對稱循環(huán)疲勞強度。應力包括彎曲、拉伸和扭轉等。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共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)三、材料的其他力學性能第四節(jié) 材料的力學性能指標 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準材料的磨損量之比表示。2、材料的磨損指標（應用于汽車剎車片）共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)三、材料的其他力學性能第四節(jié) 材料的力學性能指標 主要指材料

20、在高溫下力學性能的變化。包括高溫蠕變性能，高溫硬度，高溫強度等。3、材料的高溫性能共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)第五節(jié) 材料的其他性能一、材料的熱學性能二、材料的磁學性能三、材料的電學性能 四、材料的光學性能 五、材料的腐蝕性能 六、材料的老化 共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)第五節(jié) 材料的其他性能一、材料的熱學性能1. 材料的熱容：表示材料吸收熱量的能力，用單位質量材料溫度升高1度所吸收的熱量表示（應用于建筑行業(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（溫控開關）3. 材料的熱傳導：表

21、示材料的傳熱能力，用熱導率表示，（單位截面積、單位溫度梯度，單位時間傳導的熱量）共四十八頁中國海洋大學材料(cilio)學院材料科學導論(do ln)第五節(jié) 材料的其他性能二、材料的磁學性能1. 材料的磁性：材料內部電子自旋磁矩（電子高速旋轉形成的磁場）的矢量和，當其不為零時表示有磁性。2. 材料的磁化：材料在磁場內部，產生磁性稱為磁化，分為誘導磁化和永久磁化。3. 材料的順磁性：能夠使磁場增強的材料4. 材料的抗磁性：能夠使磁場減弱的材料共四十八頁中國(zhn u)海洋大學材料學院材料科學導論(do ln)第五節(jié) 材料的其他性能三、材料的電學性能 材料的導電性能：指材料在電場作用下傳導電流的能力，根據(jù)導電能力分為絕緣體材料，半導體材料和導電材料。（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，是一種能量轉換形式。3. 材料的介電性能：材料