材料引言精選課件

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)FUNDAMENTALSOFMATERIALSSCIENCE李玉香 105-1-4馬 雪 101-1-311Email: 專業(yè)基礎(chǔ)課程西南科技大學(xué) 課程性質(zhì)與教學(xué)目的課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課(學(xué)位課)。教學(xué)目的：使學(xué)生掌握材料組成結(jié)構(gòu)性能材料用途之間相互關(guān)系及制約規(guī)律的基本理論。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以得到應(yīng)用所學(xué)理論分析實際問題的方法和思路的訓(xùn)練，為按預(yù)定性能設(shè)計材料奠定基礎(chǔ)，在一定層次上研制開發(fā)新材料及為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ)。 特點：具有較強的理論性，又與生產(chǎn)實際有緊密的聯(lián)系。 課程內(nèi)容相平衡與相圖表面結(jié)構(gòu)與

2、性質(zhì)材料動態(tài)條件下的結(jié)構(gòu)形成 材料科學(xué)基礎(chǔ)多相系統(tǒng)靜態(tài)條件下相平衡 環(huán)境效應(yīng)結(jié) 晶 結(jié) 構(gòu)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)缺陷擴散相變固態(tài)反應(yīng)燒結(jié)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)關(guān)系學(xué)習(xí)方法你教我的，我全忘了我自己學(xué)的，還記得一點我自己想出來的，都還記得本杰明福蘭克林: 被硬塞的，未“通” 自己生吞的，不易消化 充分消化、吸收、儲存 誠實和勤勉，應(yīng)該成為你永久的伴侶 主要參考資料1、馮端、師昌緒等材料科學(xué)導(dǎo)論化學(xué)工業(yè)出版社2、J. W. Mullin Crytallization 世界圖書出版公司3、M. V.斯溫主編陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能科學(xué)出版社4、陸佩文等硅酸鹽物理化學(xué)東南大學(xué)出版社5、趙品等材料科學(xué)基礎(chǔ)哈爾濱大業(yè)大

3、學(xué)出版社6、周亞棟等無機材料物理化學(xué)武漢理工大學(xué)出版社7、William D. Callister, Jr.著FUNDAMENTALSOFMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING 課程考核方式本課程主要采用期末考試，結(jié)合平時上課出勤及完成作業(yè)情況綜合考評。2、學(xué)生出勤：并非每次課均點名，而是采用上課回答問題或隨機點名的方式進行，點名1次不到，扣1分。3、課程的成績構(gòu)成：期末考試（70%）平時考核(出勤10%+作業(yè)10%+章節(jié)總結(jié)10%)。4、關(guān)于重修學(xué)生：原則上要求必須到課，所有成績評定與12級學(xué)生相同。如有特殊情況，需在本周5上課前與老師書面說明情況，經(jīng)批準后酌情決定）1

4、材料引言1.1材料的概念、發(fā)展與分類1.2材料類型1.3材料科學(xué)的形成與內(nèi)涵 1.4材料組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、工藝及其與環(huán)境的關(guān)系1.5材料的選擇1.1材料的概念、發(fā)展與分類定義1：材料是人類用于制造物品、器件、構(gòu)件、機器或其它產(chǎn)品的那些物質(zhì)（師昌旭院士，材料科學(xué)導(dǎo)論） 。定義2：材料是指人類社會可接受、能經(jīng)濟地制造有用器件(或物品)的固體物質(zhì)。（1）概念：中國古代的四大發(fā)明紙、火藥、指南針、活字印刷 現(xiàn)代社會的三大支柱：材料、信息和能源，其中，材料是人類生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料的使用和發(fā)展與生產(chǎn)力及科學(xué)技術(shù)密切相關(guān)。全球新技術(shù)革命的四大標志（新材料技術(shù)、新能源技術(shù)、信息技術(shù)、生物技術(shù)） 材料的

5、重要性：（2）材料的發(fā)展史人類文明史9000石器時代青銅器時代鐵器時代電子材料時代30002000018001900195009902000公元前公元中國歐美石鏃（z）石斧商代司母戊鼎公園前16-11世紀，青銅方鼎用于王室祭祀。青銅：銅、錫、鉛合金。唐三彩：馬釉色為：黃、白、綠三色。（以銅、鐵、鈷、錳、銻等為著色劑，經(jīng)過焙燒形成）滄州鐵獅子建于公元953年，距今1000多年歷史。硅芯片集成電路石器時代：公元前10萬年青銅器時代：公元前6000年鐵器時代：大約在公元前1500年 水泥時代 ：公元前80006000年、新石器時代早期開始制作陶器；公元元年左右，瓷器。鋼時代：17世紀 硅時代：20世

6、紀中葉 新材料時代：進入20世紀90年代 材料具有重要性、普遍性和多樣性。目前，世界上傳統(tǒng)材料已有幾十萬種，而新材料的品種正在以每年大約5%的速度增長；世界上現(xiàn)有800多萬種人工合成的化合物，而且還在以每年25萬種的速度增長，其中相當一部分將成為工業(yè)化生產(chǎn)的新材料。（3）分類：按物理化學(xué)屬性：金屬材料無機非金屬材料有機高分子材料由不同類型材料所組成的復(fù)合材料。按用途：電子材料航空航天材料核材料建筑材料能源材料生物材料等。其他：結(jié)構(gòu)材料和功能材料；傳統(tǒng)材料與新型材料。 （四大家族）1.2.1金屬材料金屬材料是由元素周期表中的金屬元素組成的材料?？煞譃橐环N金屬元素構(gòu)成的單質(zhì)；由兩種或兩種以上的金屬

