材料科学基础

1、材料科学基础材料科学基础An Introduction to Materials Science前言前言 材料的定义I 材料的历史进程II 材料科学的研究内容材料科学的研究内容III 材料的分类IV 材料科学的发展方向材料科学的研究内容V 本课程的任务的主要内容VI材料？材料？泥土 钢材 鱼水 树木 石块(I) 材料的定义材料的定义无处不在，无处不有工农业生产工农业生产国防国防科学技术科学技术人民生活人民生活材料能源信息现代技术的三大支柱 品种材料 数量 质量国家现代化程度标志之一广义的材料包括人们的思想意识之外的所有物质。材料是具有一定性能，可以用来制作器件、构件、材料是具有一定性能，可以用

2、来制作器件、构件、工具、装置等物品的物质。工具、装置等物品的物质。材料是国民经济的物质基础 (II) 材料的历史进程材料的历史进程漫长而又曲折的历程：简单 复杂单一性能 综合性能结构材料 功能材料单一材料 复合材料石器时代 陶器时代 青铜器时代 铁器时代 信息时代 人类社会文明程度的标志力学性能 力学，光学，热学性能建筑材料陶器是人类第一次对于自然材料高热加工形成的人工材料；陶器的出现，开创了人工材料制作新器物的历史。（1）石器时代 巨型司母戊鼎河南安阳晚商遗址（2）青铜器时代（夏）铁锄（战国）铁锄（战国）（3）铁器时代（秦汉）铁刀铁刀公元两世纪，刀师蒲元已经掌握了水质对淬火的影响。 考工记：

3、金有六齐：六分其金而锡居一，谓之种鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。古代科技名著明代后：封建统治、帝国主义侵略束缚了材料的发展，停滞状态（4）近现代 化学 18世纪 物理 材料力学物理冶金（材料科学）金属的外在性能取决于内部的结构光学显微镜，X射线衍射和电子显微镜解放后：材料科学受到重视和发展性能制备工艺结构成分材料科学基础是研究材料的成分、组织结构，制备工艺与性能之间关系。(III) 材料科学的研究内容（1）成分成分 锡：熔点低，232 C铜：熔点高，1083 C，可

4、塑性佳85%铜+15%锡：熔点960 C延展性增加，具有光泽度成分是决定材料性能的基本因素（2）结构金刚石富勒烯材料微观结构决定材料的宏观性能石墨（3）制备工艺ZnO 15 min30 min60 min90 minACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3, 4197-4200物料的组成，操作温度，压力，时间，电压，电流等制备工艺影响材料的性能(IV)材料分类1. 金属材料：铝、铜、钛合金2. 无机非金属材料：Al2O3、SiC、Si3N4、SiO23. 高分子材料：纤维、蛋白质、聚乙烯4. 复合材料：强度高、质量轻金属材料金属学陶瓷材料陶瓷学 材料科学基础 突出

5、材料共性教学高分子材料高分子物理(V)材料科学的发展方向2. 纳米材料晶粒等显微结构达到纳米级尺度水平的材料，使材料的微观特性发生改变，相对于微米级材料，性能上表现优越，对器件的小型化，复杂化和集成化起着至关重要的作用。1. 多相复合材料为满足新技术对材料性能的综合要求，放弃单体材料后处理改性的唯一途径，采取取长补短的两种或两种以上单体进行有效复合化的复合材料。如SIC增强的莫来石，常温和高温下的强度和断裂韧性都可以有两倍以上的提高。3. 智能材料模仿生命系统同时具有感知和驱动双重功能的材料，是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料与智能结构有着巨大的潜在的

6、应用前景，其发展将推动和带动许多方面的技术进步。4. 生物医药和环境友好材料生物医药材料对人体的组织进行矫形，修复，再造，充填以维持其原有功能，要解决与人体组织的相容性及生物活性。环境友好材料是减小污染，维护生态平衡所需要的材料，如废弃材料的处置与再生利用，能源的节约与新能源的开发等等。(VI)本课程的任务与内容材料科学基础的任务前言成分，结构，制备方法，性能材料制备工艺微观机理多学科交叉WHYWHATHOW材料的结构，晶体缺陷，纯金属的凝固，二元相图，三元相图，固体材料的变形与断裂，回复与再结晶，扩散，固态相变。第一章第一章 材料的结构材料的结构 1.1 材料的结合方式1.2 材料的晶体结构

7、1.1.1 共价键 1 形成 两个或多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下达到电子饱和的状态，由此组成比较稳定的化学结构叫做共价键。2 特性 方向性，饱和性，结合力大。3 具有共价键物质的特性 共价晶体强度，硬度 高，脆性大，熔点，沸点高，挥发性低。1.1.2 离子键1 形成 通过两个或多个原子或化学集团失去或获得电子而成为离子后形成的，本质是阴离子和阳离子之间的静电作用。2 特性 无方向性，无饱和性，结合力大。3 具有共价键物质的特性 离子晶体强度，硬度高，脆性大，热膨胀系数小。离子晶体具有良好的绝缘性，典型的无色透明的。1.1.3 金属键1 形成 在金属晶体中，自由电子作穿梭运动，它不专属于某个金属原子而为整个金属晶体所共有。这些自由电子与全部金属离子相互作用，从而形成某种结合，这种作用称为金属键。2 具有共价键物质的特性 良好的导电性，导热性，正的电阻温度系数，即随温度的升高电阻增大，良好的强度及塑性，不透明，具有金属光泽。1.1.4 范德瓦尔键1 形成 分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带