7、元素或金屬與非金屬元素構(gòu)成的合金。合金又稱可分為固溶體和金屬間化合物。合金：由兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬元素與非金屬元素形成的具有金屬特性的新物質(zhì)。 金屬間化合物：是指金屬和金屬之間，類金屬和金屬原子之間以共價鍵形式結(jié)合生成的化合物。 1.2材料類型（略講）1.2.2無機非金屬材料無機非金屬材料：由硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、鹵化物等原料經(jīng)一定的工藝制備而成的材料，是除金屬材料、高分子材料以外所有材料的總稱。 （1）傳統(tǒng)無機非金屬材料：（由SiO2及其硅酸鹽化合物為主要成分制成的材料） a、陶瓷：以粘土為主要原料與其

8、他天然礦物原料經(jīng)過粉碎、混練、成型、煅燒等過程制成的各種制品。b、玻璃：由熔體過冷所制得的非晶態(tài)材料。c、水泥：是指加入適量水后可成塑性漿體，既能在空氣中硬化又能在水中硬化，并能夠?qū)⑸?、石等材料牢固地膠結(jié)在一起的細粉狀水硬性材料。d、耐火材料：指耐火度不低于1580的無機非金屬材料。（2）新型無機非金屬材料：是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各種無機非金屬化合物經(jīng)特殊的先進工藝制成的材料。如：先進陶瓷、非晶態(tài)材料、人工晶體、無機涂層、無機纖維等。1.2.3 有機高分子材料(聚合物)(1) 概念有機高分子材料(聚合物) 由一種或幾種簡單低分子化合物經(jīng)聚合面組成的分子量很大的化

9、合物。(2) 分類按來源：天然高分子材料、合成高分子材料按性能和用途：橡膠、纖維、塑料 、膠粘劑1.2.4復(fù)合材料 按基材分類：金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、水泥混凝土基復(fù)合材料、塑料基復(fù)合材料、橡膠基復(fù)合材料等。按增強劑形狀：粒子、纖維及層狀復(fù)合材料。按功能：結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、功能復(fù)合材料?；A(chǔ)科學(xué)研究：被理解為研究材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能（性質(zhì)）的關(guān)系，探索自然規(guī)律?！安牧瞎こ萄芯俊笔侵秆芯坎牧显谥苽溥^程中的工藝和工程技術(shù)問題。內(nèi)涵材料科學(xué)與工程四要素圖：效能合成與制備結(jié)構(gòu)與組成性質(zhì)1.3材料科學(xué)的形成與內(nèi)涵 “材料科學(xué)”是20世紀60年代初提出的。背景：1957年前蘇聯(lián)衛(wèi)星上天。三屬性：多學(xué)

10、科交叉、與實際應(yīng)用關(guān)系密切、發(fā)展中的科學(xué)。1.4材料組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、工藝及其與環(huán)境的關(guān)系材料的結(jié)構(gòu)決定材料的性質(zhì)，性質(zhì)是結(jié)構(gòu)的外在反映，對材料的使用性能有決定性的影響，而使用性能又與材料的使用環(huán)境密切相關(guān)。 組成（化學(xué)、礦物、相）使用環(huán)境性能性質(zhì)結(jié)構(gòu)制備與加工根據(jù)理論建立模型，通過模型可以進行材料設(shè)計或工藝設(shè)計，以在達到提高性能及使用效能、節(jié)約資源、減少污染或降低成本的最佳狀態(tài)。這是材料科學(xué)與工程工作者追求的目標！新技術(shù)的成熟與應(yīng)用依賴于：新材料的探索、發(fā)展和研制， 并對新材料性能、結(jié)構(gòu)提出要求；新材料的發(fā)展則要求：新技術(shù)的推動；制作技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新；基礎(chǔ)學(xué)科的研究進展，從而具有相應(yīng)的理論指導(dǎo)

11、；材料的應(yīng)用取決于：材料性能、材料結(jié)構(gòu)與制備。時代的發(fā)展，技術(shù)的進步探索新材料制約因素（美）“哥倫比亞號”三次推遲升空，2019年失事 “泰坦尼克號”：鋼中硫磷含量 重慶綦江大橋：偽劣鋼材哥倫比亞號爆炸解體后 1981年發(fā)射材料選擇的核心：在技術(shù)、經(jīng)濟合理以及環(huán)境協(xié)調(diào)的前提下，使材料的使用性能與產(chǎn)品的設(shè)計功能相適應(yīng)。選擇原則：使用性能、工藝性能、經(jīng)濟性及環(huán)境協(xié)調(diào)性。1.5材料的選擇（自學(xué)）1.5.1使用性能原則使用性能是材料在使用過程中，能夠安全可靠地工作所必需具備的性能。（力學(xué)、物理和化學(xué)性能）1.5.2工藝性能原則工藝性能是指材料在不同的制造工藝條件下所表現(xiàn)出的承受加工的能力。1.5.3經(jīng)濟性選材原則在滿足器件性能要求前提下，選材時應(yīng)考慮材